一種具有耳形卸荷槽的外嚙合齒輪泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有耳形卸荷槽的外嚙合齒輪泵，所述耳形卸荷槽為圓弧形溝槽，形似兔耳，包括內側圓弧面、外側圓弧面和兩端加工形成的小圓弧面，內側圓弧面和外側圓弧面的圓弧均以所靠近的齒輪的中心為圓心，其中內側圓弧的半徑略小于該齒輪的根園半徑，外側圓弧的半徑略大于該齒輪的根園半徑與主、從動齒輪的齒頂間隙之和，靠近主動齒輪一側的右卸荷槽的左端小圓弧與齒輪泵處于最小困油容積時主動齒輪的嚙合齒廓相外切，右端小圓弧與左端小圓弧相對于齒輪泵處于最大困油容積時主動齒輪上后一嚙合輪齒的中心線對稱，卸荷槽的深度根據(jù)槽內流速為3～5m/s確定。該齒輪泵不僅卸荷面積大，而且因耳形卸荷槽形狀簡單，因此加工量少、加工工藝簡單。
【專利說明】一種具有耳形卸荷槽的外嚙合齒輪泵
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種外嚙合齒輪泵，特別是涉及一種具有耳形卸荷槽的外嚙合齒輪栗。
【背景技術】:
[0002]外嚙合齒輪泵是一種泵送工作油液的液壓元件，因具有價格、可靠性、壽命和自吸能力等方面優(yōu)勢，應用相當廣泛。但由其結構引起的困油現(xiàn)象對泵造成的危害，隨轉速提高而愈發(fā)嚴重，阻礙了泵高速化的進一步發(fā)展。卸荷槽和齒側間隙(側隙)的組合卸荷是緩解困油現(xiàn)象的常規(guī)作法，但較大側隙會加劇振動，帶來二次噪音問題，而且也會引起容積效率的下降，對粘度較低的流體更為嚴重。因此，側隙值的選擇上是有一定限制的，目前設置卸荷槽是緩解困油現(xiàn)象的常規(guī)作法，要求在保證泵進、出油腔互不連通的前提下，盡可能地實現(xiàn)困油卸荷功效的最大化。截至目前為止，卸荷槽在型式上仍以矩形、圓弧形和錐形為主，雖然在同等條件下，矩形卸荷槽比圓形卸荷槽能提供更大的卸荷面積，但矩形卸荷槽存在著加工時無法確保雙槽之間的間距精度，以及維修時因卸荷間距變大而影響卸荷效果的問題。圓形卸荷槽雖然加工方便(小型鉆床即可)，制造成本低，但隨著轉速進一步提高，圓形卸荷槽根本無法滿足困油緩解所需的卸荷面積。因此有必要提供一種新的卸荷槽型式，以克服現(xiàn)有卸荷槽存在的問題，本發(fā)明提出一種比矩形、圓弧形卸荷槽具有更大卸荷面積、更佳卸荷效果、以及加工量最少、工藝最簡單的耳形卸荷槽。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種具有耳形卸荷槽的外嚙合齒輪泵，該齒輪泵不僅卸荷面積大，而且因卸荷槽形狀簡單，所以加工量少、加工工藝簡單。
[0004]本發(fā)明提供的具有耳形卸荷槽的低壓外嚙合齒輪泵，包括主動齒輪、從動齒輪、軸、軸承、定位銷釘、聯(lián)接螺栓、泵體、密封圈、前端蓋和后端蓋，在前、后端蓋上分別加工有四個卸荷槽，其中兩個左右對稱分布在靠近主動齒輪一側，另兩個左右對稱分布在靠近從動齒輪一側，兩對卸荷槽上下對稱；所述卸荷槽為圓弧形溝槽，形似兔耳，包括內側圓弧面、外側圓弧面和兩端加工形成的小圓弧面，內側圓弧面和外側圓弧面的圓弧均以所靠近的齒輪的中心為圓心，其中內側圓弧的半徑略小于該齒輪的根圓半徑，外側圓弧的半徑略大于該齒輪的根圓半徑與主、從動齒輪的齒頂間隙之和，靠近主動齒輪一側的右卸荷槽的左端小圓弧與齒輪泵處于最小困油容積時主動齒輪的嚙合齒廓相外切(從軸向看)，右端小圓弧與左端小圓弧相對于齒輪泵處于最大困油容積時主動齒輪上后一哨合輪齒的中心線對稱，卸荷槽的深度根據(jù)槽內流速為3?5m/s確定。
[0005]本發(fā)明提供的具有耳形卸荷槽的中高壓外嚙合齒輪泵，包括主動齒輪、從動齒輪、軸、軸承、定位銷釘、聯(lián)接螺栓、泵體、密封圈、前端蓋、后端蓋和浮動側板，在浮動側板上加工有四個卸荷槽，其中兩個左右對稱分布在靠近主動齒輪一側，另兩個左右對稱分布在靠近從動齒輪一側，兩對卸荷槽上下對稱；所述卸荷槽為圓弧形溝槽，形似兔耳，包括內側圓弧面、外側圓弧面和兩端加工形成的小圓弧面，內側圓弧面和外側圓弧面的圓弧均以所靠近的齒輪的中心為圓心，其中內側圓弧的半徑略小于該齒輪的根圓半徑，外側圓弧的半徑略大于該齒輪的根圓半徑與主、從動齒輪的齒頂間隙之和，靠近主動齒輪一側的右卸荷槽的左端小圓弧與齒輪泵處于最小困油容積時主動齒輪的哨合齒廓相外切(從軸向看)，右端小圓弧與左端小圓弧相對于齒輪泵處于最大困油容積時主動齒輪上后一哨合輪齒的中心線對稱，卸荷槽的深度根據(jù)槽內流速為3~5m/s確定。
[0006]本發(fā)明齒輪泵由于采用耳形卸荷槽，因此其卸荷面積要比目前常見的矩形、圓弧形卸荷槽的卸荷面積大，可有效緩解外嚙合齒輪泵的困油現(xiàn)象；另外，由于耳形卸荷槽的形狀非常簡單，所以加工量少、加工工藝簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明小側隙齒輪泵困油的壓縮過程及耳形卸荷槽的布局示意圖。
[0008]圖2為圖1所示齒輪泵當耳形卸荷槽遠離齒根圓弧時卸荷面積的變化示意圖。
[0009]圖3為矩形、圓形、耳形三種卸荷槽型式下的卸荷面積的對比示意圖。
[0010]圖4為某組參數(shù)下采用矩形卸荷槽的仿真結果與試驗結果的驗證圖。
[0011]圖5為圖3所示三種卸荷槽型式下的困油壓力仿真結果的對比示意圖。
[0012]圖6為本發(fā)明大側隙齒輪泵處于最大和最小困油容積時的位置及耳形卸荷槽的分布示意圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例小側隙外嚙`合齒輪泵
[0014]圖1描述了小側隙齒輪泵困油區(qū)I (偏向軸心O1側，O1代表主動齒輪軸心)和困油區(qū)2(偏向軸心O2側，O2代表從動齒輪軸心)從形成到結束的全過程。其中，圖1a表示具有最大困油容積的位置，簡稱為最大位置；圖1c表具有最小困油容積的位置，簡稱為最小位置；圖1b表不最小困油容積與最大困油容積之間的某一位置,簡稱為某一位置。
[0015]從圖1中可看出，耳形卸荷槽為圓弧形溝槽，其平面形狀似兔耳，共有四個，呈對稱分布，其中兩個偏向主動輪一側，另兩個偏向從動輪一側。耳形卸荷槽的具體結構以圖1中偏向主動輪一側的右卸荷槽(即位于進油腔的偏向主動輪一側的耳形卸荷槽)為例進行說明，從圖1可看出，該耳形卸荷槽的內側圓弧和外側圓弧均以主動齒輪的中心O1為圓心，其結構尺寸包括耳槽內徑(內側圓弧半徑)rvl，耳槽外徑(外側圓弧半徑)rv2，耳槽左右兩端小圓弧的中心與O1的連線與中心線O1O2的夾角0工和0 2，以及耳槽的開槽深度tv。其中，
0I由左端圓弧與圖1c中的齒廓e相外切得出；0 2由右端小圓弧與左端小圓弧相對于圖1a所示的主動齒輪上后一嚙合輪齒的中心線0lya對稱而得出，這樣能夠確保通過卸荷槽的出流面積始終大于卸荷面積，保證槽內流體的通暢出流。
[0016]圖2中，當耳槽內徑rvl <根圓半徑1>時，由耳槽提供的部分截面由于被根圓內側的齒輪體覆蓋，如圖2中的被覆蓋面積I所示，將無法提供更大的卸荷面積；而當rvl ^ rf時，將會浪費掉由困油面積提供的部分可用于卸荷的面積，因此，最佳的耳槽內徑應為
rvi=rfo
[0017]同樣，當耳槽外徑rv2 ^rf + hc(齒頂間隙)時，由耳槽實現(xiàn)的卸荷面積將會有部分被從動輪輪體覆蓋，如圖2中的被覆蓋面積2所不,從而喪失部分卸荷功能；而當rv2 < rf +h。時，則會浪費掉由困油面積提供的部分可用于卸荷的面積，因此，最佳的耳槽外徑值應為rv2-rf 十 hc。
[0018]但這樣得到的耳槽寬度1^=1^2 - rvl=h。，由于h。過小不便于加工，故允許耳槽內徑rvl略小于根徑一個微小值Zl rf ;也允許其外徑rv2略大于rf + h。一個微小值Zl h。。則bv=hc + Zl rf + Zl h。,其中，Zl rf + Zl h。的值由所選擇的圓形統(tǒng)刀的規(guī)格決定。當rvl保持不變且bv取值越來越大時,外切點e將越來越接近嚙合點n,其卸荷面積也越來越小,這跟常規(guī)的圓形卸荷槽沒有差別。因此，在設計耳形卸荷槽時，希望外切點相切點e在齒廓e上離齒根圓越近越好，由于此時的外切點e離中心線O1O2變得越來越近，卸荷面積會越來越大；卸荷效果會越來越好。
[0019]開槽深度tv的大小，影響著困油容積的排油速度，因此，可依據(jù)卸荷槽內流速控制在3~5m/s,由已知的困油容積最大值來確定開槽深度tv。 [0020]考慮到困油壓縮過程和膨脹過程，以及偏向齒輪O1困油區(qū)I的困油卸荷與偏向齒輪02困油區(qū)2的困油卸荷之需要，故一共需要兩對耳形卸荷槽。本發(fā)明卸荷槽的槽線輪廓形狀非常簡單，可依據(jù)所設計的耳槽寬度選擇合適的圓形銑刀規(guī)格經粗、精加工即可，工藝簡單。
[0021]具體計算舉例如下:采用模數(shù)為3_，齒數(shù)為12，分度圓壓力角為27°，節(jié)圓嚙合角為30°，齒寬為20mm，齒側間隙為0.05mm，轉速為3000rpm，泵進、出口壓力為0.1MPa,4MPa，純凈油標準的體積彈性模量為1.7 X IO9Pa,工作油液的密度為870Kg/m3等實例參數(shù)，且以嚙合點n處主動輪齒廓上的曲率半徑s (即圖1b中點n到點O的長度)作為齒輪傳動的位置變量。經計算，最小困油容積為5.4584X10_8m3，0 i=8.0894°，0 2=33.1556。，根徑rf為14.78mm,頂隙hc為0.75mm,卸荷槽深度rt選8mm ;槽內、外徑rvl、rv2值選用14.53mm、16.53mm,則 Zl rf=0.25mm ； Zl hc=lmm0
[0022]依據(jù)齒輪副的三維精確裝配模型，通過其工程圖轉換成AutoCAD能夠識別的*.dwg文件，然后，在AutoCAD中，通過旋轉分別測量出困油最小和最大之間多等分位置下的卸荷面積，得耳形、矩形和圓形下的卸荷面積分別如圖3所示?？傮w上，耳形槽具有更大的卸荷面積；矩形槽次之；圓形槽最差。另外，在圖3中，圓圈I中卸荷面積曲線為高次曲線，它是由圖1中槽左端圓弧開始進入困油區(qū)域的左側齒廓但尚未完全進入形成的。同樣，圓圈2中卸荷面積曲線也為高次曲線，它是由圖1中槽左端圓弧開始退出困油區(qū)域的右側齒廓直至完全退出形成的。除此兩區(qū)域外，卸荷面積曲線為直線，與其它型式的槽相比，能提供最大的卸荷面積。
[0023]依據(jù)困油體積的彈性模量定義所推導的困油壓力模型，目前已被試驗結果驗證是可靠的，某組參數(shù)下的采用矩形卸荷槽的驗證結果如圖4所示，可以看出，除在卸荷槽關閉瞬間造成仿真結果上的波動外，困油壓力的峰值和走勢均吻合，說明困油模型和相關泄漏量計算的可靠性。耳形、矩形和圓形三種卸荷槽下的困油壓力仿真結果如圖5所示?？梢钥闯觯m然在最大位置附近，矩形槽比耳形槽具有更大的卸荷面積，但耳形槽卻具有更為強大的困油卸荷能力，最大困油壓力的增值僅為出口壓力的(4.243 - 4.0)/4.0 ^6.35% ;矩形槽次之，為13.48% ;圓形槽最差，為131.28%。
[0024]從加工的角度來看，耳槽寬度可結合設計值和現(xiàn)有加工刀具的直徑規(guī)格來選擇，在不更換刀具的情況下，即可加工完成，加工量和工藝顯然比矩形槽或者圓形槽簡單，加工量最少，工藝最簡單，性價比最高。
[0025]從容積效率的角度來看，一是由于耳槽的開槽面積最小，由此引起的從出油腔到吸油腔的軸向泄漏也最小，二是由于耳槽提供了更為充分的卸荷面積，使得困油流向出油口的有效容積更多，從而提高了泵的容積效率。
[0026]大側隙外嚙合齒輪泵的耳形卸荷槽的設計，除如圖6所示的最小困油位置和最大困油位置與小側隙外嚙合齒輪泵有所不同外，設計過程與小側隙外嚙合齒輪泵完全一致。
【權利要求】
1.一種具有耳形卸荷槽的低壓外嚙合齒輪泵，包括主動齒輪、從動齒輪、軸、軸承、定位銷釘、聯(lián)接螺栓、泵體、密封圈、前端蓋和后端蓋，在前、后端蓋上分別加工有形狀相同的卸荷槽，其特征在于: (1)前、后端蓋上加工的卸荷槽分別為四個，其中兩個左右對稱分布在靠近主動齒輪一偵1J,另兩個左右對稱分布在靠近從動齒輪一側，兩對卸荷槽上下對稱； (2)所述卸荷槽為圓弧形溝槽，形似兔耳，包括內側圓弧面、外側圓弧面和兩端加工形成的小圓弧面，內側圓弧面和外側圓弧面的圓弧均以所靠近的齒輪的中心為圓心，其中內側圓弧的半徑略小于該齒輪的根圓半徑，外側圓弧的半徑略大于該齒輪的根圓半徑與主、從動齒輪的齒頂間隙之和，靠近主動齒輪一側的右卸荷槽的左端小圓弧與齒輪泵處于最小困油容積時主動齒輪的哨合齒廓相外切，右端小圓弧與左端小圓弧相對于齒輪泵處于最大困油容積時主動齒輪上后一嚙合輪齒的中心線對稱，卸荷槽的深度根據(jù)槽內流速為3?5m/s確定。
2.一種具有耳形卸荷槽的中高壓外嚙合齒輪泵，包括主動齒輪、從動齒輪、軸、軸承、定位銷釘、聯(lián)接螺栓、泵體、密封圈、前端蓋、后端蓋和浮動側板，在浮動側板上加工有卸荷槽，其特征在于: (1)浮動側板上加工的卸荷槽為四個，其中兩個左右對稱分布在靠近主動齒輪一側，另兩個左右對稱分布在靠近從動齒輪一側，兩對卸荷槽上下對稱； (2)所述卸荷槽為圓弧形溝槽，形似兔耳，包括內側圓弧面、外側圓弧面和兩端加工形成的小圓弧面，內側圓弧面和外側圓弧面的圓弧均以所靠近的齒輪的中心為圓心，其中內側圓弧的半徑略小于該齒輪的根圓半徑，外側圓弧的半徑略大于該齒輪的根圓半徑與主、從動齒輪的齒頂間隙之和，靠近主動齒輪一側的右卸荷槽的左端小圓弧與齒輪泵處于最小困油容積時主動齒輪的哨合齒廓相外切，右端小圓弧與左端小圓弧相對于齒輪泵處于最大困油容積時主動齒輪上后一嚙合輪齒的中心線對稱，卸荷槽的深度根據(jù)槽內流速為3?5m/s確定。
【文檔編號】F04C2/14GK103527470SQ201310482913
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權日:2013年10月15日
【發(fā)明者】李玉龍, 孫付春, 唐茂 申請人:成都大學