CN109268258B - 一种外啮合齿轮泵的//形卸荷槽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外啮合齿轮泵的∥形卸荷槽,包括吸油侧卸荷槽和排油侧卸荷槽，本发明的吸、排油侧卸荷槽的轮廓均分别由5个直线段和3个圆弧段围成，结构简单，易加工；卸荷槽主动轮侧的轮廓整体偏向排油侧，从动轮侧整体偏向吸油侧，从而形成卸荷槽轮廓上的//形，根圆附近设置四个圆弧段，利于卸荷面积的最大化，尤其最小困油位置附近的卸荷面积最大化；此外，由于卸荷槽兼顾了双啮合区和单啮合区各自卸荷需要，有利于单、双区内各自充分卸荷。

Description

一种外啮合齿轮泵的//形卸荷槽
技术领域
本发明涉及一种齿轮泵的困油卸荷槽，尤其是外啮合齿轮泵的//形卸荷槽。
背景技术
外啮合齿轮泵(简称齿轮泵)是一种用于泵送工作油液的动力泵，有着极其广泛的应用。但由其结构所决定的随转速线性加深的困油现象，不仅影响着泵的工作性能和使用寿命；而且制约着泵高速化的进一步发展。目前有关困油现象的研究，一方面涉及其主因——困油流量的最小化研究，即通过最优化的齿形参数，使困油流量最小，从源头上缓解困油现象，提高困油性能；另一方面则通过卸荷槽创新，实现困油现象的充分缓解与控制。
事实上，一个困油过程既包括双齿啮合困油区(简称双区)和单齿啮合困油区(简称单区)。大侧隙的困油卸荷所常用的大间距卸荷槽，其形位尺寸多有双区内的卸荷负载所决定，不过这也往往造成单区内的卸荷不充分，相关的文献却也鲜见报道。基于此，提出一种卸荷面积大，易加工，且兼顾到单、双区各自卸荷需要的//形卸荷槽。
发明内容
本发明提供一种外啮合齿轮泵的//形卸荷槽，解决齿轮泵卸荷槽无法兼顾单、双区卸荷需要而导致的卸荷不充分问题。
本发明所采用的技术方案是：一种外啮合齿轮泵 的//形卸荷槽,包括吸油侧卸荷槽和排油侧卸荷槽，所述吸油侧卸荷槽、排油侧卸荷槽侧面轮廓线均分别由直线段一、圆弧一、直线段二、直线段三、圆弧二、直线段四、圆弧三、直线段五首尾顺序连接构成，在卸荷槽和齿轮沿齿轮轴向投影中，排油侧卸荷槽轮廓上直线段二的经过双齿啮合区最小困油位置的啮合点且平行于齿轮中心点连线，直线段四经过从动轮单齿啮合区最小困油位置的侧隙点且平行于齿轮中心点连线，直线段一垂直于齿轮中心点连线且其延长线经过直线段二与主动轮根圆的交点，直线段五垂直于连线且其延长线经过直线段四与从动轮根圆的交点，圆弧一分别与位于双齿啮合区最小困油位置的齿轮的齿廓过渡曲线、根圆相切，圆弧三分别与位于单齿啮合区最小困油位置齿轮齿廓过渡曲线、根圆相切，圆弧二分别与直线段三、直线段四相切，所述吸油侧卸荷槽轮廓与排油侧卸荷槽轮廓沿齿轮中心点连线中点中心对称。卸荷槽主动轮侧的轮廓整体偏向排油侧，从动轮侧的轮廓整体偏向吸油侧，形成卸荷槽轮廓上 的//形 ，定义为//形卸荷槽，为便于 //形卸荷槽的卸荷能力比较，将常规的矩形卸荷槽定义为׀׀形卸荷槽。
作为优选，所述圆弧一、圆弧二和圆弧三的直径值为1.8mm-2.2mm。
作为优选，所述圆弧一、圆弧二和圆弧三的直径为2mm。
作为优选，所述卸荷槽开槽深度依据槽内流速3~5m/s来确定。
本发明的吸、排油侧卸荷槽的轮廓均分别由5个直线段和3个圆弧段围成，结构简单，易加工；卸荷槽主动轮侧的轮廓整体偏向排油侧，从动轮侧整体偏向吸油侧，从而形成卸荷槽轮廓上的//形，根圆附近设置四个圆弧段，利于卸荷面积的最大化，尤其最小困油位置附近的卸荷面积最大化；此外，由于卸荷槽兼顾了双啮合区和单啮合区各自卸荷需要，有利于单、双区内各自充分卸荷。
附图说明
图1为//形卸荷槽的整体结构示意图；
图2为双齿啮合区最小困油位置//形卸荷槽的形位尺寸示意图；
图3为从动轮侧单齿啮合区最小困油位置//形卸荷槽的形位尺寸示意图；
图4为主动轮侧单齿啮合区最小困油位置示意图；
图5为双齿啮合困油过程示意图；
图6为单齿啮合困油过程示意图；
图7为//形和׀׀形卸荷槽的双齿啮合区卸荷面积变化示意图；
图8为//形和׀׀形卸荷槽的单齿啮合区卸荷面积变化示意图；
图9为//形和׀׀形卸荷槽下的双齿啮合区困油压力变化示意图；
图10为//形和׀׀形卸荷槽下的单齿啮合区困油压力变化示意图。
具体实施方式
如图2、3所示，以排油侧为例确定的//形卸荷槽轮廓的形位尺寸，其具体实现步骤为：
1)在三维软件中，生成双齿啮合区最小困油位置的齿形轮廓，确定其和啮合线的交点即啮合点11，如图2所示。
2)过啮合点11作平行于齿轮中心点连线13的线段，并以该线段与主齿轮14上根圆的交点，往排油侧作垂直于连线13的直线段一3，如图2所示。
3)作ϕ2.0 mm的与主动轮14上根圆、过渡曲线轮廓分别相切的圆弧一4，并由此得到直线段二5，如图2所示。
4)生成从动轮15侧单齿啮合区最小困油位置的齿形轮廓，确定相应的侧隙点12，如图3所示。
5)过侧隙点12作平行于连线13的线段，并以该线段与从齿轮15上根圆的交点，往排油侧作垂直于连线13的直线段五10。
6)作ϕ2.0 mm的与从齿轮15上根圆、过渡曲线轮廓分别相切的圆弧三9，并得到直线段四8。
7)作过啮合点11与侧隙点12的直线段三6，且直线段三6和直线段四8在点12处作利于加工的ϕ2.0 mm过渡圆弧二7。
综上，得到由线段一3→圆弧一4→线段二5→线段三6→圆弧二7→线段四8→圆弧三9→线段五10构成排油侧的卸荷槽2轮廓，如图4所示，所述吸油侧卸荷槽1轮廓与排油侧卸荷槽2轮廓沿齿轮中心点连线13中点中心对称；如图1所示，卸荷槽主动轮侧的轮廓整体偏向排油侧，从动轮侧的轮廓整体偏向吸油侧，形成卸荷槽轮廓上的//形，卸荷槽的深度由槽内流速3~5m/s来确定。
图5、6中，设啮合点n在主动轮14上的曲率半径为s；并以此作为困油过程的位置变量。
图5中，设啮合点n刚刚形成时的位置变量为 ss ；啮合点n'刚刚脱离时为 se 。则，双区困油周期为[ ss , se ]，设其内的困油容积与压力为V与p。且
Figure 5ESAGMQC4Y676B4RJJI4KGJPNV7WUDN8ZWF9OKAE
式中，L为理论啮合线的长度；s 0为V取最小值时的位置量； pb 为基节；ε w 为重合度。和
Figure 4VHS777SYVUN7NLVIFIORUM1E5M6RVE5DSUH8LGZ
式中，DV为双区困油容积V对时间t的一阶导数，简称为双区困油流量；b为齿宽；ω为角速度。
图6中，设侧隙点c刚刚形成时的位置变量为s 2,s ；下一啮合点刚刚形成时为s 2,e 。则，双区困油周期为[s 2,s ,s 2,e ]，困油容积与压力设为V 2与p 2。且
Figure 08YDVMSEM2IYNPGUVWFDLIWEGEDDEKNVJM1JKMMN
和
Figure 49KMV6CR1N50WG1IFZ76P323SMTNPBMPCRRPOWFF
式中，s 2,0为V 2取最小值时的位置量；DV 2为单区困油容积V 2对时间t的一阶导数，简称为单区困油流量。
实施例的原始参数取出口压力 po =3×106 Pa，进口压力 pi =105 Pa，转速3000 r/min，模数3 mm，齿数10，齿顶高系数1.16，顶隙系数0.25，压力角20°，啮合角29.6°，齿宽15 mm，齿侧间隙0.2 mm，介质密度870 Kg/m3，介质的流量系数0.62。
由三维模型旋转和面积测量，得到双区、单区内的卸荷面积，如图7、8所示。其中，A // 、A ׀׀表示双区内的//形、׀׀形卸荷面积，单位mm2；A 2,// 、A 2,׀׀表示单区内的//形、׀׀形卸荷面积，单位mm2。
较׀׀形卸荷槽，//形不仅提供了数倍的最大卸荷面积，例，双区为(0.76－0.35)/0.35=1.17倍，单区为(4.45－0.35)/0.35=11.7倍；更为重要的是最小困油位置附近，具有近似的直线特征，解决了矩形下卸荷面积的平坦问题。
采用成熟的困油模型所仿真出的双区、单区内的困油压力，如图9、10所示，其中，其中，p//、p2,//表示//形卸荷槽下双齿啮合区、单齿啮合区内的困油压力；p׀׀、p2,׀׀表示׀׀形卸荷槽下双齿啮合区、单齿啮合区内的困油压力。较׀׀形卸荷槽，//形卸荷槽双齿啮合区内困油压力的最大峰值，降低了(58.2－31.3)/58.2=46.2%，单齿啮合区内则降低了(78.7－30.5)/78.7=61.2%和仅增加1.0%，可视为无困油现象。

Claims (4)

1.一种外啮合齿轮泵的//形卸荷槽，包括吸油侧卸荷槽（1）和排油侧卸荷槽（2），其特征在于：所述吸油侧卸荷槽（1）、排油侧卸荷槽（2）侧面轮廓线均分别由直线段一（3）、圆弧一（4）、直线段二（5）、直线段三（6）、圆弧二（7）、直线段四（8）、圆弧三（9）、直线段五（10）首尾顺序连接构成，在卸荷槽和齿轮沿齿轮轴向投影中，排油侧卸荷槽（2）轮廓上直线段二（5）的经过双齿啮合区最小困油位置的啮合点（11）且平行于齿轮中心点连线（13），直线段四（8）经过从动轮单齿啮合区最小困油位置的侧隙点（12）且平行于齿轮中心点连线（13），直线段一（3）垂直于齿轮中心点连线（13）且其延长线经过直线段二（5）与主动轮（14）根圆的交点，直线段五（10）垂直于连线（13）且延长线经过直线段四（8）与从动轮（15）根圆的交点，圆弧一（4）分别与位于双齿啮合区最小困油位置的主动轮（14）的齿廓过渡曲线、根圆相切，圆弧三（9）分别与位于单齿啮合区最小困油位置从动轮（15）齿廓过渡曲线、根圆相切，圆弧二（7）分别与直线段三（6）、直线段四（8）相切，所述吸油侧卸荷槽（1）轮廓与排油侧卸荷槽（2）轮廓沿齿轮中心点连线（13）中点中心对称。
2.如权利要求1所述的一种外啮合齿轮泵的∥形卸荷槽，其特征在于：所述圆弧一（4）、圆弧二（7）和圆弧三（9）的直径为1.8mm-2.2mm。
3.如权利要求2所述的一种外啮合齿轮泵的∥形卸荷槽，其特征在于：所述圆弧一（4）、圆弧二（7）和圆弧三（9）的直径为2mm。
4.如权利要求3所述的一种外啮合齿轮泵的∥形卸荷槽，其特征在于：所述卸荷槽开槽深度根据槽内流速3~5m/s来确定。
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