内啮合齿轮泵 |
|||||||
申请号 | CN201280029148.7 | 申请日 | 2012-12-26 | 公开(公告)号 | CN103597210A | 公开(公告)日 | 2014-02-19 |
申请人 | 住友电工烧结合金株式会社; | 发明人 | 鱼住真人; 小菅敏行; | ||||
摘要 | 一种内 啮合 齿轮 泵 (9),其中泵 转子 (1)如下方式构造, 基圆 直径设定为A,滚圆半径设定为b,轨迹圆直径设定为C,以及偏心量设定为e(毫米),使滚圆沿基圆作无滑动的滚动,并且,利用与滚圆中心的距离为e的定点的轨迹,藉此,绘出摆线(T),基于各自的中心位于摆线(T)上的一组轨迹圆的包络线,形成具有n个齿的内转子(2)的齿廓,组合该内转子与具有(n+1)个齿的外转子。该内转子的齿廓曲线满足下述表达式(1)。因为满足K 角 (s)。 | ||||||
权利要求 | 1.一种内啮合齿轮泵,其中,基圆直径设定为A毫米,滚圆直径设定为B毫米,滚圆半径设定为b毫米,轨迹圆直径设定为C毫米,以及,偏心量设定为e毫米,其中,使所述滚圆沿所述基圆作无滑动的滚动,并且,利用与所述滚圆的中心之距离为e的定点的轨迹,藉此,绘出摆线(T), |
||||||
说明书全文 | 内啮合齿轮泵技术领域[0001] 本发明涉及配备有泵转子的内啮合齿轮泵,该泵转子由利用摆线形成齿廓的内转子、以及比内转子多一个齿的外转子构成。具体而言,本发明涉及一种内啮合齿轮泵,其通过避免在内转子的齿顶处形成尖角来获得增强的泵性能,以及,本发明涉及形成内转子齿廓的方法。 背景技术[0003] 在这种内啮合齿轮泵的已知类型中,利用摆线形成内转子的齿廓。如图8中所示,首先设定基圆直径A、滚圆直径B、偏心量e、以及轨迹圆直径C。然后,使滚圆沿基圆作无滑动的滚动,并得到由与滚圆中心有一定距离(按偏心量)的点绘出的摆线T。轨迹圆C的中心C0沿摆线T移动,得到一组圆弧,这些圆弧的包络线作为内转子曲线(齿廓)TC(参见专利文献1中的图2)。 [0004] 所使用外转子的齿数比内转子2多一个(内转子齿数:n,以及,外转子齿数:n+1)。外转子的齿廓基于这样一种方法形成,该方法使用基于上述方法所得到的内转子2的一组齿廓曲线的轨迹,或者基于其它已知方法形成。例如,上述方法使用内转子的一组齿廓曲线的轨迹,该方法涉及:沿以外转子中心为中心、且直径为(2e+t)(e表示内转子2与外转子3之间的偏心量,以及,t表示在理论偏心位置处内转子2与外转子3之间的齿顶间隙)的圆,内转子的中心公转一圈,并且,在公转期间使内转子2自转(1/n)次。作为内转子2公转以及自转的结果,绘出了内转子2自转n次时所得到的一组内转子齿廓曲线的包络线,并且,该包络线作为外转子3的齿廓(参见专利文献1中的图3至图5,以及专利文献2中的第[0044]段和图9)。 [0005] 通过组合按这种方法制造的内转子2和外转子3,并且使这些转子相对彼此偏心方式布置,形成泵转子。将这种泵转子容纳在具有进给口和排出口的壳体的转子腔内,藉此,形成内啮合齿轮泵(参见本申请中的图1,以及专利文献2中的第[0048]段和图10)。 [0006] 在利用摆线形成齿廓的内转子2中,在各齿顶2a的相对边缘处会形成回线(loops)R(图9(a)),或者在齿顶的相对边缘处会形成尖角s(图9(b)),这取决于所作选择,例如基圆直径A。具有上述回线R的齿廓形状实际上不可实现,以及,由于不可能在齿廓中形成这种回线R,它们变成形成于齿顶相对边缘处的尖角s。 [0007] 将各齿顶相对边缘处具有尖角s的齿廓用于油泵时,尖角(边缘)s处的接触应力(即:赫兹应力(赫氏点接触应力))增大,并导致这些区域中的磨损或变形(yielding),因此,导致泵性能的降低、以及振动和噪音的增加。 [0008] 引文列表 [0009] 专利文献 [0010] 专利文献1:日本经审查实用新型登记申请公开No.6-39109 [0011] 专利文献2:日本专利No.4600844 发明内容[0012] 技术问题 [0013] 在相关技术中,当形成尖角s时,采用了使用弧形曲面校正尖角s的方法(即:通过形成弧形曲面除去尖角s)。然而,基于弧形曲面的校正导致内转子2与外转子3之间的齿隙扩大,导致泵性能(例如容积效率)降低。 [0015] 根据经验,当两个转子2、3互相啮合时,要求50%或更高的机械效率、以及1.5或更高的赫兹应力安全系数((材料接触疲劳极限)/(赫兹应力)),以及,其乘积(即:(机械效率)×(赫兹应力安全系数))需要为75%或更高。 [0016] 为了解决上述问题,本发明的第一个目的是,避免在内转子2齿廓的各齿顶2a的相对边缘处形成尖角s。本发明的第二个目的是,在没有尖角s的内转子2齿廓中,抑制机械效率的降低以及赫兹应力的增大。 [0017] 问题的解决方案 [0018] 图6(a)、图6(b)和图6(c)图示,圆C的中心沿轨迹线T(其由半径为r的圆弧将两条直线连接而构成)移动所得到的圆C的包络线TC。如图6(a)中所示,当圆C的半径c小于轨迹线T的圆弧半径r(c [0019] 在利用摆线形成内转子齿廓的情况下,通过使轨迹圆C的中心C0沿摆线T移动得到一组圆弧,这些圆弧的内侧包络线作为内转子曲线(齿廓)TC,如图8中所示。在有些区段中摆线T的曲率半径ρ局部小于轨迹圆C的半径(C/2)(ρmin<(C/2))的情况下,轨迹圆C的圆弧组的包络线TC在这些区段的每一个处交叉,导致在内转子曲线(齿廓)TC中形成回线R(图9(a))。如果有些区段中曲率半径ρ与轨迹圆C的半径彼此相等,形成尖角而没有交叉(图9(b))。 [0020] 据此,在本发明中,轨迹圆C的半径(C/2)总是设置为小于摆线T的曲率半径ρ。换而言之,轨迹圆C的半径(C/2)小于摆线T的最小曲率半径ρmin(C/2<ρmin)。 [0021] 接着,如图7(a)和图7(b)中所示,满足下述表达式: [0022] COS(π/2-θ)=sinθ=(x2+b2-e2)/2bx [0023] 这里,n表示内转子2的齿数,b表示滚圆B的半径(=B/2),C表示轨迹圆直径,以及,e表示偏心量。 [0024] 曲率半径ρ基于Euler-Savary′s公式表达如下: [0025] (1/x+1/(ρ-x))sinθ=1/a+1/b。 [0026] 假设(1/a+1/b)=γ, [0027] ρ=x+1/(γ/sinθ-1/x)。 [0028] 通过将上述sinθ代入到ρ的这种表达式中,假设α=b2-e2且β=2bγ-1,[0029] ρ=x+(x3+αx)/(βx2-α). [0030] 此外,通过相对于x微分ρ, [0031] dρ / dx=1+((3x2+α)(βx2-α)-(x3+αx)(2βx)) /2 2 2 2 2 2 3 2 2 (βx-α)=((βx-α)+((3x+α)(βx-α)-(x+αx)(2βx)))/(βx-α),以及,其分 2 2 子是(β+1)x(βx-3α)。 [0032] 基于e≤X≤2b且β+1=2bγ≠0,满足dρ/dx=0的x如下: [0033] [0034] 所以,当 [0035] 时, [0036] 曲率半径ρ最小(最小曲率半径ρmin),因而, [0037]2 2 [0038] 基于α=b-e,β=2bγ-1,且a/b=n,得到下式: [0039] [0040] 假设最小曲率半径ρmin大于轨迹圆的半径(ρmin>C/2),得到下式: [0041] [0042] 采用下述表达式: [0043] [0044] 并且满足K<1,使轨迹圆C的半径(C/2)总是小于图8中摆线T的曲率半径ρ,因而,避免在内转子2的齿廓中各齿顶2a的相对边缘处形成尖角s,藉此,实现上述第一个目的。 [0045] 接着,为了获得75%或更高的乘积(即:(机械效率)×(赫兹应力安全系数)),如上所述,根据下面的实验结果,将K值设定为0.2≤K≤0.97。如果K1=2ρmin-C,满足0.3≤K1≤9.8。 [0046] 此外,假设 [0047] [0048] 满足0.06≤K2≤1.8。 [0049] 为了获得50%或更高的机械效率、以及1.5倍或更高的赫兹应力安全系数,期望的是,满足0.7≤K≤0.96,0.5≤K1≤2,以及,0.1≤K2≤0.7。 [0050] 通过得到满足这些条件的齿廓,实现了上述第二个目的。 [0051] 在这种情况下,K表示“比率”,K1表示“量”,以及,K2表示比中的K1。 [0052] 发明的有益效果 [0055] 图2是根据本实施例的内转子齿的放大图; [0056] 图3图示本实施例中“机械效率×赫兹应力安全系数”与K之间的关系; [0057] 图4图示本实施例中“机械效率×赫兹应力安全系数”与K1之间的关系; [0058] 图5图示本实施例中“机械效率×赫兹应力安全系数”与K2之间的关系; [0059] 图6(a)图示圆C的中心沿轨迹线T移动时所得到圆C的包络线,并且示出圆弧区段的直径r小于圆C的半径c的情况; [0060] 图6(b)图示圆C的中心沿轨迹线T移动时所得到圆C的包络线,并且示出r等于c的情况; [0061] 图6(c)图示圆C的中心沿轨迹线T移动时所得到圆C的包络线,并且示出r大于c的情况; [0062] 图7(a)图示如何计算摆线T的最小曲率半径ρmin; [0063] 图7(b)图示如何计算摆线T的最小曲率半径ρmin; [0064] 图8图示利用摆线的内转子设计; [0065] 图9(a)是图示相关技术中内转子齿廓形状的放大图;以及 [0066] 图9(b)是图示相关技术中内转子齿廓形状的放大图。 具体实施方式[0067] 图1和图2图示本发明的一种实施例。在本实施例中,内转子2的齿廓基于图8中所示齿廓形成方法形成,以及,外转子3的齿廓基于专利文献1和专利文献2中所述的方法形成。然后,制造由铁基烧结合金构成、并具有六个齿的内转子2,以及,制造由铁基烧结合金构成、并具有七个齿的外转子3,并将二者互相组合,藉此,形成内啮合齿轮油泵1。将内啮合齿轮油泵1容纳在泵壳5(其具有进给口7和排出口8)的转子腔6中,藉此,形成内啮合齿轮泵9。 [0068] 设计内转子2的齿廓时,满足上述表达式(1)中的条件K<1,藉此,在内转子曲线(齿廓)TC的各齿顶2a的相对边缘处没有形成回线R或尖角s,如图2中所示。 [0069] 具体而言,内转子的齿数n是6,滚圆直径B为5毫米(下文同样适用),基圆直径A为30(n×B),偏心量e为2,外转子外径为较大直径+6(壁厚为3),理论排出量为3.25立方厘米/每转,齿顶间隙为0.08毫米,侧面间隙为0.03毫米,本体间隙(body clearance)为0.13毫米,油型/油温是ATF80℃,排出压力为0.3兆帕,转速为3000转/分钟(rpm),以及,材料接触疲劳强度为600兆帕。材料接触疲劳强度是烧结材料的代表值,并根据转子的预期用途(即:由于排出压力增大导致的赫兹应力增大)适当选择材料。 [0070] “机械效率×赫兹应力安全系数(下文简称为“赫兹安全系数”或“安全系数”)”与“C/2ρmin(=K)”之间的关系如图3中所示。下表I示出相对于各K(C/2ρmin)的“机械效率”、“赫兹应力”、“赫兹安全系数”、以及“机械效率×安全系数”。此外,图4图示“机械效率×赫兹应力安全系数”与“(2ρmin-C)=K1”之间的关系,以及,下表II示出相对于各K1(2ρmin-C)的“机械效率”、“赫兹应力”、“赫兹安全系数”、以及“机械效率×安全系数”。此外,图5图示“机械效率×赫兹应力安全系数”与前述K2之间的关系。下表III示出相对于各K2的“机械效率”、“赫兹应力”、“赫兹安全系数”、以及“机械效率×安全系数”。 [0071] 表I [0072] [0073] 表II [0074] [0075] 表III [0076] [0077] 为了使“机械效率×安全系数”高于或等于75%,显然地,根据图3和表I,应满足0.2≤K≤0.97,根据图4和表II,应满足0.3≤K1≤9.8,以及,根据图5和表III,应满足0.06≤K2≤1.8。 [0078] 此外,为了得到50%或更高的机械效率、以及1.5倍(150%)或更高的赫兹应力安全系数,显然地,根据图3和表I,应满足0.7≤K≤0.96,根据图4和表II,应满足0.5≤K1≤2,以及,根据图5和表III,应满足0.1≤K2≤0.7。 [0079] 外转子3的齿廓并不局限于上述通过内转子2的公转和自转所形成的一组齿廓曲线的包络线。可替代地,外转子3的齿廓可以基于任一种方法得到,只要包络线是例如允许自转而不会导致内转子2与外转子3互相干扰的外转子3最小齿廓线,并且,该齿廓绘制于包络线的外侧。 [0080] 此外,内转子2中的齿数并不局限于六个,而且可以是自由选择的数目。 [0082] 附图标记列表 [0083] 1 内啮合齿轮油泵转子 [0084] 2 内转子 [0085] 2a 内转子的齿顶 [0086] 3 外转子 [0087] 4 泵腔 [0088] 5 泵壳 [0089] 6 转子腔 [0090] 7 进给口 [0091] 8 排出口 [0092] 9 内啮合齿轮泵 [0093] A 基圆直径 [0094] B 滚圆直径 [0095] C 轨迹圆直径 [0096] T 摆线 [0097] TC 齿廓(内转子曲线) |