一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮

申请号 CN201710015789.1 申请日 2017-01-10 公开(公告)号 CN106762612A 公开(公告)日 2017-05-31
申请人 黄山工业泵制造有限公司; 发明人 汪旭辉; 胡奕; 黄文; 程飞;
摘要 本 发明 公开了一种具有无间隙外 啮合 齿形的高压螺旋 齿轮 泵 ,主要由主动齿轮轴、从动齿轮轴、泵体、 轴承 组件、前盖组件和后盖组件组成。主、从动齿轮轴 螺旋齿 轮端面齿形相同,每个齿由 齿顶圆 弧、渐开线、 齿根圆 弧组成。在啮合过程中,由于齿顶和齿根为圆弧、采用螺旋齿,主、从螺旋齿轮完全啮合,不存在容积变化的封闭空间,实现无间隙啮合,从根本上消除了困油现象,因此工作平稳,噪音低,无脉动,并且效率高、使用寿命长。螺旋齿形中所有相邻的曲线在连接处相切,在成形 铣削 或成形磨削加工时,刀具寿命延长。本发明的最高工作压 力 可达32MPa,并且噪音低于60dBA,特别适用于对噪音有严格要求的场合。
权利要求

1.一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮,包括主动齿轮轴(1)、从动齿轮轴(2)、泵体(3)、轴承组件(4)、前盖组件(5)和后盖组件(6);所述泵体(3)腔体内设有截面形同8字孔的中空结构,用于安装主动齿轮轴(1)、从动齿轮轴(2)和轴承组件(4),泵体(3)的一端连接前盖组件(5),另一端连接后盖组件(6);泵体(3)的一侧设有进口腔(31)、另一侧设有出口腔(32);其特征在于:
所述主动齿轮轴(1)上设有主动螺旋齿轮(11),所述从动齿轮轴(2)上设有从动螺旋齿轮(21),所述主动螺旋齿轮(11)为右旋,所述从动螺旋齿轮(21)为左旋,两者轴线平行布置,两者转动方向相反,相互啮合,两者的端面齿形相同,每个齿的端面齿形曲线由齿顶圆弧aa'、渐开线ab和a'b'、齿根圆弧bc和b'c'组成,每一段曲线在连接处均为相切连接,形成无间隙外啮合齿形,渐开线ab和a'b'在啮合过程中传递矩;
使用时,被输送介质从进口腔(31)进入,通过主动螺旋齿轮(11)、从动螺旋齿轮(21)的齿槽与泵体(3)的8字孔形成的密闭空间输送到出口腔(32)。
2.根据权利要求1所述的一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,其特征在于:
所述主动螺旋齿轮(11)和从动螺旋齿轮(21)端面齿形的齿顶圆da、齿根圆df、分度圆dj以及齿形中渐开线的基圆db为同心圆,且齿顶圆弧半径和齿根圆弧半径相等,均为ro。
3.根据权利要求1所述的一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,其特征在于:
所述主动螺旋齿轮(11)和从动螺旋齿轮(21)的端面齿形由Z个齿沿圆周均布,优先选用齿数Z为5~19;所述端面齿形的端面重合系数为εα=0.5,轴向重合系数为εβ=1.0,总重合系数
1.5。
4.根据权利要求1所述的一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,其特征在于:
所述主动螺旋齿轮(11)和从动螺旋齿轮(21)的齿宽B相等,导程T也相等,并且导程T等于齿宽B乘以齿数Z,即T=B×Z。
5.根据权利要求1所述的一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,其特征在于:
所述主动齿轮轴(1)的结构包括主动螺旋齿轮(11)、主动第一轴颈(12)、主动第二轴颈(13)和轴头(14);所述主动螺旋齿轮(11)、主动第一轴颈(12)、主动第二轴颈(13)、轴头(14)为同心轴;主动第一轴颈(12)和主动第二轴颈(13)位于主动螺旋齿轮(11)的两侧,用于和轴承组件(4)配合,主动第一轴颈(12)和主动第二轴颈(13)的直径相等;所述轴头(14)和主动第一轴颈(12)相连接,轴头(14)上设有键槽(141),用于和原动机相连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,其特征在于:
所述从动齿轮轴(2)的结构包括从动螺旋齿轮(21)、从动第一轴颈(22)和从动第二轴颈(23);所述从动螺旋齿轮(21)、从动第一轴颈(22)和从动第二轴颈(23)为同心轴;从动第一轴颈(22)和从动第二轴颈(23)位于从动螺旋齿轮(21)的两侧,用于和轴承组件(4)配合;从动第一轴颈(22)和从动第二轴颈(23)的直径相等。
7.根据权利要求5或6所述的一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,其特征在于:所述主动第一轴颈(12)、主动第二轴颈(13)、从动第一轴颈(22)、从动第二轴颈(23)均配合安装有滑动轴承(42),所述滑动轴承(42)与泵体(3)之间设有轴套(41)。
8.根据权利要求1所述的一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,其特征在于:
所述后盖组件(6)包括后盖(61)、定位销(62)、主动齿轮平衡(63)、从动齿轮平衡块(64)、密封圈(65)和后盖螺钉(66);所述后盖(61)的结构包括两个销孔(611)、八个安装孔(612)、高压油孔(613)、主动齿轮平衡孔(614)、从动齿轮平衡孔(615)、梯形润滑油槽(616)、密封圈槽(617);所述主动齿轮平衡孔(614)对应主动齿轮轴(1),孔内装有主动齿轮平衡块(63);所述从动齿轮平衡孔(615)对应从动齿轮轴(2),孔内装有从动齿轮平衡块(64);所述的高压油孔(613)将主动齿轮平衡孔(614)和从动齿轮平衡孔(615)与泵的出口腔(32)连通;梯形润滑油槽(616)连接泵的进口腔(31)。
9.根据权利要求8所述的一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,其特征在于:
所述主动齿轮平衡块(63)受到出口腔(32)高压油的作用推动主动齿轮轴(1)的尾部继而平衡主动齿轮轴(1)上的轴向力;所述从动齿轮平衡块(64)受到出口腔(32)高压油的作用推动从动齿轮轴(2)的尾部继而平衡从动齿轮轴(2)上的轴向力。

说明书全文

一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮

技术领域

[0001] 本发明属于齿轮式液压泵技术领域,涉及一种高压泵,更具体地说,它涉及一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵。

背景技术

[0002] 目前市场上常见的外啮合齿轮式液压泵都采用渐开线式直齿齿轮,由于渐开线直齿齿轮中存在着顶隙和底隙,在啮合过程中,相互啮合的齿顶和齿根之间一直存在着容积变化的封闭空间,形成困油现象,因此在运转过程中会产生冲击载荷,增加功率损失,并引起振动和噪音、流量和脉动,降低了工作的平稳性和使用寿命,而且这些对于液压系统是十分不利的。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的在于针对上述问题,提供了一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵。
[0004] 一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,包括主动齿轮轴1、从动齿轮轴2、泵体3、轴承组件4、前盖组件5和后盖组件6;所述泵体3腔体内设有截面形同8字孔的中空结构,用于安装主动齿轮轴1、从动齿轮轴2和轴承组件4,泵体3的一端连接前盖组件5,另一端连接后盖组件6;泵体3的一侧设有进口腔31、另一侧设有出口腔32。
[0005] 所述主动齿轮轴1上设有主动螺旋齿轮11,所述从动齿轮轴2上设有从动螺旋齿轮21,所述主动螺旋齿轮11为右旋,所述从动螺旋齿轮21为左旋,两者轴线平行布置,两者转动方向相反,相互啮合,两者的端面齿形相同,每个齿的端面齿形曲线由齿顶圆弧aa'、渐开线ab和a'b'、齿根圆弧bc和b'c'组成,每一段曲线在连接处均为相切连接,形成无间隙外啮合齿形,渐开线ab和a'b'在啮合过程中传递力矩。
[0006] 使用时,被输送介质从进口腔31进入,通过主动螺旋齿轮11、从动螺旋齿轮21的齿槽与泵体3的8字孔形成的密闭空间输送到出口腔32。
[0007] 进一步限定的技术方案如下:所述主动螺旋齿轮11和从动螺旋齿轮21端面齿形的齿顶圆da、齿根圆df、分度圆dj以及齿形中渐开线的基圆db为同心圆,且齿顶圆弧半径和齿根圆弧半径相等,均为ro。
[0008] 所述主动螺旋齿轮11和从动螺旋齿轮21的端面齿形由Z个齿沿圆周均布,优先选用齿数Z为5~19;所述端面齿形的端面重合系数为εα=0.5,轴向重合系数为εβ=1.0,总重合系数1.5。
[0009] 所述主动螺旋齿轮11和从动螺旋齿轮21的齿宽B相等,导程T也相等,并且导程T等于齿宽B乘以齿数Z,即T=B×Z。
[0010] 所述主动齿轮轴1的结构包括主动螺旋齿轮11、主动第一轴颈12、主动第二轴颈13和轴头14;所述主动螺旋齿轮11、主动第一轴颈12、主动第二轴颈13、轴头14为同心轴;主动第一轴颈12和主动第二轴颈13位于主动螺旋齿轮11的两侧,用于和轴承组件4配合,主动第一轴颈12和主动第二轴颈13的直径相等;所述轴头14和主动第一轴颈12相连接,轴头14上设有键槽141,用于和原动机相连接。
[0011] 所述从动齿轮轴2的结构包括从动螺旋齿轮21、从动第一轴颈22和从动第二轴颈23;所述从动螺旋齿轮21、从动第一轴颈22和从动第二轴颈23为同心轴;从动第一轴颈22和从动第二轴颈23位于从动螺旋齿轮21的两侧,用于和轴承组件4配合;从动第一轴颈22和从动第二轴颈23的直径相等。
[0012] 所述主动第一轴颈12、主动第二轴颈13、从动第一轴颈22、从动第二轴颈23均配合安装有滑动轴承42,所述滑动轴承42与泵体3之间设有轴套41。
[0013] 所述后盖组件6包括后盖61、定位销62、主动齿轮平衡63、从动齿轮平衡块64、密封圈65和后盖螺钉66;所述后盖61的结构包括两个销孔611、八个安装孔612、高压油孔613、主动齿轮平衡孔614、从动齿轮平衡孔615、梯形润滑油槽616、密封圈槽617;所述主动齿轮平衡孔614对应主动齿轮轴1,孔内装有主动齿轮平衡块63;所述从动齿轮平衡孔615对应从动齿轮轴2,孔内装有从动齿轮平衡块64;所述的高压油孔613将主动齿轮平衡孔614和从动齿轮平衡孔615与泵的出口腔32连通;梯形润滑油槽616连接泵的进口腔31。
[0014] 所述主动齿轮平衡块63受到出口腔32高压油的作用推动主动齿轮轴1的尾部继而平衡主动齿轮轴1上的轴向力;所述从动齿轮平衡块64受到出口腔32高压油的作用推动从动齿轮轴2的尾部继而平衡从动齿轮轴2上的轴向力。
[0015] 本发明的有益技术效果体现在以下方面:(1)本发明首先从齿形这一根本因素上消除了困油现象,齿顶和齿根无间隙啮合,避免了齿顶和齿根之间产生容积变化的密封腔,且齿形所有相邻的曲线在连接处相切,因此在主从齿轮在啮合过程中工作平稳,噪音低,无脉动,确保在工作寿命中保持稳定的容积效率,使用寿命长。
[0016] (2)本发明的最高工作压力可达32MPa,并且噪音低于60dBA,特别适用于对噪音有严格要求的场合。
[0017] (3)螺旋齿轮的整个齿形所有相邻的曲线在连接处相切,在主、从动螺旋齿轮型面的加工过程中,使成形铣刀或磨削砂轮耐磨性显著提高,使用寿命延长。附图说明
[0018] 图1为本发明结构示意图。
[0019] 图2为本发明结构剖面示意图。
[0020] 图3为本发明图2的A-A剖视图。
[0021] 图4为主、从动螺旋齿轮轴啮合示意图。
[0022] 图5为本发明单个齿形示意图。
[0023] 图6为本发明主、从动螺旋齿轮的啮合过程示意图。
[0024] 图7 为不同齿数时主、从动螺旋齿轮端面齿形啮合对比图。
[0025] 图8为本发明后盖结构示意图。
[0026] 图9为常规渐开线直齿轮啮合示意图。
[0027] 上图中序号:主动齿轮轴1、主动螺旋齿轮11、主动第一单齿111、主动第二单齿112、主动第一轴颈
12、主动第二轴颈13、轴头14、键槽141;
从动齿轮轴2、从动螺旋齿轮21、从动第一单齿211、从动第二单齿212、从动第一轴颈
22、从动第二轴颈23;
泵体3、进口腔31、出口腔32;
轴承组件4、轴套41、滑动轴承42;
前盖组件5;
后盖组件6、后盖61、销孔611、安装孔612、高压油孔613、主动齿轮平衡孔614、从动齿轮平衡孔615、梯形润滑油槽616、密封圈槽617、定位销62、主动齿轮平衡块63、从动齿轮平衡块64、密封圈65、后盖螺钉66;
主动直齿轮7、从动直齿轮8。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图,通过实施例对本发明作进一步地说明。实施例
[0029] 参见图9,现有外啮合齿轮式液压泵都采用渐开线式直齿齿轮,在主动直齿轮7和从动直齿轮8啮合的过程中,会在两者之间形成一个封闭空间K,封闭空间K容积大小随着直齿轮的转动发生变化,由于输送的液压油具有不可压缩性,形成困油现象,因此该封闭空间K容积的变化会产生冲击载荷,增加功率损失,并引起振动和噪音、流量和压力脉动,降低了工作的平稳性和使用寿命,而且这些对于液压系统是十分不利的。
[0030] 参见图1~图5,一种具有无间隙外啮合齿形的高压螺旋齿轮泵,主要由主动齿轮轴1、从动齿轮轴2、泵体3、轴承组件4、前盖组件5和后盖组件6组成。泵体3腔体内设有截面形同8字孔的中空结构,用于安装主动螺旋齿轮轴1、从动螺旋齿轮轴2和轴承组件4,泵体3的一端连接前盖组件5,另一端连接后盖组件6;泵体3的一侧设有进口腔31、另一侧设有出口腔32。
[0031] 所述主动齿轮轴1的结构包括主动螺旋齿轮11、主动第一轴颈12、主动第二轴颈13和轴头14;所述主动螺旋齿轮11、主动第一轴颈12、主动第二轴颈13、轴头14为同心轴;主动第一轴颈12和主动第二轴颈13位于主动螺旋齿轮11的两侧,用于和轴承组件4配合,主动第一轴颈12和主动第二轴颈13的直径相等;所述轴头14和主动第一轴颈12相连接,轴头14上设有键槽141,用于和原动机相连接。
[0032] 所述从动齿轮轴2的结构包括从动螺旋齿轮21、从动第一轴颈22和从动第二轴颈23;所述从动螺旋齿轮21、从动第一轴颈22和从动第二轴颈23为同心轴;从动第一轴颈22和从动第二轴颈23位于从动螺旋齿轮21的两侧,用于和轴承组件4配合;从动第一轴颈22和从动第二轴颈23的直径相等。
[0033] 所述主动第一轴颈12、主动第二轴颈13、从动第一轴颈22、从动第二轴颈23均配合安装有滑动轴承42,所述滑动轴承42与泵体3之间设有轴套41。
[0034] 所述主动螺旋齿轮11为右旋,所述从动螺旋齿轮21为左旋,两者轴线平行布置,两者转动方向相反,无间隙啮合,组成平行轴外啮合的螺旋副,形成共轭关系。
[0035] 参见图8,所述后盖组件6包括后盖61、定位销62、主动齿轮平衡块63、从动齿轮平衡块64、密封圈65和后盖螺钉66;所述后盖61的结构包括两个销孔611、八个安装孔612、高压油孔613、主动齿轮平衡孔614、从动齿轮平衡孔615、梯形润滑油槽616、密封圈槽617;所述主动齿轮平衡孔614对应主动齿轮轴1,孔内装有主动齿轮平衡块63;所述从动齿轮平衡孔615对应从动齿轮轴2,孔内装有从动齿轮平衡块64;所述的高压油孔613将主动齿轮平衡孔614和从动齿轮平衡孔615与泵的出口腔32连通;梯形润滑油槽616连接泵的进口腔31。
[0036] 所述主动齿轮平衡块63受到出口腔32高压油的作用推动主动齿轮轴1的尾部继而平衡主动齿轮轴1上的轴向力;所述从动齿轮平衡块64受到出口腔32高压油的作用推动从动齿轮轴2的尾部继而平衡从动齿轮轴2上的轴向力。
[0037] 梯形润滑油槽616用于存储液压油给滑动轴承42润滑;密封圈槽617用于安装橡胶密封圈,起到密封作用。
[0038] 参见图5,所示为本发明单个齿形示意图。主动螺旋齿轮11和从动螺旋齿轮21端面齿形的齿顶圆da、齿根圆df、分度圆dj以及齿形中渐开线的基圆db为同心圆,且齿顶圆弧半径和齿根圆弧半径相等,均为ro。主动螺旋齿轮11和从动螺旋齿轮21的端面齿形相同,都由Z个齿沿圆周均匀分布,单个齿形关于垂直轴对称,由以下五段曲线相接而成:c'b':齿根圆弧; b'a':渐开线; a'a:齿顶圆弧; ab:渐开线; bc:齿根圆弧;
上述各段曲线在连接处均相切。在啮合过程中,齿形中的齿顶圆弧和齿根圆弧无间隙啮合;齿形中渐开线互为共轭曲线,起到传递力矩的作用,主动螺旋齿轮11将力矩传递到从动螺旋齿轮21上,从而带动从动螺旋齿轮21一起旋转。所述端面齿形的端面重合系数为εα=
0.5,轴向重合系数为εβ=1.0,总重合系数1.5。所述主动螺旋齿轮11、从动螺旋齿轮21的齿宽B相等,导程T也相等,并且导程T等于齿宽B乘以齿数Z,即T=B×Z。
[0039] 参见图6(a)、图6(b)和图6(c),所示为本发明主、从螺旋齿形的啮合过程图。主动螺旋齿轮11顺时针旋转,从动螺旋齿轮21逆时针旋转,在图6(a)的状态时,主动螺旋齿轮11的主动第一单齿111和主动第二单齿112之间的齿根圆弧正好与从动螺旋齿轮21的从动第一单齿211齿顶圆弧相重合,实现无间隙啮合;主、从螺旋齿轮进一步旋转至图6(b)状态,主动螺旋齿轮11的主动第一单齿111和主动第二单齿112之间的齿根圆弧与从动螺旋齿轮21的从动第一单齿211齿顶圆弧脱开,主动螺旋齿轮11的主动第二单齿112的渐开线推动着从动螺旋齿轮21的从动第一单齿211的渐开线转动,两者渐开线相互共轭;当主动螺旋齿轮11的主动第二单齿112渐开线完成啮合时,正好处于图6(c)状态,主动螺旋齿轮11的主动第二单齿112的齿顶圆弧正好与从动螺旋齿轮21的从动第一单齿211和从动第二单齿212之间的齿根圆弧相重合,实现无间隙啮合;这样主、从螺旋齿轮端面齿形完成了一组单齿的啮合,由于是螺旋齿形,该啮合过程还不断实现着重复,从而保证主、从螺旋齿轮啮合的连续性。主、从螺旋齿形的啮合过程平顺,齿顶和齿根之间不存在封闭空间,实现无间隙啮合,这样从根本上消除了困油现象,因此工作平稳,噪音低,无脉动,并且效率高、使用寿命长。另外,由于整个齿形所有相邻的曲线在连接处相切,因此在加工过程中,成形铣刀或磨削砂轮的耐磨性显著提高,使用寿命延长。
[0040] 参见图7(a)、图7(b)、图7(c),在相同基圆db和分度圆dj条件下,齿数Z分别等于7、8和9时螺旋齿轮端面齿形啮合对比图。本发明中螺旋齿轮的齿形由Z个齿沿圆周均布,理论上齿数Z可以是2到无穷多个,在实际应用中的优先选用齿数Z为5 19。在实际的工程应用~
中,可根据不同的工况选取齿数。在分度圆、渐开线基圆、齿宽和转速固定的情况下,齿数越多,形成的密封腔越多,压力提升性能也越强;齿数越少,容积腔越大,排出流体的体积越多。
[0041] 使用时,参见图3,主动齿轮轴1和从动齿轮轴2连续不断地啮合运转,被输送介质从进口腔31进入,通过主动螺旋齿轮11、从动螺旋齿轮21的齿槽与泵体3的8字孔形成的密闭空间输送到出口腔32。
[0042] 以上内容并非对本发明的结构、形状作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
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