CN113187719A - 一种齿圈、泵轴及其加工方法以及内啮合齿轮泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内啮合齿轮泵，包括泵轴，依次同轴固定的进油泵体、中间泵体和排油泵体，以及固定在进油泵体前端的前盖和固定在排油泵体尾端的后盖，所述前盖、进油泵体、中间泵体和排油泵体的中部均开有相互连通的供泵轴插入的轴向通孔，所述泵轴的内侧端伸入至排油泵体的尾部，外侧端用于和外部动力装置连接；位于中间泵体和排油泵体段的泵轴上分别套设有一对相互啮合的外齿轮和内齿圈，所述泵轴插入进油泵体的一段依次套设有第一轴承和密封组件，第一轴承的两端夹设在前盖的内侧壁和密封组件之间。本发明通过将泵体内泵轴颈部的轴承外置并对泵轴和内齿圈加工方法的改进，使该齿轮泵可用于循环油性介质和低粘度的非油介质。

Description

一种齿圈、泵轴及其加工方法以及内啮合齿轮泵
技术领域
本发明涉及啮合齿轮泵的制造领域，具体涉及一种齿圈、泵轴及其加工方法，以及包括上述齿圈和泵轴的内啮合齿轮泵。
背景技术
内啮合齿轮泵是液压系统的动力原件，它的主要使用介质是矿物油，因为它具有自吸能力强，噪音小，压力和转速的可变范围大，结构简单，价格实惠等优点，因此在实际使用时经常会被两用，既用于循环油类介质又用于循环低粘度的非油介质，例如水、液氨等。然而当本该用于循环油类介质的内啮合齿轮泵被用于循环低粘度的非油介质时，设于泵轴颈处的轴承会因为得不到足够的润滑而导致磨损严重，特别是当非油介质为水时，在水介质和轴承长时间接触后，极易导致轴承生锈，使轴承内部卡死，从而使泵轴无法正常转动，最终导致整个齿轮泵都无法使用；此外，因为低粘度介质的润滑作用很弱，同样会导致泵轴在泵体内磨损严重。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种齿圈、泵轴及其加工方法及内啮合齿轮泵，通过优化内啮合齿轮泵的结构，并对内啮合齿轮泵的主要零件齿圈和泵轴的加工方法进行优化改进，以使内啮合齿轮泵可长期用于油性介质和低粘度的非油介质。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：提供一种内啮合齿轮泵，包括泵轴，依次同轴固定的进油泵体、中间泵体和排油泵体，以及固定在所述进油泵体前端的前盖和固定在所述排油泵体尾端的后盖，所述前盖、进油泵体、中间泵体和排油泵体的中部分别开有相互连通的供所述泵轴插入的轴向通孔，所述泵轴的内侧端伸入至所述排油泵体的尾部，外侧端用于和外部动力装置连接；位于所述中间泵体和排油泵体段的所述泵轴上分别套设有一对相互啮合的外齿轮和内齿圈，所述泵轴插入所述进油泵体的一段依次套设有第一轴承和密封组件，所述第一轴承的两端夹设在所述前盖的内侧壁和所述密封组件之间，且所述密封组件的外侧壁和所述进油泵体的内侧壁紧贴。
优选的，所述密封组件包括密封座，所述密封座的外侧壁和所述进油泵体的内侧壁紧贴，所述密封座靠近所述泵轴的内侧开有一大环形槽，所述大环形槽内安装有密封骨架，所述密封座的外侧壁的中部开有一小环槽，所述小环槽内安装有0型圈。
优选的，所述大环形槽为下端开口的环形开口槽。
优选的，位于所述进油泵体、中间泵体和排油泵体尾部段的所述泵轴上还分别套设有第二轴承，以支撑所述泵轴在所述进油泵体、中间泵体和排油泵体内灵活转动。
优选的，所述第一轴承外侧的所述泵轴的外侧壁上开有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有挡圈，以阻止所述泵轴的轴向运动。
优选的，所述进油泵体的底端、所述中间泵体和排油泵体的顶端和底端，均开设有环形密封槽，所述密封槽内安装有0型密封圈。
本发明还提供一种内齿圈加工方法，用于加工上述所述内啮合齿轮泵的内齿圈，所述内齿圈的加工方法包括以下步骤：
S1:铸造，以QT400为原料；
S2:退火；将工件随炉升温至950±10℃保温4±0.5h，再随炉降温至500±10℃后空冷；
S3:机加工；
S4:去应力：将工件随炉升温至500±10℃保温4±0.5h出炉空冷；
S5:精加工；得到符合设计要求的内齿圈；
S6:渗氮：将工件随炉升温至510±10℃，通入氨气，保温30±0.5h，出炉空冷。
本发明还提供一种通过上述内齿圈加工方法制得的内齿圈。
本发明还提供一种泵轴加工方法，用于加工上述内啮合齿轮泵内的泵轴，所述泵轴的加工方法包括以下步骤：
S1:下料，以40Cr为原料进行铸造；
S2:调质：将工件随炉升温至850±10℃，保温1.5±0.1h，油淬，待工件冷致室温后回火，温度560±10℃，保温4±0.1h，出炉空冷；
S3:机加工；
S4:去应力：将工件随炉升温至500±10℃保温4±0.5h出炉空冷；
S5:半精加工；
S6:渗氮：将工件随炉升温至510±10℃，通入氨气，保温30±0.5h：
S7:精加工；将上述工件加工成符合设计需求的泵轴。
优选的，对所述泵轴进行表面陶瓷涂层喷涂处理，所述陶瓷涂层为氧化铝-氧化钛涂层，所述陶瓷层的厚度约为0.3mm。
本发明还提供一种通过上述泵轴加工方法制得的泵轴。
本发明的有益效果如下：本发明通过将内啮合齿轮泵泵轴颈部的轴承外置，以解决内啮合齿轮泵用于循环低粘度介质时生锈卡顿的问题；同时通过对内啮合齿轮泵的泵轴和内齿圈加工方法的改进，并进一步对泵轴的表面进行喷涂处理，提高泵轴和内齿圈的硬度和耐磨性，延长其使用寿命，从而使内啮合齿轮泵可长期用于循环油性介质和低粘度的非油介质。
附图说明
图1为本发明内啮合齿轮泵的结构图，
图2为本发明内啮合齿轮泵的轴向剖面图，
图3为本发明内啮合齿轮泵的立体结构图，
图4为本发明内啮合齿轮泵中间泵体的径向剖面图；
其中：1、泵轴、2、进油泵体，3、中间泵体，4、排油泵体，5、前盖，6、后盖，5a、前盖通孔，2a、第一通孔，3a、中间通孔，4a、第二通孔，7、第一轴承，8、密封组件，9、外齿轮，10、内齿圈，11、进油口，12、排油口，13、密封座，14、大环形槽，15、骨架密封，16、小环槽，17、第二轴承，18、环形凹槽，19、环形密封槽，20、月牙板，21、中心通孔，22、键，23、泄油孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1至图4所示，本实施例提供的内啮合齿轮泵，包括泵轴1，依次同轴固定连接的进油泵体2、中间泵体3和排油泵体4，以及固定在所述进油泵体2前端的前盖5和固定在所述排油泵体4尾端的后盖6，其中：
所述前盖5、进油泵体2、中间泵体3和排油泵体4的中部分别开有相互连通的供所述泵轴1插入的轴向通孔，依次为前盖通孔5a、第一通孔2a、中间通孔3a和第二通孔4a，所述泵轴1的内侧端依次穿过所述前盖通孔5a、第一通孔2a和中间通孔3a至所述排油泵体4内的所述第二通孔4a的尾端，外侧端则用于和外部的动力装置连接(图中未示出)，动力装置用于驱动泵轴1转动。
位于所述中间泵体3和排油泵体4内的所述泵轴1的前部还分别套设有一组齿轮副，每组齿轮副包括相互啮合的外齿轮9和内齿圈10，且所述外齿轮9和所述内齿圈10的齿顶之间夹设有月牙板20；两个所述内齿圈10的外侧壁分别和所述中间泵体3和排油泵体4的内侧壁相接触，所述外齿轮9的中部开设有中心通孔21，所述泵轴1穿过所述外齿轮9的中心通孔21，并和所述外齿轮9固定连接。本实施例中，所述外齿轮9和泵轴1通过键22进行键连接，这样，当泵轴1转动时，会带动中间泵体3和排油泵体4内的外齿轮9一起转动，进一步使所述外齿轮9和内齿圈10进行啮合传动，此时所述月牙板20一侧的所述外齿轮9脱离内齿圈10形成真空以吸介质液进入，另一侧的所述外齿轮9则插入内齿圈10进行啮合，将介质液压出，从而形成高压介质液排出。
所述泵轴1插入所述第一通孔2a段的外侧壁依次套设有第一轴承7和密封组件8，所述第一轴承7的两端夹设在所述前盖5的内侧壁和所述密封组件8之间，所述密封组件8的外侧壁和所述进油泵体2的内侧壁紧贴，这样，当所述泵轴1沿所述第一轴承7内转动，所述密封组件8完全阻隔了介质液通过第一通孔2a和第一轴承7的接触。本实施例中，所述第一轴承7为深沟球轴承。
另外，该齿轮泵的所述进油泵体2的一侧开有进油口11，所述后盖6的一侧开有排油口12，本实施例中，所述后盖6为一侧开有排油口的配油盘。工作状态下，依靠外部动力装置的动力驱动，所述齿轮泵的泵轴1持续转动，并带动所述外齿轮9和内齿圈10持续转动，介质液从所述进油口11进入所述进油泵体2内，并依次经过中间泵体3和排油泵体4，经排油泵体4输出的高压介质液从后盖6一侧的所述排油口12输出，从而实现介质液在泵体内的持续传输。
需要说明的是，本发明的内啮合齿轮泵采用两级齿轮副，即中间泵体3和排油泵体4内均安装有齿轮副，当需要高压力的介质液输出时，两级齿轮副可以共同分担压力，从而可以使所述内啮合齿轮泵能够承担更大的压力。
进一步地，所述密封组件8包括密封座13，所述密封座13的外侧壁和所述进油泵体2的内侧壁紧贴，所述密封座13靠近所述泵轴1的内侧开有一大环形槽14，本实施例中，优选的所述大环形槽14为下端开口的环形开口槽，所述大环形槽14内安装有密封骨架15；所述密封座13的外侧壁中部开有一小环槽16，所述小环槽16内安装有0型圈；该种密封结构中，当进油泵体2内的介质液泄漏至所述密封骨架15的下侧时，在介质液的压力下，可以给予密封座13向前端和两侧的压力，从而可以进一步提升密封组件8对第一轴承7的密封作用。本实施例中，所述密封骨架为双层密封骨架。
需要说明的是，随着泄漏液不断产生，为了防止泵体内压力过大，本实施例中的进油泵体的一侧还开设有连通外部油箱的泄油孔23，所述泄油孔23的内侧端连通至所述密封座13的下端，通过调控泄油孔23可维持泵体内压力的稳定。
进一步的，位于所述第一通孔2a、中间通孔3a和第二通孔4a尾部段的所述泵轴1上还分别套设有第二轴承17，所述第二轴承17分别夹设在所述进油泵体2、中间泵体3和排油泵体4的内侧壁和泵轴1之间，以支撑所述泵轴1在泵体内灵活旋转。
进一步的，所述第一轴承7外侧端的所述泵轴1的外侧壁上开有环形凹槽18，所述环形凹槽18内安装有挡圈，从而阻止所述泵轴1的轴向运动。
为了保证进油泵体2、中间泵体3和排油泵体4以及后盖6相互连接处的密封性，所述进油泵体2的底端、所述中间泵体3和排油泵体4的顶端和底端均开设有环形密封槽19，所述环形密封槽19内安装有0型密封圈，以进一步阻止介质液的泄漏。
实施例2
实施例1的上述内啮合齿轮泵的内齿圈，进一步通过以下方法加工，以提高内齿圈的耐磨性，所述内齿圈10的加工步骤具体为：
S1:铸造，以QT400为原料，初步铸造成型。
S2:退火，将上述工件进行退火工艺，降低工件的硬度，提高工件的塑性，以利于后续的切削加工；本实施例中，优选的退火工艺，是将工件随炉升温先至奥氏体化温度950±10℃保温4±0.5h，再随炉降温至500±10℃后进行空冷，该过程后测得工件的硬度为HB150±20。
S3:机加工，使用机械对工件进行形状加工至符合设计要求。
S4:去应力，将上述工件进行去应力工艺以消除毛胚和零件中的残余应力，减少零件在后续切削加工和使用过程中的形变和裂纹倾向；本实施例中，优选的去应力工艺，是将工件随炉升温至500±10℃并保温4±0.5h，然后出炉进行空冷。
S5:精加工，将上述内齿圈10工件进行高精度的机械加工成型。
S6:渗氮，进一步对上述精加工后的内齿圈10进行渗氮处理，以进一步提高齿轮的表面硬度以及耐磨性。根据本发明优选的渗氮工艺实施例，将精加工后的工件随炉升温至510±10℃，通入氨气，通过氨气气体分解氮使工件表面得以吸收，保温30±0.5h，然后出炉进行空冷；渗氮处理后，检测工件形成的渗氮层深度为0.3±0.05mm，在渗氮层的作用下，工件表面的硬度相比较前序退火后有明显提升，工件硬度为HV 570±20。
实施例3
实施例1的上述内啮合齿轮泵的泵轴1进一步通过以下方法加工，以提高泵轴的硬度和耐磨性，延长泵轴1的使用寿命，所述泵轴1加工的具体步骤为：
S1：下料铸造，以40Cr为原料，初步铸造成型。
S2：调质：调质工艺具体是将上述工件分别进行淬火和高温回火的双重热处理，根据本发明优选的实施例，具体的调质工艺是将上述工件随炉升温至850±10℃，保温1.5±0.1h后，进行油淬，待工件冷致室温后进行高温回火，将工件随炉温升至温度560±10℃，保温4±0.1h，出炉进行空冷；检测得到的工件硬度范围为HRC 30±2，此时工件具有较好的机械性能匹配，即所述工件既具有较好的强度和硬度，又具有较好的塑韧性和机械加工性能。
S3：机加工；使用机械对上述工件进行形状加工至符合设计要求。
S4：去应力：根据本发明优选的实施例，该去应力工艺是将工件随炉升温至500±10℃并保温4±0.5h后，出炉空冷。
S5：半精加工；为消除工件在上述热处理后的变形，对上述工件进行切削加工。
S6：渗氮：进一步对上述半精加工得到的工件进行渗氮处理，根据本发明优选的实施例，将工件随炉升温至510±10℃，通入氨气，通过氨气气体分解氮使工件表面得以吸收，提高表面强硬度，保温30±0.5h，出炉空冷，检测渗氮处理后工件的渗氮层深度为0.3±0.05mm，在渗氮层的作用下，所测得的工件硬度相比较前序调质后的工件硬度有明显提升，工件硬度为HRC 54±2。
S7：精加工，将上述热处理后的工件进行精加工，得到符合外观设计要求的泵轴1。
在该内啮合齿轮泵的长时间持续工作下，所述泵轴1在泵体内需长时间转动，当介质液为低粘度介质时，泵轴1在啮合齿轮泵中的磨损会更加严重。因此，对上述得到的泵轴作进一步的超硬化喷涂处理，具体的，对所述泵轴1的表面进行陶瓷涂层喷涂，所述陶瓷涂层为氧化铝-氧化钛涂层，所述陶瓷涂层的厚度约为0.3mm，喷涂处理后，检测泵轴1的表面硬度约为HV900，对比上述泵轴热处理后的硬度HRC54±2，喷涂处理后的泵轴表面的硬度得到进一步提高。需要说明的是，为了高效利用喷涂材料，仅需对泵轴磨损严重区域进行表面喷涂处理，因此，本实施例中，仅对内啮合齿轮泵内位于密封组件8和第二轴承17段的泵轴1的表面进行喷涂处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种内啮合齿轮泵，包括泵轴，依次同轴固定的进油泵体、中间泵体和排油泵体，以及固定在所述进油泵体前端的前盖和固定在所述排油泵体尾端的后盖，所述前盖、进油泵体、中间泵体和排油泵体的中部分别开有相互连通的供所述泵轴插入的轴向通孔，所述泵轴的内侧端伸入至所述排油泵体的尾部，外侧端用于和外部动力装置连接；位于所述中间泵体和排油泵体段的所述泵轴上分别套设有一对相互啮合的外齿轮和内齿圈，其特征在于，所述泵轴插入所述进油泵体的一段依次套设有第一轴承和密封组件，所述第一轴承的两端夹设在所述前盖的内侧壁和所述密封组件之间，且所述密封组件的外侧壁和所述进油泵体的内侧壁紧贴。
2.根据权利要求1所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，所述密封组件包括密封座，所述密封座的外侧壁和所述进油泵体的内侧壁紧贴，所述密封座靠近所述泵轴的内侧开有一大环形槽，所述大环形槽内安装有密封骨架，所述密封座的外侧壁的中部开有一小环槽，所述小环槽内安装有0型圈。
3.根据权利要求2所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，所述大环形槽为下端开口的环形开口槽。
4.根据权利要求1所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，位于所述进油泵体、中间泵体和排油泵体尾部段的所述泵轴上还分别套设有第二轴承，以支撑所述泵轴在所述进油泵体、中间泵体和排油泵体内灵活转动。
5.根据权利要求1所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，所述第一轴承外侧的所述泵轴的外侧壁上开有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有挡圈，以阻止所述泵轴的轴向运动。
6.根据权利要求1所述的内啮合齿轮泵，其特征在于：所述进油泵体的底端、所述中间泵体和排油泵体的顶端和底端，均开设有环形密封槽，所述密封槽内安装有0型密封圈。
7.一种内齿圈加工方法，用于加工权利要求1所述内啮合齿轮泵的内齿圈，其特征在于，所述内齿圈的加工方法包括以下步骤：
S1:铸造，以QT400为原料；
S2:退火；将工件随炉升温至950±10℃保温4±0.5h，再随炉降温至500±10℃后空冷；
S3:机加工；
S4:去应力：将工件随炉升温至500±10℃保温4±0.5h出炉空冷；
S5:精加工；得到符合设计要求的内齿圈；
S6:渗氮：将工件随炉升温至510±10℃，通入氨气，保温30±0.5h，出炉空冷。
8.一种内齿圈，根据权利要求7所述的内齿圈加工方法制得。
9.一种泵轴加工方法，用于加工权利要求1所述内啮合齿轮泵的泵轴，其特征在于，所述泵轴的加工方法包括以下步骤：
S1:下料，以40Cr为原料进行铸造；
S2:调质：将工件随炉升温至850±10℃，保温1.5±0.1h，油淬，待工件冷致室温后回火，温度560±10℃，保温4±0.1h，出炉空冷；
S3:机加工；
S4:去应力：将工件随炉升温至500±10℃保温4±0.5h出炉空冷；
S5:半精加工；
S6:渗氮：将工件随炉升温至510±10℃，通入氨气，保温30±0.5h：
S7:精加工；将上述工件加工成符合设计需求的泵轴。
10.根据权利要求9所述的泵轴加工方法，其特征在于，对所述泵轴进行表面陶瓷涂层喷涂处理，所述陶瓷涂层为氧化铝-氧化钛涂层，所述陶瓷层的厚度约为0.3mm。
11.一种泵轴，根据权利要求9或10所述的泵轴加工方法制得。
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