CN117605679A - 一种高速齿轮泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速齿轮泵，涉及一种液体泵，包括泵体，泵体内设置有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，在主动齿轮以及从动齿轮端部贴合有齿轮块，齿轮块上设置有与齿槽相配合的内压力腔，齿槽区域压力变大时内压力腔空间变大，齿槽区域压力变小时内压力腔空间变小。与现有技术相比，本申请用上下两组滚动轴承固定齿轮的轴向与径向位置，并加装齿轮块，保证精度、减少泄露的同时解决困油与空穴问题，又满足高速转动的条件。提高使用寿命。

Description

一种高速齿轮泵

技术领域

本发明涉及一种液体泵，尤其是一种齿轮泵。

背景技术

齿轮泵的原理是利用两个齿轮相对旋转，通过容积变化实现液体泵送。而因为其结构原理问题，从基础上就自带"困油"、"空穴"等问题，这种“不平衡不稳定”非常影响泵的高速化运转。高速运转会因此带来极大的“发热”和“震动”。又从而造成端面泄露、齿顶泄露、啮合泄露、径向力不平衡、离心力导致进油不足等问题。表现在实际应用中的表现结果为容积效率低、泄露大、流量小等。

"困油" 是一个机械工程术语，指的是在液体泵的进口和出口之间的压力变化导致液体被困在泵的某些部分中，无法正常流动。这种情况通常会导致泵的效率降低，甚至可能导致泵的损坏。困油现象在齿轮泵中的表现为：当齿轮泵在工作时，为了保持连续的流量，前后盖板围成的密封容腔，随着齿轮转动会周期性地缩小和放大。当密封容腔缩小到一定程度时，随着压力的升高，油液会迅速充满该容腔，并随着齿轮的转动将液体带到排出腔。同样地，当密封容腔放大到一定程度时，随着压力的降低，油液会迅速从外部进入该容腔。困油现象发生在密封容腔大小发生变化时，具体则是因为齿轮啮合的原因，会在齿根处形成“死腔”，即齿轮持续转动，但主动、从动齿轮齿根处则近似密封，无法将油液快速排出，还可能存在一些缝隙，只是缝隙排出的速度跟不上齿根处“死腔”容积变化的速度，对几乎不可压缩的液体做强制压缩或“空化”，这会导致油液被困在密封容腔中，产生热量和压力，对泵的零件造成损坏。

"空穴"是流体动力学中的一个术语，通常用于描述高速流动液体中的气泡或空洞的形成。在燃油泵中，空穴可能会在高压或高速流动的区域中出现，例如在泵的进液侧。当燃油泵中的液体压力下降到低于其饱和蒸汽压力时，液体中的溶解气体可能会析出，形成气泡。这些气泡可以堵塞流道，降低泵的效率，甚至导致泵的损坏。空穴现象在齿轮泵中的具体表现为：在泵的转速较高或吸入压力较低的情况下。当齿轮泵在吸油过程中，如果吸油腔内的压力低于油液的饱和蒸汽压力，油液中的溶解气体会析出形成气泡。随着齿轮的转动，这些气泡会被带到泵的高压区域，并在高压下迅速被压缩。被压缩的气泡会占据越来越多的空间，直到破裂。气泡破裂会产生类似“爆炸”“高温”“气蚀”等问题，因此造成齿轮齿面的烧伤，对泵的零件造成损坏，导致泵的排量下降，效率降低。

通俗而言，齿轮泵产生"困油"和"空穴"是因为齿轮泵自身原理的原因，为保证传动平稳，端面啮合度必须大于1，也就是至少有两个齿相接触，因此就会形成封闭容积，且封闭容积会随齿轮转动产生大小变化，也就会导致液体无法排出，形成高压，发生困油。同样，在封闭容积由大变小就会产生空穴。"困油"和"空穴"都是齿轮啮合旋转运动的强大阻力，比正常啮合要大很多。

为了减少"困油"和"空穴"现象，通常需要优化泵的设计，或者改变泵的使用方式，以使液体能够更顺畅地流动。这可能涉及到改变泵的几何形状、增加额外的流体通道，或者改变泵的运行参数。现有主流克服"困油"和"空穴"现象的方法为：1.壳体上开卸油槽；2.浮动压板或浮动轴承上开卸油槽；3.齿面上开槽或者开孔。但上述方法加大了齿轮端面与壳体或压块的滑动摩擦，滑动摩擦增加会伴随阻力大、磨损大、发热大的问题，也就不能让齿轮泵具备高转速的条件。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种高速齿轮泵，从原理上大量减少端面泄露，降低困油与空穴产生的脉动，同时利用滚动轴承固定齿轮的轴向与径向位置，使得齿轮的转动不产生滑动摩擦，从而可以使齿轮泵具备高速高效平稳运动的能力。解决现有齿轮泵无法彻底解决困油与空穴问题，以及无法长寿高速运行的问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决，一种高速齿轮泵，包括泵体，泵体内设置有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，在主动齿轮以及从动齿轮端部贴合有齿轮块，齿轮块上设置有与齿槽相配合的压力腔，齿槽区域压力变大时压力腔空间变大，齿槽区域压力变小时压力腔空间变小。

上述技术方法中，优选的，主动齿轮以及从动齿轮至少一个端面贴合有齿轮块。

上述技术方法中，优选的，主动齿轮以及从动齿轮与齿轮块零间隙贴合或一体成型。

上述技术方法中，优选的，压力腔设置在靠近主动齿轮或从动齿轮的齿根处且位置与数量与齿槽对应。

上述技术方法中，优选的，压力腔内设置有浮块，浮块紧密贴合压力腔内壁，通过浮块的移动改变压力腔空间大小。

上述技术方法中，优选的，浮块被限制在齿轮块内运动。

上述技术方法中，优选的，浮块将压力腔分成内压力腔和外压力腔，内压力腔与齿槽区域连通。

上述技术方法中，优选的，泵体内靠近出液口高压力处设置有压油通道，外压力腔与压油通道连通。

上述技术方法中，优选的，在泵体内靠近齿轮块处设置有径向力平衡槽，径向力平衡槽与压油通道连通。

上述技术方法中，优选的，主动齿轮和从动齿轮两端连接有滚动轴承，齿轮块在主动齿轮、从动齿轮和滚动轴承之间。

上述技术方法中，优选的，壳体内设置有增压腔，增压腔位于进液口与主动齿轮以及从动齿轮之间。

齿轮泵的基本工作原理是液体从进液口进入，齿轮泵内齿轮高速旋转后将液体从出液口送出。在运行过程中整个运行路线呈现从低压至高压的变化，即进液口附近为低压，出液口附近为高压。当发生“困油”和“空穴”时，困油压力＞出液口压力＞进液压力＞空穴压力。简单点就是“困油”时，主动齿轮以及从动齿轮相互啮合的齿根处压力最大，“空穴”时主动齿轮以及从动齿轮相互啮合的齿根处压力最小。为此，本申请创造性在在齿根处连通有内压力腔，通过内压力腔内的浮块调节此时齿根处压力。

内压力腔调节齿根处压力的基本原理为：内压力腔内设置有浮块，同时内压力腔连通外压力腔，外压力腔又通过压油通道与出液口连通，这样就可以视为内压力腔压力始终与出液口压力一致，而内压力腔压力与齿根处压力一致。在运行过程中内压力腔压力与外压力腔压力发生变化时，会通过浮块自主的进行平衡。即当发生“困油”时，内压力腔压力大于外压力腔，浮块向外压力腔方向移动，可象征性的认为增大了齿根处的空间， “释放”了齿根处压力，让其与出液口压力相等或接近，在齿根处压力降低后，“困油”现象消失，处于齿根处液体可正常流出。同理，当发生“空穴”现象时，内压力腔压力小于外压力腔，浮块向内压力腔方向移动，可象征性的认为减少了齿根处的空间， 增加了齿根处压力，让其与出液口压力相等或接近，在齿根处压力提升后，“空穴”现象消失，处于进液口的液体可正常流入。

更进一步的，并不需要设置内压力腔和外压力腔这种双腔体压力平衡的形式。还可以简单的只设置内压力腔，将浮块与弹簧连接，通过弹簧改变内压力腔空间大小从而调节齿根处压力大小。即只要齿槽区域压力变大时内压力腔空间变大，齿槽区域压力变小时内压力腔空间变小的任何结构都可以产生本申请的效果。

在本申请中主动齿轮和从动齿轮与设置在他们端面的齿轮块同动，即他们可以一体成型或者通过其他手段进行固定。从另一面来说，这种结构还降低了端面泄露的问题。正常齿轮泵为了生产以及维修方面，都设置有盖板，一侧轴承设置在盖板内，然后在通过密封固定的形式将盖板和泵壳体相连。这就产生了端面泄露的问题。而在本申请在泵体内靠近齿轮块处设置有平衡槽，平衡槽与压油通道连通。即平衡槽会有液体，但是这个液体是齿轮泵运行中基本不会运动的，是静态的。并不像现有的齿轮泵一样，由于齿轮组高速运转端部受到液体强大的冲击力，时间长久后密封装置发生损坏，从而造成渗漏。在本申请中这种冲击力被齿轮块阻挡了，同时如果齿轮块发生渗液，也直接融进平衡槽内的液体，可看做本申请有普通密封设置以及齿轮块两组密封措施，本申请中端部密封只承受静态的具有出口压力的液体，受到的冲击与压迫，远远小于现有结构。

这种结构具有一个非常大的优势，即在高速运行时，液体也不会对端面产生冲击，采用滚动轴承后，齿轮高速旋转过程中也不会滑动摩擦，真正具备了高速运行的条件。

更进一步的，设置平衡槽这种结构还有另一个好处，因为齿轮泵的出口压力大于进口压力，因此会导致齿轮、轴承的受力不平衡，导致力集中在一个位置，从而导致磨损加剧。当在高压油区的正对面、壳体位于齿轮块的高度开一个平衡槽，将齿轮块底部的高压油集中起来形成高压区，以此在齿轮块的圆柱面形成高压力，从而实现与出口高压油对齿轮的压力的平衡，还解决径向力不平衡的问题。

本申请还通过设置增压腔解决转速高离心力大导致进油量不足的问题。齿轮在旋转时齿轮槽的液体会因为离心力左右甩出，在进液口位置会出现进液不充分，进液后又会有从齿顶间隙等缝隙中流出。设置增压腔后在实际工作时可能在进液口位置因为齿轮旋转的推动导致齿轮槽内液体的不充分不饱满，但经过持续的推动与增压后，在后期齿轮槽的液液会更加饱满，提高容积效率。

本申请还在在壳体上设计有高面与低面，对应齿轮的齿顶位置，也就是齿轮在齿轮块以外的位置。低面有利于进油油液的进入，用于补充离心力甩出的油液，同时低面的设计可以减少需要与齿轮端面高精度配合的面积，只需要高面位置与齿轮配合行，这种设计可以降低加工难度，同时也能更好的保证高精度配合。

与现有技术相比，本申请在进液位置增压腔应对离心力与进液不足，保证进液量与容积效率。壳体内采用高面、低面设计，增加进液可能，减少配合面，保证高精度配合，降低加工精度。用上下两组滚动轴承固定齿轮的轴向与径向位置，并加装齿轮块，使其始终是与壳体的间隙配合。保证精度、减少泄露的同时解决困油与空穴问题，又满足高速转动的条件。通过采用平衡槽解决径向力不平衡问题，还可提高输出压力，提高使用寿命。

本申请齿轮泵效率高：增压腔+高面、低面保证进油充足；用滚动轴承固定轴向与径向位置，保证固定的配合间隙，因此可以做到微小间隙，降低泄露可能；用齿轮块直接固定在齿轮端面，极大减少了端面泄露。

本申请齿轮泵脉动小：以往卸荷槽的方式必须预留一段距离给“困油”、“空穴”两个卸荷槽，因此齿轮旋转中必定有脉动无法消除。并且液体可认定为不可压缩，因此微小容积变化都会造成很大脉动与噪音。而齿轮块加浮块可调的方式，以及齿轮块随着齿轮一起旋转方式，可同步应对“困油”、“空穴”问题，因此齿轮泵是平稳运行的，因此脉动小，噪音小。

本申请齿轮泵流量大：实现了效率高、脉动小，且选用滚动轴承的滚动摩擦阻力小，除了变动小的浮块的滑动摩擦外其余都是间隙配合，没有阻力大热量大的滑动摩擦，因此就具备高速转动的条件，从而可以实现高转速实现大流量。

本申请齿轮泵寿命长：壳体内平衡槽解决径向不平衡，保证轴承的使用寿命；用间隙配合+滚动轴承配合避免磨损与发热，保证精度的恒定。

附图说明

图1为本发明实施例1燃油齿轮泵示意图。

图2为本发明实施例1燃油齿轮泵正视图。

图3为本发明实施例1燃油齿轮泵齿轮组示意图。

图4为本发明实施例1燃油齿轮泵齿轮组另一角度示意图。

图5为本发明实施例1燃油齿轮泵齿轮块示意图。

图6为本发明实施例1燃油齿轮泵截面图。

图7为本发明实施例1燃油齿轮泵另一角度截面图。

图8为本发明实施例1燃油齿轮泵另一角度截面图。

图9为本发明实施例1燃油齿轮泵上盖示意图。

图10为本发明实施例1燃油齿轮泵中间壳体示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中所述的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。

实施例1：如图1至图10所示，一种高速齿轮泵，包括泵体，泵体包括上盖1、中间壳体2、下盖3和电机4。中间壳体2上设置有进液口21和出液口22。泵体内设置有相互啮合的主动齿轮5和从动齿轮6，进液口21和出液口22分别在主动齿轮5和从动齿轮6两边。主动齿轮5以及从动齿轮6两个端部都贴合有齿轮块7，主动齿轮5以及从动齿轮6与齿轮块7零间隙贴合或一体成型。在加工条件以及装配条件允许的情况下，优选主动齿轮56以及从动齿轮与齿轮块7一体成型。主动齿轮5和从动齿轮6两端连接有滚动轴承8，齿轮块7在主动齿轮5、从动齿轮6和滚动轴8承之间。

齿轮块7上设置有与齿槽相配合的压力腔9，压力腔设置在靠近主动齿轮5或从动齿轮6的齿根处且位置与数量与齿槽对应。压力腔9内设置有浮块71，浮块71紧密贴合压力腔9内壁，压力腔9被浮块71分成内压力腔91和外压力腔92两部分。内压力腔91靠近齿轮组，外压力腔92远离齿轮组。浮块71大于内压力腔91对应齿槽区域齿根间隙的宽度，即防止浮块71从内压力腔91内脱出。泵体内靠近出液口22高压力处设置有压油通道23，外压力腔92与压油通道23连通，还在外压力腔92上设置有限位挡圈，防止浮块72从外压力腔92脱出。在泵体内靠近齿轮块7处设置有径向力平衡槽11，径向力平衡槽11与压油通道23连通。

使用时，液体从进液口21进入，通过主动齿轮5和从动齿轮6输送后从出液口22流出。在整个流动过程中，液体在进液口2122处于低压状态，在出液口处于高压状态，内压力腔91压力与主动齿轮5和从动齿轮6啮合处的齿根处压力一致，外压力腔92通过压油通道23与出液口22压力一致。当齿轮泵发生“困油”时，啮合处的齿根处压力变大，也大于出液口压力，普通的齿轮泵会因为啮合处的齿根处压力大于出液口压力让此处液体无法正常移动移到到出液口，而在本申请中发生“困油”时，内压力腔91压力大于外压力腔92，促使浮块71向外压力腔92方向移动，增加了齿根处容积，达到泄压的目的，内压力腔91和外压力腔92压力平衡时“困油”现象消失，液体可正常输送至出液口22。当齿轮泵发生“空穴”时，啮合处的齿根处压力变小，也小于进液口21压力，普通的齿轮泵会因为啮合处的齿根处压力小于进液口压力让液体内气体逸出产生汽包，而在本申请中发生“空穴”时，内压力腔91压力小于外压力腔92，促使浮块71向内压力腔91方向移动，减小了齿根处体积，达到增压的目的，内压力腔91和外压力腔92压力平衡时，内压力腔91压力大于进液口21压力，“空穴”现象消失，液体可正常输送至出液口22。

实施例2：一种高速齿轮泵，包括泵体，泵体包括上盖、中间壳体、下盖和电机。中间壳体上设置有进液口和出液口。泵体内设置有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，进液口和出液口分别在主动齿轮和从动齿轮两边。主动齿轮以及从动齿轮两个端部都贴合有齿轮块，主动齿轮以及从动齿轮与齿轮块零间隙贴合或一体成型。在加工条件以及装配条件允许的情况下，优选主动齿轮以及从动齿轮与齿轮块一体成型。主动齿轮和从动齿轮两端连接有滚动轴承，齿轮块在主动齿轮、从动齿轮和滚动轴承之间。

齿轮块上设置有与齿槽相配合的内压力腔，压力腔设置在靠近主动齿轮或从动齿轮的齿根处且位置与数量与齿槽对应。压力腔内设置有弹性件，弹性件紧密贴合压力腔内壁，弹性件大于压力腔对应齿槽区域齿根间隙的宽度，弹性件后连接有弹簧。

使用时，液体从进液口进入，通过主动齿轮和从动齿轮输送后从出液口流出。在整个流动过程中，液体在进液口处于低压状态，在出液口处于高压状态，压力腔压力与主动齿轮和从动齿轮啮合处的齿根处压力一致。当齿轮泵发生“困油”时，压力腔压力变大压缩弹性件，增加了齿根处容积，达到泄压的目的，液体可正常输送至出液口。当齿轮泵发生“空穴”时，压力腔压力变小促使弹性件向齿根方向延伸，减小了齿根处容积，达到增压的目的，“空穴”现象消失，液体可正常输送至出液口。

实施例3：一种高速齿轮泵，包括泵体，泵体包括上盖、中间壳体、下盖和电机。中间壳体上设置有进液口和出液口。泵体内设置有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，进液口和出液口分别在主动齿轮和从动齿轮两边。主动齿轮以及从动齿轮两个端部都贴合有齿轮块，主动齿轮以及从动齿轮与齿轮块零间隙贴合或一体成型。在加工条件以及装配条件允许的情况下，优选主动齿轮以及从动齿轮与齿轮块一体成型。主动齿轮和从动齿轮两端连接有滚动轴承，齿轮块在主动齿轮、从动齿轮和滚动轴承之间。

齿轮块上设置有与齿槽相配合的压力腔，压力腔设置在靠近主动齿轮或从动齿轮的齿根处且位置与数量与齿槽对应。压力腔内设置弹性膜片，弹性膜片一侧受齿槽内压力，另一侧受齿槽外压力。

使用时，液体从进液口进入，通过主动齿轮和从动齿轮输送后从出液口流出。在整个流动过程中，液体在进液口处于低压状态，在出液口处于高压状态，当齿轮泵发生“困油”时，弹性膜片受齿槽内压力增加，向反方向变形，使得压力腔空间变大，增加了齿根处容积，达到泄压的目的，液体可正常输送至出液口。当齿轮泵发生“空穴”时，压力腔压力变小促使弹性膜片向齿根方向变形，减小了齿根处体积，达到增压的目的，“空穴”现象消失，液体可正常输送至出液口。

实施例4：本申请与实施例1的不同之处在于，将主动齿轮以及从动齿轮两个端部都贴合有齿轮块改为主动齿轮以及从动齿轮分别有一个端面具有齿轮块。

实施例5：本申请与实施例1的不同之处在于，通过滑动轴承代替滚动轴承。

实施例6：本申请与实施例1的不同之处在于，取消滚动轴承，齿轮块与泵体一体设置，主动齿轮和从动齿轮与齿轮块接触密封且可相互滑动。

实施例7：本申请与实施例1的不同之处在于，在泵体内靠近齿轮块处设置有平衡槽，平衡槽与压油通道连通，这种设置让齿轮组整体受力更加平衡，保持齿轮组高速运转时稳定。

通过上述实施例可知，本申请齿轮泵在实际应用中不局限于齿轮类型，即现有所以可以作为齿轮泵使用的齿轮结构都在本申请中的保护范围内。

本申请齿轮泵在实际应用中不局限于轴承类型，即现有所以可以作为齿轮泵使用的轴承结构都在本申请中的保护范围内，另外还可以通过设计直接取消轴承，如实施例6。

本申请齿轮泵在实际应用中不局限于浮动块结构和材质，只要其与内压力腔密封即可。

本申请齿轮泵在实际应用中不局限于浮动块运动模式，在实际应用中并不局限本申请所述的内外压力平衡式以及弹性式，现有技术中所有能实现浮动块受压移动的结构和方式都是本申请的保护范围内。

本申请齿轮泵中固定块和齿轮组的固定方式不限，可一体成型，或其他固定方式。

Claims (9)

1.一种高速齿轮泵，包括泵体，泵体内设置有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，其特征为，在主动齿轮以及从动齿轮端部贴合有齿轮块，齿轮块上设置有与齿槽相配合的压力腔，齿槽区域压力变大时压力腔空间变大，齿槽区域压力变小时压力腔空间变小。

2.根据权利要求1所述的一种高速齿轮泵，其特征为，主动齿轮以及从动齿轮至少一个端面贴合有齿轮块。

3.根据权利要求1或2所述的一种高速齿轮泵，其特征为，主动齿轮以及从动齿轮与齿轮块零间隙贴合或一体成型。

4.根据权利要求1或2所述的一种高速齿轮泵，其特征为，压力腔设置在靠近主动齿轮或从动齿轮的齿根处且位置与数量与齿槽对应。

5.根据权利要求4所述的一种高速齿轮泵，其特征为，压力腔内设置有浮块，浮块紧密贴合压力腔内壁，通过浮块的移动改变压力腔空间大小。

6.根据权利要求5所述的一种高速齿轮泵，其特征为，浮块被限制在齿轮块内运动。

7.根据权利要求5所述的一种高速齿轮泵，其特征为，浮块将压力腔分成内压力腔和外压力腔，内压力腔与齿槽区域连通。

8.根据权利要求7所述的一种高速齿轮泵，其特征为，泵体内靠近出液口高压力处设置有压油通道，外压力腔与压油通道连通。

9.根据权利要求8所述的一种高速齿轮泵，其特征为，在泵体内靠近齿轮块处设置有径向力平衡槽，径向力平衡槽与压油通道连通。