CN109356845A - 一种齿轮泵用的无轴向泄漏装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外啮合齿轮泵用的无轴向泄漏装置，包括主动轮、从动轮、传动轴、前浮动侧板、后浮动侧板，所述主动轮和从动轮均分别固定连接有前同步旋转圆盘和后同步旋转圆盘；所述前浮动侧板、后浮动侧板的两个外圆直径与主动轮、从动轮的齿顶圆直径大小相同，前浮动侧板、后浮动侧板上分别有两个内孔，并与同步旋转圆盘以滑动副的形式连接；所述传动轴固定连接在主动轮的前同步旋转圆盘上；所述浮动侧板靠近齿轮的一侧在两个内孔之间设有凸台，所述浮动侧板端面内侧、同步旋转圆盘面、齿轮端面组成引油槽结构，所述前浮动侧板、后浮动侧板端面两侧分别设有引油通孔。本发明能有效改善齿轮泵轴向泄漏问题，提高泵的容积效率，且结构简单，易于加工。

Description

一种齿轮泵用的无轴向泄漏装置

技术领域

本发明涉及齿轮泵领域，具体涉及外啮合齿轮泵用的无轴向泄漏装置。

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高泄漏，制约着泵的高压化进一步发展。在泵的总泄漏中，轴向泄漏占75~80%，径向泄漏占15~20%，啮合泄漏占4~5%，由此可见，高压泵轴向泄漏的控制好坏，直接决定了泵容积效率的高低。目前，减小轴向间隙、加大泄漏路径、缩小高压油的作用区域等，都是比较有效的控制措施；尤其轴向间隙的减小，效果最为明显；但限于轴向摩擦副的摩擦、磨损、润滑的性能要求和加工工艺要求，轴向间隙总存在一个取值下限的问题。现有文献主要涉及了最优间隙的计算方法，侧板倾斜对轴向泄漏的影响，轴向间隙的动态补偿机制和计算，保持适宜轴向间隙的补偿面设计，加大泄漏路径的大径向尺寸优化设计，缩小高压油作用区域的高压区2齿密封结构，轴向摩擦副油楔的动压润滑和性能改善等。以上这些研究和创新主要体现在轴向泄漏的控制方面，从产生的源头上并没有出现结构上的突破。为此，拟从消除轴向摩擦副的角度，提出一款无轴向泄漏的新结构。

发明内容

本发明提供一种齿轮泵用的无轴向摩擦副的新结构，实现高压齿轮泵下的高容积率目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种外啮合齿轮泵用的无轴向泄漏装置，包括主动轮、从动轮、传动轴、前浮动侧板、后浮动侧板，所述主动轮和从动轮均分别固定连接有前同步旋转圆盘和后同步旋转圆盘；所述前浮动侧板、后浮动侧板的两个外圆直径与主动轮、从动轮的齿顶圆直径大小相同，前浮动侧板、后浮动侧板上分别有两个内孔，经表面处理后直接设置为滑动轴承孔，并与同步旋转圆盘以滑动副的形式相连接；所述传动轴固定连接在主动轮的前同步旋转圆盘上；所述浮动侧板靠近齿轮的一侧在两个内孔之间设有凸台，所述浮动侧板端面内侧、同步旋转圆盘面、齿轮端面组成引油槽，所述前浮动侧板、后浮动侧板端面两侧分别设有引油通孔。

上述技术方案，通过增加主动轮前同步旋转圆盘、后同步旋转圆盘，从动轮的前同步旋转圆盘、后同步旋转圆盘，消除了传统外啮合齿轮泵结构中的大部分由轴向间隙引起的泄漏路径；通过设有吸油侧两齿密封的引油槽可实现径向力的初步最小化，且引油槽通过其上的引油通孔将高压油引到浮动侧板外侧面，使浮动侧板外侧面产生的压紧力平衡剩下的轴向泄漏路径内的油膜力和引油槽内的油压力，实现轴向间隙的自动补偿。

作为优选，所述主动轮、从动轮与前同步旋转圆盘、后同步旋转圆盘中心通过大联结螺钉连接，四周通过小联结螺钉固定连接；联结螺钉的螺纹方向与齿轮的旋转方向相反，可实现工作时的自锁功能。

作为优选，所述前同步旋转圆盘、后同步旋转圆盘靠近齿轮一侧设有同心圆凸台，所述主动轮、从动轮的齿轮端面两侧设有与圆凸台相配合的同心圆凹腔，便于前同步旋转圆盘、后同步旋转圆盘与主动轮、从动齿轮精确配合安装和同步旋转时的同轴度要求。

作为优选，每个同步旋转圆盘与齿轮连接的小联结螺钉数为4个。

作为优选，所述主动轮、从动轮和前同步旋转圆盘、后同步旋转圆盘上还分别设有定位孔。

本发明的有益效果：1.通过增加主动轮、从动轮的前同步旋转圆盘和后同步旋转圆盘，能有效改善齿轮泵轴向泄漏问题，提高泵的容积效率，有效解决了传统齿轮泵的低容积效率问题；2.引油槽上的引油通孔将部分油引导浮动侧板外侧面，不仅可以为滑动轴承提供润滑，而且可以使浮动侧板背面产生压紧力，可实现齿轮内外力的动态平衡，从而减少磨损，延长齿轮泵寿命；3.将传统的主动轮、从动轮与轴分开设计与加工，更易于彼此的加工与实现。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的轴向剖视图；

图3为本发明的引油槽结构示意图；

图4为本发明的装配结构示意图；

图5为本发明的压紧力计算示意图；

图6为本发明的轴向泄漏计算示意图。

具体实施方式

参照图1至图4，对本发明的结构进行具体说明，参照图5至图6，对本发明的轴向泄漏改善效果进行计算验证。

如图1至图4所示，一种外啮合齿轮泵用的无轴向泄漏装置，包括主动轮1、从动轮11、传动轴6、前浮动侧板3、后浮动侧板14，所述主动轮1分别固定连接有前同步旋转圆盘2和后同步旋转圆盘17，从动轮11固定连接有前同步旋转圆盘9和后同步旋转圆盘13；所述前浮动侧板3、后浮动侧板14的两个外圆直径与主动轮1、从动轮11的齿顶圆直径大小相同，前浮动侧板3、后浮动侧板14上都分别有两个内孔，经表面处理后分别与同步旋转圆盘2、同步旋转圆盘9、同步旋转圆盘13、同步旋转圆盘17以滑动副的形式相连接；所述传动轴6固定连接在主动轮1的前同步旋转圆盘2上；所述前浮动侧板3和后浮动侧板14靠近齿轮的一侧在两个内孔之间设有凸台7，所述浮动侧板端面内侧、同步旋转圆盘面、齿轮端面组成吸油侧两齿密封的引油槽5；所述前浮动侧板3、后浮动侧板14端面两侧分别设有引油通孔4。

所述主动轮1与前同步旋转圆盘2、后同步旋转圆盘17中心通过大联结螺钉15,连接，四周通过4个小联结螺钉16固定连接；从动轮11与前同步旋转圆盘9、后同步旋转圆盘13中心也通过大联结螺钉15连接，四周通过4个小联结螺钉16固定连接；所有联结螺钉的螺纹方向与齿轮的旋转方向相反，可实现工作时的自锁功能。

所述主动轮1的前同步旋转圆盘2和后同步旋转圆盘17、从动轮11的前同步旋转圆盘9和后同步旋转圆盘13靠近齿轮一侧设有同心圆凸台10，所述主动轮1、从动轮11的齿轮端面两侧设有与圆凸台10相配合的同心圆凹腔12；为了便于安装和定位，所述主动轮1、从动轮11、前同步旋转圆盘2、17、后同步旋转圆盘13、17上还分别设有定位孔。

安装时，先将前浮动侧板3和后浮动侧板14通过滑动轴承连接在前同步旋转圆盘2、9和后同步旋转圆盘13、17上，然后将前同步旋转圆盘2、9和后同步旋转圆盘13、17的圆凸台10配合安装于主动轮1和从动轮11的圆凹腔12处，通过定位销分别穿过主动轮1与前同步旋转圆盘2和后同步旋转圆盘14的定位孔、从动轮11与前同步旋转圆盘9和后同步旋转圆盘13的定位孔进行定位，定位好后，将大联结螺钉15和小联结螺钉16分别将主动轮1、从动轮11和其前同步旋转圆盘2、9、后同步旋转圆盘13、17的中心和四周固定连接，最终形成如图4所示的装配图。

参照图5、图6，计算轴向泄漏改善率。

1.实施例的原始设计参数

齿轮泵设计参数。p _o =3 MPa，p _i =0.1 MPa，η=0.09 Pa.s，额定流量28 L/min，额定转速3000 r/min，即ω=314.16 rad/s；p _g =1.55 MPa。

齿形的原始参数。取模数3，齿数10，齿顶高系数1.1594，顶隙系数0.25，分度圆压力角20°，变位系数0.496，齿宽15 mm。则，节圆啮合角29.58°，重合度1.155，r _a =19.4 mm，r'=16.2 mm，r _f =12.26 mm。

结构的原始参数。取α _i =30°起始角和α _i +α _g =102°终止角的吸油侧2齿密封的减少径向力结构，d _z =26 mm，b=10 mm；r _z0 =6 mm，b ₀=15 mm。Δ=0.03mm，滑动副的综合粗糙度0.002mm，c_z=0.05mm。

2.压紧力和压紧力系数计算

将浮动侧板内侧面分成分别对应于吸油低压区、过渡区和排油高压区的三大区域，如图5所示。以从动轮o ₂为例，每一区域的面积为

式中，s _i 、s _g 、s _o 为浮动侧板上分别对应低压区、过渡区、高压区的面积；α _i 为低压区包角；α _g 为过渡区包角；r _a 为齿顶圆半径；r _z 为同步圆盘半径；r'为节圆半径；δ为连线ao ₂与中心线o ₁ o ₂间的夹角；h为点a到中心线o ₁ o ₂的距离。

由

式中，F _in 、F _out 为浮动侧板内、外侧面上的油压作用力；p _i 、p _o 为进、出口油压力；p _g 为泵过渡区内的油压力，简记p _g =0.5(p _i +p _o )。得浮动侧板的压紧力系数为K=F _out /F _in =1.18。

3.圆盘轴的润滑计算

依据文献的滑动轴承的相关承载计算，得

式中，F为轴承动润滑油膜力，N；η为润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度，Pa.s；ω为圆盘轴角速度，rad/s；φ为圆盘轴宽径比；γ为圆盘轴-浮动侧板轴承的相对偏心率；d_z为圆盘轴直径，mm；Δ为圆盘轴-浮动侧板轴承的直径间隙，mm；b为圆盘轴宽度，mm；e为圆盘轴-浮动侧板轴承的偏心距，mm；C _F 为圆盘轴的承载量系数，为偏心率和宽径比的拟合曲面函数。则

式中，h _min为圆盘轴动压润滑副的最小油膜厚度，mm。

对于已知轴径和轴宽的圆盘轴，由单个圆盘轴上的油膜力和外载荷(径向力)相等，可求出相应的相对偏心率γ等，即

式中，F _r 为从动轴上的总径向力，N，该力由前、后两对滑动副共同平分。

在径向滑动轴承工作中，由于圆盘轴颈旋转压力的作用，导致润滑油从圆盘轴前后两端泄出，称之为端泄量，可近似等于润滑油流量。由润滑油流量系数公式

得

式中，C _Q 为润滑油流量系数，是偏心率和宽径比的函数，查表可得；Q为润滑油的流量，mm³/s；Ψ为相对间隙；v圆盘轴颈圆周速度，mm/s。

4.轴向泄漏改善率

在图6所示的圆盘轴-浮动侧板轴承的截面图上，依据其径向间隙的不同，可分为1、2、3的不同间隙区域。其中，区域1的间隙比较大，且两侧均具有排油的高压，故这一区间的压差泄漏几乎为0。区域3、2的间隙比较小，且外侧为排油的高压、内侧为吸油的低压、过渡压力，故这一区间压差泄漏的上限，可采用润滑油流量来计算。故，总的轴向泄漏量为2(单侧的主、从动圆盘轴)×2(双侧的圆盘轴)×Q=4Q。

假如常规的齿轮泵，仍采用吸油侧2齿密封结构。由其轴向泄漏量为

式中，c _z 为轴向间隙；r _z0为轴半径；r _f 为齿根圆半径。得轴向泄漏量的改善百分比为λ=1－Q/Q ₀=93%。

1.18的压紧力系数，符合小于1.2的要求，由此可见，采用本发明的新结构，齿轮泵轴向泄漏改善率可达到93%，有效改善齿轮泵轴向泄漏问题，提高了泵的容积效率，解决了传统齿轮泵的低容积效率问题，且结构简单，加工容易。

Claims (5)

1.一种外啮合齿轮泵用的无轴向泄漏装置，包括主动轮、从动轮、传动轴、前浮动侧板、后浮动侧板，其特征在于：所述主动轮和从动轮均分别固定连接有前同步旋转圆盘和后同步旋转圆盘；所述前浮动侧板、后浮动侧板上分别有两个内孔，所述内孔作为滑动轴承孔与同步旋转圆盘以滑动副的形式相连接；所述传动轴固定连接在主动轮的前同步旋转圆盘上；所述浮动侧板端面内侧、同步旋转圆盘面、齿轮端面组成吸油侧两齿密封的引油槽，所述前浮动侧板、后浮动侧板端面两侧分别设有引油通孔。

2.如权利要求1所述的一种齿轮泵用的无轴向泄漏装置，其特征在于：所述主动轮、从动轮与前同步旋转圆盘、后同步旋转圆盘中心通过大联结螺钉连接，四周通过小联结螺钉固定连接。

3.如权利要求2所述的一种齿轮泵用的无轴向泄漏装置，其特征在于：所述前同步旋转圆盘、后同步旋转圆盘靠近齿轮一侧设有同心圆凸台，所述主动轮、从动轮的齿轮端面两侧设有与圆凸台相配合的同心圆凹腔。

4.如权利要求2所述的一种齿轮泵用的无轴向泄漏装置，其特征在于：每个同步旋转圆盘与齿轮连接的小联结螺钉数为4个。

5.如权利要求4所述的一种齿轮泵用的无轴向泄漏装置，其特征在于：所述主动轮、从动轮和前同步旋转圆盘、后同步旋转圆盘上还分别设有定位孔。