CN219549115U - 外啮合齿轮泵及液压系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种外啮合齿轮泵及液压系统，外啮合齿轮泵包括泵体、主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮安装于泵体内，主动齿轮和/或从动齿轮的多个啮合齿上设置有凹槽，凹槽沿齿轮轴向贯通设置于啮合齿的齿顶部以提供流体通道。本实用新型提出的外啮合齿轮泵，通过在主动齿轮和从动齿轮中一者或两者的啮合齿上设置凹槽，降低了齿轮吸力侧和压力侧的压力梯度，加大了泄漏流动的沿程损失，进而抑制由高压侧向低压侧的泄漏流动，减少或避免了泄漏，提高了齿轮泵的容积效率，同时还减少了对环境的污染。

Description

外啮合齿轮泵及液压系统

技术领域

本实用新型属于液压技术领域，具体涉及一种外啮合齿轮泵及液压系统。

背景技术

外啮合齿轮泵是液压系统中最重要的元件之一，外啮合齿轮泵是一种利用泵缸与啮合齿轮间所形成的密封空腔容积的变化来压缩油液的容积泵，由于其结构简单、制造方便、工作可靠等优点被广泛应用于航空航天、矿山开采和石油化工等领域。

但是，由于外啮合齿轮泵中齿顶与泵体之间存在不可避免的径向间隙，且在齿轮泵运行时齿轮两侧油液存在较大的压力梯度，进而导致外啮合齿轮泵在工作时产生了较为严重的径向泄漏问题。外啮合齿轮泵的油液泄漏不仅会污染周围的自然环境，还会降低齿轮泵的效率，缩短齿轮泵的使用寿命，影响齿轮泵运行的稳定性和可靠性，继而制约齿轮泵在工程领域的应用。

近年来随着社会工业的不断发展，外啮合齿轮泵的低泄漏是目前液压领域尤其是航空液压领域的迫切需求。因此研究抑制外啮合齿轮泵高压化所引起的径向油液泄漏问题的方法具有十分重要的理论和工程意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有的液压系统中外啮合齿轮泵存在的泄漏问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型第一方面提出了一种外啮合齿轮泵，所述外啮合齿轮泵包括泵体、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮和所述从动齿轮安装于所述泵体内，所述主动齿轮和/或所述从动齿轮的多个啮合齿上设置有凹槽，所述凹槽沿齿轮轴向贯通设置于所述啮合齿的齿顶部以提供流体通道。

根据本实用新型实施例提出的外啮合齿轮泵，通过在主动齿轮和从动齿轮中一者或两者的多个啮合齿上设置凹槽，利用凹槽降低齿轮吸力侧和压力侧的压力梯度，加大了泄漏流动的沿程损失，进而抑制由高压侧向低压侧的泄漏流动，即减少或避免了泄漏，并提高了齿轮泵的容积效率。

另外，在本实用新型的一些实施例中，所述主动齿轮和所述从动齿轮的每个啮合齿上均设置有所述凹槽。

在本实用新型的一些实施例中，每个所述凹槽与所述泵体的内壁之间设置有间隙。

在本实用新型的一些实施例中，以垂直于齿轮轴向的平面为截面，所述凹槽的截面形状设置为矩形、三角形或梯形。

在本实用新型的一些实施例中，所述凹槽关于所在所述啮合齿的平行于齿轮轴线的对称面对称。

在本实用新型的一些实施例中，自齿顶指向齿根的方向，所述凹槽的深度范围为0.3㎜-0.8㎜。

在本实用新型的一些实施例中，所述凹槽的深度设置为0.5㎜。

本实用新型第二方面提出了一种液压系统，所述液压系统包括液压阀、液压缸以及根据上述任一实施例提出的外啮合齿轮泵。

根据本实用新型实施例的液压系统，具有与上述任一实施例提出的外啮合齿轮泵相同的优点，在外啮合齿轮泵通过设置凹槽减少泄漏流动的基础上，包含有前述外啮合齿轮泵的液压系统同样具有减少泄漏的优点，且减少了对环境的污染。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1为外啮合齿轮泵的局部结构示意图；

图2为图1所示外啮合齿轮泵的主视图；

图3为图1中A处的放大示意图；

图4为外啮合齿轮泵中流体域示意图；

图5为原型齿轮泵和齿顶凹槽型齿轮泵的容积效率曲线图；

图6为外啮合齿轮泵的齿轮泵粒子流动矢量图；

图7为原型齿轮泵齿顶间隙泄漏流动速度矢量图；

图8为齿顶凹槽型齿轮泵齿顶间隙泄漏流动速度矢量图。

附图中各标记表示如下：

100、外啮合齿轮泵；

10、主动齿轮；20、从动齿轮；30、啮合齿；31、凹槽；40、流体。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解的是，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反的，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。

如图1至图3所示，本实用新型第一方面的实施例提出了一种外啮合齿轮泵100，该外啮合齿轮泵100包括泵体、主动齿轮10和从动齿轮20，主动齿轮10和从动齿轮20安装于泵体内，主动齿轮10和/或从动齿轮20的多个啮合齿30上设置有凹槽31，凹槽31沿齿轮轴向贯通设置于啮合齿30的齿顶部以提供流体通道。

因此，本实用新型实施例提出的外啮合齿轮泵100，通过在主动齿轮10和从动齿轮20中一者或两者的啮合齿30上设置凹槽31，降低了主动齿轮10和从动齿轮20的吸力侧与压力侧之间的压力梯度，加大了泄漏流动的沿程损失，进而抑制了由高压侧向低压侧的泄漏流动，减少或避免了泄漏，提高了齿轮泵的容积效率，同时还减少了对环境的污染。

具体地，本实施例中外啮合齿轮泵100的泵体包括壳体和泵盖(图中未示出)，主动齿轮10和从动齿轮20的齿轮轴分别安装在泵盖的轴承孔内，且主动齿轮10与从动齿轮20相啮合，其中主动齿轮10的齿轮轴伸出泵体，与电动机连接，并能够在电动机的带动下旋转。

如图1和图2所示，本实施例中，至少一个齿轮的啮合齿30上设置有凹槽31，在一种可选的实施方式中，主动齿轮10的啮合齿30上设置有凹槽31，例如可以是主动齿轮10的部分啮合齿30上设置有凹槽31，也可以是全部啮合齿30上均设置有凹槽31；在另一种可选的实施方式中，从动齿轮20的啮合齿30上设置有凹槽31，例如可以是从动齿轮20的部分啮合齿30上设置有凹槽31，也可以是全部啮合齿30上均设置有凹槽31；在另一种可选的实施方式中，主动齿轮10和从动齿轮20上均设置有凹槽31，也就是说，主动齿轮10的至少一个啮合齿30上设置有凹槽31，同样从动齿轮20的至少一个啮合齿30上设置有凹槽31。

在上述实施方式的基础上，优选地，如图1和图2所示，主动齿轮10和从动齿轮20的每个啮合齿30上均设置有凹槽31，凹槽31贯通设置在啮合齿30的齿顶部，从而提供了流体通道，也就是说，沿流体流动的方向，凹槽31的长度与啮合齿30的厚度相等。进一步地，每个凹槽31与泵体的内壁之间设置有供流体通过的间隙，本实施例中所有啮合齿30上均设置凹槽31，能够增大齿顶间隙泄漏流动的沿程损失，且齿顶凹槽31对泄漏流动起到了缓冲和阻抑的作用，减小了啮合齿30的齿顶两侧吸力面与压力面的压力梯度。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，以垂直于齿轮轴向的平面为截面，凹槽31的截面形状可以设置为矩形、三角形或梯形，也就是说，沿流体流动的方向，凹槽31的端面形状可以为矩形，也可以为倒三角形或倒梯形，或者还可以设置为不规则形状，在保证流体顺利流动的基础上，本实施例对凹槽31的端面形状不作具体限定。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，凹槽31关于所在啮合齿30的平行于齿轮轴线的对称面对称，示例性地，如图2和图3所示，以垂直于齿轮轴向的平面为截面，凹槽31的截面形状设置为矩形，且凹槽31设置在啮合齿30的齿顶中央，从而关于啮合齿30的对称面对称，这样的设置方式不仅便于凹槽31及啮合齿30的加工，且矩形的凹槽31便于流体流动，还能够更好的降低齿轮两侧的压力梯度和速度梯度。

在本实用新型的一些实施例中，自啮合齿30的齿顶指向齿根的方向，凹槽31的深度范围为0.3㎜-0.8㎜，例如可以设置为0.3㎜、0.4㎜、0.5㎜、0.6㎜、0.7㎜或0.8㎜，本实施例对凹槽31的深度不作具体限定，可以根据外啮合齿轮泵100的尺寸以及结合实际情况进行设置。优选地，在本实用新型的一些实施例中，凹槽31的深度设置为0.5㎜。

可以理解地，由于外啮合齿轮泵在工作时，不管是主动齿轮10还是从动齿轮20，其吸力侧与压力侧之间存在较大的压力梯度，因而形成从齿轮的压力侧至吸力侧的泄漏流动，泄漏流动会与吸力侧的主流形成剪切层和泄漏涡，干扰主流流动，降低外啮合齿轮泵的效率。如图4所示，本实施例提出的外啮合齿轮泵100通过在啮合齿30的齿顶部设置凹槽31，改变了流体40的流域，降低了齿轮两侧的压力梯度和速度梯度，增大了泄漏流动的沿程损失，从而对泄漏流动起到了阻抑作用，提高了外啮合齿轮泵100的容积效率。

请参阅图5，通过采用Pumplink软件或其他类似软件，对原型齿轮泵(未设置凹槽31)和本实施例提出的具有凹槽31的齿顶凹槽型齿轮泵在不同出口压力下进行三维非定常数值模拟，来对比分析齿顶凹槽型齿轮泵的泄漏流动及性能。如图5所示，由于提高齿轮泵的工作压力，会导致齿轮泵的泄漏量增加，进而会降低齿轮泵的容积效率，因此两种外啮合齿轮泵100的容积效率均随着工作压力的增大而减小。但当工作压力为6、7、8、9MPa时，本实施例提出的外啮合齿轮泵100，即齿顶凹槽型齿轮泵较原型齿轮泵的容积效率分别提高了3.5、2.9、3.3、3.2个百分点。可以理解地，本实施例提出的外啮合齿轮泵100，由于齿顶凹槽31的缓冲和阻抑的作用增加了径向间隙流动的沿程损失，降低了齿顶吸力面与压力面之间的压力差，减小了齿轮泵的径向泄漏流动，从而提高了外啮合齿轮泵100的容积效率。

进一步地，通过继续对原型齿轮泵和本实施例提出的齿顶凹槽型齿轮泵进行数值模拟，观察0.12s时不同工作压力下的排油区齿顶间隙处的压力分布云图，可知两种齿轮泵齿顶两侧的吸力面与压力面的压力梯度较大，且两种齿轮泵排油区齿顶两侧的压力梯度随着工作压力的升高而增大，本实施例提出的齿顶凹槽型齿轮泵中，齿顶凹槽31内的压力也随着工作压力的增加逐渐增大，但齿顶凹槽型齿轮泵在排油区的齿顶凹槽31两侧的压力梯度较原型齿轮泵更小，可见凹槽31的存在增大了齿顶间隙泄漏流动的沿程损失，并对泄漏流动起到了缓冲和阻抑的作用，从而减小了齿顶两侧吸力面与压力面之间的压力梯度。

在前述数值模拟的基础上，通过观察两种齿轮泵0.12s时如图6所示的齿顶圈示位置处的粒子流动速度矢量图，可知由于齿顶压力面的压力远大于吸力面，在压力差的作用下，齿顶间隙处形成了与主流方向相反、且从高压的压力面至低压的吸力面的泄漏流动。

请参考图7和图8，由于高速的泄漏射流在吸力面一侧与流速较低方向相反的主流间存在速度剪切层，并相互扰动形成泄漏涡。由于泄漏涡的存在干扰了吸力侧主流的正常流动，降低了吸力面的吸油能力，进而降低了齿轮泵的效率。而如图8所示，由于本实施例在啮合齿30的齿顶设置有凹槽31，凹槽31的存在对前述泄漏流动起到了缓冲和阻抑作用，加大了泄漏流动的沿程损失，因此齿顶凹槽型齿轮泵的齿顶泄漏射流流动及其对于吸力面侧主流的干扰明显弱于原型齿轮泵，故本实施例提出的齿顶凹槽型齿轮泵的齿顶泄漏流动较小，解决了现有的齿轮泵存在的低泄漏问题。

本实用新型第二方面的实施例提出了一种液压系统，该液压系统包括液压阀、液压缸以及根据上述任一实施例提出的外啮合齿轮泵100。可以理解地，外啮合齿轮泵100作为液压系统的动力元件，为液压系统提供动力，本实施例中液压系统及外啮合齿轮泵100的工作介质，即流体设置为液压油。

根据本实用新型实施例提出的液压系统，具有与上述任一实施例提出的外啮合齿轮泵100相同的优点，在外啮合齿轮泵100通过设置凹槽31减少泄漏流动的基础上，包含有前述外啮合齿轮泵100的液压系统同样具有减少泄漏的优点，且同时减少了对环境的污染。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种外啮合齿轮泵，所述外啮合齿轮泵包括泵体、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮和所述从动齿轮安装于所述泵体内，其特征在于，所述主动齿轮和/或所述从动齿轮的多个啮合齿上设置有凹槽，所述凹槽沿齿轮轴向贯通设置于所述啮合齿的齿顶部以提供流体通道。

2.根据权利要求1所述的外啮合齿轮泵，其特征在于，所述主动齿轮和所述从动齿轮的每个啮合齿上均设置有所述凹槽。

3.根据权利要求2所述的外啮合齿轮泵，其特征在于，每个所述凹槽与所述泵体的内壁之间设置有间隙。

4.根据权利要求1所述的外啮合齿轮泵，其特征在于，以垂直于齿轮轴向的平面为截面，所述凹槽的截面形状设置为矩形、三角形或梯形。

5.根据权利要求4所述的外啮合齿轮泵，其特征在于，所述凹槽关于所在所述啮合齿的平行于齿轮轴线的对称面对称。

6.根据权利要求1所述的外啮合齿轮泵，其特征在于，自齿顶指向齿根的方向，所述凹槽的深度范围为0.3㎜-0.8㎜。

7.根据权利要求6所述的外啮合齿轮泵，其特征在于，所述凹槽的深度设置为0.5㎜。

8.一种液压系统，其特征在于，所述液压系统包括液压阀、液压缸以及根据权利要求1至7任一项所述的外啮合齿轮泵。