CN116335936B - 一种齿轮泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮泵，涉及液压泵生产制造，包括：泵体，中间设有容纳腔；盖板，盖板将容纳腔密封，在盖板上设有进油口和出油口；一对相啮合的齿轮，齿轮包括齿轮主体和轮轴；齿轮主体包括轮体和轮齿；泵盖，泵盖上设有轴孔；泵盖的内壁与轮体滑动接触，在泵盖与轮齿之间设有夹缝，用以减少泵盖与轮齿的接触；以及，设于泵盖和盖板之间的弹性密封垫，弹性密封垫在泵体的表面环绕容纳腔设置，弹性密封垫的部分由泵体的表面越过泵体与泵盖的分界线并延伸向泵盖的外壁；其轮齿与泵盖之间因设置夹缝，减小了摩擦力，降低了电机的启动扭矩，也不会划伤泵盖的内壁，避免了弹性密封垫被截断，延长了使用寿命。

Description

一种齿轮泵

技术领域

本发明涉及液压泵生产制造技术领域，具体涉及一种齿轮泵。

背景技术

齿轮泵属于容积式回转泵的一种，它一般用于输送具有润滑性能的液体。齿轮泵对介质的输送是靠泵工作时容积的改变来完成的，是由一对相互啮合的齿轮，外包配合严密的泵体组成。啮合的方式分外啮合和内啮合，外啮合又分直齿、斜齿、人字齿等型式。

其中的外啮合齿轮泵如图11所示，是由一对大小相等、模数相同的齿轮置于泵体内部的腔室中，在泵体中间有两个通道，一个是进口(吸油口)，一个是出口(压油口)。壳泵前后的泵盖(在齿轮轴向上的两侧)和相互啮合的齿轮一起在腔室内将腔室一分为二，组成两个密封的工作腔，一个连接进口，另一个连接出口。当主动齿轮由原动机带动旋转时，另一个从动齿轮相啮合而转动。由于齿轮与泵盖之间的间隙很小，因此吸入口和排出口是隔开的。主动齿轮转动时带动从动齿轮以相反方向旋转。在吸入口处，齿轮逐渐分开，齿穴空了出来，使容积增大，压力降低，将油料吸入。吸入的油料在齿穴内被齿轮沿着泵壳带到泵出口，在排出口处齿轮重新啮合，使容积缩小，压力升高，将齿穴中的油料挤入排出管中。齿轮不断地转动，则齿轮泵就完成了吸排油过程。

为了防止腔室内的油外泄，在泵盖外侧设有用于将泵盖密封在腔室内的盖板，在泵盖和盖板之间设有弹性密封垫。这种结构的外啮合齿轮泵在使用一段时间后，发现电机的启动扭矩会增大，容积效率会降低，甚至出现弹性密封垫断裂的情况，弹性密封垫断裂后，齿轮泵的气密性就得不到保证，最终导致无法正常工作，不得不提前报废。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种齿轮泵，能降低了电机的启动扭矩，提高齿轮泵的容积效率，避免了弹性密封垫被截断，延长齿轮泵的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种齿轮泵，包括：

泵体，中间设有容纳腔；

设于泵体两侧的盖板，盖板将容纳腔密封，在盖板上设有进油口和出油口；

设于所述容纳腔中的一对相啮合的齿轮，齿轮包括齿轮主体和轮轴；所述齿轮主体包括与齿根圆等径的轮体和位于轮体外的轮齿；

分别设于齿轮两侧的泵盖，所述泵盖位于所述齿轮和盖板之间，所述泵盖上设有用于固定所述轮轴并使其可在其中相对转动的轴孔；所述泵盖的内壁与所述轮体的侧面滑动接触，在所述泵盖与所述轮齿的侧面之间设有夹缝，用以减少泵盖与轮齿的接触；以及，

设于所述泵盖和盖板之间的弹性密封垫，所述弹性密封垫在所述泵体的表面环绕所述容纳腔设置，所述弹性密封垫的部分由所述泵体的表面越过泵体与泵盖的分界线并延伸向所述泵盖的外壁；

其中所述齿轮和泵盖将所述容纳腔分隔成两个工作腔，其中一个工作腔与所述进油口相连，另一个工作腔与所述出油口相连。

通过在泵盖与轮齿之间设置工作夹缝，使两者减少接触或尽可能不接触，从而避免泵盖的内壁被轮齿锐利的边缘划伤，进而就能够避免泵盖的内壁因划伤而产生毛刺，以及因泵盖的内壁产生毛刺后在与高速转动的轮体接触过程中出现轴向跳动的趋势，所以也能避免弹性密封垫因泵盖轴向跳动而在泵盖和泵体的分界面处被切断，进而延长了弹性密封垫和齿轮泵的的使用寿命。况且泵盖与轮齿这两者的夹缝较小，而油具有一定的粘性，在轮齿高速转动时，油附着在轮齿的两侧表面并随其转动，形成一定厚度的油膜，能一定程度地将该夹缝油封，减少回油的可能。当轮齿与泵盖之间减少接触后，相应地两者之间的阻力就会减少，对驱动电机的负载就会降低，驱动电机启动和平稳运行时的扭矩就会相应地降低。

可选的，所述轮齿的两侧经加工后与所述轮体的侧面之间形成夹角，夹角在1°以内；所述轮齿通过该夹角与所述泵盖之间形成所述夹缝。

可选的，所述轮体两侧面之间的宽度为H，所述轮齿在齿顶圆处的宽度为h；满足(H-h)在2μm-40μm。

可选的，所述轮齿的两侧的夹角经磨削加工后形成。

可选的，所述泵盖内壁设有用于与所述轮体的侧面相配合的滑动接触面，所述滑动接触面环绕所述轴孔设置；在所述滑动接触面外侧设有与所述齿轮的侧面相对的渐变曲面，在所述渐变曲面与所述轮齿的侧面之间形成所述夹缝。

可选的，在沿所述轮齿的径向截面上，所述渐变曲面上的点到所述轮齿的侧面之间的距离，与该点在所述轮齿侧面上的正投影的线速度呈正相关。

轮齿的侧面一旦与泵盖内壁接触，则接触点处的线速度越大和力臂越大，产生阻力就越大，因此特意设置渐变曲面形成夹缝可以随改点处线速的增加而增加间距，整体上来讲就能更好的降低两者之间产生阻力的期望值，设置更为合理。

可选的，所述渐变曲面由磨削加工而成，最外端的磨削深度在1μm-20μm。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一示范性实施例中所述齿轮泵的分解图。

图2为本发明一示范性实施例中所述齿轮泵在忽略前盖板后的结构示意图，示出了泵体表面的弹性密封垫。

图3为本发明一示范性实施例中所述齿轮泵在忽略前盖板后的俯视图。

图4为图3中沿A——A方向上的剖视图。

图5为本发明一示范性实施例中所述齿轮、泵盖及弹性密封垫的结构示意图。

图6为本发明一示范性实施例中所述齿轮与其中一个泵盖的结构示意图。

图7为图6中的所述齿轮和泵盖的俯视图。

图8为图4中所述齿轮和泵盖在所述夹缝处的局部示意图。

图9为在另一实施例中所述齿轮和泵盖在所述夹缝处的放大图。

图10为以替代实施例中所述泵盖上渐变曲面的结构示意图。

图11为现有技术中外啮合齿轮泵的工作原理图。

其中：100、泵体；110、容纳腔；200、盖板；300、齿轮；310、齿轮主体；311、轮体；312、轮齿；320、轮轴；400、泵盖；410、轴孔；420、渐变曲面；500、弹性密封垫。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

对于背景技术中所提及的外啮合齿轮泵，本申请的发明人发现：其中的齿轮在工作过程中，齿轮的(轴向上的)两侧既需要和泵盖内壁之间保持滑动接触，又要紧密配合以固定齿轮同时减少出现窜油的现象。故在泵盖外设置用于固定的盖板，在盖板和泵盖的外壁之间放入弹性密封垫，通过弹性密封垫的弹性形变作用在泵盖上，从而让齿轮两侧的泵盖以一定的压力与齿轮的两侧面相接触。但是受限于加工工艺和装配工艺的水平，会有一定加工误差和装配误差，导致齿轮的两侧并非完全是平面，且该平面也并非与转动轴绝对垂直，尤其实齿轮上在齿根圆以外的轮齿，在加工的过程中可能会出现轴向形变。由于轮齿不在同一平面上，有部分轴向外凸于该平面，导致其在转动并与泵盖内表面滑动接触的过程中，过锐利的边角因轴向凸出而划伤泵盖的表面，泵盖的表面一旦因划伤而出现毛刺，会进一步引起齿轮的轴向跳动，进而带动泵盖在泵体内沿齿轮的轴向振动。在设计中本来泵盖的外壁要与泵体表面相齐平，然后通过盖板及密封圈将泵盖压紧在泵体内，但是一旦泵盖出现轴向振动，就会导致泵盖的外壁偏移出泵体的表面，泵盖的直角边缘会反复作用于弹性密封垫，弹性密封垫在此处受到剪切力以及泵盖直角边缘的切割，容易破损、断裂，进而影响到泵体的气密性，大大缩短了泵体的使用寿命。

而且一旦泵盖的内壁出现毛刺后，还会增加齿轮泵的工作阻力，进而增加驱动它的电机的扭矩。故发明人在本实施例中提出了一种齿轮泵，通过在泵盖与齿轮之间设置夹缝或间隙，减少或避免泵盖内壁与齿轮外侧的齿的接触，进而避免上述一些列问题的出现，以下将结合两个较佳的具体实施例具体阐述其实现过程。

实施例：

如图1所示，本实施例提供了一种齿轮泵，该齿轮泵包括泵体100、盖板200、齿轮300、泵盖400以及弹性密封垫500。

如图2-4所示，所述泵体100整体呈柱状，在中间设有贯穿上下两侧的孔形成容纳腔110，贯穿孔的截面形状类似两个十字交叉的长腰形叠加在一起，外轮廓上形成4个较为明显腔室。一对相啮合的齿轮和位于齿轮两侧的泵盖400安装在其中两个相对的腔室内，该对腔室的周壁为圆形，齿轮的外径与其相等，齿轮于其中同心设置，可相对转动。

参考图6，这一对齿轮300分别为主动齿轮和从动齿轮，两齿轮包括齿轮主体310和轮轴320，轮轴320由齿轮主体310的两侧轴向延伸，其中位于主动齿轮上的轮轴320较长，以便延伸并穿出盖板200，与外界的驱动电机相连。所述泵盖400为“8”字形的柱状(可参见图7和10)，在泵盖400上两边的中间设有轴孔410(参见图4和10)。如图5所示，泵盖400设有一对，分别位于两齿轮的两侧，泵盖400上的两轴孔410套在轮轴320上，将两个齿轮固定在一起，使两齿轮始终保持相啮合的状态，且使其可在其中相对转动。另外所述泵盖400的外轮廓与安置齿轮的腔室轮廓相匹配(参见图3和4)，恰好能够完全填充这一对相对的腔室，以截断另一对相对的腔室，防止液体从缝隙通过。

如图1所示，所述盖板200设有两个，分别为前盖板和后盖板，分别设于泵体100两侧的，将容纳腔110密封，同时所述泵盖400被所述盖板200密封在容纳腔110内，所述齿轮和泵盖400将所述容纳腔110分隔成两个工作腔，在前盖板200上设有进油口和出油口，其中一个工作腔与所述进油口相连，另一个工作腔与所述出油口相连。

参考图1-5，在所述泵盖400和盖板200之间的弹性密封垫500，所述弹性密封垫500在所述泵体100的表面环绕所述容纳腔110设置，所述弹性密封垫500的部分由所述泵体100的表面越过泵体100与泵盖400之间的分界线(面)并延伸向所述泵盖400的外壁。通过所述密封垫可以增加工作腔的气密性。

如图6所示，本实施例中，所述齿轮主体310包括轮体311和位于轮体311外侧的轮齿312，轮体311的直径等于齿根圆的直径，轮体311两侧为平面。参见图8，当两个泵盖400将轮体311夹在容纳腔中间时，泵盖400的内壁与轮体311的两侧的平面相贴合，且所述泵盖400的内壁与所述轮体311滑动接触，参见图8中r段。为避免轮齿312因与泵盖400内壁之间刮擦产生毛刺，以及因产生毛刺而带来的一些列问题。如图8所示，本实施例中，在所述泵盖400与所述轮齿312之间设有夹缝，夹缝在r段外侧，即∠1，用以减少泵盖400与轮齿312的接触。

具体地，如图8所示，所述轮齿312的两侧经加工后与所述轮体311的侧面之间形成夹角，夹角在1°以内，夹角可参考图8中∠1。所述轮齿312通过该夹角与所述泵盖400之间形成所述夹缝。本实施例中，所述齿轮在加工时，在未开齿前可先将轮齿312所对应的环形区域进行磨削成倒角，倒角的角度即等于夹角的大小；又或者在开齿后，对轮齿312所在的区域进行磨削、打薄，亦可。更具体地，所述轮体311两侧面之间的宽度为H，所述轮齿312在齿顶圆处的宽度为h，即齿轮最外端；在加工过程中，其中一侧经磨削减小的距离为L1，L1＝(H-h)/2，则满足L1在1μm-20μm，即每一侧经磨削后减小的距离为1μm-20μm。

如图9和10所示，泵盖内壁设有用于与所述轮体的侧面相配合的滑动接触面，即图9中的r段，在图10中为最靠近轴孔的阴影区域，所述滑动接触面环绕所述轴孔410设置。在一替代实施例中，还可以在所述滑动接触面外侧设置与所述齿轮的侧面相对的渐变曲面，在所述渐变曲面与所述轮齿的侧面之间形成所述夹缝。

所述轮齿的转动时，在沿所述轮齿的径向截面上，所述渐变曲面上的点到所述轮齿的侧面之间的距离，与该点在所述轮齿侧面上的正投影的线速度呈正相关。轮齿的侧面一旦与泵盖内壁接触，则接触点处的线速度越大和力臂越大，产生阻力就越大，因此特意设置渐变曲面形成夹缝可以随改点处线速的增加而增加间距，整体上来讲就能更好的降低两者之间产生阻力的期望值，设置更为合理。

本实施例中为方便加工，所述渐变曲面420由磨削加工而成的斜面，其起始端靠近内部，对应所述轮齿的齿根圆，随着与轴心距离原来越远，其到轮齿侧面的表面之间的距离也随之增大，最外端的磨削深度在1μm-20μm，即渐变曲面420的边缘处，参见图9中的∠2。该渐变曲面420与所述轮齿312相对，以形成所述夹缝。每个齿轮的两侧均有一个泵盖400，因此，两个泵盖400的内壁，即与齿轮相贴合的那一侧，均需要进行加工形成渐变曲面。加工方式可以采用磨削加工，每一侧经磨削后减小的距离为L2，L2也在在1μm-20μm。

需要说明的是，泵盖400的内壁和外壁是相对于容纳腔110而言，内壁是面向容纳腔110的，而外壁是面向容纳腔110外部的盖板200；内壁外侧中的外是相对于中间的轴孔410而言，即渐变曲面420环绕在轴孔410外的，由于泵盖400圆形外轮廓所对应的直径是与齿轮的外径相等，且有两个轴孔410，因此对应设置了两个渐变曲面420，两个渐变曲面420大部分位于泵盖400的外轮廓处，但两者有部分在两轴孔410的中间相交，两个圆渐变曲面420在相交后整体呈“8”字形，可参见图10。

另外，这里所谓的渐变曲面420是指该区域内的表面在被打薄后高度较低，不会被轮齿312剐蹭到即可。本实施例中，为了让油能浸入轴孔410，在泵盖400的内壁表面设有油槽穿过，油槽位于呈“8”字形的泵盖400的中间，油槽将所述渐变曲面420断开，即使渐变曲面420从外观上看不连续，但是轮齿312经过时依旧不会被剐蹭到，油槽可以视为渐变曲面420的一部分。

需要说明的是上述用来加工轮齿312两侧来形成夹角或加工泵盖400的渐变曲面420的磨削方式，即可以是常见的机械磨削，即利用砂轮机进行纯物理磨削，还可以是电解磨削，即让工件作为阳极与直流电源的正极相连，让导电磨轮作为阴极与直流电源的负极相连，配合电解液，使工件上加工面在磨削过程中一边进行物理磨削，一边被电解。

本发明工作原理如下：通过磨削的方式对轮齿两侧或泵盖的内壁进行加工，形成夹角或渐变曲面，即在原来相接触的表面外侧形成一个角度较小的锥面。泵盖与齿轮在装配后，泵盖的内壁中心区域与所述轮体的侧面相接触，且可以相对滑动，能通过两泵盖夹合轮体来固定齿轮的同时也不影响齿轮的转动。而轮齿与泵盖内壁外缘之间被加工后形成了夹缝，该夹缝能够减少轮齿与泵盖之间的接触，使两者减少接触或尽可能不接触，从而避免泵盖的内壁被轮齿锐利的边缘划伤，进而就能够避免泵盖的内壁因划伤而产生毛刺。没有毛刺的产生，泵盖就能够平稳地运行，不会因毛刺与轮齿之间的作用而出现摩擦振动，也就不会有轴向跳动的趋势，故可以避免弹性密封垫因泵盖轴向跳动而在泵盖和泵体的分界面处被切断的情况出现，进而提高了弹性密封垫的使用寿命，齿轮泵的气密性就得到了保障，相对地齿轮泵的使用寿命也会延长。

此外，若轮齿在与泵盖出现剐蹭划伤，剐蹭点距离轴心越远，其阻力产生的扭矩越大，因此本发明中在加工形成夹缝后，夹缝有一个角度(相对轮体侧面)，越远离轴心，夹缝越大，轮齿与泵盖的接触也就越小，被剐蹭的可能就越小。齿轮泵在启动或运行过程中的因阻力产生的扭矩也就相应地减少，从而减少驱动电机的负载，包括启动扭矩以及平稳运行时的扭矩。

以下将结合具体的实验来说明轮齿两侧在加工前后对电机的影响。实验数据如下表：

表1.未处理的5个齿轮泵每个分别进行三次实验的测试结果

表2.经磨削加工处理后的5个齿轮泵每个分别进行两次实验的测试结果

在实验一中，选取了相同型号的5个齿轮泵进行实验，在实验前测量齿轮泵的气密性，确认其气密性良好，保持温度在50℃，然后在1700rad/min转速下，逐步提升出油口的压力至66bar，进行实验，获得表1数据，扭矩和流量是实测数据，EOL容积效率、EOL机械效率和EOL综合效率是齿轮泵根据说选用的泵体参数及实测数据计算获得，具体计算公式为本领域技术人员公知常识，此处不一一详述。通过这三个计算值可以用来评判一个齿轮泵性能的好坏，尤其是综合效率。

在实验二开展前，将实验一的齿轮泵的两个齿轮拿出，进行磨削加工，两个齿轮的4个表面都磨削调1μm后，再装入原齿轮泵中，检测气密性，保证和实验一中的相同，然后按照实验一中相同的条件进行实验，获得表2中的数据。根据表2中数据的平均值对比表1可知，经过磨削加工后的齿轮泵在工作时，其驱动电机的扭矩明显见减小了，由于轮齿和泵盖之间有夹缝导致流量有一点点减少，相应的容积效率也减少了，但是机械效率和综合效率明显的提升了，尤其是综合效率明显进一步改善。因此，齿轮泵经过对轮齿进行磨削加工后，其整体性能是提升的。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (6)

1.一种齿轮泵，其特征在于，包括：

泵体(100)，中间设有容纳腔(110)；

设于泵体(100)两侧的盖板(200)，盖板(200)将容纳腔(110)密封，在盖板(200)上设有进油口和出油口；

设于所述容纳腔(110)中的一对相啮合的齿轮(300)，齿轮包括齿轮主体和轮轴(320)；所述齿轮主体包括与齿根圆等径的轮体(311)和位于轮体(311)外的轮齿(312)；

分别设于齿轮两侧的泵盖(400)，所述泵盖(400)位于所述齿轮和盖板之间，所述泵盖(400)上设有用于固定所述轮轴(320)并使其可在其中相对转动的轴孔；所述泵盖(400)的内壁与所述轮体(311)的侧面滑动接触，在所述泵盖(400)与所述轮齿(312)的侧面之间设有夹缝，用以减少泵盖(400)与轮齿(312)的接触；以及，

设于所述泵盖(400)和盖板(200)之间的弹性密封垫(500)，所述弹性密封垫(500)在所述泵体(100)的表面环绕所述容纳腔(110)设置，所述弹性密封垫(500)的部分由所述泵体(100)的表面越过泵体(100)与泵盖(400)的分界线并延伸向所述泵盖(400)的外壁；

其中所述齿轮和泵盖(400)将所述容纳腔(110)分隔成两个工作腔，其中一个工作腔与所述进油口相连，另一个工作腔与所述出油口相连；

所述泵盖(400)内壁设有用于与所述轮体的侧面相配合的滑动接触面，所述滑动接触面环绕所述轴孔设置；在所述滑动接触面外侧设有与所述齿轮的侧面相对的渐变曲面，在所述渐变曲面与所述轮齿(312)的侧面之间形成所述夹缝。

2.根据权利要求1所述的齿轮泵，其特征在于，所述轮齿(312)的两侧经加工后与所述轮体(311)的侧面之间形成夹角，夹角在1°以内；所述轮齿(312)通过该夹角与所述泵盖(400)之间形成所述夹缝。

3.根据权利要求2所述的齿轮泵，其特征在于，所述轮体(311)两侧面之间的宽度为H，所述轮齿(312)在齿顶圆处的宽度为h；满足(H-h)在2μm-40μm。

4.根据权利要求2所述的齿轮泵，其特征在于，所述轮齿(312)的两侧的夹角经磨削加工后形成。

5.根据权利要求1所述的齿轮泵，其特征在于，在沿所述轮齿的径向截面上，所述渐变曲面上的点到所述轮齿的侧面之间的距离，与该点在所述轮齿侧面上的正投影的线速度呈正相关。

6.根据权利要求1所述的齿轮泵，其特征在于，所述渐变曲面由磨削加工而成，最外端的磨削深度在1μm-20μm。