CN111173735A - 平稳无脉冲齿轮泵的齿轮副及齿轮副模具型腔的加工工艺 - Google Patents

平稳无脉冲齿轮泵的齿轮副及齿轮副模具型腔的加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平稳无脉冲齿轮泵的齿轮副及齿轮副模具型腔的加工工艺，应用于高精度精密微型齿轮泵中，包括两个相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，两者的参数如下：齿数为10－18，法相模数1－20mn，法向压力角20°，齿顶高系数0.8，齿根高系数1.26，啮合角29.531，齿形重合度1.024，通过对齿轮型线参数得到进一步的优化，优化后的齿轮重合度高，降低摩擦系数，提高了齿轮的使用寿命，让齿轮泵在输送出来的介质平稳、无脉冲、连续性高的特点；采用新型表面处理工艺制造齿轮型腔，提高齿轮的制造精度、密度、饱和度，增大了齿轮力矩，使齿轮相互啮合时减小相互摩擦力，同时提高了产品的稳定性、生产效率，大提升了模具的寿命。

Description

平稳无脉冲齿轮泵的齿轮副及齿轮副模具型腔的加工工艺
技术领域
本发明涉及一种齿轮副以及生产该种齿轮副的模具型腔的加工工艺，齿轮副应用于平稳无脉冲齿轮泵内，齿轮副的齿形设计主要应用于一种高精度无脉冲齿轮泵中。
背景技术
齿轮泵在航空航天领域有着广泛的应用，为各种航天飞行器的冷却系统、发动机的燃油系统，汽车是尾气处理喷射装置等提供动力。这些装置输送流体粘度低压力高，同时对输送过程中产生的脉冲极为敏感，一种平稳无脉冲齿轮泵是解决以上装置最佳解决方案。
目前市场上的齿轮泵生产工艺，通常采用金属齿轮加工、塑料机加工，也普通注塑模具成型加工，但都有各自的缺点，如采用金属齿轮方案，本身受材料所限，没有自润滑特性，输送低粘度液体时，使用一段时间后，齿轮磨损很严重，连续稳定性太差，导致喷射装置送料不均匀，影响环境；采用塑料直接机加工方案，齿轮生产效率低，稳定性差，成本高；采用普通模具注塑成型加工方案，由于热流道做工粗糙，模仁型腔都采用普通四刃铣刀镗孔或机械式抛光，容易导致齿轮壁厚不均匀，齿形收缩变形，表面光洁度和精度达不到，另外齿轮型腔没有强化处理，齿轮精度无法保证。
目前市场上的齿轮泵的齿轮设计采用斜齿轮设计，斜齿轮会产生径向和轴向同时分力，所以斜齿轮泵输送介质相比直齿轮泵更消耗电机功率，在同一工况下，斜齿轮泵所采用的电机功率相比直齿轮泵大一倍，体积也更大，泵应用于空间体积狭小的环境中时，受到极大的限制；也有采用直齿轮设计，但法向压力角通常采用25－27度，在这个压力角范围的齿轮，输送介质时容易出现根切，另外齿顶与齿根厚度变化太大，容易变形。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种应用于平稳无脉冲齿轮泵的齿轮副以及齿轮副模具型腔的加工工艺，其目的在于解决，对现有的齿轮泵的齿轮参数进行优化，解决了齿轮批量生产加工稳定性的问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种平稳无脉冲齿轮泵的齿轮副，为渐开线直齿轮副，包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮内设有主驱动轴，从动齿轮内设有从驱动轴；所述主动齿轮和从动齿轮的设计参数一样，设计参数为：齿数为10－18，法相模数1－20mn，法向压力角为20°，齿顶高系数0.8，齿根高系数1.26，啮合角29.531°，齿形重合度1.024。
进一步来说，所述主动齿轮、从动齿轮采用聚醚醚酮复合材料制成的齿轮，所述主驱动轴、从驱动轴采用氧化锆陶瓷轴。
一种齿轮副模具型腔的加工工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、模仁加工：采用线切割的方式割出齿轮型腔，对齿轮型腔进行流体抛光，并对抛光后的齿轮型腔表面PVD涂层；上述抛光采用流体抛光工艺，抛光后采用PVD涂层技术对型腔表层进行强化处理，保证了型腔的精度稳定性，同时保证了注塑后齿轮的光洁度；
步骤2、热流道加工：采用宽流道设计，对热流道进行镜面抛光，减小注塑PEEK复合材料流动的阻力，有效的降低了注塑的收缩变形，提高了齿轮饱和度；
步骤3、注塑前期准备工作：模具预热到350度～370度，PEEK复合材料烘料2小时以上，在预热好的齿轮型腔内分别放入氧化锆陶瓷轴；
步骤4、注塑开始：将熔融的PEEK复合材料射入型腔，保压；
步骤5、工件成型：保压成型后，脱模取出零件；
步骤6、对零件进行打磨修边获得成品。
进一步来说，步骤1中齿轮型腔切割成型时需要预留0.005mm的余量。
与现有技术相比，本发明对齿轮型线参数得到进一步的优化，优化后的齿轮重合度高，降低摩擦系数，提高了齿轮的使用寿命，让齿轮泵在输送出来的介质平稳、无脉冲、连续性高的特点；齿轮型腔表面采用流体抛光工艺、表面PVD涂层强化工艺，提高齿轮的制造精度、密度、饱和度，增大了齿轮力矩，使齿轮相互啮合时减小相互摩擦力，同时提高了产品的稳定性、生产效率，大提升了模具的寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中的齿轮副的示意图。
图2为本发明实施例中法向压力角20°的齿轮与传统的法向压力角27°的齿轮比对图。
图中：
1－主动齿轮；2－主驱动轴；3－从动齿轮；4－从驱动轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例
参见附图1所示，本实施例中的一种平稳无脉冲齿轮泵的齿轮副，为渐开线直齿轮副，包括相互啮合的主动齿轮1和从动齿轮3，主动齿轮1内设有主驱动轴2，从动齿轮3内设有从驱动轴4。其中：主动齿轮1和从动齿轮3的参数一样，设计参数如下：
齿数为10－18，法相模数1－20mn，法向压力角20°，齿顶高系数0.8，齿根高系数1.26，啮合角29.531°，齿形重合度1.024。
本实施例中针对齿数为10的主动齿轮为例，其基本参数如下：
转速(r/min) 1000
齿数z 10
法向模数mn 1
齿顶高系数ha＊ 0.8
齿根高系数hf＊ 1.26
法向压力角αn 20
螺旋角β 0
有效齿宽b 16
上述主动齿轮和从动齿轮的设置参数如下：
Figure BDA0002383581110000041
上述主动齿轮和从动齿轮的几何尺寸参数设计如下：
主动齿轮 推荐值 从动齿轮 推荐值
齿顶圆直径da 12.568mm 12.568mm 12.568mm 12.568mm
齿根圆直径df 8.448mm 8.448mm 8.448mm 8.448mm
跨齿数k 2 2 2 2
公法线Wk 4.899mm 4.899mm 4.899mm 4.899mm
量棒直径dp 2.3mm 2.3mm 2.3mm 2.3mm
跨棒距M 14.521mm 14.521mm 14.521mm 14.521mm
针对上述几何参数校核结果：
Figure DA00023835811133010
Figure BDA0002383581110000051
采用法向压力角20°的齿轮与传统的法向压力角27°的齿轮比对图如图2所示，从图2中可明显的看出采用法向压力角20°的齿轮的齿顶与齿根厚度更匀称。
本实施例中的主动齿轮1和从动齿轮3采用聚醚醚酮复合材料制成，主驱动轴2、从驱动轴4均采用氧化锆陶瓷轴，提高主驱动轴2、从驱动轴4的耐用性。聚醚醚酮复合材料(PEEK复合材料)是一种具有耐高温、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能的特种工程塑料，能够极大的提升主动齿轮1和从动齿轮3耐用性。
一种平稳无脉冲齿轮泵的齿轮副模具型腔的加工工艺，步骤为：
1.工序一、开模，
(1)模仁加工：模仁型腔是保证齿轮参数的核心，型腔采用线切割的方式加工，割出齿轮腔体，留有0.005余量，对齿轮型腔采用流体抛光工艺，抛光后采用PVD涂层技术对型腔表层进行强化处理，保证了型腔的精度稳定性，同时保证了注塑后齿轮的光洁度；
(2)热流道加工：采用宽流道设计，对热流道进行镜面抛光，减小注塑PEEK复合材料流动的阻力，有效的降低了注塑的收缩变形，提高了齿轮饱和度。
2.工序二、注塑成型
(1)注塑前期准备工作：模具预热到360度左右(350度～370度)，同时PEEK复合材料烘料2小时以上，在预热好的齿轮型腔内分别放入氧化锆陶瓷轴；
(2)注塑开始：将熔融的PEEK复合材料射入型腔，保压；
(3)工件成型：保压成型后，脱模取出零件；
(4)产品制作完成，送检。
本实施例对齿轮型线参数得到进一步的优化，优化后的齿轮重合度高，降低摩擦系数，提高了齿轮的使用寿命，让齿轮泵在输送出来的介质平稳、无脉冲、连续性高的特点；齿轮型腔表面采用流体抛光工艺、表面PVD涂层强化工艺，提高齿轮的制造精度、密度、饱和度，增大了齿轮力矩，使齿轮相互啮合时减小相互摩擦力，同时提高了产品的稳定性、生产效率，大提升了模具的寿命。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种平稳无脉冲齿轮泵的齿轮副，为渐开线直齿轮副，包括相互啮合的主动齿轮(1)和从动齿轮(3)，主动齿轮(1)内设有主驱动轴(2)，从动齿轮(3)内设有从驱动轴(4)；其特征在于：所述主动齿轮(1)和从动齿轮(3)的设计参数一样，均采用：齿数为10－18，法相模数1－20mn，法向压力角为20°，齿顶高系数0.8，齿根高系数1.26，啮合角29.531°，齿形重合度1.024。
2.根据权利要求1所述的齿轮副，其特征在于：所述主动齿轮(1)、从动齿轮(3)采用聚醚醚酮复合材料制成的齿轮，所述主驱动轴(2)、从驱动轴(4)采用氧化锆陶瓷轴。
3.一种齿轮副模具型腔的加工工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、模仁加工：采用线切割的方式割出齿轮型腔，对齿轮型腔进行流体抛光，并对抛光后的齿轮型腔表面PVD涂层；
步骤2、热流道加工：采用宽流道设计，对热流道进行镜面抛光；
步骤3、注塑前期准备工作：模具预热到350度～370度，PEEK复合材料烘料2小时以上，在预热好的齿轮型腔内分别放入氧化锆陶瓷轴；
步骤4、注塑开始：将熔融的PEEK复合材料射入型腔，保压；
步骤5、工件成型：保压成型后，脱模取出零件；
步骤6、对零件进行打磨修边获得成品。
4.根据权利要求3中的加工工艺，其特征在于：步骤1中齿轮型腔切割成型时需要预留0.005mm的余量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU205690U1 (ru) * 2021-03-09 2021-07-28 Сергей Иванович Никитин Шестеренный насос

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