專利名稱:非對稱雙圓弧齒形中高壓齒輪泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種齒輪泵，具體地說是一種非對稱雙圓弧齒形中高壓齒輪泵。
背景技術(shù)：
在液壓傳動與控制技術(shù)中，齒輪泵占有極其重要的位置，它被廣泛應(yīng)用于機床、建筑、油田等液壓系統(tǒng)中，現(xiàn)今的圓弧齒輪泵雖然具有齒數(shù)少、體積小、無根切、無脈動、傳動平穩(wěn)、噪音低等優(yōu)點，但只能在低壓下工作，應(yīng)用范圍不夠廣泛。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中不足之處，提出了新的非對稱雙圓弧齒形，并設(shè)計出一種非對稱雙圓弧齒形中高壓齒輪泵。除保持原有圓弧齒輪泵優(yōu)點外，將壓力提高到中高壓，即屬于創(chuàng)新的嚙合制。由于齒形是非對稱的，故可分為工作側(cè)和非工作側(cè)，通常壓力角大的一側(cè)作為工作側(cè)，該側(cè)由于壓力角大耐疲勞強度、接觸強度、耐點蝕強度均高，從而可提高齒輪承載能力和壽命，壓力角小的一側(cè)為非工作側(cè)，本來這一側(cè)也可采用與工作側(cè)同樣大的壓力角，但這樣齒頂會過早變尖，由于這一側(cè)不工作，故這側(cè)強度稍低不會影響泵的性能，兩側(cè)壓力角大小可經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后選取，嚙合時齒形工作側(cè)與工作側(cè)相嚙合，非工作側(cè)隨動。
相嚙合的非對稱雙圓弧兩齒輪均采用同一齒形，其齒形由兩段圓弧組成，齒頂部分為凸圓弧，齒根部分為凹圓弧。因此，非對稱雙圓弧齒輪傳動就相當于兩對單圓弧齒輪復合在一起工作。傳動過程中，一對是凸齒帶動凹齒工作，有一個瞬時接觸點，另一對是凹齒帶動凸齒工作，瞬時產(chǎn)生一個接觸點。因此，在傳動過程中，在節(jié)點前后同時有兩條嚙合線，且瞬時兩接觸點分別位于兩個不同的端面內(nèi)。目前在生產(chǎn)中應(yīng)用的雙圓弧齒輪有公切線式和分階式兩種形式本發(fā)明采用分階式雙圓弧齒輪，將凸、凹齒廓進行切向變位，則形成分階式雙圓弧齒輪基本齒廓。分階式雙圓弧齒輪用圓弧連接凸、凹工作齒面，所以其過渡部分呈臺階形式。結(jié)合非對稱雙圓弧齒輪的設(shè)計思想，實際設(shè)計了一種非對稱雙圓弧中高壓齒輪泵泵殼體左右兩端設(shè)有端蓋，主動軸上的兩個齒輪周向錯開半個齒形角，兩對相互嚙合齒輪的內(nèi)側(cè)端面之間設(shè)有隔板，外側(cè)端面與左右端蓋之間設(shè)有套在主動軸和從動軸上的浮動壓力側(cè)板，由齒頂掃膛構(gòu)成齒頂與泵殼體內(nèi)腔圓弧面接觸徑向密封配合。兩對嚙合齒輪，其中主動軸上2個齒輪通過鍵聯(lián)接，從動軸上1個齒輪通過鍵聯(lián)接，另一個齒輪套在從動軸上。兩對嚙合齒輪為螺旋角大小相等、旋向相反的斜齒圓柱齒輪。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點非對稱雙圓弧齒形可提高齒輪耐疲勞強度、耐點蝕強度、接觸強度，進而可提高齒輪壽命，兩對嚙合齒輪之間的隔板防止竄油，圓弧齒輪進行了掃膛設(shè)計，齒頂與泵殼體內(nèi)腔為圓弧面接觸，從而改變了線接觸的缺點，再配合兩端部的浮動壓力側(cè)板側(cè)向密封，實現(xiàn)了齒輪泵中高壓傳送，即現(xiàn)有圓弧齒輪泵額定工作壓力在0.6Mpa左右，而本發(fā)明的工作壓力達到6Mpa以上，由于采用周向交錯齒結(jié)構(gòu)，本發(fā)明與漸開線齒輪泵相比，泵流量脈動率降低了75％，工作更平穩(wěn)，噪音更低。
圖1是本發(fā)明齒輪泵工作原理圖。
圖2是本發(fā)明非對稱雙圓弧齒輪齒形圖。
圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3的A-A剖視圖。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，參照圖1，一對齒輪互相嚙合，由于齒輪的齒頂和泵殼體內(nèi)表面間隙極小，齒輪端面和浮動壓力側(cè)板間隙也很小，因而把吸油腔e和壓油腔f隔開。當嚙合齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，齒輪嚙合點右側(cè)嚙合著的齒逐漸退出嚙合，空間增大，形成局部真空，油箱中的油在外界大氣壓作用下進入吸油腔，齒輪嚙合點左側(cè)的齒逐漸進入嚙合，把齒間的油液擠壓出來，從壓油腔強迫流出，這就是齒輪泵的吸油和壓油的過程，當齒輪不斷地轉(zhuǎn)動時，齒輪泵就不斷地吸油和壓油。
圖2給出了本發(fā)明齒輪泵的非對稱雙圓弧齒輪齒形，該齒輪泵的技術(shù)條件是
(1)該泵設(shè)計排量68ml/r(2)原動機額定轉(zhuǎn)速1450r/min原動機最高轉(zhuǎn)速1800r/min(3)工作壓力(額定)6.3Mpa最高工作壓力10Mpa(4)效率90％本發(fā)明的排量依據(jù)泵標準確定的，在本發(fā)明的排量確定之后，便可以得出該非對稱雙圓弧齒輪的參數(shù)z、m、b等，如法面模數(shù)mn＝5齒數(shù)Z＝12時，則可得到如下非對稱雙圓弧齒輪齒形參數(shù)工作側(cè)壓力角 α1＝24°非工作側(cè)壓力角 α2＝15°齒全高 h齒頂高 ha齒根高 hf凸齒齒廓圓弧半徑 ρa凹齒齒廓圓弧半徑 ρf凸齒接觸點處弦齒厚 sa凹齒接觸點處弦齒厚 sf凹齒接觸點處槽寬 ef凸齒齒廓圓心偏移量 la凹齒齒廓圓心偏移量 lf凸齒齒廓圓心移距量 xa凹齒齒廓圓心移距量 xf凸齒工藝角 δ＝6 20 52″凹齒工藝角 δ＝9 19 30″接觸點到節(jié)線的距離 hk連接圓弧和凸齒圓弧的切點到節(jié)線的距離 hja連接圓弧和凹齒圓弧的交點到節(jié)線的距離 hjf齒腰連接圓弧半徑 rj齒根圓弧半徑 rg圖2表明非對稱雙圓弧齒輪齒形由兩段圓弧組成，齒頂部分為凸圓弧，齒根部分為凹圓弧，并用圓弧連接凸凹工作齒面，其過渡部分呈臺階形式。
圖3是本發(fā)明齒輪泵的結(jié)構(gòu)示意圖，該非對稱雙圓弧齒輪參數(shù)如下法面模數(shù)mn＝5齒數(shù)Z＝12螺旋角β＝8°工作側(cè)壓力角α1＝24°泵體由左端蓋1、中間泵殼體3、右端蓋9組成的三片式結(jié)構(gòu)。三片式結(jié)構(gòu)具有毛坯制造容易，便于使用，便于機械加工，便于布置雙向液壓補償?shù)葍?yōu)點。兩對嚙合齒輪的內(nèi)側(cè)端面之間設(shè)有防止竄油的隔板7，外側(cè)端面通過墊片5、13與左右端蓋之間設(shè)有浮動壓力側(cè)板4、11，主動軸10上的兩個齒輪6、8周向錯開半個齒形角，兩對嚙合齒輪為螺旋角大小相等、旋向相反的斜齒圓柱齒輪，主動軸上齒輪通過鍵與其軸相聯(lián)接，從動軸齒輪14通過鍵與其從動軸12聯(lián)接，從動軸齒輪16套在其從動軸上，目的是為了避免干涉。由齒頂掃膛構(gòu)成齒頂與泵殼體內(nèi)腔圓弧面接觸徑向密封配合。左右端蓋與泵殼體之間設(shè)有密封圈2、15。
中高壓齒輪泵和低壓齒輪泵的工作原理是相同的，但低壓泵卻不能在中高壓下使用。其原因是(1)由于低壓齒輪泵齒輪的端面間隙和徑向間隙都是定值，當工作壓力提高后，其間隙的泄漏量大大增加，使容積效率顯著下降，以致建立不起中高壓。(2)隨著工作壓力的提高，不平衡的徑向力也隨之增大，以致軸承不能正常工作。
在中高壓齒輪泵中，為了改善容積效率一般均采用軸向間隙的自動補償裝置，即“浮動壓力側(cè)板”，本泵采用為8字形的浮動壓力側(cè)板，如圖4所示。此種補償裝置的優(yōu)點是由于補償面積的對稱中心與主、從動輪的端面的對稱中心重合，所以液壓壓緊力(即補償液壓力的合力)的作用線通過浮動壓力側(cè)板的中心，而浮動壓力側(cè)板另一側(cè)的液壓反推力的合力作用線離開側(cè)板中心向壓油腔偏離，這兩個力對側(cè)板就形成了力偶，易使側(cè)板傾斜，不僅會增大單元面積，增加泄漏，還會使側(cè)板浮動不靈活及局部磨擦，為克服上述缺點應(yīng)將側(cè)板與殼體的配合長度加大，并提高精度。
軸承是齒輪泵的主要零件之一，齒輪泵的使用壽命主要取決于所用軸承的壽命，因此選用軸承是齒輪泵設(shè)計的關(guān)鍵工序，必須解決好。本發(fā)明采用滑動軸承(首選DU軸承)，DU滑動軸承具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，抗沖擊性能好，工作噪音低、價格便宜等優(yōu)點?；瑒虞S承的材料常用的有青銅、低錫鋁合金、白色軸承合金、鋁錫合金及粉末冶金等。近年來，GS-1聚四氟乙烯塑料復合材料(國外稱DU材料)，做為齒輪泵滑動軸承已被應(yīng)用。由于GS-1材料兼有金屬和聚四氟乙烯塑料的優(yōu)點，具有良好的機械物理性能和減摩耐磨性能，因此做為滑動軸承，具有承載能力高，耐污染，使用溫度范圍大，使用壽命長，價格便宜等優(yōu)點。軸承與軸頸間的間隙大小，是一個十分關(guān)鍵的問題。間隙過大影響泵的效率，過小則極易將軸承和軸頸燒壞。對于滑動軸承間隙值一般可取0.04-0.10mm，對于大排量泵，其滑動軸承的間隙，應(yīng)通過多次實驗，進行優(yōu)選，以達到效率高壽命長的效果。選用普通系列，內(nèi)徑d＝30，外徑D＝38倒角c＝0.6寬度L＝22。對于主動軸，需做成階梯軸，上面設(shè)有鍵槽。
在泵殼體的設(shè)計過程中應(yīng)該注意以下幾方面的問題，(1)泵殼體上須開進出油口。(2)泵體的尺寸(沿軸向)的確定，受幾個方面的制約。由于本泵采用的是三片式結(jié)構(gòu)，因而泵殼體的沿軸向尺寸受軸長度的制約，這里說的是從動軸，為了將從動軸完全處于泵殼體之內(nèi)，因而其尺寸應(yīng)大于或等于從動軸的尺寸。這里取為128mm。又由于泵殼體上有通孔，這就需要設(shè)計壁厚；且通孔為φ18，泵殼體與左右兩端蓋應(yīng)有一定的配合，因而需對泵體左右兩側(cè)而進行加工，這樣能夠配合得很好，避免漏油，泵體的內(nèi)壁須與浮動壓力側(cè)板相配合。因而須有相當高的加工精度，并且齒輪在運動過程中須擋膛。因而其加工精度相當高。左右端蓋與泵體之間要有良好的密封，這樣才有助于實現(xiàn)中高壓，并且要求中高壓區(qū)低壓區(qū)隔開。密封圈的厚度應(yīng)當與端蓋上的槽深相符合，過高時泵體與左右兩端蓋之間會留下縫隙，這樣不好，過低時密封起不到隔離中高壓與低壓的目的，而且對于左右兩端蓋與泵殼體的密封也毫無意義，一般要求其厚度略大于槽深，有一定的壓縮量，便于密封與隔離。對于右端蓋與主動軸之間采用內(nèi)包骨架旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈。
權(quán)利要求
1.一種非對稱雙圓弧中高壓齒輪泵，泵殼體左右兩端設(shè)有端蓋，其特征在于齒輪為非對稱雙圓弧齒形，二側(cè)壓力角不同，工作側(cè)壓力角大，非工作側(cè)壓力角小，齒形由兩段圓弧組成，齒頂部分為凸圓弧，齒根部分為凹圓弧，主動軸上的兩個齒輪周向錯開半個齒形角，兩對相互嚙合齒輪的內(nèi)側(cè)端面之間設(shè)有隔板，外側(cè)端面與左右端蓋之間設(shè)有套在主動軸和從動軸上的浮動壓力側(cè)板，由齒頂掃膛構(gòu)成齒頂與泵殼體內(nèi)腔圓弧面接觸徑向密封配合。
專利摘要
一種非對稱雙圓弧中高壓齒輪泵，主動軸上的兩個齒輪周向錯開半個齒形角，兩對相互嚙合齒輪的內(nèi)側(cè)端面之間設(shè)有隔板，外側(cè)端面與左右端蓋之間設(shè)有浮動壓力側(cè)板，齒頂與泵殼體內(nèi)腔圓弧面接觸密封配合，兩對相互嚙合的齒輪，其中主動軸上2個齒輪通過鍵聯(lián)接，從動軸上1個齒輪通過鍵聯(lián)接，另一個齒輪套在從動軸上，兩對嚙合齒輪可為螺旋角大小相等、旋向相反的斜齒圓柱齒輪。本發(fā)明的優(yōu)點是非對稱雙圓弧齒形可提高齒輪壽命，兩對嚙合齒輪之間的隔板防止竄油，齒頂與泵殼體內(nèi)腔為圓弧面接觸，再配合兩端部的浮動壓力側(cè)板側(cè)向密封，實現(xiàn)了齒輪泵中高壓傳送，而本發(fā)明的工作壓力達到6Mpa以上，由于采用周向交錯齒結(jié)構(gòu)，本發(fā)明與漸開線齒輪泵相比，泵流量脈動率降低了75%，工作更平穩(wěn)，噪音更低。
文檔編號F04C2/14GKCN1316162SQ200310105206
公開日2007年5月16日 申請日期2003年11月24日
發(fā)明者劉元偉 申請人:大連鐵道學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (6),