JP5561287B2 - Outer rotor tooth profile creation method and internal gear pump - Google Patents
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Description
この発明は、内接歯車ポンプを構成するアウターロータの歯形創成方法とその方法を採用した内接歯車ポンプに関する。 The present invention relates to a method for generating a tooth profile of an outer rotor constituting an internal gear pump and an internal gear pump employing the method.
歯数がnのインナーロータと、歯数が(n+1)のアウターロータを偏心配置にして組み合わせ、その2者からなるポンプロータをハウジングのロータ室に収納して構成される内接歯車ポンプは、車のエンジンの潤滑用や自動変速機(AT)用のオイルポンプなどとして利用されている。 An internal gear pump configured by combining an inner rotor with n teeth and an outer rotor with (n + 1) teeth in an eccentric arrangement, and storing the pump rotor consisting of the two in the rotor chamber of the housing, It is used as an oil pump for automobile engine lubrication and automatic transmission (AT).
その内接歯車ポンプは、ハウジングのロータ室の端面に吸入ポートと吐出ポートを有する。吸入ポート終端と吐出ポート始端間は、インナーロータとアウターロータの歯間に作り出されるチャンバ(ポンプ室)を吸入ポートと吐出ポートから切り離す閉じ込み部として構成されており、前記チャンバが吸入ポートに面して面積(容積)を拡大しながら移動する間にそのチャンバに液体が吸入され、チャンバが吐出ポートに面して面積を縮小しながら移動する間にチャンバ内の液体が吐出ポートに送り出される。 The internal gear pump has a suction port and a discharge port on the end face of the rotor chamber of the housing. The end between the suction port end and the discharge port start end is configured as a closed portion that separates the chamber (pump chamber) created between the teeth of the inner rotor and the outer rotor from the suction port and the discharge port, and the chamber faces the suction port. Then, the liquid is sucked into the chamber while moving while expanding the area (volume), and the liquid in the chamber is sent out to the discharge port while moving toward the discharge port while reducing the area.
この内接歯車ポンプの中に、下記a)、b)に記載したものが存在する。
a)第1基礎円上を滑り無く転がる外転円の一点の軌跡によって描かれる歯先と、第1基礎円よりも小径の第2基礎円上を滑り無く転がる内転円の一点の軌跡によって描かれる歯底の間をインボリュート曲線でつないだ歯形を有するポンプ(特許文献1参照)。このポンプのロータはメガフロイド(住友電工の登録商標)ロータと称されている。
Among the internal gear pumps, there are those described in the following a) and b).
a) By a tooth tip drawn by the locus of one point of an abduction circle rolling without slipping on the first basic circle, and by a locus of one point of an inversion circle rolling without slipping on the second basic circle having a smaller diameter than the first basic circle A pump having a tooth profile in which the drawn roots are connected by an involute curve (see Patent Document 1). The rotor of this pump is called a Mega Floyd (registered trademark of Sumitomo Electric) rotor.
b)特許文献2が開示している方法(後述する方法I)で創成される歯形を採用したポンプ。なお、特許文献2の歯形創成法に関する詳細説明は、後に行なう。
b) A pump employing a tooth profile created by the method disclosed in Patent Document 2 (method I described later). The detailed description of the tooth profile creation method of
上記特許文献1,2の内接歯車ポンプは、インナーロータとアウターロータの歯丈の設定規制を緩和したものであって、トロコイド曲線やサイクロイド曲線を基本にした歯形を有するポンプよりも歯丈を大きくすることができる。そのために、チャンバの容積を大きくしてポンプの吐出量を増大させることができ、ポンプ性能の向上が図れる。
The internal gear pumps of
また、特許文献1、2の歯形を有するインナーロータは、それと組み合わせるアウターロータの歯形を下記特許文献3に記載された方法で創成すると比較的回転の滑らかなポンプロータを実現できることから、組み合わせ相手のアウターロータの歯形を特許文献3の方法(後述する方法II)で創成することがなされている。
In addition, the inner rotor having the tooth profile of
歯数がnのインナーロータと歯数が(n+1)のアウターロータを組み合わせた内接歯車ポンプでは、ポンプが円滑に回転するように、インナーロータとアウターロータの間に所定のチップクリアランス(歯先間隙間)を設けている。 In an internal gear pump in which an inner rotor having n teeth and an outer rotor having (n + 1) teeth are combined, a predetermined tip clearance (tooth tip) is provided between the inner rotor and the outer rotor so that the pump rotates smoothly. Clearance).
つまり、インナーロータの中心とアウターロータの中心を所定の偏心位置に配置し、インナーロータの歯先頂点のひとつとアウターロータの歯底頂点のひとつが両ロータの中心が置かれる直線の偏心軸上に位置するように組み合わせ、この位置を基準にしてその基準位置からインナーロータとアウターロータを(n+1):nの比で回転させた任意の理論配置の状態で、インナーロータとアウターロータ間に所望のチップクリアランスが確保されるようにインナーロータとアウターロータの各歯形が設計される。 In other words, the center of the inner rotor and the center of the outer rotor are arranged at a predetermined eccentric position, and one of the top tips of the inner rotor and the bottom of the bottom of the outer rotor is on the linear eccentric axis where the centers of both rotors are placed. The desired position between the inner rotor and the outer rotor in an arbitrary theoretical arrangement in which the inner rotor and the outer rotor are rotated at a ratio of (n + 1): n from the reference position with reference to this position. Each tooth profile of the inner rotor and the outer rotor is designed so as to ensure the tip clearance.
しかしながら、実際のポンプ回転時には、インナーロータとアウターロータが少なくとも1箇所で噛み合って上記理論配置の状態とは異なった状態(回転方向の位置からずれた状態)となるため、実際のチップクリアランスが設計上の数値と異なったものになる。 However, during actual pump rotation, the inner rotor and outer rotor mesh at least at one location, resulting in a state different from the theoretically arranged state (a state shifted from the position in the rotational direction). It will be different from the above numbers.
その相違と、製造工程で生じる不可避の加工誤差により、インナーロータの回転角によっては、噛み合い部以外の箇所でチップクリアランスが極小になったり、インナーロータとアウターロータの歯面が接触(干渉)したりすることがある。 Due to the difference and inevitable machining errors that occur in the manufacturing process, depending on the rotation angle of the inner rotor, the tip clearance may be minimized at locations other than the meshing part, or the tooth surfaces of the inner rotor and outer rotor may contact (interfere). Sometimes.
そのチップクリアランスの極小化や歯面の干渉の問題が、チップクリアランスの設定値が小さいポンプや、上記特許文献1,2のように歯丈を大きくしたロータを有するポンプでは特に発生しやすくなることが懸念される。
The problem of minimizing the tip clearance and interference of the tooth surface is particularly likely to occur in pumps with a small tip clearance setting value and pumps having a rotor with a large tooth height as in
そこで、この発明は、歯数差が1枚のインナーロータとアウターロータを組み合わせた内接歯車ポンプについて、実使用時に噛み合い部以外の箇所でインナーロータとアウターロータ間に適切な歯間隙間が確保されるものにする。そのためのアウターロータの歯形創成方法と、その方法でアウターロータの歯形を創成した内接歯車ポンプを提供することを課題としている。 Therefore, the present invention secures an appropriate interdental gap between the inner rotor and the outer rotor at a place other than the meshing portion in actual use for the internal gear pump in which the inner rotor and the outer rotor having one tooth difference are combined. To be. Therefore, an object of the present invention is to provide a tooth profile creation method for the outer rotor and an internal gear pump that creates the tooth profile of the outer rotor by the method.
上記の課題を解決するため、この発明においては、歯数がnのインナーロータと補正前歯形を有する歯数が(n+1)のアウターロータを所定の偏心配置位置にして噛み合わせ、この状態でインナーロータの歯面を、アウターロータとの噛み合い部以外の箇所、かつ、歯間隙間の極小化や歯の干渉が懸念される箇所でアウターロータとの間に確保したい歯間隙間相当分インナーロータ中心に対して外側に大きくオフセットし、所定のインナーロータ回転角位置でそのオフセットを繰り返して得られるインナーロータオフセット歯面を1箇所に集合させ、集合したオフセット歯面群の包絡線をアウターロータの補正後歯形の歯先曲線となす。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, the inner rotor having n teeth and the outer rotor having (n + 1) teeth having a correction front tooth profile are meshed with each other at a predetermined eccentric arrangement position. Inner rotor center where the tooth surface of the rotor is to be secured between the outer rotor and the outer rotor at a location other than the meshing portion with the outer rotor and where there is a concern about minimization between teeth or interference of teeth The inner rotor offset tooth surfaces that are obtained by offsetting the outer surface greatly and repetitively offset at the predetermined inner rotor rotation angle position are collected in one place, and the envelope of the assembled offset tooth surface group is corrected for the outer rotor. It becomes the tooth tip curve of the rear tooth profile.
上記チップクリアランスの極小化や歯面の干渉は、インナーロータとアウターロータがトロコイド曲線やサイクロイド曲線を基本にした曲線の歯形を有するポンプでも起こりうるが、この発明は、その問題が発生する懸念の高いポンプに適用すると特に大きな効果を期待できる。 Although the above-mentioned tip clearance minimization and tooth surface interference can occur even in a pump in which the inner rotor and the outer rotor have a curved tooth profile based on a trochoid curve or a cycloid curve, there is a concern that this problem may occur. When applied to a high pump, a particularly great effect can be expected.
この発明の適用対象として適したポンプは、例えば、チップクリアランスの設定値が小さい内接歯車ポンプや、インナーロータが、上記特許文献1に開示されているインボリュート曲線の含まれた歯形や上記特許文献2の方法で創成された歯形を有し、アウターロータが上記特許文献3の方法で創成された歯形を有する内接歯車ポンプが挙げられる。
A pump suitable as an application object of the present invention is, for example, an internal gear pump having a small set value of the tip clearance, an inner rotor, a tooth profile including an involute curve disclosed in
なお、ポンプロータは、一面側と他面側の区別がし難いので、組み付けミスの防止のために、組み付けに方向性が生じないように、アウターロータの歯先は左右対称形状となす。 In addition, since it is difficult to distinguish the one side and the other side of the pump rotor, the tooth tips of the outer rotor are symmetric so that the direction of the assembly does not occur in order to prevent assembly errors.
かかる方法でアウターロータの歯形を創成した内接歯車ポンプは、インナーロータとアウターロータの噛み合い部を除いた箇所で両ロータ間に所望の歯間隙間が確保される。その歯間隙間は、ロータに許容範囲内で最大の加工誤差が生じてもゼロになることはない。ロータの加工誤差を無視する(ゼロと考える)と、インナーロータのオフセット量に相当した大きさになり、ロータに加工誤差があれば、インナーロータのオフセット量からその加工誤差分を減じた値になる。この発明は、その内接歯車ポンプも併せて提供する。 In the internal gear pump in which the tooth profile of the outer rotor is created by such a method, a desired interdental gap is secured between the rotors at a location excluding the meshing portion between the inner rotor and the outer rotor. The inter-tooth gap does not become zero even if the maximum machining error occurs within the allowable range of the rotor. If the machining error of the rotor is ignored (assumed to be zero), the size will correspond to the offset amount of the inner rotor. If there is a machining error in the rotor, the machining error will be subtracted from the offset value of the inner rotor. Become. The present invention also provides its internal gear pump.
この発明の方法でアウターロータの歯形を創成した内接歯車ポンプは、実使用時にもインナーロータとアウターロータ間に確実に歯間隙間が確保される。 In the internal gear pump in which the tooth profile of the outer rotor is created by the method of the present invention, the inter-tooth gap is reliably ensured between the inner rotor and the outer rotor even during actual use.
このために、ポンプ使用時のチップクリアランスが設計上の数値と異なったものになることや、製造工程で不可避の加工誤差が生じることに起因した歯間隙間の極小化や歯先の干渉が起こらない。 For this reason, the tip clearance when using the pump is different from the design value, and inevitable machining errors occur in the manufacturing process. Absent.
以下、この発明の歯形創成方法と内接歯車ポンプの実施の形態を添付図面の図1〜図5に基づいて説明する。 Embodiments of a tooth profile generating method and an internal gear pump according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5 of the accompanying drawings.
図1に示す内接歯車ポンプ1は、歯数がnのインナーロータ2と、歯数が(n+1)のアウターロータ3を偏心配置にして組み合わせてポンプロータ4を構成し、そのポンプロータ4をハウジング5のロータ室6に収納して構成されている。図中OIはインナーロータ中心、OOはアウターロータ中心、eは、インナーロータ2とアウターロータ3の偏心量を表す。ロータ室6の端面には、吸入ポート7と吐出ポート8が形成されている。
The
例示のポンプ1のインナーロータ2は、歯先と歯底の間をインボリュート曲線でつないだ歯形、又は、特許文献2の方法(下記方法I)によって創成された歯形を有する。
The
歯先と歯底の間がインボリュート曲線で構成される歯形は、歯先と歯底にサイクロイド曲線を用いるものや、歯先を任意のR曲線に置き換えたものなどが考えられる。 As the tooth profile formed by an involute curve between the tooth tip and the tooth bottom, one using a cycloid curve for the tooth tip and the tooth bottom, or one obtained by replacing the tooth tip with an arbitrary R curve may be considered.
方法Iは、インナーロータと同心の基準円Aと、歯先の創成円Bと、歯底の創成円Cを用いる。創成円B,Cは、円周上の点jが、基準円AとY軸の交点(基準点J)を通過する円である。 Method I uses a reference circle A concentric with the inner rotor, a tooth creation circle B, and a tooth creation circle C. The creation circles B and C are circles in which a point j on the circumference passes an intersection (reference point J) of the reference circle A and the Y axis.
この方法Iは、図2(a),(b)に示すように、歯先の創成円B、歯底の創成円Cを下記(1)〜(3)の条件に基づいて移動させ、その間にインナーロータ中心OIと同心の基準円A上の基準点Jと重なる前記創成円B、C上の点jが描く軌跡曲線を、基準円中心OIから歯先頂点TT又は歯底頂点TBに至る直線L2,L3に対して対称形状をなすように描いて歯形の歯先曲線、歯底曲線の少なくとも一方となす。 In this method I, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the creation circle B of the tooth tip and the creation circle C of the tooth bottom are moved based on the following conditions (1) to (3), A locus curve drawn by the point j on the generating circles B and C that overlaps the reference point J on the reference circle A concentric with the inner rotor center O I is drawn from the reference circle center O I to the tooth tip vertex T T or the tooth root vertex. addendum curve of the tooth profile drawn to form a symmetrical shape with respect to the straight line L 2, L 3 leading to T B, formed with at least one of the tooth bottom curved.
−創成円B,Cの移動条件(1)〜(3)−
(1)創成円B,Cを、それらの創成円上の点jが基準円A上の基準点Jに重なるように配置し、このときに創成円中心pa,pbがある位置を移動始点にしてその移動始点Spa,Spbから創成円B,Cを一定角速度で自転させながら、創成円中心pa,pbが移動終点Lpa,Lpbに到達するまで創成円中心をその中心の移動曲線AC1,AC2に沿って移動させる。移動終点Lpa,Lpbは、創成円B,C上の点jが歯先頂点TT又は歯底頂点TBに到達する位置である。この条件(1)に基づいて創成円B,C上の点jが描く軌跡曲線が歯形になる。
-Movement conditions of creation circles B and C (1)-(3)-
(1) The creation circles B and C are arranged so that the point j on the creation circle overlaps the reference point J on the reference circle A. At this time, the positions where the creation circle centers pa and pb are located are set as the movement start points. While the creation circles B and C are rotated from the movement start points Spa and Spb at a constant angular velocity, the creation circle centers are moved around the creation circles AC 1 and AC until the creation circle centers pa and pb reach the movement end points Lpa and Lpb. Move along 2 . The movement end points Lpa and Lpb are positions where the point j on the generating circles B and C reaches the tooth top vertex T T or the tooth bottom vertex T B. Based on this condition (1), the locus curve drawn by the point j on the generating circles B and C becomes a tooth profile.
(2)前記移動曲線AC1,AC2は、インナーロータ中心OIから創成円中心pa,pbまでの基準円径方向距離を、前記移動始点Spa,Spbから移動終点Lpa,Lpbまで、歯先曲線2aについてはその距離を増加させ、歯底曲線2bについてはその距離を減少させる。
(2) The movement curves AC 1 , AC 2 have a reference radial direction distance from the inner rotor center O I to the generating circle centers pa, pb, and tooth tips from the movement start points Spa, Spb to the movement end points Lpa, Lpb. The distance is increased for the
これにより、移動曲線AC1,AC2は、歯先側においては図2(a)において右上がりの傾斜曲線、歯底側においては左下がりの傾斜曲線となり、それに伴い、上記点jの描く軌跡曲線が滑らかな歯先、歯底を描く。 As a result, the movement curves AC 1 and AC 2 become an upward-sloping slope curve in FIG. 2A on the tooth tip side and a downward-sloping slope curve on the tooth bottom side, and accordingly the locus drawn by the point j. Draws a smooth tooth tip and root.
(3)歯先頂点TT又は歯底頂点TBは、基準円Aの径方向において、創成円Bの移動始点Spaと基準円中心OI間の距離ROに移動始点にある創成円Bの半径を足した長さを超えて基準円中心OIから離れている。又は、創成円Cの移動始点Spbと基準円中心OI間の距離rOに移動始点にある創成円Cの半径を差し引いた長さを超えて基準円中心OIに近づいている。 (3) the addendum vertex T T or tooth root apex T B is in the radial direction of the reference circle A, creating a circle B in moving start point to the distance R O between moving start point Spa and the reference circle center O I of the created circle B The distance from the reference circle center O I exceeds the length obtained by adding the radius of. Or, it is close to the reference circle center O I beyond the length obtained by subtracting the radius of creation circle C in moving start point of the distance r O between moving start point Spb and the reference circle center O I of the creation circle C.
この条件により、点jの軌跡曲線によって描かれる歯の歯丈が、基礎円上を転がる転円によって描かれるサイクロイド曲線の歯形に比べて高くなる。 Under this condition, the tooth height of the tooth drawn by the locus curve of the point j becomes higher than the tooth profile of the cycloid curve drawn by the rolling circle rolling on the basic circle.
上記創成円B,Cは、それぞれの直径Bd,Cdを一定に保って移動始点から移動終点に移動する円と、それぞれの直径Bd,Cdを縮めながら移動始点から移動終点に移動する円のどちらかが選択される。移動中に径変化を生じる後者の創成円は、移動始点での直径に対して移動終点での直径が0.2倍以上、1倍以下にするのがよい。 The creation circles B and C are either a circle that moves from the movement start point to the movement end point while keeping the diameters Bd and Cd constant, or a circle that moves from the movement start point to the movement end point while reducing the diameters Bd and Cd. Is selected. In the latter creation circle that causes a change in diameter during movement, the diameter at the movement end point is preferably 0.2 times or more and 1 time or less with respect to the diameter at the movement start point.
創成円中心pa,pbの移動始点Spa,Spbは、図2(a)では直線L1上に置かれているが、直線L1よりも創成円の移動方向前方に配置されることもある。 Creation circle center pa, pb moving start point Spa of, Spb is being placed in FIGS. 2 (a) in on the straight line L 1, sometimes the straight line L 1 is disposed in the moving forward of the creation circle.
さらに、創成円中心pa,pbの移動終点Lpa,Lpbも、直線L2,L3からずれた位置に設定されることがある。 Further, the movement end points Lpa and Lpb of the creation circle centers pa and pb may be set at positions shifted from the straight lines L 2 and L 3 .
なお、移動曲線AC1,AC2としては、インナーロータ中心OIから創成円中心pa、pbまでの距離の変化率ΔR’が移動終点Lpa,Lpbにおいて0である曲線や正弦関数を利用した下記の曲線などが用いられる。 As the movement curves AC 1 and AC 2 , the following curves and sine functions are used in which the change rate ΔR ′ of the distance from the inner rotor center O I to the generating circle centers pa and pb is 0 at the movement end points Lpa and Lpb. These curves are used.
例えば、創成円中心pa,pbの移動始点Spa,Spbから移動終点Lpa,Lpbに至る間の基準円径方向移動量ΔRが下式を満たす曲線である。 For example, the reference circular radial direction movement amount ΔR from the movement start points Spa, Spb to the movement end points Lpa, Lpb of the creation circle centers pa, pb is a curve satisfying the following expression.
ΔR=R×sin{(π/2)×(m/S)}
ここに、R:創成円の径方向移動量(インナーロータ中心OIから移動終点にある創成円中心paまでの距離)−(インナーロータ中心OIから移動始点にある創成円中心paまでの距離)
S:ステップ数(創成円の移動始点から移動終点までの移動角度θT又はθBを等間隔に等分した数)
m:0→S
ΔR = R × sin {(π / 2) × (m / S)}
Here, R: radial movement amount of the creation circle (distance from the inner rotor center O I to the creation circle center pa at the movement end point) − (distance from the inner rotor center O I to the creation circle center pa at the movement start point) )
S: Number of steps (number obtained by equally dividing the movement angle θ T or θ B from the movement start point to the movement end point of the creation circle at equal intervals)
m: 0 → S
創成円B,Cの移動角度θT、θBは、歯数や歯先、歯底の設置領域の比率などを考慮して設定される。 The moving angles θ T and θ B of the generating circles B and C are set in consideration of the number of teeth, the tip of the teeth, the ratio of the installation area of the root, and the like.
上記方法Iで創成した歯形を有するインナーロータと組み合わせるアウターロータは、組み合わせ相手のインナーロータ2を用いて特許文献3の方法(方法II)で歯形を創成している。
The outer rotor combined with the inner rotor having the tooth profile created by the above method I creates the tooth profile by the method (method II) of
方法IIは、図3に示すように、組み合わせ相手のインナーロータ2の中心OIを直径:(2e+t)のアウターロータ中心と同心の円S上に置き、その円S上でインナーロータ中心OIを公転させながら公転1回当りに(1/n)回インナーロータを自転させ、こうして得られるインナーロータ歯形曲線群の包絡線をアウターロータの歯形となす。
ここに、n:インナーロータの歯数
e:アウターロータとインナーロータの偏心量
t:チップクリアランス。このチップクリアランスは、アウターロータ中心とインナーロータ中心を偏心軸上に置き、アウターロータ歯先とインナーロータ歯先を対向させた状態から偏心軸に沿ってインナーロータの中心を移動させてインナーロータをアウターロータに押しつけたときの対向する前記アウターロータ歯先と前記インナーロータ歯先の距離をいう。
In the method II, as shown in FIG. 3, the center O I of the
Where n is the number of teeth of the inner rotor
e: Eccentricity of outer rotor and inner rotor
t: Tip clearance. This tip clearance is achieved by placing the center of the outer rotor and the center of the inner rotor on the eccentric shaft, and moving the center of the inner rotor along the eccentric shaft from the state where the outer rotor tooth tip and the inner rotor tooth tip are opposed to each other. The distance between the opposing outer rotor tooth tip and the inner rotor tooth tip when pressed against the outer rotor.
上記インナーロータ2とアウターロータ3を、所定の偏心配置にして組み合わせ、この理論配置の状態でどちらか一方を固定し、他方を回転させて図4(a)に示すように噛み合わせる。
The
図4では、インナーロータ2を図4(b)〜(i)の回転角度位置で固定し、アウターロータ3をロータ回転方向とは逆の方向に回転させて両ロータを噛み合わせている。
In FIG. 4, the
図4(a)においては、図中Y部が噛み合い部であり、また、図中Z1部が噛み合い部以外の箇所で歯間隙間の極小化や歯先干渉の懸念が出始める位置となる。そこで、インナーロータ2の歯面を、図4(a)の実線位置からアウターロータ3との間に確保したい歯間隙間相当分、インナーロータ中心に対してその中心から外に向って歯間隙間を小さくする方向にロータに許容される加工誤差よりも大きくオフセットする。
In FIG. 4 (a), a meshing portion in the Y unit, also concerns minimizing or addendum interference interdental gap is a position that begins to appear in the portion other than the engaging portion Z 1 parts in FIG . Therefore, the tooth surface of the
図面上ではインナーロータ2とアウターロータ3の歯先を重ねることができるので、インナーロータ2の歯面の上記オフセットを問題なく行える。
Since the tooth tips of the
図5のIは、図4(a)でオフセットしたインナーロータ2の歯面(歯先曲線)を、アウターロータ3の歯面と対応させて表している。
I in FIG. 5 represents the tooth surface (tooth tip curve) of the
次に、図4(a)の状態からインナーロータ2を、アウターロータ3を追従させながら任意角度回転させる。
Next, the
インナーロータ2を図4(a)の位置から5°時計周りに回転させた状態を、図4(b)に示す。この位置でも、上記と同様に、インナーロータ2を、アウターロータ3との間に確保したい歯間隙間相当分、インナーロータ中心に対して歯間隙間を小さくする方向にロータに許容される加工誤差よりも大きくオフセットする。
FIG. 4B shows a state where the
インナーロータ2を、図4(a)の位置から10°回転させた状態を図4(c)に示す。また、15°回転させた状態を図4(d)に、20°回転させた状態を図4(e)に、25°回転させた状態を図4(f)に、30°回転させた状態を図4(g)に、35°回転させた状態を図4(h)に、40°回転させた状態を図4(i)にそれぞれ示す。
FIG. 4C shows a state in which the
これ等の各位置でも、インナーロータ2を、アウターロータ3との間に確保したい歯間隙間相当分、インナーロータ中心に対して歯間隙間を小さくする方向にロータに許容される加工誤差よりも大きくオフセットする。
Even at each of these positions, the
図5のIIは、インナーロータ2の歯面の図4(b)におけるオフセット歯面を、図5のIIIは、図4(c)にけるオフセット歯面をそれぞれアウターロータ3の歯面と対応させて表している。
5 corresponds to the offset tooth surface in FIG. 4B of the tooth surface of the
同様に、図5のIV〜IXも、図4(d)〜図4(i)の各位置におけるインナーロータのオフセット歯面をアウターロータ3の歯面と対応させて表している。なお、I〜IXのオフセット歯面は、インナーロータ回転角の増加に合わせて順番に並べている。
Similarly, IV to IX in FIG. 5 also represent the offset tooth surfaces of the inner rotor at the positions in FIGS. 4D to 4I corresponding to the tooth surfaces of the
図5に示すように、インナーロータ回転角の各位置におけるインナーロータオフセット歯面を1箇所に集合させると、集合したオフセット歯面群によって包絡線9を描くことができる。そこで、その包絡線9をアウターロータの歯先曲線とする。
As shown in FIG. 5, when the inner rotor offset tooth surfaces at each position of the inner rotor rotation angle are gathered in one place, the
この方法での創成によって、図5(a)のZ1部から図5(i)のZ2部に至るまでの間では、ロータの加工誤差を無視すると、インナーロータ2とアウターロータ3間に希望した歯間隙間が確保される。インナーロータ2とアウターロータ3に加工誤差があるときには、その誤差相当分、確保される歯間隙間が増減する。
By creating in this way, among up to Z 2 parts of FIG. 5 (i) from Z 1 part of FIG. 5 (a), and ignoring the machining error of the rotor, between the
また、インナーロータ2のインナーロータ回転角の各位置におけるオフセット量をロータに許容される加工誤差よりも大きく設定したことで、許容される範囲で最大の加工誤差が生じた場合にも、インナーロータとアウターロータの噛み合い部以外の位置での干渉が防止される。
Even when the maximum amount of machining error occurs in the allowable range by setting the offset amount at each position of the inner rotor rotation angle of the
ポンプロータの噛み合い部以外の位置における歯間隙間は、ポンプの用途によっては、多少大きくした方が、ロータ回転に伴うチャンバ内圧力の急変の抑制などが図れて好ましいとされることがある。 Depending on the application of the pump, it may be preferable that the interdental gap at a position other than the meshing portion of the pump rotor is made somewhat large in order to suppress a sudden change in the pressure in the chamber accompanying the rotation of the rotor.
また、インナーロータとアウターロータの歯先の干渉は、ポンプの円滑な駆動の妨げになるし、歯面の摩耗も助長される。 Further, the interference between the tooth tips of the inner rotor and the outer rotor hinders smooth driving of the pump and promotes wear of the tooth surface.
なお、アウターロータの歯先は、創成した半歯の歯先形状を反転させて残り半分の歯に転写することで左右対称形状となす。 In addition, the tooth tip of the outer rotor is made symmetrical by reversing the tooth tip shape of the created half tooth and transferring it to the remaining half tooth.
上記方法Iにより、基準円Aの直径:32.900mm、歯底〜歯先までの半歯角度(創成円の移動始点から移動終点までの移動角度θT,θB):22.5°、創成円Bの直径Bd:2.0563mm、創成円Cの直径Cd:2.0563mm、創成円Bの径方向移動量:0.0288mm、創成円Cの径方向移動量:1.7266mm、創成円B、Cの移動のステップ数S:各60、創成円B、Cの移動時径変化無しの条件で歯形を創成した大径:37.07mm、小径:25.43mmの歯数:8のインナーロータを設計した。 According to the above method I, the diameter of the reference circle A: 32.900 mm, the half tooth angle from the root to the tip (movement angle θ T , θ B from the movement start point to the movement end point of the creation circle): 22.5 °, Creation circle B diameter Bd: 2.0563 mm, creation circle C diameter Cd: 2.0563 mm, creation circle B radial movement: 0.0288 mm, creation circle C radial movement: 1.7266 mm, creation circle Number of steps of movement of B and C S: 60 each, creation circle B, C created a tooth profile with no change in diameter during movement Large diameter: 37.07 mm, Small diameter: 25.43 mm Number of teeth: 8 inner The rotor was designed.
また、そのインナーロータを用いて上記方法IIで、偏心量e:2.76mm、チップクリアランスt:0.02mmの条件に基づき、大径:42.61mm、小径:31.57mmの歯数:9のアウターロータを設計した。 Further, using the inner rotor, the above-mentioned method II is performed under the conditions of the eccentric amount e: 2.76 mm and the tip clearance t: 0.02 mm, and the number of teeth having a large diameter: 42.61 mm and a small diameter: 31.57 mm: 9 Designed the outer rotor.
次に、そのインナーロータとアウターロータを組み合わせ、インナーロータを固定した状態で両ロータが噛み合う位置までアウターロータを回転させた。そして、図4(a)のZ1部から図4(j)のZ2部までの間でインナーロータとアウターロータ間に40μmの歯間隙間が生じるように、図4の各インナーロータ回転角位置でインナーロータの歯面をインナーロータの中心に対してオフセットした。 Next, the inner rotor and the outer rotor were combined, and the outer rotor was rotated to a position where both the rotors meshed with the inner rotor fixed. Then, Z as interdental gap 40μm between inner rotor and outer rotor occurs for up to 2 parts, each of the inner rotor rotation angle in Fig. 4 in FIG. 4 (j) from Z 1 part of FIGS. 4 (a) At the position, the tooth surface of the inner rotor was offset with respect to the center of the inner rotor.
その後、各インナーロータ回転角位置でのオフセット歯面を図5のように1箇所に集合させ、集合したオフセット歯面群の包絡線をアウターロータの歯先曲線にしてアウターロータの補正後歯形(実際の製品の歯形)を作り上げた。 Thereafter, the offset tooth surfaces at each inner rotor rotation angle position are gathered in one place as shown in FIG. 5, and the corrected tooth profile of the outer rotor is obtained by making the envelope of the gathered offset tooth face group a tooth tip curve of the outer rotor. Actual product tooth profile).
このようにして得たアウターロータを方法Iで歯形を創成したインナーロータと組み合わせて実使用時と同じ条件で運転したところ、歯先の干渉が全く起こらなかった。 When the outer rotor thus obtained was combined with the inner rotor whose tooth profile was created by Method I and operated under the same conditions as in actual use, there was no interference of the tooth tips.
以上の説明は、ロータが特定の歯形を有するポンプを例に挙げて行ったが、この発明は、トロコイド曲線やサイクロイド曲線などを基本にした曲線の歯形を有する内接歯車ポンプにも適用できる。 Although the above description has been made by taking a pump having a specific tooth profile as an example, the present invention can also be applied to an internal gear pump having a curved tooth profile based on a trochoid curve or a cycloid curve.
1 内接歯車ポンプ
2 インナーロータ
2a 歯先曲線
2b 歯底曲線
3 アウターロータ
4 ポンプロータ
5 ハウジング
6 ロータ室
7 吸入ポート
8 吐出ポート
9 インナーロータオフセット歯面の包絡線
I〜IX インナーロータ回転角の各位置におけるインナーロータオフセット歯面
OI インナーロータ中心(基準円中心)
OO アウターロータ中心
A 基準円
Ad 基準円の直径
B 歯先創成円
C 歯底創成円
Bd,Cd 創成円の直径
AC1,AC2 創成円中心が通る移動曲線
R 創成円の径方向移動量
Ro 創成円Bの移動始点Spaと基準円中心OI間の距離
rO 創成円Cの移動始点Spbと基準円中心OI間の距離
θT,θB 創成円の移動角度
J 基準円上の基準点
j 軌跡曲線を描く点
TT 歯先頂点
TB 歯底頂点
L1 インナーロータ中心と基準点Jを結ぶ直線
L2 インナーロータ中心と歯先を結ぶ直線
L3 インナーロータ中心と歯底を結ぶ直線
pa,pb 創成円中心
Spa,Spb 創成円の移動始点
Lpa,Lpb 創成円の移動終点
S ステップ数
e インナーロータ中心とアウターロータ中心の偏心量
t チップクリアランス
DESCRIPTION OF
O O Outer rotor center A Reference circle Ad Reference circle diameter B Tooth tip creation circle C Tooth root creation circle Bd, Cd Creation circle diameter AC 1 , AC 2 Creation circle center travel curve R Radial travel of creation circle moving start point Spa and the reference circle center O distance between I r O creation circle C a distance theta T between the moving start point Spb and the reference circle center O I of Ro creation circle B, theta of B creating circular movement angle J on the base circle of Reference point j Point to draw trajectory curve T T Tip top vertex T B Bottom vertex L 1 Straight line connecting inner rotor center and reference point J 2 Straight line connecting inner rotor center and tooth tip
L 3 straight line connecting the inner rotor center and the tooth bottom
pa, pb Creation circle center Spa, Spb Creation circle movement start point Lpa, Lpb Creation circle movement end point S Number of steps e Eccentricity of inner rotor center and outer rotor center t Tip clearance
Claims (3)
方法I:歯先の創成円(B)、歯底の創成円(C)を下記(1)〜(3)の条件に基づいて移動させ、その間にインナーロータ中心(OI)と同心の基準円(A)上の基準点(J)と重なる前記創成円(B,C)上の点(j)が描く軌跡曲線を、基準円中心(OI)から歯先頂点(TT)又は歯底頂点(TB)に至る直線(L2,L3)に対して対称形状をなすように描いて歯形の歯先曲線又は歯底曲線となす。
−創成円B,Cの移動条件−
(1)創成円(B,C)を、それらの創成円上の点(j)が基準円(A)上の基準点(J)に重なるように配置し、このときに創成円中心(pa,pb)がある位置を移動始点にしてその移動始点(Spa,Spb)から創成円(B,C)を一定角速度で自転させながら、創成円中心(pa,pb)が移動終点(Lpa,Lpb)に到達するまで創成円中心をその中心の移動曲線(AC1,AC2)に沿って移動させる。
(2)前記移動曲線(AC1,AC2)は、インナーロータ中心(OI)から創成円中心(pa,pb)までの基準円径方向距離を、前記移動始点(Spa,Spb)から移動終点(Lpa,Lpb)まで、歯先曲線(2a)についてはその距離を増加させ、歯底曲線(2b)についてはその距離を減少させる。
(3)歯先頂点(TT)又は歯底頂点(TB)は、基準円(A)の径方向において、創成円(B)の移動始点(Spa)と基準円中心(OI)間の距離(RO)に移動始点にある創成円(B)の半径を足した長さを超えて基準円中心(OI)から離れている。又は、創成円(C)の移動始点(Spb)と基準円中心(OI)間の距離(rO)に移動始点にある創成円(C)の半径を差し引いた長さを超えて基準円中心(OI)に近づいている。
方法II:アウターロータ中心を中心とする直径(2e+t)の円上をインナーロータ中心(OI)が1周公転し、その間にインナーロータ(2)が(1/n)回自転し、このときのインナーロータの歯形曲線群の包絡線をアウターロータの歯形となす。
ここに、n:インナーロータの歯数
e:アウターロータとインナーロータの偏心量
t:チップクリアランス The inner rotor (2) has a tooth profile formed by an involute curve between a tooth tip and a tooth bottom, or a tooth profile created by the following method I, and the outer rotor (3) is a corrected front tooth profile by the following method II. The tooth profile creation method for an outer rotor according to claim 1, wherein the tooth profile is created and the tooth profile of the outer rotor (3) of the internal gear pump is created.
Method I: Tooth tip creation circle (B) and root creation circle (C) are moved based on the following conditions (1) to (3), while the inner rotor center (O I ) is concentric with the reference The locus curve drawn by the point (j) on the generating circle (B, C) that overlaps the reference point (J) on the circle (A) is drawn from the center of the reference circle (O I ) to the tooth tip vertex (T T ) or tooth The tooth tip curve or the root curve of the tooth profile is drawn so as to have a symmetrical shape with respect to the straight line (L 2 , L 3 ) leading to the bottom vertex (T B ).
-Movement conditions for creation circles B and C-
(1) The creation circles (B, C) are arranged so that the points (j) on the creation circles overlap the reference point (J) on the reference circle (A). At this time, the creation circle center (pa , Pb) with a certain position as the movement start point, the creation circle center (pa, pb) rotates from the movement start point (Spa, Spb) at a constant angular velocity to the creation end point (Lpa, Lpb). The center of the creation circle is moved along the movement curve (AC 1 , AC 2 ) of the center until it reaches ().
(2) The movement curves (AC 1 , AC 2 ) move from the movement start point (Spa, Spb) a reference radial direction distance from the inner rotor center (O I ) to the creation circle center (pa, pb). To the end point (Lpa, Lpb), the distance is increased for the tip curve (2a), and the distance is decreased for the root curve (2b).
(3) The tip of the tooth tip (T T ) or the bottom of the tooth tip (T B ) is between the movement start point (Spa) of the creation circle (B) and the center of the reference circle (O I ) in the radial direction of the reference circle (A). The distance from the reference circle center (O I ) exceeds the length obtained by adding the radius of the creation circle (B) at the movement start point to the distance (R O ). Alternatively, the reference circle exceeds the length obtained by subtracting the radius of the creation circle (C) at the movement start point from the distance (r O ) between the movement start point (Spb) of the creation circle (C) and the reference circle center (O I ). Approaching the center (O I ).
Method II: The inner rotor center (O I ) makes one revolution on a circle with a diameter (2e + t) centered on the outer rotor center, and the inner rotor (2) rotates (1 / n) times during this time. The envelope of the tooth profile curve group of the inner rotor is used as the tooth profile of the outer rotor.
Where n is the number of teeth of the inner rotor
e: Eccentricity of outer rotor and inner rotor
t: Tip clearance
実際のポンプ運転時に噛み合い部以外の箇所において、インナーロータ(2)とアウターロータ(3)との間にインナーロータのオフセット量に相当した大きさの歯間隙間が生じるように構成された内接歯車ポンプ。 An inner rotor number of n teeth (2), the outer rotor (3) pumps in combination with the eccentric arrangement of the rotor of the number of teeth having thus created have been teeth in Method towards according to claim 2 (n + 1) ( 4)
An inscribed structure configured such that a gap corresponding to the offset amount of the inner rotor is generated between the inner rotor (2) and the outer rotor (3) at a location other than the meshing portion during actual pump operation. Gear pump.
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