ES2692822T3 - Rotor para bomba y bomba de engranajes internos que lo usa - Google Patents

Rotor para bomba y bomba de engranajes internos que lo usa Download PDF

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ES2692822T3 ES10829868.8T ES10829868T ES2692822T3 ES 2692822 T3 ES2692822 T3 ES 2692822T3 ES 10829868 T ES10829868 T ES 10829868T ES 2692822 T3 ES2692822 T3 ES 2692822T3
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Masato Uozumi
Harumitsu Sasaki
Kentaro Yoshida
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Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
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Abstract

Un rotor de bomba para una bomba de engranajes internos, formándose el rotor de bomba combinando un rotor interior (2) que tiene N dientes y un rotor exterior (3) que tiene (N+1) dientes y disponiendo los rotores excéntricamente uno con relación a otro, donde una posición de trabajo (G) del rotor interior (2) y el rotor exterior (3), que es un primer punto de contacto entre el rotor interior y el rotor exterior, siempre está situada hacia atrás de un eje excéntrico (CL) con relación a una dirección de giro de los rotores cuando los rotores giran, haciendo referencia el eje excéntrico (CL) a una línea que se extiende a través de los centros del rotor interior (2) y el rotor exterior (3) en el caso donde los rotores están dispuestos excéntricamente uno con relación a otro en diseño; y caracterizado porque un valor máximo Φ Dmax de un diámetro de paso de trabajo δD del rotor interior (2) y el rotor exterior (3) satisface la expresión relacional siguiente: Φ Dmax < 1,7e·sen(π/180)/sen{π/(180·N)} (Expresión 1) donde e denota una cantidad de excentricidad entre el rotor interior y el rotor exterior, y N denota el número de dientes en el rotor interior.

Description

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DESCRIPCION
Rotor para bomba y bomba de engranajes internos que lo usa Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un rotor de bomba formado combinando un rotor interior que tiene N dientes y un rotor exterior que tiene (N+1) dientes y disponiendo los rotores excentricamente uno con relacion a otro, y a una bomba de engranajes internos que lo usa.
Tecnica anterior
Las bombas de engranajes internos equipadas con dicho rotor de bomba en el que la diferencia en el numero de dientes es uno, se usan ampliamente como bombas de aceite para motores de vehuculos o para transmisiones automaticas (AT). Los documentos de patente (DPTs) 1 a 3 siguientes describen ejemplos de tal bomba de engranajes internos de la tecnica relacionada.
En una bomba de engranajes internos descrita en DPT 1, los perfiles de diente de un rotor interior y un rotor exterior se forman usando un cfrculo base, un lugar de un punto en un cfrculo rodante externo que rueda en contacto con el cfrculo base sin deslizamiento, y un lugar de un punto en un cfrculo rodante interno.
En una bomba de engranajes internos descrita en DPT 2, los perfiles de diente de altura de cabeza y altura de pie se forman usando dos drculos base que tienen diametros diferentes, un cfrculo rodante externo que rueda en contacto con uno de los drculos base sin deslizamiento, y un cfrculo rodante interno que rueda en contacto con el otro cfrculo base sin deslizamiento, y los perfiles de diente cicloidales de altura de cabeza y altura de pie estan conectados uno con otro usando una curva envolvente.
En una bomba de engranajes internos descrita en DPT 3, un perfil de diente de un rotor exterior se forma usando una curva de arco convexa o una curva cicloidal. Entonces, un perfil de diente de un rotor interior se determina rodando el rotor interior dentro del perfil de diente del rotor exterior. Ademas de estos ejemplos, tambien se conoce una bomba de engranajes internos que usa un perfil de diente de curva trocoidal.
Lista de citas
Documentos de patente
DPT 1: Patente japonesa numero 3293507
DPT 2: Solicitud de Patente japonesa no examinada publicada numero 2008-128041 DPT 3: Solicitud de Patente japonesa examinada publicada numero 62-57835
DE-39 38 346 se refiere a una bomba de aceite para motores de combustion interna y transmisiones automaticas disenada como una bomba de engranajes anulares.
Resumen de la invencion
Problema tecnico
En los rotores de bomba de la tecnica relacionada que usan un perfil de diente trocoidal o un perfil de diente cicloidal, una posicion de trabajo del rotor interior y el rotor exterior esta situada hacia delante de un eje excentrico en la direccion de giro del rotor o en una posicion que solapa el eje excentrico.
El termino "eje excentrico" aqrn usado se refiere a una lmea que se extiende a traves de los centros del rotor interior y el rotor exterior en el caso donde los rotores estan dispuestos excentricamente uno con relacion a otro en el diseno.
Ademas, cuando el rotor interior y el rotor exterior estan dispuestos excentricamente uno con relacion a otro en el diseno y el rotor exterior se gira hacia el rotor interior en una direccion opuesta a la direccion de giro, la posicion de trabajo es un primer punto de contacto entre el rotor interior y el rotor exterior. Suponiendo que la distancia desde el centro del rotor interior a la posicion de trabajo se define como r, un diametro de paso de trabajo 9D es 2r. Un valor mmimo y un valor maximo del diametro de paso de trabajo medido mientras gira el rotor interior en pequenas cantidades en la direccion de giro se definen como 9Dmin y 9Dmax, respectivamente.
En las bombas de engranajes internos de la tecnica relacionada en las que la posicion de trabajo esta situada hacia delante del eje excentrico en la direccion de giro del rotor o en una posicion que solapa el eje excentrico, la
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pulsacion de descarga disminuye con el numero creciente de dientes del rotor. Sin embargo, si se incrementa el numero de dientes en el rotor asegurando al mismo tiempo una cantidad de descarga requerida, el diametro de paso de trabajo es mayor, dando lugar a un diametro exterior incrementado del rotor.
En contraposicion, en las bombas montadas en vefuculos, un diametro exterior incrementado de un rotor es indeseable dado que en tales bombas son muy deseables la compacidad y la reduccion de peso. Debido a estas circunstancias, no se han satisfecho las demandas de incrementar el numero de dientes en un rotor manteniendo al mismo tiempo una cantidad de descarga teorica con el mismo diametro exterior del rotor.
Un objeto de la presente invencion es satisfacer las demandas de incrementar el numero de dientes en un rotor manteniendo al mismo tiempo una cantidad de descarga teorica y el mismo diametro exterior del rotor que en la tecnica relacionada de modo que el rendimiento de la bomba con relacion a la pulsacion de descarga se mejora debido al numero incrementado de dientes.
Solucion del problema
Con el fin de lograr dicho objeto, la presente invencion proporciona un rotor de bomba en lmea con la reivindicacion 1 y un engranaje interno de bomba segun la reivindicacion 2. El rotor de bomba logra mejoras en un rotor de bomba formado combinando un rotor interior que tiene N dientes y un rotor exterior que tiene (N+1) dientes y disponiendo los rotores excentricamente uno con relacion a otro, asf como en una bomba de engranajes internos que usa el rotor de bomba. Espedficamente, cuando los centros del rotor interior y el rotor exterior se ponen en una disposicion excentrica, una posicion de trabajo del rotor interior y el rotor exterior siempre esta situada hacia atras de un eje excentrico en una direccion de giro del rotor.
Un valor maximo 9Dmax de un diametro de paso de trabajo del rotor interior y el rotor exterior satisface la expresion relacional siguiente:
$Dmax < 1,7e sen(n/180)/sen{n/(180 N)} (Expresion 1)
de modo que se puede lograr la configuracion antes descrita en la que la posicion de trabajo del rotor interior y el rotor exterior siempre esta situada hacia atras del eje excentrico en la direccion de giro del rotor.
Aqrn, e denota una cantidad de excentricidad entre el rotor interior y el rotor exterior, y
N denota el numero de dientes en el rotor interior.
Con respecto al rotor interior del rotor de bomba segun la presente invencion, una o ambas de una curva de altura de cabeza y una curva de altura de pie de un perfil de diente se forma(n) preferiblemente con un metodo de la figura 2(a) y la figura 2(b) (este metodo se describira en detalle mas adelante).
Con respecto al rotor exterior del rotor de bomba segun la presente invencion, un perfil de diente del rotor exterior se forma preferiblemente por una envolvente de las curvas de perfil de diente del rotor interior formada haciendo que el rotor interior gire mientras da vueltas a lo largo de un drculo que es concentrico con el rotor exterior. Esto tambien se describira en detalle mas adelante.
Efectos ventajosos de la invencion
En el rotor de la bomba de engranajes internos de la tecnica relacionada que usa una curva trocoidal o una curva cicloidal para un perfil de diente, la posicion de trabajo del rotor interior y el rotor exterior siempre esta situada hacia delante del eje excentrico en la direccion de giro del rotor o en una region que se extiende desde una posicion situada hacia atras a una posicion situada hacia delante del eje excentrico en la direccion de giro del rotor.
En el caso donde la posicion de trabajo esta situada hacia delante del eje excentrico en la direccion de giro del rotor o en una posicion que solapa el eje excentrico, el valor maximo 9Dmax del diametro de paso de trabajo satisface la expresion relacional siguiente:
$Dmax ^ 1,7esena/sen(a/N)
donde e denota una cantidad de excentricidad entre el rotor interior y el rotor exterior, N denota el numero de dientes en el rotor interior, y a (radian) denota un angulo de minuto, suponiendo aqrn que a=n/180.
En base a esta expresion relacional, cuando la cantidad de excentricidad e es fija y el numero N de dientes en el rotor interior se incrementa, el diametro exterior del rotor tiene que incrementarse inevitablemente dado que el diametro de paso de trabajo es mayor.
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Cuando el diametro de paso de trabajo es fijo y el numero N de dientes en el rotor interior se incrementa, la cantidad de excentricidad e se reduce, dando lugar a una cantidad de descarga teorica reducida. Espedficamente, con el rotor de bomba de la tecnica relacionada, cuando se incrementa el numero N de dientes del rotor, la demanda de la configuracion de cuerpo del rotor o la cantidad de descarga teorica no puede cumplirse.
Como una contramedida contra este problema, un tipo que satisface dicha expresion (1) evita que el diametro de paso de trabajo sea mayor cuando la cantidad de excentricidad e es fija y el numero N de dientes del rotor interior se incrementa. Ademas, cuando el diametro de paso de trabajo 9D es fijo y el numero N de dientes del rotor interior se incrementa, se evita que la cantidad de excentricidad e sea menor. Por lo tanto, el numero N de dientes puede incrementarse sin producir un aumento del diametro exterior del rotor o una disminucion de la cantidad de descarga, logrando por ello una presion de descarga estable y una mayor cantidad de descarga.
El rotor de bomba descrito anteriormente como un ejemplo preferido tiene un alto grado de flexibilidad de diseno del perfil de diente y puede satisfacer facilmente dicha expresion (1).
Breve descripcion de los dibujos
[Figura 1] La figura 1 es una vista de extremo que ilustra un ejemplo de un rotor de bomba segun la presente invencion.
[Figura 2(a)] La figura 2(a) ilustra un metodo de formacion de perfil de diente para un rotor interior usado en el rotor de bomba de la figura 1.
[Figura 2(b)] La figura 2(b) es una vista grafica que ilustra como el centro de un drculo de formacion de altura de cabeza se mueve en dicho metodo.
[Figura 3] La figura 3 ilustra un metodo de formacion de perfil de diente para un rotor exterior usado en el rotor de bomba de la figura 1.
[Figura 4] La figura 4 es una vista de extremo que ilustra un estado donde una cubierta de una caja de bomba se ha quitado de una bomba de engranajes internos que usa el rotor de bomba de la figura 1.
[Figura 5(a)] La figura 5(a) es una vista de extremo que ilustra un perfil de diente de un rotor de bomba de la muestra numero 1 correspondiente a un ejemplo practico de la presente invencion.
[Figura 5(b)] La figura 5(b) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 6° desde el estado de la figura 5(a).
[Figura 5(c)] La figura 5(c) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 15° desde el estado de la figura 5(a).
[Figura 5(d)] La figura 5(d) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 18° desde el estado de la figura 5(a).
[Figura 5(e)] La figura 5(e) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 24° desde el estado de la figura 5(a).
[Figura 5(f)] La figura 5(f) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 30° desde el estado de la figura 5(a).
[Figura 6(a)] La figura 6(a) es una vista de extremo que ilustra un perfil de diente de un rotor de bomba de la muestra numero 2 correspondiente a un ejemplo practico de la presente invencion.
[Figura 6(b)] La figura 6(b) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 10° desde el estado de la figura 6(a).
[Figura 6(c)] La figura 6(c) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 20° desde el estado de la figura 6(a).
[Figura 6(d)] La figura 6(d) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 30° desde el estado de la figura 6(a).
[Figura 6(e)] La figura 6(e) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 35° desde el estado de la figura 6(a).
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[Figura 6(f)] La figura 6(f) ilustra un diametro de paso de trabajo en una posicion donde el rotor interior se ha girado 40° desde el estado de la figura 6(a).
Descripcion de realizaciones
Un rotor de bomba y una bomba de engranajes internos que lo usa segun realizaciones de la presente invencion se describiran a continuacion con referencia a los dibujos adjuntos de las figuras 1 a 6(f). Un rotor de bomba 1 representado en la figura 1 se forma combinando un rotor interior 2 y un rotor exterior 3, que tiene un diente mas que el rotor interior, y disponiendo excentricamente los rotores uno con relacion a otro. Un perfil de diente del rotor interior 2 del rotor de bomba 1 se forma con el metodo siguiente. Una descripcion detallada del metodo de formacion de perfil de diente se dara con referencia a la figura 2(a) y la figura 2(b).
El metodo de formacion de perfil de diente de la figura 2(a) y la figura 2(b) implica mover cada drculo de formacion B, C que tiene un diametro Bd, Cd y que tiene, en su circunferencia, un punto j alineado con un punto de referencia J en un drculo de referencia A, que tiene un diametro Ad y esta centrado en un centro Oi del rotor interior, de modo que se cumplen las condiciones siguientes (1) a (3), y dibujando una curva de lugar formada por el punto j durante ese tiempo. Posteriormente, la curva de lugar se invierte simetricamente con respecto a una lmea L2, L3 que se extiende desde el centro Oi del rotor interior a un punto de altura de cabeza Tt o un punto de altura de pie Tb. Una curva que es simetrica con respecto a la lmea L2, L3 es una o ambas de una curva de altura de cabeza y una curva de altura de pie del perfil de diente del rotor interior 2.
Condiciones de movimiento de los drculos de formacion B y C
(1) Cada drculo de formacion (B, C) esta dispuesto de modo que el punto (j) en el drculo de formacion este en alineacion con el punto de referencia (J) en el drculo de referencia (A). Un centro (pa, pb) del drculo de formacion en ese tiempo se pone como un punto de inicio de movimiento (Spa, Spb). Posteriormente, el drculo de formacion (B, C) se dispone de modo que el punto (j) en el drculo de formacion se coloque en el punto de altura de cabeza (Tt) o el punto de altura de pie (Tb), y el centro (pa, pb) del drculo de formacion en ese tiempo se pone como un punto de fin de movimiento (Lpa, Lpb). Entonces, el centro (pa, pb) del drculo de formacion se mueve a lo largo de una curva de movimiento de centro de drculo de formacion (AC1, AC2) que se extiende desde el punto de inicio de movimiento (Spa, Spb) al punto de fin de movimiento (Lpa, Lpb), y el drculo de formacion (B, C) gira a una velocidad angular constante en la misma direccion que la direccion de movimiento del drculo.
(2) Cuando el drculo de formacion (B, C) se mueve desde el punto de inicio de movimiento (Spa, Spb) al punto de fin de movimiento (Lpa, Lpb), la curva de movimiento de centro de drculo de formacion (AC1, AC2) aumenta en la distancia entre el centro (Oi) del rotor interior y el centro (pa, pb) del drculo de formacion para la curva de altura de cabeza y disminuye en la distancia para la curva de altura de pie.
(3) La distancia entre el punto de altura de cabeza (Tt) y el centro Oi del rotor interior es mayor que la suma del radio del drculo de referencia A y el diametro del drculo de formacion en el tiempo del inicio del movimiento, o la distancia entre el punto de altura de pie (TB) y el centro Oi del rotor interior es menor que la diferencia entre el radio del drculo de referencia A y el diametro del drculo de formacion en el tiempo del inicio del movimiento.
En la formacion de perfil de diente del rotor interior 2 usando este metodo, el drculo de formacion de altura de cabeza B se mueve en un rango del angulo Ot desde el punto de inicio de movimiento Spa al punto de fin de movimiento Lpa mientras gira a una velocidad angular constante hacia la lmea L2, y tambien se mueve una distancia R en la direccion radial del drculo de referencia A durante ese tiempo.
El drculo de formacion de altura de cabeza B gira un angulo 0 durante el recorrido desde el punto de inicio de movimiento Spa al punto de fin de movimiento Lpa. Espedficamente, el punto j en el drculo de formacion gira el angulo 0 de modo que llegue al punto de altura de cabeza Tt. Una curva que constituye la mitad de la curva de altura de cabeza del rotor interior es trazada por el lugar del punto j formado durante el movimiento del drculo de formacion de altura de cabeza B desde el punto de inicio de movimiento Spa al punto de fin de movimiento Lpa.
En este caso, la direccion de giro del drculo de formacion de altura de cabeza B es la misma que su direccion de movimiento en el rango de angulo 0t.
Espedficamente, cuando la direccion de giro es hacia la derecha, la direccion de movimiento del drculo de formacion de altura de cabeza B tambien es hacia la derecha.
La curva trazada de esta manera esta invertida con respecto a la lmea L2. Espedficamente, la curva se hace en forma simetrica con respecto a la lmea L2. En consecuencia, se forma la curva de altura de cabeza del rotor interior 2.
La curva de altura de pie puede trazarse de manera similar. El drculo de formacion de altura de pie C que tiene un diametro $Cd es movido en un rango de angulo 0b desde el punto de inicio de movimiento Spb al punto de fin de
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movimiento Lpb, girandose al mismo tiempo a una velocidad angular constante en una direccion opuesta a la direccion de giro del drculo de formacion de altura de cabeza B. El punto j en la circunferencia del drculo de formacion de altura de pie C avanza desde la posicion donde el punto j esta alineado con el punto de referencia J en el drculo de referencia A al punto de altura de pie Tb puesto en la lmea L3, y una curva que constituye la mitad de la curva de altura de pie del rotor interior es trazada por el lugar del punto j.
Cada uno de los cmculos de formacion B y C usados en este metodo es un cmculo que se mueve desde el punto de inicio de movimiento al punto de fin de movimiento manteniendo al mismo tiempo su diametro constante o un cfrculo que se mueve desde el punto de inicio de movimiento al punto de fin de movimiento reduciendo al mismo tiempo su diametro (preferiblemente, un cmculo cuyo diametro en el punto de fin de movimiento no es menor que 0,2 veces su diametro en el punto de inicio de movimiento).
Preferiblemente, cada una de las curvas AC1 y AC2 es una curva que usa una funcion de seno y satisface la expresion siguiente con respecto a una cantidad de cambio o en la distancia desde el centro Oi del rotor interior a la curva AC1, AC2:
AR = Rxsen((n/2)x(m/s)) (Expresion 2) donde
R: (la distancia (Ri) desde el centro (Oi) del rotor interior al punto de fin de movimiento (Lpa) en el centro (pa) del cfrculo de formacion) - (la distancia (Ro) desde el centro (Oi) del rotor interior al punto de inicio de movimiento (Spa) en el centro (pa) del cfrculo de formacion) o (la distancia (ro) desde el centro (Oi) del rotor interior al punto de inicio de movimiento (Spb) en el centro (pb) del cfrculo de formacion) - (la distancia (ri) desde el centro (Oi) del rotor interior al punto de fin de movimiento (Lpb) en el centro (pb) del cmculo de formacion),
s: el numero de pasos, y
m = 0 ^ s.
El numero de pasos s se refiere al numero de segmentos en los que un angulo (9j: ZLSpa, Oi, y Lpa, y 0b: ZLSpb, Oi, y Lpb) formado por el punto de inicio de movimiento (Spa, Spb), el centro (Oi) del rotor interior, y el punto de fin de movimiento (Lpa, Lpb) esta igualmente segmentado.
Cada una de las curvas ACi y AC2 puede ser alternativamente una curva de coseno, una curva de orden alto, una curva de arco, una curva etfptica, o una curva formada por una combinacion de estas curvas y una lmea recta que tiene una inclinacion fija.
Ademas, es preferible que los drculos de formacion B y C sean movidos a lo largo de las curvas ACi y AC2 en las que una tasa de cambio AR' de la cantidad de cambio AR es cero en los puntos de fin de movimiento Lpa y Lpb.
Haciendo cada una de las curvas ACi y AC2 de la figura 2(a) de tal manera que la cantidad de cambio AR en la expresion (2) sea cero en el punto de fin de movimiento Lpa, Lpb en el centro del cfrculo de formacion correspondiente, se evita que las alturas de cabeza o las alturas de pie trazadas por el lugar del punto j en el cmculo de formacion de altura de cabeza B o el cfrculo de formacion de altura de pie C sean pronunciadas. Por lo tanto, se logran las ventajas de evitar el ruido durante la operacion de la bomba y de mejorar la durabilidad del rotor.
Si cada uno de los drculos de formacion B y C se mueve desde el punto de inicio de movimiento (Spa, Spb) al punto de fin de movimiento (Lpa, Lpb) reduciendo al mismo tiempo su diametro, una cantidad de cambio Ar en su diametro satisface preferiblemente la expresion siguiente:
Ar = ((diametro en el punto de inicio de movimiento) - (diametro en el punto de fin de movimiento)) x sen((n/2) x (m/s)) (Expresion 3)
donde s denota el numero de pasos, y m = 0 ^ s.
Con referencia a la figura 2(a), con una lmea que conecta el punto de referencia J en el cfrculo de referencia A y el centro Oi del rotor interior que se define como una lmea Li, el punto de altura de cabeza Tt y el punto de altura de pie Tb se ponen respectivamente en la lmea L2 girada desde la lmea Li un angulo 9t y en la lmea L3 girada desde la lmea Li un angulo 9b. Ademas, el angulo 9t entre la lmea Li y la lmea L2 y el angulo 9b entre la lmea Li y la lmea L3 se ponen en vista del numero de dientes y la relacion de zonas donde se han de poner las alturas de cabeza y las alturas de pie.
Los puntos de inicio de movimiento Spa y Spb del cfrculo de formacion de altura de cabeza B y el cfrculo de formacion de altura de pie C estan dispuestos en la lmea Li, mientras que los puntos de fin de movimiento Lpa y Lpb estan dispuestos respectivamente en las lmeas L2 y L3.
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Con respecto a la curva de altura de pie del rotor interior 2 obtenida aplicando la curva formada por el metodo representado en la figura 2(a) y la figura 2(b) a la curva de altura de cabeza, una curva formada con el mismo metodo para formar la curva de altura de cabeza puede emplearse usando el drculo de formacion de altura de pie C, o una curva cicloidal o una curva formada usando una curva trocoidal conocida puede emplearse como una curva de perfil de diente. Igualmente, con respecto a la curva de altura de cabeza del rotor interior 2 obtenida aplicando la curva de perfil de diente formada por el metodo representado en la figura 2(a) y la figura 2(b) a la curva de altura de pie, puede emplearse una curva cicloidal o una curva formada usando una curva trocoidal.
Un metodo de formar una curva de perfil de diente para el rotor exterior 3 se representa en la figura 3. El centro Oi del rotor interior 2 gira a lo largo de un drculo S que tiene un diametro (2e+t) y centrado en un centro Oo del rotor exterior 3. Posteriormente, mientras el centro Oi del rotor interior hace una revolucion a lo largo del drculo S, el rotor interior 2 hace 1/N rotacion. Una envolvente de las curvas de perfil de diente del rotor interior formado de esta manera sirve como una curva de perfil de diente para el rotor exterior.
Espedficamente,
e: cantidad de excentricidad entre el centro del rotor interior y el centro del rotor exterior, t: holgura maxima entre los dientes del rotor exterior y el rotor interior empujado a el, y N: el numero de dientes en el rotor interior.
El rotor de bomba con el perfil de diente formado de esta manera tiene un grado de flexibilidad en el establecimiento de los perfiles de diente del rotor interior y el rotor exterior y en el establecimiento de un diametro de paso de trabajo $D.
Con respecto al diametro de paso de trabajo $D del rotor interior y el rotor exterior, se realiza un proceso de diseno de modo que se cumpla la expresion relacional siguiente:
$Dmax < 1,7e sen(n/180)/sen{n/(180 N)} (Expresion 1)
En el rotor de bomba fabricado de esta manera, el rotor interior 2 y el rotor exterior 3 enganchan en una posicion
hacia atras de un eje excentrico CL en la direccion de giro del rotor.
Realizando el proceso de diseno que satisface dicha expresion (1) para el diametro de paso de trabajo, el diametro
de paso de trabajo no es demasiado grande y por ello no tiene ningun efecto en el cuerpo del rotor cuando la
cantidad de excentricidad e es fija y el numero N de dientes en el rotor interior se incrementa. Ademas, cuando el diametro de paso de trabajo es fijo y el numero N de dientes en el rotor interior se incrementa, se evita que la cantidad de excentricidad e sea menor. Cuando la cantidad de excentricidad e o un valor maximo 9Dmax del diametro de paso de trabajo es fijo en la expresion (1), la expresion todavfa se cumple, aunque el valor de N se incremente en ese estado. Por lo tanto, el numero N de dientes puede incrementarse sin tener que hacer mas grande el cuerpo del rotor o reducir la cantidad de descarga teorica.
Un ejemplo de una bomba de engranajes internos que usa el rotor de bomba 1 representado en la figura 1 se representa en la figura 4. Una bomba de engranajes internos 4 se forma acomodando el rotor de bomba 1 en una camara de rotor 6 formada en una caja de bomba 5. La caja de bomba 5 incluye una cubierta (no representada) que cubre la camara de rotor 6.
Un orificio de admision 7 y un orificio de descarga 8 estan formados en una superficie lateral de la camara de rotor 6 dispuesta en la caja de bomba 5. Se ha formado una camara de bomba 9 entre el rotor interior 2 y el rotor exterior 3. La capacidad de esta camara de bomba 9 aumenta o disminuye cuando el rotor gira. En un proceso de admision, la capacidad de la camara de bomba 9 aumenta, y se introduce un lfquido, tal como aceite, a la camara de bomba 9 a traves del orificio de admision 7.
En un proceso de descarga, la capacidad de la camara de bomba 9 disminuye cuando el rotor gira, de modo que el lfquido dentro de la camara de bomba 9 es distribuido al orificio de descarga 8. En la figura 4, el numero de referencia 10 denota un agujero de eje formado en el rotor interior 2, y un eje de accionamiento (no representado) que gira el rotor se extiende a traves de este agujero de eje 10.
Ejemplo practico 1
Las figuras 5(a) a 6(f) ilustran un ejemplo practico del rotor de bomba segun la presente invencion. El rotor de bomba 1 de la figura 5 incluye una combinacion del rotor interior 2 que tiene 10 dientes y el rotor exterior 3 que tiene 11 dientes, y el rotor de bomba 1 de la figura 6 incluye una combinacion del rotor interior 2 que tiene ocho dientes y el rotor exterior 3 que tiene nueve dientes.
5
10
15
20
25
Con respecto al rotor de bomba 1 de la figura 5(a) a la figura 5(f), las curvas de perfil de diente tanto para las alturas de cabeza como para las alturas de pie del rotor interior 2 se forman usando el metodo de las figuras 2(a) y 2(b). Ademas, se usan curvas sinusoidales de tal manera que la cantidad de cambio AR en la distancia desde el centro del rotor interior a las respectivas curvas AC1 y AC2 sea cero en los puntos de fin de movimiento correspondientes. Las especificaciones de diseno se muestran bajo el numero de muestra 1 en la Tabla I.
Con respecto al rotor de bomba 1 de la figura 6(a) a la figura 6(f), las curvas de perfil de diente tanto para las alturas de cabeza como para las alturas de pie del rotor interior 2 se forman usando el metodo de las figuras 2(a) y 2(b). Ademas, se usan curvas sinusoidales de tal manera que la cantidad de cambio AR sea cero en los puntos de fin de movimiento correspondientes. Las especificaciones de diseno se muestran bajo el numero de muestra 2 en la Tabla I. Con respecto al rotor exterior 3 en el rotor de bomba segun cada una de las muestras 1 y 2, la curva de perfil de diente se forma usando el metodo de la figura 3 que usa la envuelta de perfiles de diente del rotor interior.
Con respecto al rotor interior 2 segun cada muestra numero 3 a 5, las curvas de perfil de diente tanto para las alturas de cabeza como para sus alturas de pie se forman usando el metodo de las figuras 2(a) y 2(b). Las especificaciones de diseno se exponen en la Tabla I.
[Tabla II
Muestra numero
1 2 3 4 5
Numero N de dientes en el rotor interior
10 8 8 14 12
Diametro de altura de cabeza (mm) del rotor interior
45,08 45,08 33,41 58,93 49,52
Diametro de altura de pie (mm) del rotor interior
31,48 31,48 22,41 47,97 39,64
Diametro de altura de pie (mm) del rotor exterior
51,94 51,92 39 64,53 54,64
Diametro de altura de cabeza (mm) del rotor exterior
38,34 38,32 28 53,57 44,76
Cantidad de excentricidad e (mm)
3,4 3,4 2,75 2,74 2,47
Diametro (mm) del drculo de referencia A
36 37 26,83 52,4 44
Diametro (mm) del drculo de formacion B en el punto de inicio de movimiento
1,98 2,31 1,68 1,87 1,83
Diametro (mm) del drculo de formacion B en el punto de fin de movimiento
1,5 2,3 1,3 1,5 1,7
Cantidad de carga A en el diametro del drculo de formacion B
Expresion 3 Expresion 3 Expresion 3 Expresion 3 Expresion 3
Distancia de movimiento R (mm) del centro del drculo de formacion B
3,68 2,75 2,35 2,2 1,75
Curva AC1
Expresion 2 Expresion 2 Expresion 2 Expresion 2 Expresion 2
0T (°)
9,9 11,25 11,25 6,43 7,5
Diametro (mm) del drculo de formacion C en el punto de inicio de movimiento
1,62 2,31 1,68 1,87 1,83
Diametro (mm) del drculo de formacion C en el punto de fin de movimiento
1,5 2,3 1,1 1,6 1,7
Cantidad de carga A en el diametro del drculo de formacion C
Expresion 3 Expresion 3 Expresion 3 Expresion 3 Expresion 3
Distancia de movimiento R (mm) del centro del drculo de formacion C
1,12 1,06 1,18 0,8 0,93
Curva AC2
Expresion 2 Expresion 2 Expresion 2 Expresion 2 Expresion 2
0B (°)
8,1 11,25 11,25 6,43 7,5
Numero de pasos s
30 30 30 30 30
Diametro maximo de paso de trabajo pDmax (mm)
44,18 44,16 32,53 57,11 47,43
Diametro mmimo de paso de trabajo pDmin (mm)
36,08 37,39 27,07 52,49 44,25
Cantidad de descarga teorica (cc/rev/cm)
8,52 8,21 4,89 9,29 6,89
Las dimensiones de cada componente y la cantidad de descarga teorica se han redondeado a la segunda posicion decimal (lo mismo se aplica a continuacion).
La cantidad de descarga teorica en la Tabla I es un valor numerico de un grosor de rotor por 10 mm. Un diametro grande del rotor exterior indica un diametro de altura de pie del rotor exterior, un diametro pequeno del rotor exterior indica un diametro de altura de cabeza del rotor exterior, un diametro grande del rotor interior indica un diametro de altura de cabeza del rotor interior, y un diametro pequeno del rotor interior indica un diametro de altura de pie del rotor interior.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Las figuras 5(a) a 5(f) ilustran cambios en el estado de enganche del rotor de bomba. En la posicion representada en la figura 5(a), cuando el diametro de paso de trabajo $D es 42,82 mm, los dientes del rotor interior 2 y el rotor exterior 3 enganchan uno con otro de modo que la holgura entre los dientes de los dos rotores es cero.
Una seccion correspondiente a la holgura cero entre los dientes es una posicion de trabajo G.
Las figuras 5(b) a 5(f) ilustran estados donde el rotor interior 2 se ha girado desde la posicion de la figura 5(a) 6°, 15°, 18°, 24°, y 30°, respectivamente. El diametro de paso de trabajo $D es 43,14 mm en la posicion de la figura 5(b), es un maximo de 44,18 mm en la posicion de la figura 5(c), es un mmimo de 36,08 mm en la posicion de la figura 5(d), es 38,40 mm en la posicion de la figura 5(e), y es 41,40 mm en la posicion de la figura 5(f), y la posicion de trabajo G esta situada hacia atras del eje excentrico CL en la direccion de giro del rotor en todas estas posiciones.
Cuando se pasa la posicion en la figura 5(c) en la que el diametro de paso de trabajo $D es el maximo, la posicion de trabajo G se desplaza a la posicion de la figura 5(d) en la que el diametro de paso de trabajo $D es el mmimo. Asf, se evita que la posicion de trabajo G se desplace hacia delante pasado el eje excentrico CL en la direccion de giro del rotor.
Lo mismo se aplica al rotor de bomba 1 de la figura 6. Las figuras 6(b) a 6(f) ilustran estados donde el rotor interior 2 se ha girado desde la posicion de la figura 6(a) 10°, 20°, 30°, 35°, y 40°, respectivamente. El diametro de paso de trabajo 9D es 37,31 mm en la posicion de la figura 6(a), es 39,39 mm en la posicion de la figura 6(b), es 42,00 mm en la posicion de la figura 6(c), es 43,74 mm en la posicion de la figura 6(d), es un maximo de 44,16 mm en la posicion de la figura 6(e), y es 37,39 mm en la posicion de la figura 6(f). En este caso, cuando se pasa la posicion de la figura 6(e), la posicion de trabajo G se desplaza de forma similar hacia atras en la direccion de giro del rotor de manera que se evite que se desplace hacia delante pasado el eje excentrico CL en la direccion de giro del rotor.
En todas las muestras numeros 1 a 5 en la Tabla I, el valor maximo 9Dmax del diametro de paso de trabajo satisface dicha expresion (1), y la posicion de trabajo G del rotor interior y el rotor exterior esta situada hacia atras del eje excentrico en la direccion de giro del rotor.
Como un ejemplo comparativo, un rotor interior en base a un perfil de diente trocoidal se forma usando una curva trocoidal como la curva de perfil de diente del rotor interior 2. El perfil de diente trocoidal se forma de la siguiente manera. Un drculo rodante B rueda a lo largo del drculo de referencia A sin deslizamiento. Se traza una curva trocoidal por un punto distante del centro del drculo rodante B una distancia equivalente a una cantidad de excentricidad e. Una envolvente de un drculo de lugar C que tiene su centro en la curva trocoidal sirve como el perfil de diente trocoidal. El perfil de diente del rotor exterior 3 se forma en base al metodo de la figura 3 usando la envolvente de los perfiles de diente del rotor interior. Las especificaciones del perfil de diente se exponen en la Tabla II siguiente.
[Tabla II]
Muestra numero
Ejemplo comparativo
Numero N de dientes del rotor interior
6
Diametro de altura de cabeza (mm) del rotor interior
45,68
Diametro de altura de pie (mm) del rotor interior
31,16
Diametro de altura de pie (mm) del rotor exterior
52
Diametro de altura de cabeza (mm) del rotor exterior
39,48
Cantidad de excentricidad e (mm)
3,14
Diametro (mm) del drculo de referencia A
47,34
Diametro (mm) del drculo rodante B (mm)
7,89
Diametro (mm) del drculo de lugar C (mm)
15,79
Diametro maximo de paso de trabajo 9Dmax (mm)
42,43
Diametro mmimo de paso de trabajo 9Dmin (mm)
40,8
Cantidad de descarga teorica (cc/rev/cm)
7,6
Resultado del calculo del lado derecho de la expresion 1 (mm)
31,92
Aunque los dientes en el ejemplo comparativo tienen el mismo tamano que los de las muestras numeros 1 y 2, el numero de dientes y la cantidad de descarga teorica son mas pequenos que los de las muestras numeros 1 y 2. El valor maximo 9Dmax del diametro de paso de trabajo no satisface dicha expresion (1), y la posicion de trabajo G del rotor interior y el rotor exterior a veces se desplaza hacia delante pasando el eje excentrico en la direccion de giro del rotor.
Lista de signos de referencia
1: rotor de bomba
5
10
15
20
25
2: rotor interior 3: rotor exterior
4: bomba de engranajes internos
5: caja de bomba
6: camara de rotor
7: orificio de admision
8: orificio de descarga
9: camara de bomba
10: agujero de eje
Oi: centro de rotor interior
Oo: centro de rotor exterior
E: cantidad de excentricidad entre el rotor interior y el rotor exterior N: numero de dientes del rotor interior

Claims (2)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    REIVINDICACIONES
    1. Un rotor de bomba para una bomba de engranajes internos, formandose el rotor de bomba combinando un rotor interior (2) que tiene N dientes y un rotor exterior (3) que tiene (N+1) dientes y disponiendo los rotores excentricamente uno con relacion a otro,
    donde una posicion de trabajo (G) del rotor interior (2) y el rotor exterior (3), que es un primer punto de contacto entre el rotor interior y el rotor exterior, siempre esta situada hacia atras de un eje excentrico (CL) con relacion a una direccion de giro de los rotores cuando los rotores giran, haciendo referencia el eje excentrico (CL) a una lmea que se extiende a traves de los centros del rotor interior (2) y el rotor exterior (3) en el caso donde los rotores estan dispuestos excentricamente uno con relacion a otro en diseno; y
    caracterizado porque un valor maximo 9Dmax de un diametro de paso de trabajo 9D del rotor interior (2) y el rotor exterior (3) satisface la expresion relacional siguiente:
    9Dmax < 1,7esen(n/180)/sen{n/(180N)} (Expresion 1)
    donde e denota una cantidad de excentricidad entre el rotor interior y el rotor exterior, y N denota el numero de dientes en el rotor interior.
  2. 2. Una bomba de engranajes internos incluyendo: el rotor de bomba (1) segun la reivindicacion 1; y una caja de bomba (5),
    donde la caja de bomba tiene una camara de bomba (9) que acomoda el rotor de bomba, un orificio de admision (7), y un orificio de descarga (8).
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