JPH0786353B2 - 内接歯車型流体ポンプ用多点連続接触歯車 - Google Patents

内接歯車型流体ポンプ用多点連続接触歯車

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JPH0786353B2
JPH0786353B2 JP61064168A JP6416886A JPH0786353B2 JP H0786353 B2 JPH0786353 B2 JP H0786353B2 JP 61064168 A JP61064168 A JP 61064168A JP 6416886 A JP6416886 A JP 6416886A JP H0786353 B2 JPH0786353 B2 JP H0786353B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、主に内接歯車型流体ポンプに用いる多点連続
接触歯車に関する。
[従来の技術] 流体ポンプの中には特殊な歯形の内接歯車を利用して構
成した歯車ポンプがある。これに用いられる歯車は、内
歯歯車と外歯歯車の歯数の差が1で、両歯車が多点で連
続的に接触しながら回転するもので、その代表的な例と
してトロコイド歯車がある。これは、外歯歯車と内歯歯
車との間に常時複数の容積変動空間が形成されるもので
あり、この複数の容積変動空間に歯車の回転に応じて流
体を流入、流出させてポンプを構成するものである。
而して、上記の如く歯数差1枚の内接歯車を用いたポン
プは、その基礎円として、内歯歯車の歯形に円弧を与え
たものが多い。この場合、その円弧の大きさaとその中
心と内歯歯車中心との距離Aとは一定の条件式を満足さ
せる必要があることが知られている。もしもAの値がこ
の公知の条件式で与えられる限界値よりも小さいと、こ
れと咬み合う外歯歯車の歯形に尖点(cusp)が発生し、
この尖点部では歯面圧力が異常に高まるので、相対的に
歯面強度が低下することとなる。
一方、この条件を満たし、インナーロータ歯形に充分な
丸みを与えるとAの値が大きくなる。そのため、吐出量
に対するロータの大きさの比が増大するが、この影響は
単にそれだけでなく、咬合圧力角の増加、第一歯形の咬
合率の低下を来すので、回転数も限定され、結局ポンプ
寸法は相当に大きなものとなる。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は叙上の問題点を解決するために為されたもので
あって、その目的とするところは、アウターロータ及び
インナーロータの歯形に尖点(cusp)がなく、圧力角が
適正であり、咬合率、伝達効率及び歯面強度が高く、高
速回転が可能で摩耗やスカッフィングを生ずることが少
なく、そのため揚液量に比しロータが小型化できる等の
多くの利点を有する内接歯車型流体ポンプ用多点連続接
触歯車を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明の目的は、N葉形(Nは3以上の整数)の歯形曲
線を有する内歯歯車からなるアウターロータと、(N−
1)葉形の歯形曲線を有し上記アウターロータと内接す
る外歯歯車からなるインナーロータとによって構成され
る多点連続接触歯車に於いて、上記外歯歯車の歯先肩部
の曲線を円弧で、内歯歯車の基礎歯形の一部を直線で形
成し、上記円弧の半径fとその円弧中心から外歯歯車中
心までの距離Bとを与えることにより決定される歯形を
有する内接歯車型流体ポンプ用多点連続接触歯車によっ
て解決される。
尚、上記と同一の歯形を有する内接歯車型流体ポンプ用
多点連続接触歯車は、上記円弧の半径fとその円弧中心
から外歯歯車中心までの距離Aとを与えることに代え
て、上記円弧の半径fと上記直線と内歯歯車の中心との
距離Bとを与えることによっても得られる。
[作用] 上記の如く構成すれば、尖点をなくし、歯車の咬合率、
特に第一咬合部分の咬合率を1以上にでき、咬合圧力角
を小さくできるため、機械効率の向上、両ロータの強度
の向上、摩耗の低減、ロータの大きさに対する吐出量の
増大、等々多くの効果が奏せされ、従って例えば、エン
ジンオイルポンプとして自動車のエンジンブロックと一
体に形成し得るようなコンパクトな内接歯車型流体ポン
プ用の多点連続接触歯車が提供されるものである。
[実施例] 以下、図面により本発明の詳細を具体的に説明する。
第1図は本発明に係る内接歯車型流体ポンプ用多点連続
接触歯車の一実施例を示す軸直角断面図、第2図及び第
3図はそれぞれ第1図に示した外歯歯車及び内歯歯車の
歯形の部分拡大説明図、第4図は本発明にかかる内接歯
車型流体ポンプ用多点連続接触歯車の他の一実施例を示
す軸直角断面図である。
而して、第1図中、10はインナーロータである外歯歯
車、20はアウターロータである内歯歯車、30はケーシン
グであり、O1は外歯歯車の中心、Oは内歯歯車20及びケ
ーシング30の中心である。
本発明に係る多点連続接触歯車の内歯歯車20の歯数をN
(Nは3以上の整数であり、第1図に示した実施例に於
いてはN=9となっている。)とすると、外歯歯車10の
歯数は(N−1)である。
外歯歯車10は、その中心O1の回りに回転自在に支承され
ており、これを回転させると、内歯歯車20の歯面は外歯
歯車10の歯面と常時N又はそれ以上の箇所で咬み合い、
回転比(N−1)/Nで同一方向に回転する。このとき、
外歯歯車10と内歯歯車20の間には、上記咬合部で互いに
シールされた複数の容積変動空間S1ないしS8が形成さ
れ、例えば外歯歯車20を第1図中時計方向に回転させる
とすれば、空間S1の容積は外歯歯車の回転に伴って次第
に増大して最大値に達し、次いで減少に転じてS8の如く
なる。従って、例えば、ケーシング30の手前側端面の図
中O及びO1を結ぶ線より左側に吸入ポートを設け、反対
側の端面の右側に排出ポートを設けることにより、ポン
プが構成されるものである。
而して、上記外歯歯車10及び内歯歯車20の歯形の創成に
つき、次項の第1表並びに第2図及び第3図を参照しつ
つ説明する。
第2図は、第1図に示した外歯歯車10の歯先点Pから歯
底点Qまでの歯形を示し、第3図は第1図に示した内歯
歯車20の歯底点P′から歯先点Q′までの歯形を示して
いる。第1図の点P及びQは第2図中の点1及び7にそ
れぞれ対応し、第1図中の点P′及び点Q′は第3図中
の点1′及び7′にそれぞれ対応している。
又、第1表は、第2図及び第3図に示す内歯歯車及び外
歯歯車のピッチ円が滑ることなく転がり接触運動をする
とき、各区間の歯形を創成するために必要な咬合条件を
示す対照表である。
第2図に示した外歯歯車の歯形区間1〜2は所定の半径
aの円弧歯形であり、これに対応する第3図に示した内
歯歯車の歯形区間1′〜2′及び歯形区間6′〜7′の
歯形は一般の歯形理論で求められる第一歯形であり、
6′点に於ける曲率半径公知のオイラー・サバリーの公
式によって求められる解のなかで、ρ=aを満たすもの
である。
また、第2図に示す外歯歯車の歯形区間6〜7の歯形
は、これに対応する第3図の内歯歯車の歯形区間6′〜
7′の歯形より求められる。
而して、外歯歯車の歯形区間2〜6の部分と内歯歯車の
歯形区間2′6の 部分は、本発明にかかる歯形曲線であり、基礎歯形とし
て外歯歯車の歯先角部の円弧半径f(第2図中歯形区間
2〜3)と、その円弧の中心から外歯歯車中心までの距
離Aと内歯歯車の歯形中央の直線部(第3図中歯車区間
4′〜5′)の直線オフセット量Bとの三つの値のうち
の任意の二つを定めると、両歯車の咬み合い条件式によ
り一義的に決定されるものである。
今、第1表に示されているように、外歯歯車の歯形区間
2〜3を形成する円弧の半径fと、その中心から外歯歯
車中心までの距離Aを与えるものとすると、この場合に
は、先ず次の如くにして外歯歯車の円弧歯形区間2〜3
の端点3の位置と、内歯歯車の直線歯形区間4′〜5′
の直線オフセットBと、その区間の両端点4′及び5′
の位置を定めるものである。尚、外歯歯車の円弧歯形区
間2〜3の終端点2は歯先の円弧区間1〜2が半径fの
円弧区間2〜3と接触を共有することから適宜に定めれ
ば良い。
内歯歯車の直線歯形区間4′〜5′は、オイラー・サバ
リーの公式において求められる解のなかで、ρ=∞を満
足するものであることから、先ずオフセットBが知られ
る。
次いで、外歯歯車の半径fの円弧の端点3は内歯歯車の
直線区間の端点5′に対応することから、端点3の位置
とともに、端点5′の位置が定まる。
また、内歯歯車の直線区間4′〜5′が外歯歯車の歯形
区間3〜4及び同4〜5と連続的に咬み合うこと、及び
外歯歯車の点4は内歯歯車の点4′に対応することか
ら、点4′はρ=∞を満たす解を表わす直線と、その直
線と直交する内歯歯車のピッチ円の接線とが交わる点に
定められ、よって内歯歯車の直線歯形区間4′〜5′の
位置とその両端点が決定される。
次いで、表1に示された咬合条件に従って、両歯車のピ
ッチ円が滑ることなく転がり接触運動をする際の、相手
歯車の歯形曲線の包絡線として、他の区間の歯形曲線が
順次創成されるものである。
即ち、一方に於いて外歯歯車の円弧歯形区間2〜3によ
り内歯歯車の歯形区間2′〜3′及び同5′〜6′が決
定され、その歯形区間5′〜6′により外歯歯車の歯形
区間5〜6が決定され、他の一方に於いて、内歯歯車の
直線歯形区間4′〜5′により外歯歯車の歯形区間3〜
4、同4〜5が創成され、その歯形区間3〜4により内
歯歯車の歯形区間3′〜4′が創成され、これらにより
両歯車の本発明に係る歯形区間2〜6及び2′〜6′の
歯形が総て定めらることとなる。
尚、外歯歯車の歯形区間1〜2、6〜7、内歯歯車の歯
形区間1′〜2′、6′〜7′は公知の手法により決定
すればよい。
上記には、外歯歯車の歯形区間2〜3の円弧の半径f
と、その中心から外歯歯車の中心までの距離Aとを与え
て、歯形を決定する手順を示したが、上記の説明から、
上記距離Aの代わりに、内歯歯車の直線歯形区間4′〜
5′と内歯歯車の中心Oまでの距離、即ち直線オフセッ
トBを与えても、上記同様にして総ての歯形を定め得る
ことが理解されよう。
即ち、この場合には、先ず与えられた円弧の半径fと直
線オフセットBとにより、円弧中心から外歯歯車の中心
までの距離A、円弧歯形区間2〜3の端点3の位置及び
内歯歯車の直線歯形区間4′〜5′両端点4′及び5′
の位置を求めるものである。
この場合は、半径fの円弧がオイラサバリーの公式にお
いてρ=fを満足する解であることから半径fの円弧の
位置即ち、円弧中心から外歯歯車の中心までの距離Aが
定まる。
また、所与のオフセット量Bと、外歯歯車の円弧歯形区
間2〜3の端点3が内歯歯車の直線歯形区間の端点5′
に対応することから、端点3及び端点5′の位置が知ら
れ、以下、前述の半径fの中心から外歯歯車の中心まで
の距離Aとを与えた場合と同様にして端点4′の位置が
決定され、これにより内歯歯車の直線歯形区間4′〜
5′が定まり、次いで残りの部分の歯形形状が表1に示
した咬合条件により順次創成されるものである。
又、上記の説明から、外歯歯車の歯形区間2〜3の円弧
の中心から外歯歯車の中心までの距離Aと、内歯歯車の
直線歯形区間4′〜5′のオフセットBとを与えても上
記と同一の解が得られることも既に明らかであろう。こ
れらの設計手段は数学的には互いに等価なものである。
尚、本実施例では外歯歯車の歯先部の区間1〜2の歯形
を円弧としたが、これは本発明の必須要件ではなく、例
えば楕円弧など他の適宜の歯形形状としても何ら支承が
ないものである。
第4図は、本発明に係る多点連続接触歯車の前期内歯歯
車の歯数を5、外歯歯車の歯数を4とした実施例を示し
ている。この実施例の場合の歯形も、上記の場合と同様
に、外歯歯車の歯先角部の円弧半径fと、その円弧中心
から外歯歯車中心までの距離Aと、内歯歯車の歯形中央
部の直線のオフセット量Bのうちの任意の二つの値を与
えることにより、決定されるものである。
一般に普及している内歯歯車の歯形に円弧を用いた歯車
では、咬合圧力角が最大90度まで変化するが、咬合圧力
角が90度に近い角度になると相手歯車に回転を伝えられ
なくなるので効率が低下する。また、このような歯形形
状では外歯歯車の歯先肩部に尖点あるいはスカッフィン
グを生じるが、そのような場合、咬合点が尖点を通過す
るとき両歯車の咬み合いが外れるので、咬合率を1以上
に保持することができなくなる上、尖点は歯面の強度と
耐摩耗性の低下を招くものである。
然るに、本発明に係る歯形形状では、内歯歯車の歯形と
して直線歯形を与えたことにより、咬合圧力角を0度か
ら90度よりずっと小さい或る角度まで、例えば40度以
下、の範囲に留め得るので回転伝達効率を高くすること
ができる。
また、外歯歯車の歯先肩部をある程度大きな半径を有す
る円弧で形成したので、尖点あるいはスカッフィングが
なくなり、咬合率を1以上とするという課題を達成する
ことが可能となると共に、このことによっても円滑な回
転と、回転伝達効率の向上とを図ることができ、更に歯
面強度と耐摩耗性を向上させることができる。
尚、本発明に係る内歯歯車では、歯形が円弧ではなくな
るが、現在の加工技術からすれば問題とはならない。
[発明の効果] 本発明は叙上の如く構成されるので、本発明によるとき
は両ロータの歯面強度の向上、摩耗の低減、ロータの大
きさに対する吐出量の増大、歯車の咬合率及び伝達効率
の向上等々多くの利点が得られ、従って例えば、エンジ
ンオイルポンプとして自動車のエンジンブロックと一体
的に形成するに適したコンパクトな内接歯車型流体ポン
プ用の多点連続接触歯車を提供し得るものである。
尚、本発明の構成は上記の実施例に限定されるものでな
く、上記の説明から当業者が容易に想達し得る変更実施
例の全てを包摂するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる内接歯車型流体ポンプ用多点連
続接触歯車の一実施例を示す略直角断面図、第2図は本
発明にかかる多点連続接触歯車の外歯歯車の歯形の部分
拡大説明図、第3図は本発明にかかる多点連続接触歯車
の内歯歯車の歯形の部分拡大説明図、第4図は本発明に
かかる内接歯車型流体ポンプ用多点連続接触歯車のもう
一つの実施例を示す軸直角断面図である。 10……インナーロータ:外歯歯車 20……アウターロータ:内歯歯車 30……ケーシング 12……インナーロータ:外歯歯車 22……アウターロータ:内歯歯車 32……ケーシング

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】N葉形(Nは3以上の整数)の歯形曲線を
    有する内歯歯車(20)と、(N−1)葉形の歯形曲線を
    有し上記内歯歯車(20)と内接する外歯歯車(10)とに
    よって構成される多点連続接触歯車に於いて、 上記外歯歯車(10)の歯先肩部の歯形曲線を円弧(2〜
    3)で、内歯歯車(20)の歯形曲線の一部を直線(4′
    〜5′)で形成し、 上記円弧の半径(f)と、その円弧中心から外歯歯車中
    心までの距離(A)及び上記直線と内歯歯車の中心との
    距離(B)のうちの何れか一方を与え、 上記円弧(2〜3)部分及び直線(4′〜5′)部分以
    外の歯形曲線を、咬合条件を満たしつつ、両歯車が回転
    するとき互いに相手歯車の歯形曲線の包絡線として定め
    て成る内接歯車型流体ポンプ用多点連続接触歯車。
JP61064168A 1986-03-24 1986-03-24 内接歯車型流体ポンプ用多点連続接触歯車 Expired - Fee Related JPH0786353B2 (ja)

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