一种具有齿根V形卸荷孔的单泵盖式外啮合齿轮泵 |
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| 申请号 | CN201710250406.9 | 申请日 | 2017-04-17 | 公开(公告)号 | CN107061265A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 西京学院; | 发明人 | 张博; 吴松林; 张敏; | ||||
| 摘要 | 一种具有V形卸荷孔的外 啮合 齿轮 泵 ，包括外啮合齿轮泵的主动齿轮和从动齿轮，当外啮合齿轮泵为大侧隙外啮合齿轮泵时，主动齿轮上开有若干层若干组V形卸荷孔；当外啮合齿轮泵为小侧隙外啮合齿轮泵时，主动齿轮和从动齿轮上开有若干层若干组V形卸荷孔，每组V形卸荷孔都由两条位于齿根中心部位的卸荷通道汇聚到相应齿轮轴孔，由于采用V形卸荷孔，其卸荷面积恒定，流量 波动 和压 力 要比目前常见的矩形、圆弧形卸荷槽的稳定，可有效缓解外啮合齿轮泵的困油现象；另外，由于V形卸荷孔的形状非常简单，所以加工量较少、加工工艺较为简单。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有V形卸荷孔的外啮合齿轮泵，包括外啮合齿轮泵的主动齿轮(7)和从动齿轮(2)，其特征在于：当外啮合齿轮泵为大侧隙外啮合齿轮泵时，主动齿轮(7)上开有若干层若干组V形卸荷孔(7-3)，每组V形卸荷孔(7-3)都由两条位于齿根(7-2)中心部位的卸荷通道汇聚到主动齿轮轴孔(7-4)； |
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| 说明书全文 | 一种具有齿根V形卸荷孔的单泵盖式外啮合齿轮泵技术领域[0001] 本发明涉及一种外啮合齿轮泵，特别是涉及一种具有V形卸荷孔的外啮合齿轮泵。 背景技术[0002] 外啮合齿轮泵是凭借完全封闭的工作腔体积的不断变化，产生压力来增加液体的压力完成液体输送的一种泵，因其价格低廉、可靠性较高、寿命长和自吸能力较强，所以在工业中应用相对其他液压泵广泛。齿轮泵都或多或少有着泄漏、困油现象以及噪声、振动等诸多缺点。针对困油现象，解决困油问题的根本原则是在保证高压腔和低压腔不相通的前提下，设计一个可以使困油部分与压油腔或者吸油腔相通的通道。消除其危害的措施多种多样，如卸荷槽法、卸压孔法、修正齿型法以及采用斜齿轮或者人字齿轮都可以消除困油危害。目前，运用最广的是开卸荷槽的方法，市面上以双矩形卸荷槽居多。不论卸荷槽的形状大小如何，其实际卸荷面积都是随着齿轮的转动不断变化的，变化的幅度也很大。而且卸荷槽普遍都开在浮动侧板上，浮动侧板的作用是通过压力压紧齿面，减小齿面间隙，从而缓解齿面泄漏。开卸荷槽破坏了浮动侧板，对齿面泄漏有所影响。 发明内容[0003] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有V形卸荷孔的外啮合齿轮泵，不仅卸荷面积大且恒定，恒定卸荷面积可以超过矩形卸荷槽的平均卸荷面积，形状结构简单，工艺简单。 [0004] 为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为： [0005] 一种具有V形卸荷孔的外啮合齿轮泵，包括外啮合齿轮泵的主动齿轮7和从动齿轮2，当外啮合齿轮泵为大侧隙外啮合齿轮泵时，主动齿轮7上开有若干层若干组V形卸荷孔7- 3，每组V形卸荷孔7-3都由两条位于齿根7-2中心部位的卸荷通道汇聚到主动齿轮轴孔7-4； [0006] 当外啮合齿轮泵为小侧隙外啮合齿轮泵时，主动齿轮7和从动齿轮2上开有若干层若干组V形卸荷孔7-3，每组V形卸荷孔7-3都由两条位于齿根7-2中心部位的卸荷通道汇聚到相应齿轮轴孔7-4。 [0007] 所述的V形卸荷孔7-3的两条通道角度由齿轮的直径决定，当齿轮直径越小时，角度越大，反之则越小。 [0008] 所述的V形卸荷孔7-3的直径根据齿轮泵的流量、流速和泵内压力选择尺寸。 [0010] 本发明的有益效果为： [0011] 由于采用V形卸荷孔7-3，其卸荷面积恒定，流量波动和压力要比目前常见的矩形、圆弧形卸荷槽的稳定，可有效缓解外啮合齿轮泵的困油现象；另外，由于V形卸荷孔7-3的形状非常简单，所以加工量较少、加工工艺较为简单。附图说明 [0012] 图1为本发明外啮合齿轮泵的结构爆炸图。 [0013] 图2为本发明主动齿轮7的俯视剖面图。 [0014] 图3为大侧隙外啮合齿轮泵卸荷示意图。 [0015] 图4为V形卸荷孔的整体分布示意图。 [0016] 图5为小侧隙外啮合齿轮泵卸荷示意图。 [0017] 图6为双矩形卸荷槽与V形卸荷孔的卸荷面积变化对比示意图。 [0018] 图7为双矩形卸荷槽与V形卸荷孔的卸荷压力变化对比示意图。 具体实施方式[0019] 下面结合附图及实施例对本发明作详细描述。 [0020] 参照图1和图2，一种具有V形卸荷孔的外啮合齿轮泵，包括由主动齿轮7以及驱动轴4、和主动齿轮7配合的从动齿轮2、前浮动侧板8以及后浮动侧板5、密封纸垫9、泵体1以及泵盖10、定位销钉11、联接螺栓6和螺塞3连接成的外啮合齿轮泵，主动齿轮7或从动齿轮2上开有若干层若干组V形卸荷孔7-3，每组V形卸荷孔7-3都由两条位于轮齿7-1的两侧齿根7-2中心部位的卸荷通道汇聚到齿轮轴孔7-4，轴孔7-4上开有键槽7-5，键槽7-5设置在两组V形卸荷孔7-3的中间位置。所述的V形卸荷孔7-3的两条通道角度由齿轮的直径决定，当齿轮直径越小时，角度越大，反之则越小。所述的V形卸荷孔7-3的直径根据齿轮泵的流量、流速和泵内压力选择尺寸。所述的V形卸荷孔7-3的开孔位置在齿根处，从轴向看定位在齿根的中间位置，径向位置位于齿宽的中间位置。这样的对称设计可以保证齿轮的刚度和强度，依照齿根弯曲疲劳强度校核齿轮时，由于齿轮泵工作过程中从动齿轮2受力大于主动齿轮7，所以V形卸荷孔7-3尽量只开在主动齿轮7上。 [0021] 当前大部分的外啮合齿轮泵的卸荷槽都开在前浮动侧板8或后浮动侧板5上，因为齿端与泵盖10间的轴向间隙泄漏量大，约占总泄漏量的75～80％。而浮动侧板的作用是压紧齿轮可以有效减少轴向泄漏。卸荷槽的设置破坏了浮动侧板的完整性，所以会增加泄漏量，降低容积效率。V形卸荷孔7-3开在齿根处，保证了浮动侧板的完整性，而且充分利用卸荷面积，有利于提高容积效率。 [0022] 图3为大侧隙齿轮泵困油区卸荷原理图，b是主动齿轮7圆心，a是从动齿轮2的圆心，d是V形卸荷孔7-3的直径，α为单侧卸荷通道与啮合齿轮中心线的夹角，α的取值根据主动齿轮7直径和齿数而取值，主动齿轮7直径越大α的取值越小，主动齿轮7直径越小α的取值越大；主动齿轮7齿数越多α的取值越小，主动齿轮7齿数越多α的取值越大。 [0023] 参照图4，每个V形卸荷孔7-3都均匀分布在以主动齿轮7圆心b为中心的圆上，由两个卸荷孔通道从一个轮齿的两侧齿根处汇聚到主动齿轮7轴孔的位置，轴孔处的卸荷孔直径与齿根处的卸荷孔直径相同，都为d。齿根处卸荷孔圆心到齿面的距离为h，图4(a)是单层V形卸荷孔7-3，所以卸荷孔圆心到上下两齿面的距离都为h，用户可以根据齿轮泵的流量和流速以及困油区的压力在保证齿轮刚度和强度的情况下增加V形卸荷孔7-3的层数，如图4(b)所示，图中有三层V形卸荷孔7-3，h为最上层V形卸荷孔7-3圆心到上齿面的距离，卸荷孔的分布必须对称于齿宽中心线，为了保证主动齿轮7的刚度与强度，h不能小于2.5d，每两层V形卸荷孔7-3的距离不能小于d。通过图4(a)中V形卸荷孔7-3分布示意图，可以看到一个V形卸荷孔7-3需要用到两个齿根，所以该V形卸荷孔7-3的设计要求齿轮的齿数为偶数，那么齿根数也为偶数，如果为奇数，就会有一个齿根无法与其他齿根构成V形卸荷孔7-3。 [0024] 大侧隙外啮合齿轮泵，因为困油区为单腔，而从动齿轮2受力大于主动齿轮7，为了保证齿轮泵的稳定，所以V形卸荷孔7-3开在主动齿轮7上，如果需要增加卸荷面积，可以增加主动齿轮7上的V形卸荷孔的层数。 [0025] 图5为小侧隙齿轮泵的困油过程示意图，图5(a)为小侧隙齿轮泵卸荷过程的某一位置的示意图，因为小侧隙的困油区分为困油区1和困油区2，困油区1靠近从动齿轮2，困油区2靠近主动齿轮7，且困油区1与困油区2不连通，所以与大侧隙齿轮泵单齿轮卸荷不同的是小侧隙齿轮泵需要双齿轮卸荷，在从动齿轮2上也开与主动齿轮7相同的V形卸荷孔7-3，在设计时需要对从动齿轮2的强度刚度进行校核。 [0026] 具有V形卸荷孔7-3的小侧隙齿轮泵对齿轮的装配有要求，V形卸荷孔7-3与困油区连接的卸荷通道为进油通道，另一条通道为出油通道。图5(a)为小侧隙齿轮两组V形卸荷孔出油通道处在排油腔示意图，图5(b)为小侧隙齿轮两组V形卸荷孔出油通道处在吸油腔示意图。小侧隙齿轮泵的卸荷过程中，主动齿轮7与从动齿轮2分别有一组V形卸荷孔7-3处于工作状态，齿轮装配要求从动齿轮2与主动齿轮7的两组V形卸荷孔的出油通道必须同时通向吸油腔或者排油腔。由于小侧隙齿轮的困油区1和困油区2虽然不连通，但是也并不是完全密封，所以如果两个齿轮的两组工作中V形卸荷孔7-3的两个出油通道分别在吸油腔和排油腔，那么就有使小侧隙齿轮泵的吸油腔和排油腔连通的可能，就会影响齿轮泵正常工作。 [0027] V形卸荷孔7-3的孔径d的数值影响着排油速度，可以根据额定的排油速度和已知的困油容积来确定V形卸荷孔的孔径d。 [0028] 具体计算举例如下：采用模数为4mm，齿数为14，分度圆压力角为20°，两齿轮的啮合角为29°，齿宽为21mm，齿侧间隙为0.32mm，转速为4500r/min，泵进口压力为0.5MPa、出口压力为16MPa，纯净油标准的体积弹性模量为1.7×109Pa，工作油液的密度为870Kg/m^3的实例参数，以困油区从形成到消失为一个周期T。计算可得，最小困油容积为5.3485×mm^3，V形卸荷孔7-3的直径d为2mm，V形卸荷孔7-3的夹角为48°，单侧通道与啮合齿轮中心线的夹角α为24°。 [0029] 如图6所示，单层V形卸荷孔卸荷面积与双矩形卸荷槽的比较，Sold表示双矩形卸荷槽卸荷面积，Snew表示V形卸荷孔卸荷面积，双矩形卸荷槽的卸荷面积周期变化趋势大体呈抛物线状，而V形卸荷孔7-3的卸荷面积保持不变，虽然V形卸荷孔7-3的极限卸荷面积小于双矩形卸荷槽的卸荷面积，但是V形卸荷孔7-3的有效卸荷面积更为接近理论卸荷面积，双矩形卸荷槽的有效卸荷面积与其理论卸荷面积还存在一定差距。如果用户需要更大的卸荷面积，可以在保证齿轮刚度与强度的前提下采用多层V形卸荷孔7-3的设计，可以成倍的增加卸荷面积，卸荷效率远大于双矩形卸荷槽。 [0030] 如图7所示，单层V形卸荷孔卸荷压力与双矩形卸荷槽卸荷压力的比较，Pold表示双矩形卸荷槽卸荷压力，Pnew表示V形卸荷孔卸荷压力，由于双矩形卸荷槽的初始卸荷面积(极限卸荷面积)大于V形卸荷孔7-3，所以双矩形卸荷槽的初始压力小于V形卸荷孔7-3。但是当到卸荷周期的中心位置时，双矩形卸荷槽的卸荷面积迅速减小(此时，困油区位于双矩形卸荷槽的中间，有效卸荷面积为最小值)，到达最小值，卸荷压力增加，达到峰值。而V形卸荷孔7-3由于有效卸荷面积保持恒定，卸荷压力曲线大体呈线性。但是V形卸荷孔7-3的极限卸荷面积小于双矩形卸荷槽，所以初始卸荷压力较大，可以采用多层V形卸荷孔7-3的设计，会有效降低初始卸荷压力。 [0031] 从加工的角度来说，V形卸荷孔7-3的加工只需要一台钻床和四爪卡盘，配以直径合适的钻头即可完成加工。与双矩形卸荷槽的加工相比，V形卸荷孔7-3的加工简单，省时省力，且性价比较高。 |
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