CN209164075U - 一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，包括主动轮，从动轮，主动轮齿轮轴，从动轮齿轮轴，泵壳，前浮动侧板，后浮动侧板，主动轮前同步圆盘，主动轮后同步圆盘，从动轮前同步圆盘，从动轮后同步圆盘，主动轮齿轮轴与前浮动侧板，后浮动侧板上的轴承孔转动连接，主动轮前同步圆盘，主动轮后同步圆盘与泵壳的两内圆面转动连接，形成主动轮侧的两对径向双滑动副，从动轮齿轮轴与前浮动侧板，后浮动侧板上的轴承孔转动连接，从动轮前同步圆盘，从动轮后同步圆盘与泵壳的两内圆面转动连接，形成从动轮侧的两对径向双滑动副，泵壳的内圆面采用偏心加工，增加滑动副来增加径向承载力的数量，泵壳内圆面的偏心加工增大承载力。

Description

一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统

技术领域

本实用新型主要涉及齿轮泵技术领域，具体涉及一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统。

背景技术

外啮合齿轮泵(简称齿轮泵)是一种用于泵送工作油液的动力泵，有着极其广泛的应用。但其固有的径向力不平衡会把齿轮压向吸油腔一侧，从而引起齿轮轴的弯曲，并导致轴承寿命的降低，甚至引起齿顶刮伤壳体的现象。液压力、啮合力和困油力是造成径向力不平衡的三大主要原因。其中，吸油侧1~2齿密封的高压油平衡槽能有效降低液压力；卸荷槽和齿侧间隙的共同卸荷，能有效降低困油力和啮合力；谐波式等啮合面等的改进线型、径向力最小化的基本参数设计、径向的多级复合式等，都是这些年从源头上减小径向力的努力与尝试。但目前的这些控制措施，虽能有效地改善径向力的不平衡，却也使泵的结构越发复杂化，成本越发增大化，从而使普通齿轮泵失去了结构简单、低成本的原有优势。

发明内容

本实用新型针对采用滑动轴承和浮动侧板及轮轴连体的中、高压齿轮泵，在保持泵现有结构的基础上，提供一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，通过增加滑动副的数量和增大油膜力的承载力来解决齿轮轴上径向力对齿轮轴的影响。

为实现上述目的，本实用新型技术解决方案如下：

一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，包括主动轮，从动轮，主动轮齿轮轴，从动轮齿轮轴，泵壳，其特征在于：还包括前浮动侧板，后浮动侧板，同步圆盘；所述同步圆盘包括：主动轮前同步圆盘、主动轮后同步圆盘、从动轮前同步圆盘和从动轮后同步圆盘，所述主动轮齿轮轴与前浮动侧板、后浮动侧板上的轴承孔转动连接，所述主动轮前同步圆盘、主动轮后同步圆盘与泵壳的两内圆面转动连接，形成主动轮侧的两对径向双滑动副，所述从动轮齿轮轴与前浮动侧板、后浮动侧板上的轴承孔转动连接，所述从动轮前同步圆盘、从动轮后同步圆盘与泵壳的两内圆面转动连接，形成从动轮侧的两对径向双滑动副，所述泵壳的内圆面采用偏心加工。

优选的，所述主动轮和从动轮设置在前浮动侧板和后浮动侧板之间。优选的，所述主动轮前同步圆盘通过键与主动轮齿轮轴固定连接，主动轮后端通过螺栓固定连接主动轮后同步圆盘。

优选的，所述从动轮通过螺栓固定连接从动轮前同步圆盘，从动轮齿轮轴通过键与从动轮后同步圆盘固定连接。

优选的，所述主动轮前同步圆盘设置在前浮动侧板前端。

优选的，所述从动轮后同步圆盘设置在后浮动侧板后端。

优选的，所述泵壳上开设有吸油侧两齿密封的高压油平衡槽。

有益效果：

1、将齿轮泵的主动轮齿轮轴和从动轮齿轮轴上的滑动副由原先的各两组增加到四组，增加主动轮齿轮轴和从动轮齿轮轴对径向力的承载力数量。

2、通过对齿轮泵的偏心加工设计增大齿轮泵在工作时滑动副所产生的油膜承载力，增大主动轮齿轮轴和从动轮齿轮轴对径向力的承载力。

3、主动轮后端与主动轮后同步圆盘直接完全固定连接，从动轮齿的前端和从动轮前同步圆盘直接完全固定连接，将齿轮泵在轴向漏油量较少了50%。

附图说明

图1为本实用新型结构拆分图。

图2为泵壳无预偏心时的非工作状态示意图。

图3为本实用新型泵壳圆心设置预偏心状态示意图。

图4为本实用新型泵壳设置预偏心后的工作状态图。

图5为本实用新型工作状态下径向力和油膜力分布示意图。

其中：1、主动轮 101、齿轮顶圆面 2、从动轮 3、主动轮齿轮轴 301、轴颈外圆面4、从动轮齿轮轴 5、泵壳 501、泵壳内圆面 502、轴承孔内圆面 6、前浮动侧板 7、后浮动侧板 8、主动轮前同步圆盘 9、主动轮后同步圆盘 10、从动轮前同步圆盘 11、从动轮后同步圆盘。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、 “连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，包括主动轮1，从动轮2，主动轮齿轮轴3，从动轮齿轮轴4，泵壳5，前浮动侧板6，后浮动侧板7，主动轮前同步圆盘8，主动轮后同步圆盘9，从动轮前同步圆盘10，从动轮后同步圆盘11。所述主动轮1和从动轮2设置在前浮动侧板6和后浮动侧板7之间。所述主动轮齿轮轴3通过键连接固定连接主动轮前同步圆盘8，所述主动轮前同步圆盘8设置在前浮动侧板6前端。所述主动轮1后端通过螺栓固定连接主动轮后同步圆盘9。所述从动轮2前端通过螺栓固定连接从动轮前同步轮盘10，从动轮齿轮轴4通过键连接固定连接从动轮后同步圆盘11，所述从动轮后同步圆盘11设置在后浮动侧板7后端。所述主动轮1与前浮动侧板6，后浮动侧板7的轴承孔转动连接，主动轮1与轴承孔内圆面502形成一组径向双滑动副。所述主动轮齿轮轴3穿过主动轮前同步圆盘8，前浮动侧板6，主动轮1，主动轮后同步圆盘9，后浮动侧板7并且通过主动轮前同步圆盘8和主动轮后同步圆盘9与泵壳内圆面501之间转动连接，所述同步主动轮前同步圆盘8和主动轮后同步圆盘9和泵壳内圆面501形成一组径向双滑动副。所述从动轮2与前浮动侧板6，后浮动侧板7的轴承孔转动连接，从动轮2与轴承孔内圆面502形成一组径向双滑动副。所述从动轮齿轮轴4穿过前浮动侧板6，从动轮前同步转盘10，从动轮2，后浮动侧板7，从动轮后同步圆盘11并且通过从动轮前同步转盘10和从动轮后同步圆盘11与泵壳内圆面501转动连接。所述从动轮前同步转盘10和从动轮后同步圆盘11与泵壳内圆面501之间形成一组径向双滑动副。

具体工作原理：

如图2所示，以主动轮1为例，常规泵非工作时的位置状态。此时，泵壳5的内圆面501，主动轮1，轴颈外圆面301，轴承内圆面502的圆心均重合于o ₀，泵壳内圆面501与齿轮顶圆面101之间的直径间隙Δ _s （单位，mm）均匀分布，即半径间隙为0.5Δ _s （单位，mm），轴承内孔圆面502和轴颈外圆面301的直径间隙Δ _b （单位，mm）也均匀分布，即半径间隙为0.5Δ _b （单位，mm）。

如图3所示，以主动轮1为例，本实用新型泵壳内圆面501设置预偏心值的位置状态。普通齿轮泵的Δ _s 一般为0.1 mm左右，Δ _b 为0.03 mm左右，Δ _s 相较于Δ _b 偏大导致Δ _s 油膜承载力不足，无法克服径向力所产生的影响。齿轮泵在工作时，根据齿轮泵的进油口和出油口的设计，就可以判断出在实际工作过程中径向力的方向，因此泵壳内圆面501的圆心在加工时，预先沿着已知径向力的反方向偏心一段距离e ₁（单位，mm），此时泵壳内圆面501的圆心变成o ₁，e ₁称为预偏心值。本实用新型通过泵壳的预偏心，来克服Δ _s 之于Δ _b 偏大所造成Δ _s 油膜力支撑不足。

如图4所示：以主动轮1为例，泵壳偏心后工作时的位置状态。此时，由于受到径向力F _r 施加的影响，主动轮1，轴颈外圆面301的圆心将沿着径向力方向偏心一段距离e ₂（单位，mm），e ₂称为工作偏心值，新的主动轮1和轴颈外圆面301的圆心为o ₂。偏心后所形成的轴承内圆面502和轴颈外圆面301之间的最小油膜厚度设为h _min,b （单位，mm）;泵壳内圆面501和齿轮顶圆面101之间的最小油膜厚度设为h _min,s （单位，mm），油膜力大小分别设为F _b 、F _s （单位，N）。

以上解决方案的意图在于用泵壳内圆面501和齿轮顶圆面之间的油膜力F _s ，承担大部分的径向力F _r ，从而实现轴承和轴颈301间的近乎无径向力，即F _b →0。但是在实际使用过程中，从润滑的角度看，轴承上绝对的无径向力反而不利于润滑油楔的形成。由此，给出轴承上无径向力的评定依据为

式中，F _b 为单个轴承-轴颈上所承受的载荷，（单位，N）；N _b 为轴承-轴颈摩擦副的个数，一般情况下，N _b =2；F _r 为齿轮泵所产生的总径向力，（单位，N）；λ _b 为单个轴承上的无径向力评定系数，（单位，%）。

1、 全流体径向力计算

在图5中，主动轮齿轮轴3的同轴系统受到前端和后端的轴承油膜力以及主动轮前同步圆盘8，主动轮后同步圆盘9和泵壳内圆面501的油膜力。虽然主动轮前同步圆盘8，主动轮后同步圆盘9和泵壳内圆面501的油膜力并不关于主动轮１中间截面对称，但量值上的差距不大。所以可以将主动轮前同步圆盘8，主动轮后同步圆盘9和泵壳内圆面501的油膜力看做彼此相等，主动轮1前端和后端的轴承油膜力也彼此相等。从动轮齿轮轴4上的同轴系统上的径向受力情况和主动轮齿轮轴3的同轴系统相同。那么，主动轮齿轮轴3的同轴系统上沿径向的力平衡方程均为

其中

式中，C _b 和C _s 分别为轴承-轴颈和泵壳-同步圆盘双滑动副的承载量系数，由曲面拟合方法，可得到C _b (φ _b ,γ _b )和C _s (φ _s ,γ _s )的拟合方程^[26]；η为润滑油平均动力粘度，Pa·s；ω为旋转角速度，（单位，rad/s）；φ _b 和φ _s 分别为双滑动副的宽径比；d _b 和d _s 分别为轴直径和齿顶圆直径，（单位，mm）；b _b 和b _s 分别为轴宽和盘宽，（单位，mm）；γ _b 和γ _s 分别为双滑动副的相对偏心率。

因此，双滑动副间的最小油膜厚度为

通过保证双滑动副间始终处于一个较好的润滑状态，以期获得更长的寿命。其中，全流体润滑是最理想的一种状态，要实现这种状态，即要求

式中，λ _b 和λ _s 分别为双滑动副的膜厚比；σ _b 和σ _s 分别为双滑动副的综合表面粗糙度，（单位，mm）。

２、实例的偏心距计算

现以偏心距e ₁、e ₂为设计变量，以式(2)为优化目标，构建如下的优化模型。

式中，O.F.代表目标函数，O.V.代表设计变量，C.F.代表约束函数，其中，约束函数为

实例的原始参数为η=0.09 Pa.s，额定转速n=2000 r/min，ω=209.44 rad/s，Δ _b =0.03 mm，Δ _s =0.08 mm，d _b =12 mm，d _s =31.73 mm，b _b =10 mm，b _s =16 mm，s _b=s _s=0.002 mm，λ _b =25%，N _b =2，采用低压区1~2齿密封的压力平衡槽，F_r=1500 N。

优化结果为e ₁ ^*=0.01695 mm，e ₂ ^*=0.0051 mm，λ _b ^*=18.2%。虽然0.08 mm的Δ _s 远大于0.03 mm的Δ _b ，但通过e ₁ ^*=0.01695 mm>3e ₂ ^*的大偏心，泵壳-同步圆盘滑动副承担81.8%的径向力，轴承-轴颈滑动副仅承担18.2%的径向力。

另外，在泵的总泄漏中，轴向泄漏占75~80%，径向泄漏占15~20%，啮合泄漏占4~5%。在本实用新型中，由于主动轮1和从动轮2均有一侧的轴向端面被同步圆盘所完全盖住，理论上，轴向泄漏将减少50%。

综上，本实用新型达到预期效果。

Claims (7)

1.一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，包括主动轮，从动轮，主动轮齿轮轴，从动轮齿轮轴，泵壳，其特征在于：还包括前浮动侧板，后浮动侧板，同步圆盘，所述同步圆盘包括，主动轮前同步圆盘，主动轮后同步圆盘，从动轮前同步圆盘，从动轮后同步圆盘，所述主动轮齿轮轴与前浮动侧板，后浮动侧板上的轴承孔转动连接，主动轮前同步圆盘，主动轮后同步圆盘与泵壳的两内圆面转动连接，形成主动轮侧的两对径向双滑动副，所述从动轮齿轮轴与前浮动侧板，后浮动侧板上的轴承孔转动连接，从动轮前同步圆盘，从动轮后同步圆盘与泵壳的两内圆面转动连接，形成从动轮侧的两对径向双滑动副，所述泵壳的内圆面采用偏心加工。

2.如权利要求1所述的一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，其特征在在于：所述主动轮和从动轮设置在前浮动侧板和后浮动侧板之间。

3.如权利要求2所述的一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，其特征在在于：所述主动轮前同步圆盘通过键与主动轮齿轮轴固定连接，主动轮后端通过螺栓固定连接主动轮后同步圆盘。

4.如权利要求2或3所述的一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，其特征在在于：所述从动轮通过螺栓固定连接从动轮前同步圆盘，从动轮齿轮轴通过键与从动轮后同步圆盘固定连接。

5.如权利要求3所述的一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，其特征在在于：所述主动轮前同步圆盘设置在前浮动侧板前端。

6.如权利要求4所述的一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，其特征在在于：所述从动轮后同步圆盘设置在后浮动侧板后端。

7.如权利要求1所述的一种用于齿轮泵的四对径向双滑动副系统，其特征在在于：所述泵壳上开设有吸油侧2齿密封的高压油平衡槽。