CN1743673A - 液压齿轮泵中的大压力角负变位齿形齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压齿轮泵上使用的渐开线圆柱齿轮，其齿型为负变位30°压力角。使用本齿型的生产的液压齿轮泵，体积小、重量轻、寿命长、不根切、噪声低，其排量、额定压力，容积效率，总效率及噪声都达到国标一等品的要求，有很好的推广使用价值。

Description

液压齿轮泵中的大压力角负变位齿形齿轮

                          技术领域

本发明涉及一种齿轮，具体地说，涉及一种液压齿轮泵中的大压力角负变位齿形齿轮。

                          背景技术

目前广泛使用的液压齿轮泵，其齿轮大都采用普通标准的渐开线圆柱齿轮，在液压齿轮泵的设计中，排量计算一般都采用公式q＝2πzm²B*10^-3进行排量计算以确定齿轮的参数，式中

q-泵的排量        单位ml/r

Z-齿轮的齿数

m-齿轮的模数      单位mm

B-齿轮的宽度      单位cm

从上述公式中可知，排量q与齿数z的一次方正比，与模数的平方成正比，与齿轮宽度成正比。当需增大排量时，若增加齿数会使齿轮泵体积增大，若增加齿轮宽度，一方面会使泵的体积增大，还会增加齿轮泵轴承负荷，影响齿轮泵寿命。

国家标准规定渐开线圆柱齿轮的压力角为

20°，齿顶高系数ha＝1，齿轮不产生根切的最小齿数Zmin＝2×1/sin²20°＝17。两只齿轮相啮合的理论中心距A＝m×z，为了达到较大排量，增加模数m和齿数z都会使齿轮泵体积增大，安装齿轮泵需要较大空间，空间小将无法使用。

目前使用的齿轮泵，普遍存在瞬时流量脉动过大的缺点，降低了液压系统中元件工作的平稳性和均匀性，甚至会产生压力脉冲，从而使整个系统产生振动，发生很强的噪声污染。

                         发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种齿数少，模数大的齿轮，制造的液压齿轮泵不仅能满足流量的要求，又能做到体积小，重量轻，寿命长，不根切，噪声低。

为了解决上述技术问题，本发明设计的液压齿轮泵渐开线圆柱齿轮的齿形为30°压力角齿形负变位。

                        附图说明

附图为齿轮圆周压力的近似分布曲线。

本发明的积极效果是：采用大压力角负变位齿形渐开线圆柱齿轮制造的液压齿轮泵，体积小、重量轻、寿命长、噪声低，齿轮不产生根切，其排量、额定压力，容积效率，总效率及噪音都达到国标一等品的标准。

                       具体实施方式

一、齿轮参数及计算案例：

1、齿形参数

(1)齿数               Z＝10

(2)模数               m＝5.75

(3)齿形压力角         α＝30°

2、设计计算公式

(1)理论中心距         a＝mz＝57.5

(2)实际中心据         a′＝55

(3)分度圆直径         d＝mz＝57.5

(4)基圆直径           db＝mzcosα＝49.8

(5)啮合角α′由公式cosα′＝a/a’*cosα

得α′＝arcc(a/a’*cosα)＝arccos57.5/55*cos30°＝25.12°

(6)变位系数             x＝z(ivnα′-ivnα)/2tgα＝-0.202

(7)中心距分离系数       y＝(a’-a)/m＝(55-57.5)/5.75＝-0.435

(8)齿顶高变动系数       Δy＝(x1+x2)-y＝-0.404+0.435＝0.031

(9)齿顶高               ha＝(ha*+x-Δy)m＝(1-0.202-0.031)*5.75＝4.41

(10)齿根高              hf＝(ha*+cn*-x)m    取cn*＝0.17

                        hf＝(1+0.17+0.202)×5.75＝7.89

(11)齿顶圆直径          da＝d+2ha＝57.5+4.441*2＝66.32取66.5

(12)齿根圆直径          df＝d-2hf＝57.5-7.89*2＝41.72

(13)齿顶圆压力角        αa＝arccosdb/da＝arccos49.8/66.5＝41.5°

(14)重合度              ε＝1/2π*[2z(tgαa-tgα′)]＝1.32

(15)公法线长度          w＝mzcosα[(k-0.5)+zinvα]+2xmsinα式中K

为夸齿数K＝30z/180+0.5＝2.16取k＝2

则w＝5.75*10*cos30°[(2-0.5)π+10inv30°]-2*0.202*5.75sin30°＝24.998

                        附图说明

图1为标准圆柱齿轮外啮合示意图；

图2为齿轮圆周压力的近似分布曲线。

图中：d、分度圆直径，ha、齿顶高，hf、齿根高，h、全齿高，da、齿顶圆直径，d、分度圆，df、齿根圆直径，a、中心距，α、齿顶圆压力角，Fty、啮合力在y轴方向的分力，Rb、齿轮基圆半径，Ra、齿顶圆半径，R、齿轮分度圆半径。

二、采用大压力角负变位齿形的实施方案：

1、减小了轴承所承受的径向力：

如图1图2所示，作用在从动齿轮轴上的径向力F₂是沿齿轮圆周液体压力产生的径向力Fp和由齿轮啮合产生的径向力Ft组成的，其中由齿轮啮合产生的径向力FT在y轴上的分力为

Fty＝BΔP/Rb*(Ra-R)cosα

式中：Fty：啮合力在y轴方向的分力

Rb：齿轮基圆半径

Ra：齿顶圆半径

R：齿轮分度圆半径

α：齿轮压力角

由上式及齿轮圆周压力的近似分布曲线图可以看出：由于压力角α增大，从动齿轮在y轴方向所承受的径向力降低，从而减轻了轴承负荷，降低了机械损失。有利于齿轮泵的机械效率和使用寿命的提高。

2、避免了齿轮根切：

由机械原理可知：渐开线圆柱齿轮在加工中不产生根切的最少齿数为：

Zmin＝2ha*/Sin²α

其中：Zmin：渐开线圆柱齿轮不产生根切的最少齿数

ha*：齿顶高系数         国家标准规定：ha*＝1

α：齿轮压力角          国家标准规定：α＝20°

由上式可知：当齿顶高系数ha*＝1   α＝20°时：

不产生根切的最小齿数Zmin＝2*1/Sin²20°＝17

而齿轮泵由于体积的限制不可能将齿数增加到17。我们采用了Z＝10、m＝5.75、α＝30°的齿形参数后，不产生根切的最小齿数Zmin＝2*1/Sin²30°＝8。尽管我们采取了负变位，由不产生根切的最小变位系数公式X≥ha*-zSin²α/2＝-0.25可知，变位系数X＝-0.202＞-0.25，由此证明当采用α＝30°的压力角后在Z＝10，修正系数X＝-0.202的条件下不会产生根切，即保证轮齿的强度，且减少了齿轮泵的体积。

3、降低齿轮泵流量不均匀系数：

液压齿轮泵具有结构简单体积小、重量轻、寿命长等优点，但也存在瞬间流量脉动的缺点。如果流量脉动大会降低液压系统中元件工作的平稳性和均匀性，甚至会产生压力脉动，从而使整个系统产生振动，发生很强的噪音。

齿轮泵流量不均匀系数为：

σQ＝3π²Cos²α/12(Z+1)π²Cos²α

式中：σQ：流量不均匀系数

      Z：齿轮齿数

      α：齿轮压力角

由上式可以看出：采用大压力角齿形可以降低齿轮泵流量不均匀系数，从而提高系统元件工作的平稳性，降低轴承的负荷，提高齿轮泵的综合品质和使用寿命。

综上所述，采用大压力角负变位齿形可以缩小齿轮泵的体积，减轻轴承负荷，降低流量不均匀系数和噪音，从而提高齿轮泵的机械效率和使用寿命。推荐使用该齿轮参数设计制造的齿轮泵，其主要技术参数：

排量：       q＝20-110ml/r

额定压力：P＝20MP_a

最高压力：P_max＝25MP_a

额定转速：n＝2000r/min

最高转速n_max＝2500r/min

容积效率：ηv≥92％

总效率：η总≥83％

噪声：dB(A)≤85

Claims (1)

1、一种用于液压齿轮泵中的渐开线圆柱齿轮，其特征在于：齿轮的齿形为30°大压力角负变位齿形。