非对称双圆弧齿形中高压齿轮泵的制作方法

专利名称：非对称双圆弧齿形中高压齿轮泵的制作方法技术领域：本发明涉及一种齿轮泵，具体地说是一种非对称双圆弧齿形中高压齿轮泵。背景技术： 在液压传动与控制技术中，齿轮泵占有极其重要的位置，它被广泛应用于机床、建筑、油田等液压系统中，现今的圆弧齿轮泵虽然具有齿数少、体积小、无根切、无脉动、传动平稳、噪音低等优点，但只能在低压下工作，应用范围不够广泛。发明内容本发明的目的在于克服现有技术中不足之处，提出了新的非对称双圆弧齿形，并设计出一种非对称双圆弧齿形中高压齿轮泵。除保持原有圆弧齿轮泵优点外，将压力提高到中高压，即属于创新的啮合制。由于齿形是非对称的，故可分为工作侧和非工作侧，通常压力角大的一侧作为工作侧，该侧由于压力角大耐疲劳强度、接触强度、耐点蚀强度均高，从而可提高齿轮承载能力和寿命，压力角小的一侧为非工作侧，本来这一侧也可采用与工作侧同样大的压力角，但这样齿顶会过早变尖，由于这一侧不工作，故这侧强度稍低不会影响泵的性能，两侧压力角大小可经优化设计后选取，啮合时齿形工作侧与工作侧相啮合，非工作侧随动。相啮合的非对称双圆弧两齿轮均采用同一齿形，其齿形由两段圆弧组成，齿顶部分为凸圆弧，齿根部分为凹圆弧。因此，非对称双圆弧齿轮传动就相当于两对单圆弧齿轮复合在一起工作。传动过程中，一对是凸齿带动凹齿工作，有一个瞬时接触点，另一对是凹齿带动凸齿工作，瞬时产生一个接触点。因此，在传动过程中，在节点前后同时有两条啮合线，且瞬时两接触点分别位于两个不同的端面内。目前在生产中应用的双圆弧齿轮有公切线式和分阶式两种形式本发明采用分阶式双圆弧齿轮，将凸、凹齿廓进行切向变位，则形成分阶式双圆弧齿轮基本齿廓。分阶式双圆弧齿轮用圆弧连接凸、凹工作齿面，所以其过渡部分呈台阶形式。结合非对称双圆弧齿轮的设计思想，实际设计了一种非对称双圆弧中高压齿轮泵泵壳体左右两端设有端盖，主动轴上的两个齿轮周向错开半个齿形角，两对相互啮合齿轮的内侧端面之间设有隔板，外侧端面与左右端盖之间设有套在主动轴和从动轴上的浮动压力侧板，由齿顶扫膛构成齿顶与泵壳体内腔圆弧面接触径向密封配合。两对啮合齿轮，其中主动轴上2个齿轮通过键联接，从动轴上1个齿轮通过键联接，另一个齿轮套在从动轴上。两对啮合齿轮为螺旋角大小相等、旋向相反的斜齿圆柱齿轮。本发明与现有技术相比具有如下优点非对称双圆弧齿形可提高齿轮耐疲劳强度、耐点蚀强度、接触强度，进而可提高齿轮寿命，两对啮合齿轮之间的隔板防止窜油，圆弧齿轮进行了扫膛设计，齿顶与泵壳体内腔为圆弧面接触，从而改变了线接触的缺点，再配合两端部的浮动压力侧板侧向密封，实现了齿轮泵中高压传送，即现有圆弧齿轮泵额定工作压力在0.6Mpa左右，而本发明的工作压力达到6Mpa以上，由于采用周向交错齿结构，本发明与渐开线齿轮泵相比，泵流量脉动率降低了75％，工作更平稳，噪音更低。图1是本发明齿轮泵工作原理图。图2是本发明非对称双圆弧齿轮齿形图。图3是本发明结构示意图。图4是图3的A-A剖视图。具体实施例方式现结合附图对本发明作进一步说明，参照图1，一对齿轮互相啮合，由于齿轮的齿顶和泵壳体内表面间隙极小，齿轮端面和浮动压力侧板间隙也很小，因而把吸油腔e和压油腔f隔开。当啮合齿轮按图示方向旋转时，齿轮啮合点右侧啮合着的齿逐渐退出啮合，空间增大，形成局部真空，油箱中的油在外界大气压作用下进入吸油腔，齿轮啮合点左侧的齿逐渐进入啮合，把齿间的油液挤压出来，从压油腔强迫流出，这就是齿轮泵的吸油和压油的过程，当齿轮不断地转动时，齿轮泵就不断地吸油和压油。图2给出了本发明齿轮泵的非对称双圆弧齿轮齿形，该齿轮泵的技术条件是 (1)该泵设计排量68ml/r(2)原动机额定转速1450r/min 原动机最高转速1800r/min(3)工作压力(额定)6.3Mpa 最高工作压力10Mpa (4)效率90％本发明的排量依据泵标准确定的，在本发明的排量确定之后，便可以得出该非对称双圆弧齿轮的参数z、m、b等，如法面模数mn＝5齿数Z＝12时，则可得到如下非对称双圆弧齿轮齿形参数工作侧压力角 α1＝24°非工作侧压力角 α2＝15°齿全高 h齿顶高 ha齿根高 hf凸齿齿廓圆弧半径 ρa凹齿齿廓圆弧半径 ρf凸齿接触点处弦齿厚 sa凹齿接触点处弦齿厚 sf凹齿接触点处槽宽 ef凸齿齿廓圆心偏移量 la凹齿齿廓圆心偏移量 lf凸齿齿廓圆心移距量 xa凹齿齿廓圆心移距量 xf凸齿工艺角 δ＝6 20 52″凹齿工艺角 δ＝9 19 30″接触点到节线的距离 hk连接圆弧和凸齿圆弧的切点到节线的距离hja连接圆弧和凹齿圆弧的交点到节线的距离hjf齿腰连接圆弧半径 rj齿根圆弧半径 rg图2表明非对称双圆弧齿轮齿形由两段圆弧组成，齿顶部分为凸圆弧，齿根部分为凹圆弧，并用圆弧连接凸凹工作齿面，其过渡部分呈台阶形式。图3是本发明齿轮泵的结构示意图，该非对称双圆弧齿轮参数如下法面模数mn＝5齿数Z＝12螺旋角β＝8°工作侧压力角α1＝24°泵体由左端盖1、中间泵壳体3、右端盖9组成的三片式结构。三片式结构具有毛坯制造容易，便于使用，便于机械加工，便于布置双向液压补偿等优点。两对啮合齿轮的内侧端面之间设有防止窜油的隔板7，外侧端面通过垫片5、13与左右端盖之间设有浮动压力侧板4、11，主动轴10上的两个齿轮6、8周向错开半个齿形角，两对啮合齿轮为螺旋角大小相等、旋向相反的斜齿圆柱齿轮，主动轴上齿轮通过键与其轴相联接，从动轴齿轮14通过键与其从动轴12联接，从动轴齿轮16套在其从动轴上，目的是为了避免干涉。由齿顶扫膛构成齿顶与泵壳体内腔圆弧面接触径向密封配合。左右端盖与泵壳体之间设有密封圈2、15。中高压齿轮泵和低压齿轮泵的工作原理是相同的，但低压泵却不能在中高压下使用。其原因是(1)由于低压齿轮泵齿轮的端面间隙和径向间隙都是定值，当工作压力提高后，其间隙的泄漏量大大增加，使容积效率显著下降，以致建立不起中高压。(2)随着工作压力的提高，不平衡的径向力也随之增大，以致轴承不能正常工作。在中高压齿轮泵中，为了改善容积效率一般均采用轴向间隙的自动补偿装置，即“浮动压力侧板”，本泵采用为8字形的浮动压力侧板，如图4所示。此种补偿装置的优点是由于补偿面积的对称中心与主、从动轮的端面的对称中心重合，所以液压压紧力(即补偿液压力的合力)的作用线通过浮动压力侧板的中心，而浮动压力侧板另一侧的液压反推力的合力作用线离开侧板中心向压油腔偏离，这两个力对侧板就形成了力偶，易使侧板倾斜，不仅会增大单元面积，增加泄漏，还会使侧板浮动不灵活及局部磨擦，为克服上述缺点应将侧板与壳体的配合长度加大，并提高精度。轴承是齿轮泵的主要零件之一，齿轮泵的使用寿命主要取决于所用轴承的寿命，因此选用轴承是齿轮泵设计的关键工序，必须解决好。本发明采用滑动轴承(首选DU轴承)，DU滑动轴承具有结构简单，安装方便，抗冲击性能好，工作噪音低、价格便宜等优点。滑动轴承的材料常用的有青铜、低锡铝合金、白色轴承合金、铝锡合金及粉末冶金等。近年来，GS-1聚四氟乙烯塑料复合材料(国外称DU材料)，做为齿轮泵滑动轴承已被应用。由于GS-1材料兼有金属和聚四氟乙烯塑料的优点，具有良好的机械物理性能和减摩耐磨性能，因此做为滑动轴承，具有承载能力高，耐污染，使用温度范围大，使用寿命长，价格便宜等优点。轴承与轴颈间的间隙大小，是一个十分关键的问题。间隙过大影响泵的效率，过小则极易将轴承和轴颈烧坏。对于滑动轴承间隙值一般可取0.04-0.10mm，对于大排量泵，其滑动轴承的间隙，应通过多次实验，进行优选，以达到效率高寿命长的效果。选用普通系列，内径d＝30，外径D＝38倒角c＝0.6宽度L＝22。对于主动轴，需做成阶梯轴，上面设有键槽。在泵壳体的设计过程中应该注意以下几方面的问题，(1)泵壳体上须开进出油口。(2)泵体的尺寸(沿轴向)的确定，受几个方面的制约。由于本泵采用的是三片式结构，因而泵壳体的沿轴向尺寸受轴长度的制约，这里说的是从动轴，为了将从动轴完全处于泵壳体之内，因而其尺寸应大于或等于从动轴的尺寸。这里取为128mm。又由于泵壳体上有通孔，这就需要设计壁厚；且通孔为φ18，泵壳体与左右两端盖应有一定的配合，因而需对泵体左右两侧而进行加工，这样能够配合得很好，避免漏油，泵体的内壁须与浮动压力侧板相配合。因而须有相当高的加工精度，并且齿轮在运动过程中须挡膛。因而其加工精度相当高。左右端盖与泵体之间要有良好的密封，这样才有助于实现中高压，并且要求中高压区低压区隔开。密封圈的厚度应当与端盖上的槽深相符合，过高时泵体与左右两端盖之间会留下缝隙，这样不好，过低时密封起不到隔离中高压与低压的目的，而且对于左右两端盖与泵壳体的密封也毫无意义，一般要求其厚度略大于槽深，有一定的压缩量，便于密封与隔离。对于右端盖与主动轴之间采用内包骨架旋转轴唇形密封圈。权利要求1.一种非对称双圆弧中高压齿轮泵，泵壳体左右两端设有端盖，其特征在于齿轮为非对称双圆弧齿形，齿形由两段圆弧组成，齿顶部分为凸圆弧，齿根部分为凹圆弧，主动轴上的两个齿轮周向错开半个齿形角，两对相互啮合齿轮的内侧端面之间设有隔板，外侧端面与左右端盖之间设有套在主动轴和从动轴上的浮动压力侧板，由齿顶扫膛构成齿顶与泵壳体内腔圆弧面接触径向密封配合。2.根据权利要求1所述的非对称双圆弧中高压齿轮泵，其特征在于两对相互啮合的齿轮，其中主动轴上2个齿轮通过键联接，从动轴上1个齿轮通过键联接，另一个齿轮套在从动轴上。3.根据权利要求2所述的非对称双圆弧中高压齿轮泵，其特征在于两对啮合齿轮为螺旋角大小相等、旋向相反的斜齿圆柱齿轮。全文摘要一种非对称双圆弧中高压齿轮泵，主动轴上的两个齿轮周向错开半个齿形角，两对相互啮合齿轮的内侧端面之间设有隔板，外侧端面与左右端盖之间设有浮动压力侧板，齿顶与泵壳体内腔圆弧面接触密封配合，两对相互啮合的齿轮，其中主动轴上2个齿轮通过键联接，从动轴上1个齿轮通过键联接，另一个齿轮套在从动轴上，两对啮合齿轮可为螺旋角大小相等、旋向相反的斜齿圆柱齿轮。本发明的优点是非对称双圆弧齿形可提高齿轮寿命，两对啮合齿轮之间的隔板防止窜油，齿顶与泵壳体内腔为圆弧面接触，再配合两端部的浮动压力侧板侧向密封，实现了齿轮泵中高压传送，而本发明的工作压力达到6Mpa以上，由于采用周向交错齿结构，本发明与渐开线齿轮泵相比，泵流量脉动率降低了75％，工作更平稳，噪音更低。文档编号F04C2/14GK1544814SQ20031010520公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月24日 优先权日2003年11月24日发明者刘元伟 申请人:大连铁道学院