專利名稱：卵形錐齒輪泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體泵，特別涉及一種卵形錐齒輪泵。
背景技術(shù)：
齒輪泵是一對(duì)相互嚙合的齒輪和泵缸形成的容積式泵，泵缸內(nèi)通過(guò)相互嚙合的齒 輪分為吸入腔和排出腔。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，吸入腔側(cè)輪齒相互脫開處的齒間容積逐漸增大，壓力 降低，液體在壓差作用下進(jìn)入齒間。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)個(gè)齒間的液體被帶至排出腔。這 時(shí)排出腔側(cè)輪齒嚙合處的齒間容積逐漸縮小，而將液體排出。齒輪泵適用于輸送不含固體 顆粒、無(wú)腐蝕性、粘度范圍較大的潤(rùn)滑性液體。齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造容易，維護(hù)方便， 有自吸能力，但流量、壓力脈動(dòng)較大且噪聲大，對(duì)于泵本身具有不良影響。特別是排量基本 無(wú)法改變，或者可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且通常情況下排量較小，使齒輪泵的應(yīng)用范圍 受到了很大程度的限制。如果需要較大流量的齒輪泵，則需要增大齒輪泵的體積和轉(zhuǎn)速，進(jìn) 一步增大運(yùn)行噪聲，造成動(dòng)力的極大浪費(fèi)。而對(duì)于輸送粘度較高的介質(zhì)時(shí)，泵的轉(zhuǎn)速提高具 有一定的限制，影響泵的效率，造成能源的浪費(fèi)。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的齒輪泵進(jìn)行改進(jìn)，降低流量和壓力的脈動(dòng)，減小噪聲，并且在 與現(xiàn)有齒輪泵相同體積和相同轉(zhuǎn)速的情況下，具有較大的排液流量，提高泵的效率，節(jié)約驅(qū) 動(dòng)能源。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種卵形錐齒輪泵，降低力的脈動(dòng)，減小噪聲，并 且在與現(xiàn)有齒輪泵相同體積、相同轉(zhuǎn)速及同等工況條件下相比，具有較大的排液流量，提高 泵的效率，節(jié)約驅(qū)動(dòng)能源。本發(fā)明的卵形錐齒輪泵，包括泵殼、設(shè)置在泵殼內(nèi)相互嚙合的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒 輪，所述主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪均為卵形錐齒輪并且軸線垂直相交嚙合，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒
輪的傳動(dòng)比為
主動(dòng)齒輪的球面大端面節(jié)曲線為
卵形，方程為
從動(dòng)齒輪的球面大端面節(jié)曲線也為卵形，方程為
方程中R為球面半徑，k為偏心率，Φ工為主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)角。進(jìn)一步，所述泵殼包括泵底和頂蓋，所述泵底內(nèi)表面分別與主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪 小端面小間隙配合，頂蓋內(nèi)表面分別與主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的大端面小間隙配合；所述主 動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪在圓周方向固定配合分別設(shè)置齒輪軸，從動(dòng)齒輪的齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)配合擔(dān) 在泵底和頂蓋之間，主動(dòng)齒輪的齒輪軸一端與泵底轉(zhuǎn)動(dòng)配合，另一端密封轉(zhuǎn)動(dòng)配合伸出頂 蓋；進(jìn)一步，所述頂蓋包括相互密封連接的主動(dòng)齒輪頂蓋和從動(dòng)齒輪頂蓋，所述主動(dòng) 齒輪頂蓋和從動(dòng)齒輪頂蓋分別與泵底密封連接；
進(jìn)一步，所述主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的小端面均為內(nèi)凹的球面，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒 輪嚙合后小端面和大端面分別形成一球面；所述泵底內(nèi)表面為與主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪小端 面小間隙配合的向內(nèi)凸起的球面，主動(dòng)齒輪頂蓋和從動(dòng)齒輪頂蓋密封連接后內(nèi)表面形成與 主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪大端面小間隙配合的外凹球面。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的卵形錐齒輪泵，在泵殼設(shè)置卵形非圓錐主動(dòng)齒輪 和卵形非圓錐從動(dòng)齒輪且軸線垂直相交嚙合；與現(xiàn)有齒輪泵對(duì)比，在相同體積、相同轉(zhuǎn)速及 同等工況條件下，具有較大的排液量，能夠大幅度提高平均流量、瞬時(shí)流量及變量范圍，提 高泵的效率，節(jié)約驅(qū)動(dòng)能源?？朔她X輪變量泵的徑向力較大的問(wèn)題，降低了力的脈動(dòng)幅 度，傳動(dòng)平穩(wěn)性好，振動(dòng)噪聲小，可有效延長(zhǎng)齒輪泵的工作壽命。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明齒輪嚙合結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明平均流量分析圖；圖4為本發(fā)明瞬時(shí)流量分析圖；圖5為本發(fā)明齒輪液體壓力分析圖；圖6為普通卵形柱狀齒輪泵和卵形錐齒輪泵瞬時(shí)流量對(duì)比圖；圖7為卵形錐齒輪和卵形柱齒輪液壓力對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明齒輪嚙合結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示本實(shí) 施例的卵形錐齒輪泵，包括泵殼、設(shè)置在泵殼內(nèi)相互嚙合的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪，所述主動(dòng) 齒輪1和從動(dòng)齒輪2均為卵形錐齒輪并且軸線垂直相交嚙合，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的傳動(dòng)
比為
主動(dòng)齒輪的球面大端面節(jié)曲線為卵形，方程
為
從動(dòng)齒輪的球面大端面節(jié)曲線也為卵形，方程為
方程中R為
球面半徑，k為偏心率，Ct1為主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)角。本實(shí)施例中，所述泵殼包括泵底3和頂蓋，所述泵底3內(nèi)表面分別與主動(dòng)齒輪1和 從動(dòng)齒輪2小端面小間隙配合，頂蓋內(nèi)表面分別與主動(dòng)齒輪1和從動(dòng)齒輪2的大端面小間 隙配合；小間隙配合指的是兩個(gè)配合面之間在不影響相對(duì)運(yùn)動(dòng)的前提下以最小的間隙進(jìn)行 配合；所述主動(dòng)齒輪1和從動(dòng)齒輪2在圓周方向固定配合分別設(shè)置齒輪軸(圖中分別為齒 輪軸Ia和齒輪軸2a)，從動(dòng)齒輪2的齒輪軸2a轉(zhuǎn)動(dòng)配合擔(dān)在泵底3和頂蓋之間，主動(dòng)齒輪 1的齒輪軸Ia—端與泵底3轉(zhuǎn)動(dòng)配合，另一端密封轉(zhuǎn)動(dòng)配合伸出頂蓋，用于與動(dòng)力源連接； 當(dāng)然，為了安裝方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從動(dòng)齒輪2的齒輪軸2a也可以密封轉(zhuǎn)動(dòng)配合伸出頂蓋。本實(shí)施例中，所述頂蓋包括相互密封連接的主動(dòng)齒輪頂蓋Ib和從動(dòng)齒輪頂蓋2b， 所述主動(dòng)齒輪頂蓋Ib和從動(dòng)齒輪頂蓋2b分別與泵底3密封連接；如圖1所示，主動(dòng)齒輪頂 蓋Ib和從動(dòng)齒輪頂蓋2b之間以及主動(dòng)齒輪頂蓋Ib和從動(dòng)齒輪頂蓋2b分別與泵底3之間均通過(guò)螺栓加密封墊進(jìn)行緊固連接。本實(shí)施例中，所述主動(dòng)齒輪1和從動(dòng)齒輪2的大端面均為外凸的球面，主動(dòng)齒輪1 和從動(dòng)齒輪2的小端面均為內(nèi)凹的球面，主動(dòng)齒輪1和從動(dòng)齒輪2嚙合后小端面和大端面 分別形成一球面；所述泵底3內(nèi)表面為與主動(dòng)齒輪1和從動(dòng)齒輪2小端面小間隙配合的向 內(nèi)凸起的球面，主動(dòng)齒輪頂蓋Ib和從動(dòng)齒輪頂蓋2b密封連接后內(nèi)表面形成與主動(dòng)齒輪1 和從動(dòng)齒輪2大端面小間隙配合的外凹球面；由于非圓錐齒輪的特殊性，泵底結(jié)構(gòu)與兩齒 頂錐面的相交處形狀相適應(yīng)，這樣可以最大限度的解決密封問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)相交軸齒輪泵的液 體的儲(chǔ)存和高度密封功能，可以推廣應(yīng)用到圓錐齒輪泵以及其他非圓錐齒輪泵之中。本發(fā)明在使用時(shí)，能夠大幅度降低力的脈動(dòng)，減小運(yùn)行噪聲，并且在與現(xiàn)有齒輪泵 相同體積和相同轉(zhuǎn)速的情況下具有較大的排液流量，提高泵的效率，節(jié)約驅(qū)動(dòng)能源。圖3為本發(fā)明平均流量分析圖，如圖所示，T1為卵形錐齒輪主動(dòng)輪1大端節(jié)曲線沿 箭頭J1方向投影到F1面部分；T2為從動(dòng)輪2大端節(jié)曲線沿箭頭J2方向投影到F2面，旋轉(zhuǎn) 90°到面F2'的部分。為方便流量分析，把T1和T2綜合在一起形成圖3。一對(duì)卵形錐齒輪是等同的兩只非圓錐齒輪。它們回轉(zhuǎn)一周，液體將4次充滿球面 大端B沿齒寬所形成的錐形容積中。設(shè)球面半徑為R，其上任意區(qū)域的面積為S，則有此區(qū) 域所形成的錐體的體積為V = SR/3。設(shè)齒輪1的最大節(jié)錐角為Ψ(ι，球面大端半徑為R1，大端節(jié)曲線所圍的球面面積為 S1，對(duì)應(yīng)的錐體體積為V1 ；最大節(jié)錐角對(duì)應(yīng)的球冠部分的面積為《，錐體體積為<，節(jié)錐角為
小端球面半徑為R2，節(jié)曲線所圍的球面面積為S2，對(duì)應(yīng)的錐體體積V2 ；最大節(jié)錐角對(duì)應(yīng) 的球冠部分的面積為筆，錐體體積，則齒寬B = R1-R2。由公式V = SR/3可得排量 平均理論流量= 其中i12——傳動(dòng)比，且 V1——主動(dòng)輪節(jié)錐角，且 V1 = arctan(l/i12)；C^1——主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角；η——主動(dòng)輪工作轉(zhuǎn)速；ην——齒輪泵的容積效率。圖4為本發(fā)明瞬時(shí)流量分析圖，如圖所示，由于一對(duì)卵形錐齒輪關(guān)于其幾何中心 對(duì)稱，只需分析流量在主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角(0 π)范圍內(nèi)的變化關(guān)系。而當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)， 主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)角位置正好對(duì)調(diào)，即其瞬時(shí)流量返回到初始位置時(shí)的狀態(tài)。因此，只需 要分析流量在主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角(0 π/2)內(nèi)變化關(guān)系即可。如圖4所示，以兩齒輪的大端球面為研究對(duì)象，M1為最大節(jié)錐角對(duì)應(yīng)的所有球冠面 積的一半；Μ2為球面卵形的面積；M3(或M4)為齒輪1(或2)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度Ct1(或Φ2)后， 泵體中心剖面與齒輪節(jié)曲線所夾面(為方便計(jì)算，這里用節(jié)曲線代替齒頂曲線)；Μ3 (或M4 )為齒輪1(或2)轉(zhuǎn)過(guò)ch+dc^角度后，泵體中心剖面與齒輪節(jié)曲線所夾面。由于泵體以及齒輪都是實(shí)體都是固定值，因此M1, M2也為恒定值不變。
設(shè)瞬時(shí)流量為Qs則Q=DV/DT 即: 其中i12——傳動(dòng)比，且、(0<k<l)； V1——主動(dòng)輪節(jié)錐角，且 印L‘——主動(dòng)輪節(jié)錐角對(duì)I-疼的復(fù)合函數(shù)； 2Lφ i——主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角； φ 2——從動(dòng)輪轉(zhuǎn)角，且 (O1—主動(dòng)輪角速度；ω2——從動(dòng)輪角速度。由于(O1, i12, V1Z^2' (^2都是主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角(^1的函數(shù)，因此瞬時(shí)流量Qs也只是 主動(dòng)輪的位置函數(shù)，其周期為η。由以上計(jì)算分析可得出在同等工況條件下模數(shù)m= 2. 5、齒數(shù)ζ = 22、齒寬B = 10mm、轉(zhuǎn)速η = 1500r/min、齒頂高系數(shù)< =1、齒間隙系數(shù)< =1、容積效率ιιν = 0. 9及齒輪 泵排油腔和吸油腔的壓力差P = lOMpa，且卵形錐齒輪泵與卵形齒輪泵具有相同的傳動(dòng)比 根據(jù)平均理論流量公式可得算例結(jié)果如下表所示。1、平均理論流量 可見在工況相同的條件下，卵形錐齒輪泵的平均理論流量最大，比同等條件下的 圓柱齒輪泵的流量提高了 7. 1倍，比卵形柱齒輪泵提高了 2. 6倍，特別適宜大排量的應(yīng)用場(chǎng)合。2、瞬時(shí)流量依據(jù)瞬時(shí)流量計(jì)算公式，結(jié)合算例，得卵形錐齒輪泵與卵形柱齒輪泵的瞬時(shí)流量 對(duì)比曲線圖6所示，由圖6可見，卵形錐齒輪泵與卵形柱齒輪泵的瞬時(shí)流量的變化趨勢(shì)是一 致的，卵形錐齒輪泵的瞬時(shí)流量高于卵形柱齒輪的瞬時(shí)流量，且變量范圍大于卵形柱齒輪泵。圖5為本發(fā)明齒輪液體壓力分析圖，如圖所示，卵形錐齒輪泵所受液壓力垂直于其節(jié)錐面，主動(dòng)輪1的液壓力分析如圖所示，設(shè)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)過(guò)角度4^后，對(duì)應(yīng)的從動(dòng)輪轉(zhuǎn)角 為Φ2，則主動(dòng)輪1在X，y，ζ三個(gè)方向上的分力Flx，F(xiàn)ly，F(xiàn)lz分別計(jì)算如下 + i Fu = pB( 1 ^ 2 )[tan(y/0) cos(^0) cos(^,) + tan(^,)] 同理可得從動(dòng)輪2在x，y，ζ三個(gè)方向上的分力F2x，F(xiàn)2y，F(xiàn)2z分別為
R +尺 依據(jù)液壓力的分析，結(jié)合算例，得卵形錐齒輪泵與卵形柱齒輪泵主動(dòng)輪的液壓力 對(duì)比曲線如圖7所示，由圖7可見，卵形錐齒輪泵與卵形柱齒輪泵的X軸與Y軸的力的變化趨勢(shì)是一致 的，但卵形錐齒輪泵在X軸與Y軸的力大小及力的變化幅度都較小，傳動(dòng)平穩(wěn)性好，振動(dòng)噪 聲小，可有效延長(zhǎng)齒輪泵的工作壽命?，F(xiàn)有技術(shù)齒輪泵與本發(fā)明參數(shù)對(duì)比表 由對(duì)比表及圖6和圖7可知，瞬時(shí)流量及液壓力的變化關(guān)系如下 由此可見，在工況相同的條件下，卵形錐齒輪泵的瞬時(shí)流量的變量范圍最大，高于 同等條件的卵形柱齒輪1.4倍，適宜要求變量范圍大的應(yīng)用場(chǎng)合；卵形錐齒輪泵在徑向力 的大小及力的變化幅度都小于卵形柱齒輪泵，傳動(dòng)平穩(wěn)性好，振動(dòng)噪聲小，可有效延長(zhǎng)齒輪 泵的工作壽命。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種卵形錐齒輪泵，包括泵殼、設(shè)置在泵殼內(nèi)相互嚙合的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪，其特征在于所述主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪均為卵形錐齒輪并且軸線垂直相交嚙合，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比為(0≤k≤1)，主動(dòng)齒輪的球面大端面節(jié)曲線為卵形，球面大端面節(jié)曲線方程為從動(dòng)齒輪的球面大端面節(jié)曲線也為卵形，球面大端面節(jié)曲線方程為方程中R為球面半徑，k為偏心率，φ1為主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)角。FSA00000104246600011.tif,FSA00000104246600012.tif,FSA00000104246600013.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卵形錐齒輪齒輪泵，其特征在于所述泵殼包括泵底和頂蓋， 所述泵底內(nèi)表面分別與主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪小端面小間隙配合，頂蓋內(nèi)表面分別與主動(dòng)齒 輪和從動(dòng)齒輪的大端面小間隙配合；所述主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪在圓周方向固定配合分別設(shè) 置齒輪軸，從動(dòng)齒輪的齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)配合擔(dān)在泵底和頂蓋之間，主動(dòng)齒輪的齒輪軸一端與泵 底轉(zhuǎn)動(dòng)配合，另一端密封轉(zhuǎn)動(dòng)配合伸出頂蓋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的卵形錐齒輪泵，其特征在于所述頂蓋包括相互密封連接的 主動(dòng)齒輪頂蓋和從動(dòng)齒輪頂蓋，所述主動(dòng)齒輪頂蓋和從動(dòng)齒輪頂蓋分別與泵底密封連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的卵形錐齒輪泵，其特征在于所述主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的小 端面均為內(nèi)凹的球面，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合后小端面和大端面分別形成一球面；所述 泵底內(nèi)表面為與主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪小端面小間隙配合的向內(nèi)凸起的球面，主動(dòng)齒輪頂蓋 和從動(dòng)齒輪頂蓋密封連接后內(nèi)表面形成與主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪大端面小間隙配合的外凹 球面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種卵形錐齒輪泵，包括泵殼、設(shè)置在泵殼內(nèi)相互嚙合的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪均為卵形錐齒輪并且軸線垂直相交嚙合，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的球面大端面節(jié)曲線為卵形；本發(fā)明與現(xiàn)有齒輪泵對(duì)比，在相同體積、相同轉(zhuǎn)速及同等工況條件下，卵形錐齒輪泵在平均流量、瞬時(shí)流量及其變量范圍等方面都大大高于同類型圓柱齒輪泵及非圓柱齒輪泵，克服了齒輪泵的徑向力較大的問(wèn)題，降低了力的脈動(dòng)幅度，傳動(dòng)平穩(wěn)性好，振動(dòng)噪聲小，可有效延長(zhǎng)齒輪泵的工作壽命，提高泵的效率，節(jié)約驅(qū)動(dòng)能源。適合大排量及大變量范圍的應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)F04C3/04GK101846072SQ20101015465
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者侯玉杰, 林超 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)