CN212508799U - 一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子 - Google Patents

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许超
赵胜
王君
李祥艳
董丽宁
谈庆朋
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Abstract

本实用新型公开了一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子，该转子由一对能够相互啮合的左齿轮转子(1)和右齿轮转子(2)组成；齿轮转子包括数量为6～12个齿；左端面型线(101)由4种曲线组成：1段椭圆弧、1段椭圆弧包络线、1段过渡曲线和1段共轭曲线；右端面型线(201)由4种曲线组成：1段椭圆弧、1段椭圆弧包络线、1段过渡曲线和1段共轭曲线。所提出的一种新型无困液齿轮泵转子，容积效率高，组成型线简单，便于优化设计，左齿轮转子(1)和右齿轮转子(2)能够实现完全正确的啮合，在工作过程中，能够有效减小流体从高压腔到低压腔的泄漏，不产生封闭容积的减小过程，容积效率高，无困液现象。

Description

一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子
技术领域
本实用新型涉及一种容积式回转泵，特别是一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子。
背景技术
一种齿轮泵的齿轮转子，主要包括左齿轮转子(1)和右齿轮转子(2)，其工作原理是左齿轮转子(1)和右齿轮转子(2)是相互啮合的两齿轮转子，在齿轮泵工作过程中，齿轮转子高速旋转，液体不断地被吸入和排出。齿轮泵具有结构简单、尺寸小、制造简单、工作可靠的特点。主要应用于液压系统、工程机械、石油行业。
齿轮泵相互啮合的齿轮转子对其工作性能的影响很大，中国专利(李玉龙，孙付春，唐茂.一种具有渐开线卸荷槽的外啮合齿轮泵[P].CN103437996A,2013-12-11.)提出了一种具有渐开线卸荷槽的外啮合齿轮泵，齿轮泵的卸荷槽具有卸荷面积理论上的极限值，可以极大地降低困油压力峰值，缓解困油现象，但是由于卸荷槽的存在，使齿轮泵结构更加复杂，不利于加工和制造，同时削弱了齿轮的端面密封，引起端面泄漏增大，降低了齿轮泵的容积效率。中国专利(查谦，查理，邓谦，查世樑.一种双圆弧齿轮[P].广东：CN108953554A，2018-12-07.)提出了一种双圆弧齿轮，凸圆弧通过直线段与凹圆弧连接，提高了承载能力、传动效率，但是直线段在连接凸圆弧与凹圆弧时，存在不光滑连接点，齿轮转子的型线不完全啮合，存在困液现象。
现有的齿轮泵的齿轮转子存在的问题：齿轮转子的型线不完全啮合，容积效率低，存在困液现象。
实用新型内容
针对以上齿轮转子的型线不完全啮合，容积效率低，存在困液现象的问题，本实用新型提出一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子，设计了一种新的齿轮转子的端面型线，由椭圆弧、椭圆弧包络线、过渡曲线、共轭曲线组成，并给出了4种曲线；左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD，各段相邻曲线之间光滑连接；右过渡曲线ea、右椭圆弧包络线ab、右共轭曲线bc、右椭圆弧cd，各段相邻曲线之间光滑连接；本实用新型提出的一种新型无困液的外啮合齿轮泵转子，组成型线简单，便于优化设计，在工作过程中，不产生封闭容积的减小过程，容积效率高，无困液现象，丰富了齿轮泵转子型线类型，对促进齿轮泵的发展具有重要的意义。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子，包括：左齿轮转子、右齿轮转子；其特征是：左齿轮转子的左端面型线包括齿数为6～12个齿，每个齿的型线由4段曲线光滑连接组成，依次为：左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD；左齿轮转子的左端面型线是以上4种曲线首尾依次光滑连接组成，是全光滑的，且呈中心对称；
右齿轮转子的右端面型线包括齿数为6～12个齿，每个齿的型线由4段曲线光滑连接组成，依次为：右过渡曲线ea、右椭圆弧包络线ab、右共轭曲线bc、右椭圆弧cd；右齿轮转子的右端面型线是以上4种曲线首尾依次光滑连接组成，是全光滑的，且呈中心对称；
左齿轮转子的左端面型线与右齿轮转子的右端面型线是镜像对称的；
左齿轮转子的左端面型线上的左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD分别与右齿轮转子的右端面型线上的右过渡曲线ea、右椭圆弧包络线ab、右共轭曲线bc、右椭圆弧cd能够实现正确的啮合；
所述的左齿轮转子的左端面型线的左椭圆弧AB和左椭圆弧包络线CD的中心点O1、O2都在左齿轮转子的节圆上，节圆半径为R2，左椭圆弧AB和左椭圆弧包络线CD的中心角相同，都为2θ，其取值范围为
Figure BDA0002595610530000021
其中z为齿数。
一种所述的新型无困液齿轮泵的齿轮转子，以左齿轮转子的回转中心O点为原点建立坐标系，给定以下参数：齿数z；齿顶圆半径R1；齿根圆半径R3；椭圆长半轴a；椭圆短半轴b；椭圆弧中心角2θ；
所述的左齿轮转子的左端面型线的左椭圆弧AB的方程为：
Figure BDA0002595610530000022
式中yAB为因变量，x为自变量，a为椭圆长半轴，b为椭圆短半轴，其中5<b<a<12；
所述的左齿轮转子的左端面型线的左椭圆弧包络线CD的方程为：
Figure BDA0002595610530000023
式中：
Figure BDA0002595610530000024
为转角，
Figure BDA0002595610530000031
其中
Figure BDA0002595610530000032
所述的左齿轮转子的左端面型线的左过渡曲线BC的方程为：
yBC＝a3x3+a2x2+a1x+a0，
Figure BDA0002595610530000033
式中yBC为因变量，x为自变量，其中a0、a1、a2、a3为常数，由以下方程组确定：
Figure BDA0002595610530000034
所述的左齿轮转子的左端面型线的左共轭曲线AE的方程为：
Figure BDA0002595610530000035
式中：
Figure BDA0002595610530000036
为转角，
Figure BDA0002595610530000037
其中
Figure BDA0002595610530000038
将左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD以回转中心O为中心进行z个环形阵列，得到左齿轮转子的左端面型线；
将左齿轮转子的左端面型线镜像对称得到右齿轮转子的右端面型线；
根据左端面型线与右端面型线，沿螺旋线扫描分别生成左齿轮转子和右齿轮转子，其中螺旋角β的范围为10°～30°；
以上：z—齿数；a—椭圆长半轴，mm；b—椭圆短半轴，mm；R1—齿顶圆半径，mm；R2—节圆半径，mm；R3—齿根圆半径，mm；θ—椭圆弧及其包络线所对圆心角的一半，rad。
本实用新型的有益效果为：
①所提出的一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子在工作过程中，无困液现象，容积效率高，不产生封闭容积的减小过程。
②所提出的一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子，左齿轮转子(1)和右齿轮转子(2)能够实现完全正确的啮合，在工作过程中，能够有效减小流体从高压腔到低压腔的泄漏。
③所提出的一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子，组成型线简单，便于优化设计。
附图说明
图1为左齿轮转子(1)的左端面型线(101)图。
图2为右齿轮转子(2)的右端面型线(201)图。
图3为左端面型线(101)和右端面型线(201)的啮合图。
图4为左齿轮转子(1)和右齿轮转子(2)的啮合图。
图中：1—左齿轮转子(1)；2—右齿轮转子(2)；101—左端面型线(101)；201—右端面型线(201)；a—椭圆长半轴，mm；b—椭圆短半轴，mm；R1—齿顶圆半径，mm；R2—节圆半径，mm；R3—齿根圆半径，mm；θ—椭圆弧及其包络线所对圆心角的一半，rad。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，为左齿轮转子1的左端面型线101图，左端面型线101由4段曲线连接组成，依次为：左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD，左端面型线101是以上4种曲线首尾依次光滑连接组成，是全光滑的，且呈中心对称；以左齿轮转子1的回转中心O点为原点建立坐标系，给定以下参数：齿数z；齿顶圆半径R1；齿根圆半径R3；椭圆长半轴a；椭圆短半轴b；椭圆弧中心角2θ；
所述的左齿轮转子1的左端面型线101的左椭圆弧AB的方程为：
Figure BDA0002595610530000051
式中yAB为因变量，x为自变量，a为椭圆长半轴，b为椭圆短半轴，其中5<b<a<12；
所述的左齿轮转子1的左端面型线101的左椭圆弧包络线CD的方程为：
Figure BDA0002595610530000052
式中：
Figure BDA0002595610530000053
为转角，
Figure BDA0002595610530000054
其中
Figure BDA0002595610530000055
所述的左齿轮转子1的左端面型线101的左过渡曲线BC的方程为：
yBC＝a3x3+a2x2+a1x+a0，
Figure BDA0002595610530000056
式中yBC为因变量，x为自变量，其中a0、a1、a2、a3为常数，由以下方程组确定：
Figure BDA0002595610530000057
所述的左齿轮转子1的左端面型线101的左共轭曲线AE的方程为：
Figure BDA0002595610530000058
式中：
Figure BDA0002595610530000061
为转角，
Figure BDA0002595610530000062
其中
Figure BDA0002595610530000063
将左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD以回转中心O为中心进行z个环形阵列，得到左齿轮转子1的左端面型线101；
如图2所示，为右齿轮转子2的右端面型线201图，将左齿轮转子1的左端面型线101镜像对称得到右齿轮转子2的右端面型线201。
如图3所示，为左端面型线101和右端面型线201的啮合图，左端面型线101与右端面型线201是镜像对称的，左端面型线101上左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD分别与右端面型线201上的右过渡曲线ea、右椭圆弧包络线ab、右共轭曲线bc、右椭圆弧cd能够实现正确的啮合。
如图4所示，为左齿轮转子1和右齿轮转子2的啮合图，根据左端面型线101与右端面型线201，由法向齿形沿分度圆上的螺旋线扫描分别生成左齿轮转子1和右齿轮转子2，其中分度圆螺旋角β的范围为10°～30°，左齿轮转子1和右齿轮转子2之间实现完全正确啮合。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子，包括：左齿轮转子(1)、右齿轮转子(2)；其特征是：左齿轮转子(1)的左端面型线(101)包括齿数为6～12个齿，每个齿的型线由4段曲线光滑连接组成，依次为：左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD；左齿轮转子(1)的左端面型线(101)是以上4种曲线首尾依次光滑连接组成，是全光滑的，且呈中心对称；
右齿轮转子(2)的右端面型线(201)包括齿数为6～12个齿，每个齿的型线由4段曲线光滑连接组成，依次为：右过渡曲线ea、右椭圆弧包络线ab、右共轭曲线bc、右椭圆弧cd；右齿轮转子(2)的右端面型线(201)是以上4种曲线首尾依次光滑连接组成，是全光滑的，且呈中心对称；
左齿轮转子(1)的左端面型线(101)与右齿轮转子(2)的右端面型线(201)是镜像对称的；
左齿轮转子(1)的左端面型线(101)上的左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD分别与右齿轮转子(2)的右端面型线(201)上的右过渡曲线ea、右椭圆弧包络线ab、右共轭曲线bc、右椭圆弧cd能够实现正确的啮合；
所述的左齿轮转子(1)的左端面型线(101)的左椭圆弧AB和左椭圆弧包络线CD的中心点O1、O2都在左齿轮转子(1)的节圆上，节圆半径为R2，左椭圆弧AB和左椭圆弧包络线CD的中心角相同，都为2θ，其取值范围为
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000011
其中z为齿数。
2.根据权利要求1所述的一种新型无困液齿轮泵的齿轮转子，其特征是以左齿轮转子(1)的回转中心O点为原点建立坐标系，给定以下参数：齿数z；齿顶圆半径R1；齿根圆半径R3；椭圆长半轴a；椭圆短半轴b；椭圆弧中心角2θ；
所述的左齿轮转子(1)的左端面型线(101)的左椭圆弧AB的方程为：
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000012
式中yAB为因变量，x为自变量，a为椭圆长半轴，b为椭圆短半轴，其中5<b<a<12；
所述的左齿轮转子(1)的左端面型线(101)的左椭圆弧包络线CD的方程为：
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000013
式中：
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000021
为转角，
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000022
其中
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000023
所述的左齿轮转子(1)的左端面型线(101)的左过渡曲线BC的方程为：
yBC＝a3x3+a2x2+a1x+a0，
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000024
式中yBC为因变量，x为自变量，其中a0、a1、a2、a3为常数，由以下方程组确定：
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000025
所述的左齿轮转子(1)的左端面型线(101)的左共轭曲线AE的方程为：
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000026
式中：
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000027
为转角，
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000028
其中
Figure DEST_PATH_FDA0002884972690000029
将左共轭曲线AE、左椭圆弧AB、左过渡曲线BC、左椭圆弧包络线CD以回转中心O为中心进行z个环形阵列，得到左齿轮转子(1)的左端面型线(101)；
将左齿轮转子(1)的左端面型线(101)镜像对称得到右齿轮转子(2)的右端面型线(201)；
根据左端面型线(101)与右端面型线(201)，沿螺旋线扫描分别生成左齿轮转子(1)和右齿轮转子(2)，其中螺旋角β的范围为10°～30°；
以上：z—齿数；a—椭圆长半轴，mm；b—椭圆短半轴，mm；R1—齿顶圆半径，mm；R2—节圆半径，mm；R3—齿根圆半径，mm；θ—椭圆弧及其包络线所对圆心角的一半，rad。
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