專利名稱：雙金屬泵齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題內(nèi)容涉及ー種泵齒輪結(jié)構(gòu)，且具體地涉及ー種具有雙金屬軸的泵齒輪結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
泵齒輪被用于各種應(yīng)用，例如在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料泵中。泵齒輪通常包括具有正齒輪的軸，該軸在一端上形成有驅(qū)動(dòng)花鍵。為了降低成本和減輕重量，泵齒輪通常由單一整體式材料制成。泵齒輪通常由例如單件工具鋼合金棒料形成。通常，驅(qū)動(dòng)花鍵是相對(duì)小的特征，該驅(qū)動(dòng)花鍵利用常規(guī)機(jī)加工手段形成，從而允許該驅(qū)動(dòng)花鍵被整體地形成在泵齒輪軸上并且成本有效地形成在該泵齒輪軸上。 泵齒輪還可以提供附加功能，例如提供用于安裝和驅(qū)動(dòng)離心泵、發(fā)電機(jī)和輔助燃料或液壓泵的裝置。這些附加功能需要更長的泵齒輪，該更長的泵齒輪結(jié)合驅(qū)動(dòng)花鍵、鍵和螺紋以保持這些輔助部件。這些特征在泵齒輪所需的耐磨材料中難以進(jìn)行機(jī)加工。此外，泵齒輪材料的成本通常是用于軸、花鍵和螺紋接頭的工具鋼的成本的十倍以上。通過將耐磨泵齒輪材料與常規(guī)工具鋼結(jié)合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)降低用于原材料和花鍵和螺紋的機(jī)加工的成本。由于需要將驅(qū)動(dòng)花鍵形成為整體式特征，因此材料的機(jī)加工性能通常求助于材料選擇。然而，需要良好機(jī)加工性能與用于正齒輪的期望耐磨屬性相沖突。在例如飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用中，泵齒輪在高溫下操作在低潤滑的噴射燃料中。這種環(huán)境已被發(fā)現(xiàn)增加正齒輪上的磨損。雖然能夠使用更高耐磨性的材料，但是這會(huì)導(dǎo)致泵齒輪的尺寸、重量和成本增カロ，這是因?yàn)轵?qū)動(dòng)花鍵由于其小尺寸而不能容易地利用這些材料進(jìn)行機(jī)加工。結(jié)果是，對(duì)于輕質(zhì)且小的泵齒輪的需要影響了操作壽命并且增加了維護(hù)成本。因此，雖然現(xiàn)有泵齒輪適合于其g在目的，但是仍存在改進(jìn)的需要，尤其在提供具有改進(jìn)的齒輪耐磨性同時(shí)保持驅(qū)動(dòng)花鍵和螺紋特征的機(jī)加工性能以保持與泵齒輪整體形成的附加部件的泵齒輪方面。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，提供ー種泵齒輪。該泵齒輪包括第一軸部，所述第一軸部包括第一端和第二端，在所述第一端和第二端之間形成有整體齒輪部，所述第一軸部由第一工具鋼材料制成。第二軸部被設(shè)置成具有被釬焊到所述第一端的第三端，所述第二軸部具有至少ー個(gè)整體式驅(qū)動(dòng)花鍵，所述第二軸部由第二工具鋼材料制成。其中所述第一工具鋼材料具有按重量計(jì)大于9%的釩含量，且所述第二工具鋼材料具有按重量計(jì)小于或等于1%的釩含量。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供另ー泵齒輪。該泵齒輪包括第一軸部，所述第一軸部包括第一端和第二端，在所述第一端和第二端之間形成有整體齒輪部。所述第一軸部由第ー鋼合金制成，所述第一鋼合金包括按重量計(jì)2. 45%的碳、5. 25%的鉻、81. 25%的鐵、I. 30%的鑰、以及9. 75%的釩。第二軸部被設(shè)置成具有被釬焊到所述第一端的第三端。所述第二軸部具有至少ー個(gè)整體式驅(qū)動(dòng)花鍵，所述第二軸部由第二鋼合金制成，所述第二鋼合金包括按重量計(jì)O. 40%的碳、5. 20%的鉻、91. 15%的鐵、I. 30%的鑰、I. 0%的硅以及O. 95%的釩。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制造泵齒輪的方法。該方法包括由第一鋼合金形成第一軸部，所述第一鋼合金包括按重量計(jì)2. 45%的碳、5. 25%的鉻、81. 25%的鐵、I. 30%的鑰、以及9. 75%的釩。在所述第一軸部上形成齒輪，所述齒輪具有多個(gè)齒。由第二鋼合金形成第二軸部，所述第二鋼合金包括按重量計(jì)O. 40%的碳、5. 20%的鉻、91. 15%的鐵、I. 30%的鑰、I. 0%的硅以及O. 95%的釩。所述第一軸部的第一端被聯(lián)接到所述第二軸部的第二端。這些以及其他優(yōu)勢(shì)和特征從下述描述結(jié)合附圖將變得顯而易見。


被認(rèn)作本發(fā)明的主題在說明書結(jié)束部分處的權(quán)利要求書中被具體地指出并且明確地要求保護(hù)。本發(fā)明的前述以及其他特征和優(yōu)勢(shì)從下述詳細(xì)描述結(jié)合附圖顯而易見，在 附圖中
圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的泵齒輪的透視 圖2是圖I中的泵齒輪的側(cè)視 圖3是圖I中的泵齒輪的端視 圖4是圖I中的泵齒輪的截面 圖5是具有圖I中的泵齒輪的泵的截面圖；以及 圖6是具有第三整體軸的泵的截面圖。詳細(xì)說明通過參考附圖以示例的方式闡述了本發(fā)明的實(shí)施方式以及優(yōu)勢(shì)和特征。
具體實(shí)施例方式泵齒輪系統(tǒng)通常用于包括重力、空間和潤滑約束的苛刻操作環(huán)境中。本發(fā)明的實(shí)施方式提供改善泵齒輪系統(tǒng)的操作壽命和可靠性的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的實(shí)施方式提供進(jìn)ー步的優(yōu)勢(shì)在于提供實(shí)現(xiàn)在高溫噴射燃料應(yīng)用中具有降低的齒輪齒磨損的特征的機(jī)加工性能的泵齒輪。示例性泵齒輪20在圖I至圖4中被示出為具有第一軸部22和第二軸部24。在一個(gè)實(shí)施方式中，泵齒輪20可以被用于燃料泵裝置中，例如用于例如飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料泵裝置。第一軸部22包括第一端23和第二端25。整體式內(nèi)驅(qū)動(dòng)花鍵26被形成在第一端附近。在示例性實(shí)施方式中，常規(guī)機(jī)加工エ藝被用于形成驅(qū)動(dòng)花鍵26，該驅(qū)動(dòng)花鍵26具有13個(gè)齒、O. 735英寸(9. 525毫米)的分度圓直徑和30度的壓カ角。驅(qū)動(dòng)花鍵26使得泵齒輪20適于配合功率源(未示出)并傳遞來自功率源的旋轉(zhuǎn)能量。第一軸部22還包括圓柱形部28，該圓柱形部的直徑大于相鄰的圓柱形表面30以形成臺(tái)階表面32。臺(tái)階表面32形成臺(tái)階部，當(dāng)軸部22、24被組裝吋，該第二軸部24抵靠該臺(tái)階部。第一軸部22還包括延伸穿過其的中心孔34。在示例性實(shí)施方式中，第一軸部22由工具鋼合金制成，該工具鋼合金包括按重量計(jì)大約O. 40%的碳、5. 20%的鉻、91. 15%的鐵、I. 30%的鑰、I. 0%的硅以及O. 95%的釩。該エ具鋼合金可以是由美國鋼鐵協(xié)會(huì)(AISI)命名為H13或由美國試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)(ASTM)命名為A681的工具鋼。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一軸部22可以由Crucible Industries所制造的Nu-Die V (AISI HI3)熱作工具鋼制成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，低釩工具鋼(例如，按重量計(jì)小于1%的釩)提供在允許利用常規(guī)制造エ藝來機(jī)加工小驅(qū)動(dòng)花鍵26方面的優(yōu)勢(shì)。第二軸部24包括第一端40和相反的第二端42。第一端40包括定尺寸成接收?qǐng)A柱形表面30的凹槽36。第二軸部24還包括正齒輪38，該正齒輪整體地形成在第二軸部24上。第一軸頸44被設(shè)置在正齒輪38和第一端40之間。第二軸頸46被設(shè)置在正齒輪38和第二端42之間。第二軸部24還包括與中心孔34同軸的孔48。在示例性實(shí)施方式中，第二軸部24由工具鋼合金制成，該工具鋼合金包括按重量計(jì)大約2. 45%的碳、5. 25%的鉻、81. 25%的鐵、I. 30%的鑰、以及9. 75%的釩。用于制造第ニ軸部的工具鋼合金可以是名為AISI All或可以是由Crucible Industries制造的CPM IOV工具鋼。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在高溫下操作在低潤滑性的燃料中時(shí)，具有高釩含量(例如大于9%的釩)的AISI All工具鋼與AISI H13工具鋼相比提供在高耐磨性方面的優(yōu)勢(shì)。
為了制造泵齒輪20，第一軸部22由AISI H13工具鋼機(jī)加工形成，其中驅(qū)動(dòng)花鍵26整體地形成在軸中。類似地，第二軸部24由AISI All工具鋼形成，其中正齒輪38整體地形成在軸中。第二端25上的圓柱形表面30被插入到凹槽36中，并且第一軸部22通過釬焊被結(jié)合到第二軸部24以形成雙金屬軸結(jié)構(gòu)。一旦軸部22、24被結(jié)合，那么孔34、48與泵齒輪20的中心線同軸地形成。在示例性實(shí)施方式中，圓柱形表面30具有O. 5770英寸(14. 656毫米)+/- O. 0005英寸(O. 0127毫米)的直徑，并且第一軸部22和第二軸部24之間的重疊部分與表面30的直徑的比是I. 08 (+/- O. 2)?，F(xiàn)參考圖5,不出了泵50的實(shí)施方式。泵50包括第一殼體52和第二殼體54。第ー殼體52可以包括一個(gè)或多個(gè)頸部56、58，這些頸部定尺寸成分別接收軸頸軸承44、46。在示例性實(shí)施方式中，頸部56、58定尺寸成允許泵齒輪20在第一殼體52中跳動(dòng)。第二泵齒輪60被設(shè)置成與第二軸部24平行。第二泵齒輪60包括齒輪部62,該齒輪部與正齒輪38協(xié)作以增加被移動(dòng)的流體的壓力。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二端42延伸超出第二殼體52以允許泵齒輪20被聯(lián)接到一個(gè)或多個(gè)附件裝置63。第一軸部22被大致設(shè)置在第二殼體54內(nèi)。第一級(jí)泵區(qū)段64被聯(lián)接到第一軸部22。在一個(gè)實(shí)施方式中，泵區(qū)段64是螺旋狀推進(jìn)器。第二級(jí)泵區(qū)段66鄰近于該第一級(jí)泵區(qū)段64。在操作中，被泵送的流體被傳送通過第一級(jí)泵區(qū)段64和第二級(jí)泵區(qū)段64到達(dá)正齒輪38。正齒輪38與齒輪部62協(xié)作以増加流體的壓力。傳動(dòng)系統(tǒng)68被聯(lián)接到第一軸部22，該傳動(dòng)系統(tǒng)68被聯(lián)接到例如馬達(dá)的能量源70。傳動(dòng)系統(tǒng)68驅(qū)動(dòng)泵齒輪20以操作該泵。應(yīng)理解的是，傳動(dòng)系統(tǒng)68可以包括齒輪、帶輪或帯，以選擇性地操作該泵50。參考圖6，示出了泵72的另ー實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，第二軸部24由齒輪軸76和端軸74形成。端軸74可以由工具鋼合金制成，該工具鋼合金包括按重量計(jì)大約O. 40%的碳、5. 20%的鉻、91. 15%的鐵、I. 30%的鑰、I. 0%的硅以及O. 95%的釩。該工具鋼合金可以是由美國鋼鐵協(xié)會(huì)(AISI)命名為H13或由美國試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)(ASTM)命名為A681的エ具鋼。在一個(gè)實(shí)施方式中，端軸74可以由Crucible Industries所制造的Nu_Die V (AISIHI3)熱作工具鋼制成。端軸74包括第一直徑部76，該第一直徑部76定尺寸成被接收在齒輪軸76的凹槽中。中心孔78可以形成在端部80上。在示例性實(shí)施方式中，第一直徑部76具有在O. 5770英寸(14. 656毫米)+/- O. 0005英寸(O. 0127毫米)的直徑，并且齒輪軸76和端軸74之間的重疊部分與直徑部76的直徑的比是I. 08 (+/- O. 2)。端軸74具有第二端部82，該第二端部可適于與一個(gè)或多個(gè)附件裝置63聯(lián)接。應(yīng)當(dāng)理解的是，使端軸74由工具鋼形成將進(jìn)一歩降低泵齒輪系統(tǒng)的重量。齒輪軸76由工具鋼合金制成，該工具鋼合金包括按重量計(jì)大約2. 45%的碳、5. 25%的鉻、81. 25%的鐵、I. 30%的鑰、以及9. 75%的釩。用于制造齒輪軸76的工具鋼合金可以是名為AISI All或可以是由Crucible Industries制造的CPM IOV工具鋼。在示例性實(shí)施方式中，端軸74通過釬焊被聯(lián)接到齒輪軸76。應(yīng)當(dāng)理解的是，形成雙金屬泵齒輪提供在允許小驅(qū)動(dòng)花鍵與軸整體地機(jī)加工方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)提供正齒輪，當(dāng)在高溫下在操作低潤滑性的燃料中吋，該正齒輪在耐磨性方面得到改善。結(jié)果是，泵齒輪配合在現(xiàn)有的空間封套中并且在與類似地執(zhí)行由単一工具鋼合金制造的泵齒輪相比更輕質(zhì)且更便宜。
雖然本發(fā)明僅針對(duì)有限數(shù)量的實(shí)施方式被詳細(xì)地描述，但是應(yīng)當(dāng)容易理解的是，本發(fā)明不局限于這種公開的實(shí)施方式。而是，本發(fā)明能夠被修改以結(jié)合未在前文描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變形、更換、替代或等同布置。此外，雖然本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式被描述，但是應(yīng)理解的是，本發(fā)明的方面可以包括所述實(shí)施方式的僅ー些。因此，本發(fā)明被視為不局限于前述描述，而是僅由所附權(quán)利要求書的范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種泵齒輪，包括 第一軸部，所述第一軸部包括第一端和第二端，在所述第一端和第二端之間形成有整體齒輪部，所述第一軸部由第一工具鋼材料制成；以及 第二軸部，所述第二軸部具有被釬焊到所述第一端的第三端，所述第二軸部具有至少一個(gè)整體式驅(qū)動(dòng)花鍵，所述第二軸部由第二工具鋼材料制成； 其中，所述第一工具鋼材料具有按重量計(jì)大于9%的釩含量，且所述第二工具鋼材料具有按重量計(jì)小于或等于1%的釩含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵齒輪，其中，所述第一工具鋼材料具有按重量計(jì)大約9.75%的釩含量，且所述第二工具鋼材料具有按重量計(jì)大約0. 95%的釩含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵齒輪，還包括第三軸部，所述第三軸部被聯(lián)接到所述第一軸部的與所述第二軸部相對(duì)的一端，所述第三軸部由所述第一工具鋼材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泵齒輪，其中，所述第一工具鋼材料是AISIAll工具鋼，且所述第二工具鋼材料是AISI H13工具鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的泵齒輪，其中，所述第一軸部包括被設(shè)置在所述齒輪部和所述第一端之間的第一軸頸以及被設(shè)置在所述齒輪部和所述第二端之間的第二軸頸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的泵齒輪，其中，所述第一端包括具有第一直徑部的凹槽，且所述第三端具有第二直徑部，其中，所述第一直徑部定尺寸成接收所述第二直徑部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的泵齒輪，其中，通過將所述第三端釬焊到所述凹槽，所述第一軸部和第二軸部被結(jié)合。
8.一種泵齒輪,包括 第一軸部，所述第一軸部包括第一端和第二端，在所述第一端和第二端之間形成有整體齒輪部，所述第一軸部由第一工具鋼合金制成，所述第一工具鋼合金包括按重量計(jì)大約2. 45%的碳、5. 25%的鉻、81. 25%的鐵、I. 30%的鑰、以及9. 75%的釩； 第二軸部，所述第二軸部具有被釬焊到所述第一端的第三端，所述第二軸部具有至少一個(gè)整體式驅(qū)動(dòng)花鍵，所述第二軸部由第二工具鋼合金制成，所述第二工具鋼合金包括按重量計(jì)大約0. 40%的碳、5. 20%的鉻、91. 15%的鐵、I. 30%的鑰、I. 0%的硅以及0. 95%的釩。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的泵齒輪，其中，所述第一工具鋼合金是AISIAll工具鋼，且所述第二工具鋼合金是AISI H13工具鋼。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的泵齒輪，其中，所述第一軸部包括被設(shè)置在所述齒輪部和所述第一端之間的第一軸頸以及被設(shè)置在所述齒輪部和所述第二端之間的第二軸頸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的泵齒輪，其中，所述第一端包括具有第一直徑部的凹槽，且所述第三端具有第二直徑部，其中，所述第一直徑部定尺寸成接收所述第二直徑部。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的泵齒輪，還包括第三軸部，所述第三軸部與所述第二軸部相對(duì)地被聯(lián)接到所述第一軸部，所述第三軸部由第二工具鋼合金制成，所述第二工具鋼合金包括按重量計(jì)大約0. 40%的碳、5. 20%的鉻、91. 15%的鐵、I. 30%的鑰、I. 0%的硅以及0. 95%的釩。
13.—種制造泵齒輪的方法，所述方法包括 由第一鋼合金形成第一軸部，所述第一鋼合金包括按重量計(jì)大約2. 45%的碳、5. 25%的鉻、81. 25%的鐵、I. 30%的鑰、以及9. 75%的釩；在所述第一軸部上形成齒輪，所述齒輪具有多個(gè)齒； 由第二鋼合金形成第二軸部，所述第二鋼合金包括按重量計(jì)大約0. 40%的碳、5. 20%的鉻、91. 15%的鐵、I. 30%的鑰、I. 0%的硅以及0. 95%的釩；以及將所述第一軸部的第一端聯(lián)接到所述第二軸部的第二端。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 在所述第一端中形成具有第一直徑部的凹槽；以及 形成所述第二端的第二直徑部。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，將所述第一端聯(lián)接到所述第二端包括將所述第二直徑部插入到所述凹槽中并且將所述第二直徑部釬焊到所述凹槽中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括鄰近于所述齒輪形成第一軸頸；以及 鄰近于所述齒輪并且與所述第一軸頸相對(duì)地形成第二軸頸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括通過機(jī)加工在所述第二軸部上形成驅(qū)動(dòng)花鍵。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 由第二鋼合金形成第三軸部；以及 將所述第三軸部與所述第二軸部相對(duì)地聯(lián)接到所述第一軸部。
19.一種組裝泵的方法，包括 將雙金屬泵齒輪安裝到泵殼體中，所述雙金屬泵齒輪包括 由第一鋼合金形成的第一軸部，所述第一鋼合金包括按重量計(jì)大約2. 45%的碳、5. 25%的鉻、81. 25%的鐵、I. 30%的鑰、以及9. 75%的釩 在所述第一軸部上形成的第一齒輪，所述第一齒輪具有多個(gè)齒； 由第二鋼合金形成的第二軸部，所述第二鋼合金包括按重量計(jì)大約0. 40%的碳、5. 20%的鉻、91. 15%的鐵、I. 30%的鑰、I. 0%的硅以及0. 95%的釩； 其中，所述第一軸部的第一端被聯(lián)接到所述第二軸部的第二端； 將所述第二軸部布置在所述泵殼體內(nèi)；以及 將所述第一齒輪聯(lián)接到所述泵殼體內(nèi)的第二齒輪。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括 將能量源聯(lián)接到所述第二軸部的第三端，所述第三端與所述第二端相對(duì)；以及 將傳動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)接在所述能量源與所述第三端之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙金屬泵齒輪。提供泵齒輪。該泵齒輪包括第一軸部，所述第一軸部包括第一端和第二端，在所述第一端和第二端之間形成有整體齒輪部。所述第一軸部由第一工具鋼材料制成。第二軸部具有被釬焊到所述第一端的第三端。所述第二軸部具有靠近一個(gè)端部形成的至少一個(gè)整體式驅(qū)動(dòng)花鍵，所述第二軸部由第二工具鋼材料制成。所述第一工具鋼材料具有按重量計(jì)大于9%的釩含量，且所述第二工具鋼材料具有按重量計(jì)小于或等于1%的釩含量。
文檔編號(hào)F16H55/06GK102734306SQ20121010781
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者L.沃德, S.A.黑茨 申請(qǐng)人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司