CN110594150A - 轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵 - Google Patents

轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵 Download PDF

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Abstract

一种轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，该液压齿轮泵，包括泵体、主动齿轮轴和从动齿轮轴；泵体的两端连接前端盖和后端盖，主动齿轮轴和从动齿轮轴均通过径向静压轴承支承于泵体中；主动齿轮轴和从动齿轮轴的承受轴向力端均通过止推滑动轴承安装在后端盖上，主动齿轮轴的另一端伸出前端盖。该齿轮泵中浮动轴套与齿轮轴的轴颈组成径向静压滑动轴承，止推滑动轴承与齿轮轴的端面组成止推静压滑动轴承，由浮动轴套和止推滑动轴承形成的静压滑动轴承支承齿轮轴并承受齿轮轴的径向力和轴向力，摩擦表面主要为液体静压润滑，不仅能够平衡齿轮轴的轴向力和径向力，而且可以显著降低摩擦功耗和接触面磨损，延长齿轮泵的使用寿命。

Description

轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵
技术领域
本发明涉及一种可以实现齿轮轴的轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵。属于液压齿轮泵技术领域。
背景技术
液压齿轮泵是液压系统的主要组成元件之一，其功能在于将原动机的机械能转换为液体的压力能，向整个液压系统提供动力，在液压系统中具有重要作用。传统的齿轮泵所采用的齿轮通常是直齿渐开线齿形齿轮泵，这种齿轮泵的优势在于结构简单、制造工艺性较好和价格便宜，但是这种齿轮泵在工作的过程中为了保证齿轮平稳地啮合和运转，必须使得齿轮啮合过程中其重迭系数大于1，即在前一对轮齿尚未脱离啮合之前，后一对轮齿又进入啮合，因此出现了两对轮齿同时啮合的情况，这导致了两对轮齿之间形成了与齿轮泵吸油腔互不相通的闭死容积，而随着齿轮的继续旋转，闭死容积的大小会发生变化，产生困油现象。困油现象使得齿轮泵的容积效率降低，容易引起泵体的振动与噪声，给齿轮轴带来冲击载荷，增加了功率损失。
而螺旋齿双圆弧齿形的液压齿轮泵可以从理论上解决传统渐开线齿形齿轮泵存在的困油现象，同时还可以大幅度降低传统直齿齿轮泵存在的压力脉动现象。但是由于所采用的齿轮是螺旋齿的齿轮，存在螺旋角，在齿轮泵工作时产生齿轮啮合的轴向力和高压油腔的高压油作用在螺旋齿轮表面的液压轴向力。齿轮轴受较大的轴向力作用，会加剧齿轮与浮动轴套接触端面加剧，非接触表面间隙加大，导致齿轮泵的泄漏加剧，泄漏会导致齿轮泵的容积效率大幅下降，使齿轮泵无法达到相应的工作压力。同时，螺旋齿齿轮啮合的径向力和高压油的液压径向力作用在齿轮轴上，加剧齿轮轴与轴套径向接触的滑动轴承磨损，产生泄漏。
中国专利文献CN202707477U公开的《高压力螺旋圆弧齿轮泵》，提供了一种针对圆弧齿形齿轮泵所产生的轴向力的平衡方法，通过将齿轮泵高压区的压力油导入轴端密封圈当中，从而使得密封圈压向齿轮轴以平衡齿轮轴的轴向力，但是密封圈和齿轮轴之间是一对做相对高速运动的摩擦副，易产生摩擦功耗和磨损，降低齿轮泵的效率和使用寿命。
CN109026677A公开的《一种修型斜齿轮和该斜齿轮的静压轴套、压力端盖、齿轮泵》，提供了针对斜齿圆弧齿轮泵的轴向力的平衡方法，其采用了在后泵盖上开设油孔和柱塞孔，将柱塞安装在柱塞孔当中，将高压区的压力油通过油孔引入柱塞端面，从而使得柱塞压向齿轮轴，以平衡齿轮轴的轴向力，但是柱塞和齿轮轴端面直接接触并相对转动，导致摩擦功耗并产生磨损。
CN209370046U公开的《一种可减小齿轮所受径向力的齿轮油泵》，提供了通过浮动轴套和溢流阀平衡齿轮轴所受的径向力，但浮动轴套与齿轮轴直接接触易产生摩擦功耗和磨损。
基于此，本发明提出了一种可以实现齿轮轴的轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，齿轮轴的轴向和径向均通过静压轴承支承，摩擦表面以液体静压润滑为主，不仅能够平衡齿轮轴的轴向力和径向力，而且可以显著降低摩擦功耗和零件磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种齿轮轴的轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，从而解决螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵在工作过程中因轴向力和径向力而带来的问题。
本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：
该液压齿轮泵，包括泵体、主动齿轮轴和从动齿轮轴；泵体的两端连接前端盖和后端盖，主动齿轮轴和从动齿轮轴均通过径向静压滑动轴承支承于泵体中；主动齿轮轴和从动齿轮轴的承受轴向力端均通过止推滑动轴承安装在后端盖上，主动齿轮轴的另一端伸出前端盖，与驱动装置连接。径向静压滑动轴承采用浮动轴套，与齿轮轴的轴颈组成径向静压滑动轴承。止推滑动轴承浮动安装在后端盖柱塞孔内，与齿轮轴的端面组成止推静压滑动轴承。由浮动轴套径向静压滑动轴承和止推静压滑动轴承支承齿轮轴并承受齿轮轴的径向力和轴向力。
所述泵体与前端盖和后端盖之间设置密封圈。
所述主动齿轮轴与前端盖之间设置有密封圈。
所述后端盖与缸体连接的端面上开设有高压槽、泄油槽和柱塞孔，泄油槽与齿轮泵低压区(进油口区)相通，将流经静压滑动轴承的液压油回流至齿轮泵的低压区；柱塞孔连接供油孔，供油孔、高压油通道和高压槽与齿轮泵高压区(出油口区)连通，柱塞孔内安装止推滑动轴承，流经止推滑动轴承的液压油通过浮动轴套上的回油槽和后端盖的泄油槽回流至齿轮泵低压区。
所述止推滑动轴承为柱塞形，其内设置有油室，油室与所述后端盖中的柱塞孔经节流孔连通。所述柱塞中还设置有与油室连通的节流孔，节流孔与所述后端盖中的柱塞孔连通。
所述柱塞在柱塞孔内可实现轴向浮动。
所述主动齿轮轴和从动齿轮轴上均开设有中心供油孔和供油槽，中心供油孔和供油槽相通，中心供油孔与所述止推滑动轴承中的油室连通，供油槽与所述径向静压滑动轴承的油室相通。所述供油槽为环形供油槽。
所述径向静压滑动轴承为轴向浮动轴套，浮动轴套内表面上开设有油室，一端设有回油槽，该油室与齿轮轴上的供油槽连通，回油槽与齿轮泵低压区(进油口区)相通。
所述浮动轴套沿轴向浮动，后端盖端面上的高压槽中的高压油作用于浮动轴套上，浮动轴套沿轴向移动并压紧齿轮端面，减小齿轮端面与浮动轴套端面的间隙，对齿轮泵的端面间隙进行补偿。
本发明中由径向静压滑动轴承和止推静压滑动轴承支承齿轮轴并承受齿轮轴的径向力和轴向力，由齿轮泵高压区的液压油为径向静压滑动轴承和止推静压滑动轴承供油，使浮动轴套内壁与齿轮轴轴径外圆面之间为液压油润滑，止推滑动轴承与齿轮轴端面之间主要为液压油润滑，也就是摩擦表面主要为液体静压润滑，不仅能够平衡齿轮轴的轴向力和径向力，而且可以显著降低摩擦功耗和接触面磨损。
附图说明
图1是本发明轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵的整体结构示意图。
图2是本发明中后端盖的内端面示意图。
图3是图2中A-A局部剖视图。
图4是本发明中止推滑动轴承结构的结构示意图。
图5是本发明中主动齿轮轴的结构示意图。
图6是本发明中从动齿轮轴的结构示意图。
图7是本发明中浮动轴套的结构示意图。
图8是齿轮泵的进出油口示意图。
图中：1.主动齿轮轴，2.前端盖，3.唇形密封圈，4.泵体，5.浮动轴套，6.从动齿轮轴，7.定位销，8.后端盖，9.止推滑动轴承，10.止推滑动轴承，11.O型密封圈，12.弹性挡圈；
101.主动齿轮轴中心供油孔，102.主动齿轮轴输油孔，103.主动齿轮轴环形供油槽；104.主动齿轮；
501.回油槽，502.径向静压滑动轴承油室；
601.从动齿轮轴中心供油孔，602.从动齿轮轴输油孔，603.从动齿轮轴环形供油槽；604.被动齿轮；
801.外圈密封槽，802.高压槽，803.内圈密封槽，804.泄油槽，805.高压油通道，806.供油孔，807.柱塞孔；
901.节流孔，902.油室。
具体实施方式
本发明解决了螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵在工作过程中因轴向力和径向力而带来的问题。其结构如图1所示，包括泵体4、主动齿轮轴1和从动齿轮轴6。泵体4的两端通过螺栓13分别连接前端盖2和后端盖8，并通过定位销7实现定位。泵体4与前端盖2和后端盖8之间设置O型密封圈11。主动齿轮轴1和从动齿轮轴6上的齿轮相互啮合且均为螺旋齿双圆弧齿形齿轮，两者平行设置于泵体4中。主动齿轮轴1与泵体4之间设置有浮动轴套5，主动齿轮轴1的一端通过止推滑动轴承9安装在后端盖8上，另一端伸出前端盖2，且与前端盖2之间设置有唇形密封圈3，并通过弹性挡圈12实现轴向定位。伸出端与驱动装置连接。从动齿轮轴6与泵体4之间也设置有浮动轴套，从动齿轮轴6的一端通过止推滑动轴承10安装在后端盖8上，另一端处于泵体4内，不伸出前端盖2。
后端盖8的结构如图2和图3所示，后端盖8的内端面(与缸体4连接的端面)上开设有外圈密封槽801、高压槽802、内圈密封槽803、泄油槽804和柱塞孔807，后端盖8内设置有高压油通道805和供油孔806。外圈密封槽801和内圈密封槽803用于放置O型密封圈11，防止液压油通过泵体4和后端盖8之间泄漏。高压槽802用于通入高压油(高压油来自于齿轮泵出油口端的高压区，参见图8，齿轮泵的进油口区域为低压区，出油口区域为高压区)以推动止推滑动轴承9和压紧浮动轴套5，在高压油作用下浮动轴套5沿轴向压紧齿轮端面，减小齿轮端面与浮动轴套端面的间隙，降低高压油向低压区的泄漏。泄油槽804的作用是将泄漏的高压油回流至齿轮泵的低压区(就是齿轮泵进油口端的低压区)。齿轮泵的进油口区域为低压区，出油口区域为高压区。静压滑动轴承的高压油由来自于高压区，泄油槽将泄漏的高压油回流至低压区。柱塞孔807的底部连接供油孔806，供油孔806通过高压油通道805与高压槽802连通。止推滑动轴承(主动轴止推滑动轴承9和从动轴止推滑动轴承10)为柱塞，通过间隙配合的形式安装在柱塞孔807中，可以在柱塞孔807中轴向浮动；在齿轮泵工作的过程中，高压区的压力油由高压槽802进入高压油通道805再经过供油孔806到达柱塞孔807中，作用在止推滑动轴承的端面上，使得止推滑动轴承(柱塞)产生一个压向齿轮轴的作用力。柱塞孔的尺寸根据齿轮轴所受的轴向力设计计算。
止推滑动轴承9和止推滑动轴承10为静压轴承结构。如图4所示，止推滑动轴承为一个柱塞，其内开设有油室902和节流孔901，油室902与节流孔901连通，高压区的压力油(高压油来自于齿轮泵出油口端的高压区，参见图8，齿轮泵的进油口区域为低压区，出油口区域为高压区)由供油孔806、柱塞孔807通过节流孔901到达油室902中，高压油进入柱塞孔807推动止推滑动轴承(图4右端面的同时)的同时，也进入止推滑动轴承的油室902以及径向静压滑动轴承的油室502中。在止推滑动轴承与齿轮轴的接触端面上形成静压滑动轴承，通过静压油膜力平衡作用在齿轮轴上的主要轴向力，以避免止推滑动轴承(柱塞)与齿轮轴的端面之间因相对滑动而造成摩擦磨损。节流孔901、油室902和油室502的尺寸应根据静压滑动轴承的基本工作原理来进行设计计算。
如图5所示，主动齿轮轴1上开设有用于供油的中心供油孔(轴向盲孔)101和环形供油槽103，中心供油孔(轴向盲孔)101和环形供油槽103之间连接输油孔102。主动齿轮轴1中的中心供油孔101与止推滑动轴承9中的油室902连通。主动齿轮轴1上带有主动齿轮104。
如图6所示，从动齿轮轴6上开设有用于供油的中心供油孔(轴向盲孔)601和环形供油槽603。中心供油孔(轴向盲孔)601和环形供油槽603之间连接输油孔602。从动齿轮轴6中的中心供油孔601与止推滑动轴承10中的油室连通。从动齿轮轴6上带有被动齿轮604。
如图7所示，浮动轴套5与齿轮轴(主动齿轮轴1或从动齿轮轴6)的径向接触内表面上开设有油室502，与齿轮轴形成径向静压滑动轴承。浮动轴套5沿轴向是浮动的，在高压槽802中高压油的作用下轴向移动并压紧齿轮轴上的齿轮(主动齿轮104和被动齿轮604)端面。齿轮的另一端面通过另一个浮动轴套压在前端盖2上。浮动轴套5还开设有回油槽501，用于将径向静压滑动轴承的油室502工作过程中流出的压力油引入齿轮泵的低压区中。止推滑动轴承(主动齿轮轴止推滑动轴承9或从动齿轮轴止推滑动轴承10)油室902中的压力油通过中心供油孔、输油孔和环形供油槽到达径向静压滑动轴承的油室502中，从而产生径向静压油膜力与齿轮轴所受径向力平衡。油室中的高压油是承载的，但相对运动零件间有间隙，高压油从高压区流出，通过回油槽回流至齿轮泵低压区。浮动轴套5中油室502的结构尺寸需根据径向静压滑动轴承润滑理论设计计算。

Claims (7)

1.一种轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，其特征是：包括泵体、主动齿轮轴和从动齿轮轴；泵体的两端连接前端盖和后端盖，主动齿轮轴和从动齿轮轴均通过径向静压滑动轴承径向支承于泵体中；主动齿轮轴和从动齿轮轴的承受轴向力端均通过止推滑动轴承安装在后端盖上，主动齿轮轴的另一端伸出前端盖。
2.根据权利要求1所述的轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，其特征是：所述后端盖与缸体连接的端面上开设有高压槽、泄油槽和柱塞孔，泄油槽与齿轮泵低压区相通；柱塞孔连接供油孔，供油孔、高压油通道和高压槽与齿轮泵高压区连通，柱塞孔内安装止推滑动轴承。
3.根据权利要求1所述的轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，其特征是：所述止推滑动轴承为柱塞形，其内设置有油室，油室与所述后端盖中的柱塞孔连通，柱塞在柱塞孔内轴向浮动。
4.根据权利要求3所述的轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，其特征是：所述柱塞中还设置有与油室连通的节流孔，节流孔与所述后端盖中的柱塞孔连通。
5.根据权利要求1所述的轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，其特征是：所述主动齿轮轴和从动齿轮轴上均开设有中心供油孔和供油槽，中心供油孔和供油槽相通，中心供油孔与所述止推滑动轴承中的油室连通，供油槽与所述浮动轴套内的油室相通。
6.根据权利要求5所述的轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，其特征是：所述供油槽为环形供油槽。
7.根据权利要求1所述的轴向和径向静压支承的螺旋齿双圆弧齿形液压齿轮泵，其特征是：所述径向静压滑动轴承为轴向浮动轴套，浮动轴套内表面上开设有油室，端面上开设有回油槽，该油室与齿轮轴上的供油槽连通，回油槽与齿轮泵低压区相通。
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