CN85107186B

CN85107186B - 非对称型径向浮动式齿轮泵、齿轮马达

Info

Publication number: CN85107186B
Application number: CN85107186A
Authority: CN
Inventors: 程安强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-09-29
Filing date: 1985-09-29
Publication date: 1988-11-16
Also published as: JPS6275086A; EP0216999A3; EP0216999A2; CN85107186A

Abstract

本发明涉及一种非对称型径向浮动式外啮合齿轮泵、齿轮马达，用于液压传动系统中。利用非对称型的理论，加大低压区，缩小高压区，采用具有非对称型的轴向、径向浮动补偿装置，从而优化了齿轮泵、齿轮马达的性能。由于实现了轴向、径向的浮动补偿，获得了较高的容积效率；采用整体式结构，获得了较高的机械效率和减少了噪声；稳定的径向浮动装置，实现了高压的径向密封；缩小高压区，减少了径向力，提高了齿轮泵、齿轮马达的寿命。它使齿轮式液压机械实现高压化，达到３２１公斤／厘米²的指标。

Description

非对称型径向浮动式齿轮泵.齿轮马达

本发明涉及一种非对称型径向浮动式外啮合齿轮泵、齿轮马达，用于液压传动系统中。

外啮合齿轮泵是液压传动的关键部件，已经有了很长一段历史。从其发展过程看，早在三、四十年代就已经实现了轴向浮动补偿。解决径向补偿问题却一直是个难题，尽管出现了多种径向浮动式的结构，但由于突不破具体的结构问题，至今得不到一个令人满意的径向浮动补偿方案。另外，现有的径向浮动补偿结构都是清一色的对称型结构，这也使得人们的构思限于局限性。对称型结构的固有缺点是难以保持径向浮动块的径向平衡，泵的性能也就难以稳定。

本发明的目的在于突破现有的对称型结构。提出一种非对称型的径向浮动装置，以优化齿轮泵，齿轮马达的性能。

为了突出本发明的特征，下面将从原理上分析对称型径向浮动装置的缺陷，并说明本发明的非对称径向浮动装置的原理和结构特点。

从图1上可以看出，所谓对称型径向浮动装置是指径向密封块d的二段园弧中心连线O₂O₁段园弧端点分别至二个中心O₂，O₁的连线所形成的夹角（以下称开口角）θ₂＝θ₁。顾名思义，非对称型的径向浮动装置的开口角θ₂≠θ₁。

首先分析对称型径向浮动装置存在的问题：

图1中的a、b是一对相互啮合的齿轮付，a为主动齿轮，b为被动齿轮，c是壳体，在齿轮付和壳体间插装了一个径向密封块d，当齿轮付按图示方向旋转时，a、b的齿凹将油液带入齿轮付与径向密封块之间形成的密封区，油液经齿轮的挤压成为高压油，从径向密封块的中央通道径油泵出口排出。由于齿顶和径向密封块之间的油压作用，径向密封块受到一个使其离开齿顶的推力，这个推力被称之为径向分离力（图1中的F₁（Ⅰ）或F₁（Ⅱ）。为了平衡这个径向分离力，在径向密封块的背面设置了一个背压室，并用密封环h密封。背压室形成补偿力F₂。以平衡径向分离力F₁（Ⅰ）或F₁（Ⅱ）。这是径向浮动的基本原理。图1（Ⅰ）表示被动齿轮中某一个齿（如图中的齿X）的齿顶刚刚离开密封园弧端点的瞬时状态，图1（Ⅱ）表示主动齿轮中某一个齿顶（如图中的齿y）刚刚离开密封园弧端点的瞬时状态。由前述可知，齿轮泵靠齿凹把油带入密封区，并经齿的挤压而形成高压，直至达到油泵的出口压力。位置（1）中由于齿X齿顶已离开径向密封块的密封园弧的端点，齿x的齿凹与p区连通，其中的油压达到了油泵的输出压力。由于齿轮传动位置差的关系，齿y还未离开密封区。很明显，此时被动齿轮一边较主动齿轮一边的高压区大，因此径向分离合力的位置不在对称中心线g上，而是偏在被动齿轮一边，如图1（Ⅰ）中的F₁（1）的位置。同理，当运转到图1（Ⅱ）的状态时，径向分离力的合力偏在主动齿轮一边，如图1（Ⅱ）中的F₁（Ⅱ）的位置，可见齿轮泵在运行过程中，其径向分离力F₁的位置是时刻在变化的。F₁从被动齿轮一边变化到主动齿轮一边，又变回到被动齿轮一边，如此往复，按照n·z的频率周期性的变化着（n：齿轮泵的转速，Z：齿轮的齿数）。但背压室的位置固定不变，背压腔内油压所产生的径向补偿力F₂的位置永远在对称中心线g上，F₁和F₂两个力虽然都作用在径向密封块上，但不在一条直线上，无法互相抵销。这就是对称型径向浮动装置存在不稳定，左右摆动的根源，造成了异常磨损和效率下降。

针对对称型径向补偿装置存在的问题，本发明提出非对称径向浮动装置，见图2。其结构也是在壳体c内安装有相互啮合的一对齿轮付a、b，在齿轮付和壳体之间插装径向密封块d。不同的地方是θ₁≠θ₂，两者相差1/2·360°/Z，即θ₁＝θ₂+180°/Z。这种变化的结果是：主、被动两齿轮的齿顶同时离开径向密封块二段园弧的端点，即两个齿同时离开密封区;另外，密封块上的二段密封园弧相等，即α₁＝α₂（以下称包容角）。这种变化，使位于主动齿轮一边的高压区始终大于被动齿轮一边的高压区，也就是说，径向分离力F₁始终偏在主动齿轮一边。根据径向分离力F₁的位置，就能确定出背压室的位置，所以背压室的位置，也偏在主动齿轮一边，本发明采用园型背压室，用密封环h密封，背压室中心线和对称中心线g的偏心距e由径向分离力F₁的位置决定。为了防止产生侧向力，应把径向密封块的背面由弧型改为平面型。由于径向分离力F₁和径向补偿力F₂作用在一条直线上，这两个力可以互相抵销，从而解决了对称型浮动结构所存在的径向不平衡的问题。

本发明采用的附图如下：

图1：对称型径向浮动装置的原理图。

图2：非对称型径向浮动装置的原理图。

图3：非对称型径向浮动齿轮泵的结构图。

图4：图3的A-A剖视。

图5：图3的B-B剖视。

图6：图4的C-C剖视。

图7：具有非对称型径向浮动装置的能正、反向旋转的齿轮马达。

本发明的具体结构如图3至图7所示，图3是横向剖视图，图4是图3的A-A剖视。从图中可以看出，壳体1的内孔是个呈8字形排列的双孔及侧面的一个内平面2组成的异形孔，外部似方形的园筒形状，在壳体的异形孔中有一对互相啮合的齿轮3和4，在这对齿轮付的外园和内平面2之间插装着径向密封块5。径向密封块5是非对称型的，主动一边的开口角大于被动一边的开口角，包容角是相同的，其背面是一个平面，上面开有园形的背压槽，密封圈6和挡圈7起高压密封作用。园形背压槽的中心线8对齿轮付的对称中心线9有偏心距e，e的大小由径向分离力偏离对称中心线9的位置所决定，进油口10的中心和出油口11的中心与中心线8重合，以保持液流的通畅，12是传动轴，主、被动齿轮轴由四只轴承13支承，轴承被压装在四只轴套中（三只短轴套14，一只长轴套15），轴套内孔长度小于轴承13的长度，利用轴承13凸出的部份定位，分别悬挂式安装有前侧板16和后侧板17，长、短轴套15、14上都有台阶端面18。图5是图3的B-B剖视，从图5上看出，台阶面18对径向密封块5起着限位作用，防止径向密封块的轴向串动。四个轴套，连同装在轴套上的四个轴承、前、后侧板，以及径向密封块5全部被安装在壳体1的异形孔中，购成一个整体。从图3、图5上还可以看出，径向密封块的二段园弧面20、21与齿轮付的外园、前、后侧板16、17的外园弧面以及轴套14、15的小台阶外园均是吻合的，利用侧板和轴承对径向密封块起的限位作用，也达到轴向密封的目的，如图6所示。图6是图4的C-C局部剖视，它表示出轴向背压室的结构形式。后侧板17的背面开有非对称的“人”字形的空槽，并由支承侧板的轴承13的外园柱面和径向密封块5的二段园弧20、21共同组成一个非对称型的“人”字形的轴向背压室。在背压室中装有非对称“人”字形的密封块22和挡片23（图6上未给出，图4中给出）共同购成一个轴向浮动密封装置。前侧板的轴向浮动密封装置同后侧板的。在侧板上开有小孔24，引侧板正面的压力油至轴向背压室中，形成轴向补偿力，克服侧板正面的轴向分离力。保持前、后侧板16、17靠紧在齿轮3、4的端面上，防止轴向泄漏，取得轴向液压浮动密封。

从图4中还可以看出，在四只轴套中，装在主动齿轮轴靠传动轴一边的是长轴套15，长出部份对前盖25起定位作用。后泵盖26起封口作用。用螺栓27将壳体1、前盖25和后盖26固定在一起，成为一个整体。

齿轮泵工作时，齿轮3按图3所示方向旋转，油液从进油口10进入径向密封块5和齿轮付3、4之间的密封区，在齿轮的挤压下，成为高压油，经径向密封块5的通道27从出油口排出，非对称型径向密封块5在背压室油压的推动下，克服径向分离力，稳定、可靠地在高压区保持径向密封。

上而均是按照泵的工况叙述的，如果从油泵的出油口11输入压力油，在输出轴12上即可获得扭矩，而成为一个齿轮马达。考虑到一般液压马达需要正、反转，图7给出这种能正、反转齿轮马达的横向剖视图。从图中可以看出，壳体应制成具有二个内平面29、30的双向壳体28，并安装两个径向密封块5，其余部份均与泵相同。

本发明利用非对称型的理论，加大低压区，缩小高压区，采用具有非对称型的轴向，径向浮动补偿装置，从而提高了齿轮泵、齿轮马达的技术水平。由于实现了轴向、径向双向的浮动补偿，获得了较高的容积效率;采用整体式结构，获得了较高的机械效率和减少了噪音;稳定的径向浮动装置，实现了高压区的径向密封;缩小高压区，减少了径向力，提高了齿轮泵、齿轮马达的寿命。本发明能使齿轮式液压机械实现高压化，达到321公斤/厘米²的指标。

利用本发明的技术，按照流量的大小，可生产系列化的产品，也可以根据使用的方式制成单级泵、双联泵和三联泵等。总之，本发明开拓了齿轮泵、齿轮马达的更广阔的使用领域。

Claims

1、一种非对称型径向浮动式齿轮泵，包括进口出口的壳体1、内装有四只轴套14、15、轴套内装有轴承13、支承着一对相互啮合的齿轮付3、4、悬挂式地装在轴承13的外园上的两侧板16、17、及装在高压区内的径向密封块5，本发明的特征在于径向密封块5的二段与齿轮付3、4相吻合的园孤20、21对齿轮付3、4对称中心线9是非对称布置，即开口角θ₁≠θ₂，具有θ₁＝θ₂+180°/Z，且二段园弧20、21孤长相等，即包容角α₁＝α₂，借助于油压，侧板16、17紧靠在齿轮付两侧的端面上，同时径向密封块5亦借助于油压紧压在齿轮付3、4两个侧板16、17和轴套14、15上，构成一种非对称型的径向、轴向浮动补偿装置。

2、根据权利要求1所述的非对称型径向浮动式齿轮泵，其特征是径向密封块5的背面是个平面，其上有园形背压室，背压室的中心线8与齿轮付对称中心线9有偏心距e。且中心线8是偏在中心线9的主动轮一边。

3、根据权利要求1所述的非对称型径向浮动式齿轮泵，其特征是侧板16、17上的非对称的轴向背压槽、轴承13的外园表面和径向密封块5的二段园孤面共同组成一个非对称的“人”字形背压室，并由非对称的“人”字形的密封22和档圈23构成一种非对称“人”字形的轴向密封装置。

4、根据权利要求1所述的非对称型径向浮动式齿轮泵，其特征是壳体1由“8”字形排列的双孔和平面2组成的一种异型内孔的筒形结构。

5、根据权利要求1所述的非对称型径向浮动式齿轮泵，其特征在于四只轴套14、15中15为一长轴套作为壳体1和前盖25的定位装置。

6、根据权利要求1所述的非对称型径向浮动式齿轮泵，其特征在于从出口11通入高压油，则变成一个非对称型径向浮动式齿轮马达。

7、根据权利要求6所述的非对称型径向浮动式齿轮泵，其特征在于按中心对称方式安装两个径向密封块5，可构成能正、反方向回转的非对称型径向浮动式齿轮马达。

8、根据权利要求7所述的非对称型径向浮动式齿轮泵，其特征在于构成能正、反方向回转的非对称型径向浮动式齿轮马达的壳体28是由“8”字形排列的双孔和与双孔相平衡的二个平面29、30组成的异型内孔筒形结构。