液压齿轮泵中的大压力角负变位齿形齿轮
阅读：805发布：2020-05-13
专利汇可以提供液压齿轮泵中的大压力角负变位齿形齿轮专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种液压 齿轮 泵 上使用的渐开线圆柱齿轮，其齿型为负变位30° 压 力 角 。使用本齿型的生产的液压齿轮泵，体积小、重量轻、寿命长、不根切、噪声低，其 排量 、额定压力，容积效率，总效率及噪声都达到国标一等品的要求，有很好的推广使用价值。，下面是液压齿轮泵中的大压力角负变位齿形齿轮专利的具体信息内容。
液压齿轮泵中的大压力角负变位齿形齿轮 技术领域
本发明涉及一种齿轮，具体地说，涉及一种液压齿轮泵中的大压力角负变位 齿形齿轮。
背景技术
目前广泛使用的液压齿轮泵，其齿轮大都采用普通标准的渐开线圆柱齿轮， 在液压齿轮泵的设计中，排量计算一般都采用公式q-2nzn^B"(^进行排量计 算以确定齿轮的参数，式中
q—泵的排量 单位ml/r
Z—齿轮的齿数
m—齿轮的模数 单位mm B—齿轮的宽度 单位cm
从上述公式中可知，排量q与齿数z的一次方正比，与模数的平方成正比， 与齿轮宽度成正比。当需增大排量时，若增加齿数会使齿轮泵体积增大，若增加 齿轮宽度， 一方面会使泵的体积增大，还会增加齿轮泵轴承负荷，影响齿轮泵寿命。
国家标准规定渐开线圆柱齿轮的压力角为-20°，齿顶高系数ha^，齿轮不 产生根切的最小齿数Zmin=2XlAin'2()°=17。两只齿轮相啮合的理论中心 距A-niXz，为了达到较大排量,增加模数m和齿数z都会使齿轮泵体积增大，安 装齿轮泵需要较大空间，空间小将无法使用。
目前使用的齿轮泵，普遍存在瞬时流量脉动过大的缺点，降低了液压系统中 元件工作的平稳性和均匀性，甚至会产生压力脉冲，从而使整个系统产生振动， 发生很强的噪声污染。
q—泵的排量 单位ml/r
Z—齿轮的齿数
m—齿轮的模数 单位mm B—齿轮的宽度 单位cm
从上述公式中可知，排量q与齿数z的一次方正比，与模数的平方成正比， 与齿轮宽度成正比。当需增大排量时，若增加齿数会使齿轮泵体积增大，若增加 齿轮宽度， 一方面会使泵的体积增大，还会增加齿轮泵轴承负荷，影响齿轮泵寿命。
国家标准规定渐开线圆柱齿轮的压力角为-20°，齿顶高系数ha^，齿轮不 产生根切的最小齿数Zmin=2XlAin'2()°=17。两只齿轮相啮合的理论中心 距A-niXz，为了达到较大排量,增加模数m和齿数z都会使齿轮泵体积增大，安 装齿轮泵需要较大空间，空间小将无法使用。
目前使用的齿轮泵，普遍存在瞬时流量脉动过大的缺点，降低了液压系统中 元件工作的平稳性和均匀性，甚至会产生压力脉冲，从而使整个系统产生振动， 发生很强的噪声污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种齿数少，模数大的齿轮，制造的液压齿 轮泵不仅能满足流量的要求，又能做到体积小，重量轻，寿命长，不根切，噪声低。
为了解决上述技术问题，本发明设计的液压齿轮泵渐开线圆柱齿轮的齿形为 30°压力角齿形负变位。
本发明的积极效果是：采用大压力角负变位齿形渐开线圆柱齿轮制造的液压 齿轮泵，体积小、重量轻、寿命长、噪声低，齿轮不产生根切，其排量、额定压 力，容积效率，总效率及噪音都达到国标一等品的标准。
附图说明
图1为标准圆柱齿轮外啮合示意图； 图2为齿轮圆周压力的近似分布曲线。
图中：d、分度圆直径，ha、齿顶高，hf、齿根高，h、全齿高，ck、齿顶圆 直径，d、分度圆，df、齿根圆直径，a、中心距，ci、齿顶圆压力角，Fty、啮 合力在y轴方向的分力，Rb、齿轮基圆半径，Ra、齿顶圆半径，K、齿轮分度圆 半径。
为了解决上述技术问题，本发明设计的液压齿轮泵渐开线圆柱齿轮的齿形为 30°压力角齿形负变位。
本发明的积极效果是：采用大压力角负变位齿形渐开线圆柱齿轮制造的液压 齿轮泵，体积小、重量轻、寿命长、噪声低，齿轮不产生根切，其排量、额定压 力，容积效率，总效率及噪音都达到国标一等品的标准。
附图说明
图1为标准圆柱齿轮外啮合示意图； 图2为齿轮圆周压力的近似分布曲线。
图中：d、分度圆直径，ha、齿顶高，hf、齿根高，h、全齿高，ck、齿顶圆 直径，d、分度圆，df、齿根圆直径，a、中心距，ci、齿顶圆压力角，Fty、啮 合力在y轴方向的分力，Rb、齿轮基圆半径，Ra、齿顶圆半径，K、齿轮分度圆 半径。
具体实施方式
一、齿轮参数及计算案例-1、齿形参数
Z=10 m=5. 75 a =30°
(1) 齿数
(2) 模数
(3) 齿形压力角 2、设计计算公式
(1) 理论中心距
(2) 实际中心据
(3) 分度圆直径
(4) 基圆直径
a=mz=57.5 a' =55 d=mz=57. 5 db=mzc()s a =49. 8 (5)啮合角a '由公式cosa' =a/a， *co's ct 得a ' =arcc (a/a， *cos a ) =arcc()s57. 5/55*cos30o=25. 12。
(6) 变位系数
(7) 中心距分离系数 («)齿顶高变动系数
(9) 齿顶高
(10) 齿根高
(11) 齿顶圆直径
(12) 齿根圆直径
x=z (ivna, -ivna) /2tg a =-0. 202 y= (a， -a) /m= (55-57. 5)/5. 75二-（). 435 △ y= (x卜x2) -y二-O. 404+0. 435=0. 031 ha=(ha*+x-Ay)m二U-O. 202-0. ():")*5. 75:4. 41 hf = (ha水如cn氺一x) m 取cn*=(). 17 ht'=(l+(). 17+0. 202) X5. 75=7.89 da=cl+2ha:r)7. 5+4. 441*2=66. 32取66. 5 df=d—2ht':57. 5—7. ,2=41. 72
(13)齿顶圆压力角 a a=aTC.cosdb/da=arccos49. 8/66. 5=41. 5°
(M)重合度 £=l/2]^[2z (tgaa-tga') ]二L.32
(15)公法线长度 w=mzcos a [(k-O. 5) ;n+zinva ]+2xmsina式中K
为夸齿数K=30z/180+0. 5=2. 16取k=2
则w=5. 75*10*cos30。 [(2-0. 5) it+10inv30。]-2*0. 202*5. 75sin30。=24. 998 二、采用大压力角负变位齿形的实施方案：
1、 减小了轴承所承受的径向力：
如图1图2所示，作用在从动齿轮轴上的径向力F2是沿齿轮圆周液体压力 产生的径向力Fp和由齿轮啮合产生的径向力Ft组成的，其中由齿轮啮合产生的 径向力FT在y轴上的分力为
Fty=BAP/Rb*(Ra-R)cosa
式中：Fty:啮合力在y轴方向的分力
Rh:齿轮基圆半径
Ra:齿顶圆半径
R:齿轮分度圆半径 a:齿轮压力角
由上式及齿轮圆周压力的近似分布曲线图可以看出：由于压力角a增大， 从动齿轮在y轴方向所承受的径向力降低，从而减轻了轴承负荷，降低了机械损 失。有利于齿轮泵的机械效率和使用寿命的提高。
2、 避免了齿轮根切-
由丰几械原理可知：渐开线圆柱齿轮在加工中不产生根切的最少齿数为：
Zmi n=2ha*/Sin2 a
其中：Zmin:渐开线圆柱齿轮不产生根切的最少齿数 ha*:齿顶高系数 国家标准规定：ha*=l
a:齿轮压力角 国家标准规定：a =20°
由上式可知：当齿顶高系数ha+4 (1=20°时： 不产生根切的最小齿数Zmir^2+l/Sin220、17
而齿轮泵由于体积的限制不可能将齿数增加到17。我们采用了 Z-IO、 『5.75、 (1=30°的齿形参数后，不产生根切的最小齿数ZmirF2W/Sir^:W、二8。尽 管我们采取了负变位，由不产生根切的最小变位系数公式X^h^iSin、 /2=-0.25可知，变位系数X》().202>-0.25，由此证明当采用a : 30°的压力角后
在Z-l()，修正系数乂=-0.202的条件下不会产生根切，即保证轮齿的强度，且减 少了齿轮泵的体积。
3、降低齿轮泵流量不均匀系数-
液压齿轮泵具有结构简单体积小、重量轻、寿命长等优点，但也存在瞬间 流量脉动的缺点。如果流量脉动大会降低液压系统中元件工作的平稳性和均匀 性，甚至会产生压力脉动，从而使整个系统产生振动，发生很强的噪音。 齿轮泵流量不均匀系数为： o Q=3 Ji 2Cos2 a /12 (Z+l) it 2Cos2 a 式中：oQ:流量不均匀系数 Z:齿轮齿数 a:齿轮压力角
由上式可以看出：采用大压力角齿形可以降低齿轮泵流量不均匀系数，从而 提高系统元件工作的平稳性，降低轴承的负荷，提高齿轮泵的综合品质和使用寿命。
综上所述，采用大压力角负变位齿形可以缩小齿轮泵的体积，减轻轴承负荷， 降低流量不均匀系数和噪音，从而提高齿轮泵的机械效率和使用寿命。推荐使用 该齿轮参数设计制造的齿轮泵，其主要技术参数-
排量： q=20-llOml/r
额定压力：P二20MP,, 最高压力：PMX=25MP, 额定转速：n=2000r/min 最高转速n,=2500r/min 容积效率：nv》92% 总效率：n总》8:孤 噪声：dB (A)《85
Z=10 m=5. 75 a =30°
(1) 齿数
(2) 模数
(3) 齿形压力角 2、设计计算公式
(1) 理论中心距
(2) 实际中心据
(3) 分度圆直径
(4) 基圆直径
a=mz=57.5 a' =55 d=mz=57. 5 db=mzc()s a =49. 8 (5)啮合角a '由公式cosa' =a/a， *co's ct 得a ' =arcc (a/a， *cos a ) =arcc()s57. 5/55*cos30o=25. 12。
(6) 变位系数
(7) 中心距分离系数 («)齿顶高变动系数
(9) 齿顶高
(10) 齿根高
(11) 齿顶圆直径
(12) 齿根圆直径
x=z (ivna, -ivna) /2tg a =-0. 202 y= (a， -a) /m= (55-57. 5)/5. 75二-（). 435 △ y= (x卜x2) -y二-O. 404+0. 435=0. 031 ha=(ha*+x-Ay)m二U-O. 202-0. ():")*5. 75:4. 41 hf = (ha水如cn氺一x) m 取cn*=(). 17 ht'=(l+(). 17+0. 202) X5. 75=7.89 da=cl+2ha:r)7. 5+4. 441*2=66. 32取66. 5 df=d—2ht':57. 5—7. ,2=41. 72
(13)齿顶圆压力角 a a=aTC.cosdb/da=arccos49. 8/66. 5=41. 5°
(M)重合度 £=l/2]^[2z (tgaa-tga') ]二L.32
(15)公法线长度 w=mzcos a [(k-O. 5) ;n+zinva ]+2xmsina式中K
为夸齿数K=30z/180+0. 5=2. 16取k=2
则w=5. 75*10*cos30。 [(2-0. 5) it+10inv30。]-2*0. 202*5. 75sin30。=24. 998 二、采用大压力角负变位齿形的实施方案：
1、 减小了轴承所承受的径向力：
如图1图2所示，作用在从动齿轮轴上的径向力F2是沿齿轮圆周液体压力 产生的径向力Fp和由齿轮啮合产生的径向力Ft组成的，其中由齿轮啮合产生的 径向力FT在y轴上的分力为
Fty=BAP/Rb*(Ra-R)cosa
式中：Fty:啮合力在y轴方向的分力
Rh:齿轮基圆半径
Ra:齿顶圆半径
R:齿轮分度圆半径 a:齿轮压力角
由上式及齿轮圆周压力的近似分布曲线图可以看出：由于压力角a增大， 从动齿轮在y轴方向所承受的径向力降低，从而减轻了轴承负荷，降低了机械损 失。有利于齿轮泵的机械效率和使用寿命的提高。
2、 避免了齿轮根切-
由丰几械原理可知：渐开线圆柱齿轮在加工中不产生根切的最少齿数为：
Zmi n=2ha*/Sin2 a
其中：Zmin:渐开线圆柱齿轮不产生根切的最少齿数 ha*:齿顶高系数 国家标准规定：ha*=l
a:齿轮压力角 国家标准规定：a =20°
由上式可知：当齿顶高系数ha+4 (1=20°时： 不产生根切的最小齿数Zmir^2+l/Sin220、17
而齿轮泵由于体积的限制不可能将齿数增加到17。我们采用了 Z-IO、 『5.75、 (1=30°的齿形参数后，不产生根切的最小齿数ZmirF2W/Sir^:W、二8。尽 管我们采取了负变位，由不产生根切的最小变位系数公式X^h^iSin、 /2=-0.25可知，变位系数X》().202>-0.25，由此证明当采用a : 30°的压力角后
在Z-l()，修正系数乂=-0.202的条件下不会产生根切，即保证轮齿的强度，且减 少了齿轮泵的体积。
3、降低齿轮泵流量不均匀系数-
液压齿轮泵具有结构简单体积小、重量轻、寿命长等优点，但也存在瞬间 流量脉动的缺点。如果流量脉动大会降低液压系统中元件工作的平稳性和均匀 性，甚至会产生压力脉动，从而使整个系统产生振动，发生很强的噪音。 齿轮泵流量不均匀系数为： o Q=3 Ji 2Cos2 a /12 (Z+l) it 2Cos2 a 式中：oQ:流量不均匀系数 Z:齿轮齿数 a:齿轮压力角
由上式可以看出：采用大压力角齿形可以降低齿轮泵流量不均匀系数，从而 提高系统元件工作的平稳性，降低轴承的负荷，提高齿轮泵的综合品质和使用寿命。
综上所述，采用大压力角负变位齿形可以缩小齿轮泵的体积，减轻轴承负荷， 降低流量不均匀系数和噪音，从而提高齿轮泵的机械效率和使用寿命。推荐使用 该齿轮参数设计制造的齿轮泵，其主要技术参数-
排量： q=20-llOml/r
额定压力：P二20MP,, 最高压力：PMX=25MP, 额定转速：n=2000r/min 最高转速n,=2500r/min 容积效率：nv》92% 总效率：n总》8:孤 噪声：dB (A)《85
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