CN109209861B

CN109209861B - 一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构

Info

Publication number: CN109209861B
Application number: CN201811172913.6A
Authority: CN
Inventors: 李玉龙
Original assignee: Suqian College
Current assignee: Suqian College
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2038-10-09
Also published as: CN109209861A

Abstract

本发明公开了一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，包括主动齿轮轴、套接在主动齿轮轴上的主动齿轮、从动齿轮轴、套接在从动齿轮轴上的从动齿轮、前浮动侧板和后浮动侧板，所述主动齿轮与从动齿轮啮合，前浮动侧板与后浮动侧板上端之间通过主动齿轮轴相连，前浮动侧板与后浮动侧板下端之间通过从动齿轮轴相连，在主动齿轮和从动齿轮两端面上的每个齿槽根部各设置有凹槽，本发明结构简单、易于加工，通过借助齿轮副轴向的“大区域－小区域－大区域”齿顶间隙结构，使贴合牙形卸荷槽的齿顶间隙加宽到原先的4倍，从而拓宽了牙形卸荷槽的牙厚空间，致使卸荷面积和卸荷能力更大化，实现高速下的困油充分卸荷。

Description

一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构

技术领域

本发明涉及一种齿轮泵，具体涉及一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构。

背景技术

齿轮泵是依靠泵体与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵。按照驱动方式又分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，而在日常中我们常说的一般齿轮泵就是指外啮合齿轮泵，由于中、高压外啮合齿轮泵主要由主动齿轮、从动齿轮、泵体、前浮动侧板、后浮动侧板、泵盖和安全阀等组成，泵体、前浮动侧板、主动齿轮、从动齿轮和后浮动侧板构成的密封空间就是齿轮泵的工作室，两个齿轮的轮轴分别装在前浮动侧板、后浮动侧板上的轴承孔内，主动齿轮轴伸出泵体，由电动机带动旋转；当液压油在渐开线齿轮泵运转过程中，因齿轮工作面上的啮合处、非工作面上的小侧隙处所封闭的空间体积随时间改变，伴随着一部分的液压油被困在其中，其压力发生周期性的升高与降低，从而形成困油现象，困油会严重影响齿轮泵的工作性能和使用寿命，制约着齿轮泵的进一步发展，针对这一问题，现在主要采用两种方式来降低困油量，一种是通过改变齿形参数将困油流量降到最小，从源头上缓解困油现象，另一方面是通过设置卸荷槽的卸荷面积来缓解困油现象，但是采用上述两种方式仍不能大大降低或充分缓解齿轮泵在高速旋转时所产生的困油现象。

发明内容

本发明针对背景技术中的不足，提供了一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，目的在于：通过采用本发明的困油卸荷组合结构，大大降低现有技术中齿轮泵在高速旋转时产生的困油流量，充分缓解齿轮泵在高速运转过程中产生的困油现象。

本发明的目的是通过如下途径实现的：

一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，包括主动齿轮轴、套接在主动齿轮轴上的主动齿轮、从动齿轮轴、套接在从动齿轮轴上的从动齿轮、前浮动侧板和后浮动侧板，所述主动齿轮与从动齿轮啮合，前浮动侧板与后浮动侧板上端之间通过主动齿轮轴相连，前浮动侧板与后浮动侧板下端之间通过从动齿轮轴相连，在主动齿轮和从动齿轮两端面上的每个齿槽根部各设置有凹槽，使轴向的直齿顶间隙被分成“大区域”、“小区域”、“大区域”三个部分，形成冖形齿顶间隙结构，在所述前浮动侧板和后浮动侧板的内侧面上均开设有两对镜像设置的牙形卸荷槽和吸油侧两齿密封的引油槽。

所述前浮动侧板和后浮动侧板结构相同并镜像对称放置。

所述主动齿轮与从动齿轮啮合过程中形成最小困油容积处的两对牙形卸荷槽中的两牙端圆弧直径设置为4mm，即牙厚的尺寸4mm，牙内圆弧与齿根圆的3倍齿顶间隙内偏置圆弧重合。

所述最小困油容积处为齿轮端面上的齿对称线、槽对称线、齿轮副中心线重合时的啮合位置;其中，从动齿轮端面上的齿对称线、主动齿轮端面上的槽对称线、齿轮副中心线重合时所形成的最小困油容积处为主动齿轮一侧的最小困油容积处；主动齿轮端面上的齿对称线、从动齿轮端面上的槽对称线、齿轮副中心线重合时所形成的最小困油容积处为从动齿轮一侧的最小困油容积处。

所述主动齿轮与从动齿轮啮合时，牙形卸荷槽上的近齿轮副中心线一侧的牙端圆弧设置与最小困油容积处的齿轮过渡轮廓相切。

所述主动齿轮与从动齿轮啮合时，牙形卸荷槽上的牙对应轮心的最小包角设置为60度，即牙心角为60度。

所述“小区域”的齿顶间隙为正常的齿顶间隙，即为c ₀=mc ^*，这里的m为模数，c ^*为齿顶间隙系数，常取0.25。

所述“大区域”的齿顶间隙为4c ₀，其内侧圆弧段与齿根圆的3倍齿顶间隙内偏置圆弧重合，深度设置为3 mm。

本发明的有益效果：

本发明结构简单、易于加工，通过借助齿轮副轴向的“大区域－小区域－大区域”齿顶间隙结构，使贴合牙形卸荷槽的齿顶间隙加宽到原先的4倍，从而拓宽了牙形卸荷槽的牙厚空间，致使卸荷面积和卸荷能力更大化，实现高速下的困油充分卸荷。该组合结构能有效克服6000高转速下的卸荷问题，困油压力的峰值增加率仅为4.3%，可近似为高速下的无困油现象。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明以从动齿轮一侧的最小困油容积位置为例的轴向冖形齿顶间隙的结构示意图；

图3为本发明以从动齿轮一侧的最小困油容积位置为例的冖形齿顶间隙的形位尺寸示意图；

图4为本发明牙形卸荷槽的结构示意图；

图5为本发明前浮动侧板的结构示意图；

图6为本发明现有技术中使用的矩形卸荷槽的结构示意图；

图7为本发明采用牙形卸荷槽和矩形卸荷槽分别卸荷的卸荷面积变化示意图；

图8为本发明采用牙形卸荷槽和矩形卸荷槽分别卸荷的困油压力变化示意图。

图中，1、主动齿轮轴， 2、主动齿轮,3、从动齿轮轴，4、从动齿轮，5、前浮动侧板，6、后浮动侧板，7、冖形齿顶间隙，8、牙形卸荷槽，9、吸油侧两齿密封的引油槽,10、凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1至图5所示，一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，包括主动齿轮轴1、套接在主动齿轮轴上的主动齿轮2、从动齿轮轴3、套接在从动齿轮轴3上的从动齿轮4、前浮动侧板5和后浮动侧板6，所述主动齿轮2与从动齿轮4啮合，前浮动侧板5与后浮动侧板6上端之间通过主动齿轮轴1相连，前浮动侧板5与后浮动侧板6下端之间通过从动齿轮轴3相连，在主动齿轮2和从动齿轮4两端面上的每个齿槽根部各设置有凹槽10，使轴向的直齿顶间隙被分成“大区域”、“小区域”、“大区域”三个部分，形成冖形齿顶间隙结构，在所述前浮动侧板5和后浮动侧板6的内侧面上均开设有两对镜像设置的牙形卸荷槽8和吸油侧两齿密封的引油槽9，所述前浮动侧板5和后浮动侧板6结构相同并镜像对称放置，所述主动齿轮2与从动齿轮4啮合过程中形成最小困油容积处的两对牙形卸荷槽8中的两牙端圆弧直径设置为4mm，即牙厚的尺寸4mm，牙内圆弧与3倍齿顶间隙的齿根圆内偏置圆弧重合，所述最小困油容积处为齿轮端面上的齿对称线、槽对称线、齿轮副中心线重合时的啮合位置;其中，从动齿轮端面上的齿对称线、主动齿轮端面上的槽对称线、齿轮副中心线重合时所形成的最小困油容积处为主动齿轮一侧的最小困油容积处；主动齿轮端面上的齿对称线、从动齿轮端面上的槽对称线、齿轮副中心线重合时所形成的最小困油容积处为从动齿轮一侧的最小困油容积处,所述主动齿轮2与从动齿轮4啮合时，牙形卸荷槽8上的近齿轮副中心线一侧的牙端圆弧设置与最小困油容积处的齿轮过渡轮廓相切，所述主动齿轮2与从动齿轮4啮合时，牙形卸荷槽上8的牙对应轮心的最小包角设置为60度，即牙心角为60度，所述“小区域”的齿顶间隙为正常的齿顶间隙，即为c ₀=mc ^*，这里的m为模数，c ^*为齿顶间隙系数，常取0.25，所述“大区域”的齿顶间隙为4c ₀，其内侧圆弧段与3倍齿顶间隙的齿根圆内偏置圆弧重合，深度设置为3 mm。

实施例

设置齿轮泵的相关工作参数, 泵的排油压力3 MPa，吸油压力0.1 MPa，额定转速6000 r/min，齿轮副的模数3，齿数10，齿顶高系数1.16，齿顶间隙系数0.25，压力角20°，啮合角29.6°，齿宽15 mm，轴向间隙0.03 mm，介质密度870 Kg/m³，介质的流量系数0.62,之后分别用牙形卸荷槽(如图4)和矩形卸荷槽(如图6)进行卸荷，根据其齿轮泵工作时，在“困油形成→最小困油位置→困油结束”的一个困油周期内，显示出来的卸荷面积如图7所示（其中s为图4、图6中的啮合点到啮合线端点间的啮合线长度；s _⌒,冖、s _⌒,－表示冖形齿顶间隙的牙形卸荷面积；s _□,冖、s _□,－表示冖形齿顶间隙的矩形卸荷面积。）从图7我们可以看出冖形齿顶间隙下牙形、矩形的最大卸荷面积分别增加了(7.72－3.22)/3.22=140%、(7.3－4)/4 =82.5%。虽然s _□,冖在s ₁、s ₃附近能提供较大的卸荷面积；但在s ₂位置附近，s _□,冖、s _⌒,－、s _□,－曲线的共性问题是比较平坦，卸荷能力不足。而s _⌒,冖却具有近似的直线特征，符合线性困油流量的卸荷要求。同样，牙形卸荷槽只有在小牙厚时，才具有提供大卸荷面积方面的优越性，但小牙厚却不利于加工；反之，大牙厚时，卸荷能力差，甚至比矩形槽还差。显示出来的困油压力如图8所示，（其中p _⌒,冖、p _□,冖、p _⌒,－、p _□,－为对应于s _⌒,冖、s _□,冖、s _⌒,－、s _□,－下的困油压力）从图7中我们可以看出，p _⌒,冖的困油压力峰值较排油压力的增加率仅为(3.13－3)/3=4.3%，卸荷能力最强；p _⌒,－的增加率却高达(4.21－3)/3=40.3%；卸荷能力差。由此可见，易加工的大牙厚卸荷槽必须借助于类似于冖形的齿顶间隙结构，方能实现极佳的卸荷能力。综上所述，本发明将齿轮副轴向设置成 “大区域－小区域－大区域”齿顶间隙结构，使贴合牙形卸荷槽的齿顶间隙加宽到原先的4倍，从而拓宽了牙形卸荷槽的牙厚空间，致使卸荷面积和卸荷能力更大化，实现高速下的困油充分卸荷。该组合结构能有效克服6000高转速下的卸荷问题，困油压力的峰值增加率仅为4.3%，可近似为高速下的无困油现象，且结构简单，易于实现。

Claims

1.一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，包括主动齿轮轴、套接在主动齿轮轴上的主动齿轮、从动齿轮轴、套接在从动齿轮轴上的从动齿轮、前浮动侧板和后浮动侧板，所述主动齿轮与从动齿轮啮合，前浮动侧板与后浮动侧板上端之间通过主动齿轮轴相连，前浮动侧板与后浮动侧板下端之间通过从动齿轮轴相连，其特征在于：在主动齿轮和从动齿轮两端面上的每个齿槽根部各设置有凹槽，使轴向的直齿顶间隙被分成“大区域”、“小区域”、“大区域”三个部分，形成冖形齿顶间隙结构，在所述前浮动侧板和后浮动侧板的内侧面上均开设有两对镜像设置的牙形卸荷槽和吸油侧两齿密封的引油槽。

2.根据权利要求1所述的一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，其特征在于:所述前浮动侧板和后浮动侧板结构相同并镜像对称放置。

3.根据权利要求1所述的一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，其特征在于:所述主动齿轮与从动齿轮啮合过程中形成最小困油容积处的两对牙形卸荷槽中的两牙端圆弧直径设置为4mm，即牙厚的尺寸4mm，牙内圆弧与齿根圆的3倍齿顶间隙内偏置圆弧重合。

4.根据权利要求3所述的一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，其特征在于:所述最小困油容积处为齿轮端面上的齿对称线、槽对称线、齿轮副中心线重合时的啮合位置;其中，从动齿轮端面上的齿对称线、主动齿轮端面上的槽对称线、齿轮副中心线重合时所形成的最小困油容积处为主动齿轮一侧的最小困油容积处；主动齿轮端面上的齿对称线、从动齿轮端面上的槽对称线、齿轮副中心线重合时所形成的最小困油容积处为从动齿轮一侧的最小困油容积处。

5.根据权利要求4所述的一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，其特征在于:所述主动齿轮与从动齿轮啮合时，牙形卸荷槽上的近齿轮副中心线一侧的牙端圆弧设置与最小困油容积处的齿轮过渡轮廓相切。

6.根据权利要求5所述的一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，其特征在于:所述主动齿轮与从动齿轮啮合时，牙形卸荷槽上的牙对应轮心的最小包角设置为60度，即牙心角为60度。

7.根据权利要求6所述的一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，其特征在于:所述“小区域”的齿顶间隙为正常的齿顶间隙，即为c ₀=mc ^*，这里的m为模数，c ^*为齿顶间隙系数，常取0.25。

8.根据权利要求7所述的一种用于齿轮泵高速困油卸荷的组合结构，其特征在于:所述“大区域”的齿顶间隙为4c ₀，其内侧圆弧段与齿根圆的3倍齿顶间隙内偏置圆弧重合，深度设置为3 mm。