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齒輪液壓機器及相關齒輪.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380066306.0

申請日:

2013.12.16

公開號:

CN104919181A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F04C 2/08申請日:20131216|||公開
IPC分類號: F04C2/08; F04C2/18 主分類號: F04C2/08
申請人: 丹佛斯動力系統有限責任公司
發明人: M·A·莫塞利
地址: 意大利雷焦艾米利亞
優先權: MI2012A002168 2012.12.18 IT
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038 代理人: 秦振
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380066306.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.04.27|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種用于齒輪泵/馬達的齒輪,包括多個非對稱齒(14),每個齒(14)包括:帶有凸起形狀的驅動側(15),所述驅動側與對置齒輪的對應凸起側相配合;和排出側(16),所述排出側在其大部分長度上限定所述凸起輪廓的空腔(25),其中,所述排出側(16)構造成,使得經過所述齒(14)的末端的半徑(L)大體上至少與所述排出側(16)相切或與所述排出側相交。

權利要求書

權利要求書
1.  一種用于齒輪泵/馬達的齒輪,包括多個非對稱齒(14),每個齒(14)包括:帶有凸起形狀的驅動側(15),所述驅動側與對置齒輪的對應凸起側相配合;和排出側(16),所述排出側在其大部分長度上限定所述凸起輪廓的空腔(25),其特征在于,所述排出側(16)構造成,使得經過所述齒(14)的末端的半徑(L)大體上至少與所述排出側(16)相切,或者與所述排出側相交,所述齒之間的齒距小于漸開線對稱齒之間的齒距的0.9,優選小于如下的漸開線對稱齒之間的齒距的0.8,更優選小于漸開線對稱齒之間的齒距的約0.7,所述漸開線對稱齒具有帶有與相同直徑和齒高的齒輪的驅動側(15)的輪廓對應的輪廓的側。

2.  如權利要求1所述的齒輪,其特征在于,所述半徑(L)在限定位于所述齒(14)的外部的區段(L')的兩個點(17,18)處與所述排出側(16)相交。

3.  如前述權利要求中任一項所述的齒輪,其特征在于,所述排出側(16)的輪廓沒有凸度。

4.  如前述權利要求中任一項所述的齒輪,其特征在于,所述排出側(16)的輪廓相對于所述驅動側(15)具有面向相同方向的凹面。

5.  如權利要求3所述的齒輪,其特征在于,所述排出側(16)大體上平行于所述驅動側(15)。

6.  一種齒輪泵/馬達(10),包括:第一驅動齒輪(11),所述第一驅動齒輪能被致動而繞自己的軸線(12)作旋轉運動(M);和第二從動齒輪(13),所述第二從動齒輪與所述第一驅動齒輪(11)相嚙合,所述第一驅動齒輪和第二從動齒輪(11,13)的每個齒(14)均包括驅動側(15)和排出側(16),每個齒(14)的所述驅動側(15)和排出側(16)相對彼此不對稱,所述第一驅動齒輪和第二從動齒輪(11,13)的對應齒(14)的驅動側(15)相互配合,所述第一驅動齒輪和第二從動齒輪(11,13)的齒(14)的排出側(16)不相互配合,其 特征在于,所述排出側(16)構造成,使得經過所述齒(14)的末端的半徑(L)大體上與所述排出側(16)相切或與所述排出側相交,并且所述齒之間的齒距小于如下的漸開線對稱齒之間的齒距的0.9,優選小于漸開線對稱齒之間的齒距的0.8,更優選小于漸開線對稱齒之間的齒距的約0.7,所述漸開線對稱齒具有帶有與相同直徑和齒高的齒輪的驅動側(15)的輪廓對應的輪廓的側。

7.  如權利要求6所述的齒輪泵/馬達(10),其特征在于,所述構造線(L)在限定位于所述齒(14)的外部的區段(L')的兩個點(17,18)處與所述排出側(16)相交。

8.  如權利要求6或7所述的齒輪泵/馬達(10),其特征在于,所述排出側(16)包括共軛的第一末端區段(16')和帶有所述齒(14)的喉部的非共軛的第二連接區段(16")。

9.  如權利要求8所述的齒輪泵/馬達(10),其特征在于,所述排出側(16)的所述第二連接區段(16")相對于所述聯接側(15)具有面向相同方向的凹面。

10.  根據權利要求9所述的齒輪泵/馬達(10),其特征在于,所述排出側(16)的所述第二連接區段(16")大體上平行于所述驅動側(15)。

11.  如前述權利要求中任一項所述的齒輪泵/馬達(10),其特征在于,所述排出側(16)包括朝向齒的齒頂的第一凸起區段(16'),所述第一凸起區段在對置齒輪中與第二凹入區段(16")的一部分共軛,所述第二凹入區段(16")將對置齒輪的排出側的第一凸起區段(16')與齒的齒底連接。

12.  如前述權利要求中任一項所述的齒輪泵/馬達(10),其特征在于,所述排出側(16)包括朝向齒(16')的齒頂的第一凸起區段(16')、和第二凹入區段(16"),所述第二凹入區段將所述排出側的第一凸起區段與齒的齒底連接,所述第二凹入區段在節圓的外部延伸。

13.  如前述權利要求中任一項所述的齒輪泵/馬達(10),其特征在于,配合的凸起側遠至齒的齒頂不具有配合形狀,其形成朝向齒的 齒頂的一段輪廓,該段輪廓不與對置齒輪的輪廓共軛,而是只用于增大外徑、齒輪的相貫度,并因而用于增大比容量,同時減小波動。

說明書

說明書齒輪液壓機器及相關齒輪
技術領域
本發明涉及齒輪泵/馬達。
背景技術
大家都知道,齒輪泵適于在由馬達帶動旋轉時泵送加壓流體,而在齒輪泵的排出端連接至加壓流體源時,齒輪泵可以作為馬達運行。所以,一般而言,通過改變輔助部件的構造(這是本領域技術人員已知的),泵結構適于作為馬達運行。
在本說明書的其余部分,為了簡潔起見,將使用術語"齒輪泵"表示還適于作為"齒輪馬達"運行的裝置,并且對其也可以進行同樣的定義,所以措辭"泵"意思是"泵/馬達"。
尤其是,本發明涉及一種設置有兩個齒輪的齒輪泵,這兩個齒輪相互嚙合以輸送流體,所述流體通常是油。
目前,市面上有許多不同類型的齒輪泵,這些齒輪泵主要在相關齒輪的齒構造上相互不同。
例如,可以舉證帶有直齒的泵、帶有螺旋齒的泵和帶有非對稱齒的泵。
一般來說,因為齒輪泵通過其連續的隔離小容積級輸送流體,所以瞬時流量具有隨時間而非連續的分布,并且因而壓力具有隨時間而非連續的分布。
這種非連續的或脈動的壓力分布被稱為"壓力波動"或簡稱為"波動",其影響泵運行中的噪聲度。
對這種現象進行的各項研究已經發現,通過減小"波動",泵的噪聲度實現了相應降低。
通常可以說,操作精度要求最小的最簡單、成本效率最大的泵是 具有帶有單接觸的直齒輪的齒輪泵。
然而,雖然帶有直齒的泵有這樣的經濟優勢,但是這種泵的噪聲比上述其他類型的泵大。
為了減小帶有直齒輪的齒輪泵的"波動"并因而降低其噪聲,必須增加齒輪的齒數或增加齒輪的齒高。還有一種(相當有爭論的)被稱作"雙接觸"的解決方案,在這種解決方案中,通過將齒的兩側設置成與趨近于零的間隙接觸,在波動方面取得了良好的效果。實現"零"間隙或趨近于"零"間隙的嚙合在操作精度上顯然是非常難的,在實踐中,這種泵持續的時間量有限,并產生由于強加這種嚙合而引起的噪聲,這種嚙合使泵對任何齒形誤差都非常敏感。
但是,對于目前技術水平而言,齒數的簡單增加需要減小齒高以不影響法向模數的比例,這里,法向模數=節圓直徑/齒數。
但是,由于齒高的這種減小具有減小泵的比容量的負面作用,所以,目前,傳統對稱構造的齒數的簡單增加不能提供對降低噪聲度問題的有效解決。
另一方面,不可能任意增大齒高,因為一方面會碰到尖齒極限的問題,另一方面會碰到齒根處欠侵蝕極限的問題。
所以,目前建議的這種解決方案也是不利的。
發明內容
鑒于這一尚未有效解決的問題,本申請人探索了一種新的且有創新性的起作用的解決方案,該解決方案大體上通過增加齒數而不用對應地不得不減小齒高并因而降低泵的流速,同時還保持或甚至增大泵的比流速(流速/齒輪容積),能夠降低齒輪泵、尤其是帶有直齒或帶有小螺旋角的齒輪泵的噪聲度,泵的比流速與齒高成比例并且與齒輪的相貫度(interpenetration)成比例。
本發明的目的是制成一種泵,對于相同的體積和齒高,所述泵相比現有技術中的具有同樣流速的齒輪具有更多數量的齒,并且因而具有較小的噪聲。
本發明的另一個目的是以特別經濟有效的方式實現波動的減小,因此無需強加齒形的精度(這在雙接觸泵中會發生)或無需考慮復雜且昂貴的軸向力平衡系統(這在帶有大螺旋角的泵中是必須的)。
本發明的進一步的目的是提供一種泵,對于相同的體積,所述泵相比傳統泵允許獲得更高的比流速,允許更大的齒高,同時允許齒輪更大的相貫度,流速與這些參數的關系特性是已知的。
依照本發明,這些目的是通過構造如權利要求1所述的泵實現的。依照本發明的泵的其他特征由從屬權利要求強調。
附圖說明
參照所附帶的示意性附圖,依照本發明的齒輪的特征和優點將從下列作為例子給出且并非用于限制目的的描述中變得更加清晰,其中:
圖1顯示了依照現有技術的用于泵的齒輪;
圖2顯示了依照本發明的用于泵的齒輪;
圖3顯示了已知齒輪的齒與依照本發明的齒輪的齒之間的對比;
圖4顯示了已知齒輪的齒與依照本發明的齒輪的齒之間在齒距上的區別;
圖5顯示了依照本發明的兩個齒輪的放大細節;
圖6顯示了已知齒輪的齒與依照本發明的齒的另一對比。
具體實施方式
從下列描述中可見,相對于類似的帶有直齒的已知泵,本發明的泵10具有構造上的區別,從而對其工作特性產生了重要的技術影響。
參照圖2,本發明的泵10將以僅僅兩個齒輪11和13舉例說明,泵的其余構造性部件都是現有技術中已知的。
正如已知的那樣,齒輪11被致動而繞自己的中心12作旋轉運動M,以帶動對應的從動嚙合齒輪13旋轉。
為了更加清楚形成本發明的基礎的發明構思,值得考慮如圖1所示的用于泵的帶有直齒的已知齒輪。
從圖1與圖2之間的對比中可以清楚,對于相同的體積和齒高,依照本發明的齒輪具有更多數量的齒14。
在本發明的泵目標中,兩個齒輪具有相同數量或大體同樣數量的齒。
參照圖3可見,每個齒輪11和13的齒14的"工作"側15,即擱置在首先嚙合的齒輪的齒14的對應側15上的那側15,保持其典型的現有技術中已知的配合輪廓,例如漸開線輪廓。
另一方面,相同齒14的相對的"排出"側16相對于在對稱齒中具有的構造而言具有下降的輪廓。
特別地,依照本發明,齒14的輪廓相對于配合輪廓的減少部分25不但使得齒非對稱,而且使得齒沿排出側16不彼此配合。只有"排出"側的朝向齒頂的凸起端部分才能與朝向對置齒輪的齒底定位的凹入部分配合。從該圖中很清楚,朝向齒頂的凸起部分的長度比朝向齒底的凹入部分的長度小得多。由此可見,排出輪廓具有兩個截然不同的區段:凸起區段和凹入區段。
凸起區段具有有限長度,并且還可以為零長度,使齒成品具有銳利邊緣,不過,小的凸起部分在制造期間的尺寸控制步驟中以及在泵的運行步驟中都是有用的,其使得齒在容置箱上的應力更可控;而凹入部分更長,并且凹入部分從凸起部分的端部開始以大的半徑延伸直至齒底。從圖中可以看到,排出側的凸起部分完全位于節圓的外部,從而能夠減小直至趨向于零。
從圖4中可見,優選地,齒底曲線具有非常大的彎曲半徑。在其中齒底曲線是由具有形成圓周圓弧的輻設頭部的磨機或螺紋磨床(包絡滾刀)產生的次擺線的最常見情況下,這些工具輻設頭部優選約為0.5-0.7模數,典型為0.5模數,與之相反,該值通常在0.2模數到0.3模數之間。該特征尤其適用于結構性問題:本發明的齒比已知的齒更薄,因而本發明的齒必須密集地輻設以減少侵蝕作用,并改善其抗彎曲能力,這是能夠甚至在高壓下運行所必需的條件。完全等比嚙合也有利地受該選擇的影響。
所以,一般而言,本發明想到采用這樣的齒輪,典型地而非必要地采用帶有直齒的齒輪,其中,這種非對稱齒具有基本上不匹配的排出側16(或以如上所述凸起部分16a與對置齒輪的凹入部分16b的方式匹配),并且相對于配合輪廓凹進得更多。
如圖3所示,本發明還可想到齒14的喉部在工作側15的基部處以及在排出側16的基部處都具有另外的下降部分或空腔26。
很清楚,喉部的這種下降部分或空腔26增大了齒高。
制造非對稱齒14,更特別地想到齒14的沿排出側16的下降部分或空腔25的可能性是現有技術中已知的。
實際上,帶有其中在排出側形成凹部的齒的用于液體齒輪泵的齒輪是現有技術中已知的。
例如,文獻US6123533實際上描述了一種齒輪泵,其中,每個齒輪具有在齒高和齒距方面以通常方式設計尺寸的齒,齒的一部分沿排出側被移除,以便增大齒之間所俘獲的流體體積。
同樣,文獻GB2012876示出了一種齒輪泵,其中,排出側具有凹部,以便增大齒之間的液體體積,并避免氣穴現象,特別是避免泵送諸如燃料的揮發性流體時的氣穴現象。
文獻DE2737761顯示了用于齒輪泵的齒輪,所述齒輪具有帶有凹部的排出側,以避免出現齒輪的嚙合區域中形成超壓力的現象,從而允許泵以更高轉速運行。
根據本申請人的知識,在現有技術中,齒的排出側具有凹部的構造惡化了泵的效率。
帶有凹部的齒因而設于US294026中所示的容積計數器中,其中,在流體與齒輪之間需要最小動力傳遞。
在現有技術的這些解決方案中,沒有任何建議提出利用齒的排出側的凹進構造來增加齒數。
有關齒輪機器的現有技術都忽略了這個,現有技術中不存在任何本發明要解決的技術問題,并且本領域技術人員因而不能從現有技術中獲得有用的教導。
依照本發明,齒14的不需要匹配的排出側16的容積25的移除不用來增大齒之間俘獲的流體體積,而是用來減少齒14之間的齒距。
示意圖4精確地顯示了相對于具有相同齒高的已知齒輪所預知的齒距P2,由于齒14的排出側16的下降部分25的緣故,齒距P1可以大大減小,不用犧牲泵的運行。
通過減小齒輪,齒數因而得到增加。
當然,我們認為傳統齒形預知用帶有預定直徑的節圓線的配合輪廓形成最大數量的對稱齒。齒的尺寸設計使得其構造大體呈如圖4虛線20所表示的尖狀,其中配合側用21表示,該配合側適于擱置在泵的對應齒輪的齒側上。齒20的排出側的輪廓用22顯示。
該附圖表示了依照現有技術的齒的輪廓以及用實線示出的、并列的依照本發明的一系列齒14。
齒14的配合側15的輪廓包括齒高將過大以具有對稱輪廓的齒14的輪廓。就最大齒高來說,如果帶有對稱輪廓,兩側的輪廓將使這樣的齒呈尖狀。
如圖4所示,對于相同的齒輪直徑并且對于相同的齒高,具有傳統構造的12個齒的齒輪的齒形依照本發明可以具有17個齒。
依照本發明的齒輪中的齒距P1比具有相同直徑和齒高的傳統構造的齒輪中的齒距P2小0.9倍,優選小于0.8倍,甚至更優選小于約0.7倍。
如前面所述,該齒形的排出側16從帶有凹入輪廓的配合輪廓15的齒頂開始通過移除材料制成凹進的。
從幾何形狀角度來看,排出側16的空腔25被制成使得經過齒的末端點的半徑L與排出側16的輪廓大體上相切。
齒的末端部分不采用銳利邊緣的形式,而是以小周向面的形式延伸,這既是為了構造性原因,也是為了相對于其中接收齒輪的支座形成有效的密封。這里,半徑L應當被作為經過構成齒的末端的面的中點的半徑。
每個齒輪的齒的末端必須不能干涉或接觸另一個齒輪的齒,以避 免兩個齒輪的齒形之間雙接觸,并促進兩個齒輪的齒的工作側之間可靠的密封接觸。
尤其是,這一半徑L可以大致位于排出側16的內部,或者可以在某一點處與排出側16相切,或者可以在兩個點17、18處與排出側16相交,從而標識出實際上位于齒14的外部的短部分。
該情況顯示在圖5中,并且還表示了與現有技術中出現的情況的區別,在現有技術中,經過齒的頂點的半徑完全位于相應齒的內部,并且甚至在非對稱齒的情況下,也是大體上位于相應齒的內部。
在圖5中所示的實施例的細節中,排出側16包括與面對的齒輪的對應齒配合的第一尖狀部分16'和帶有不與面對的齒輪的對應齒配合的喉部的第二連接區段16"。
優選地,排出側16的該第二連接區段16"具有面向相對于驅動側15的相同方向的凹面。
更有利地,排出側16的第二連接區段16"大體上平行于驅動側15。
第一尖狀部分16'的輪廓可以選擇成漸開線,即大體上接近傳統構造的齒所制成的輪廓,或者其可以不同于這種形狀,例如可以為帶有圓形輪廓的圓弧形狀。
在第一尖狀部分16'與第二連接區段16"之間可以設置具有變化構造的短連接區段,這也是為了構造需要,基本上不會影響泵的性能。
依照該最后一個實施例,甚至可以說,齒14實際上正好在作業側15塌陷,這在任何情況下都限定了尺寸設計成承受泵使用期間的機械應力的齒厚,這也是為了高壓。
在圖4中可以清楚地看到,依照本發明制成的齒構造中,齒距P1約為0.7P2(在任何情況下,齒距P1等于或小于0.9P2,優選小于0.8P2),該齒構造使得凹進的排出側的輪廓在其凹入部分16"處與具有等直徑和等齒高的傳統齒輪的齒所具備的工作側的輪廓大體上一致。
由本發明基于齒高和齒距實現的意想不到的效果還可以參照圖6示出。通常,用于高性能和高壓的帶有直齒的齒輪泵的齒數可以在9 到12之間,本創新性幾何形狀一方面使得對于相同的比容量而言可以采用幾乎兩倍數量的齒,從而使壓力波動急速下降,或者另一方面使得可以采用同樣數量的齒,而使比容量增加幾乎50%,理論上完全允許所有的中間選擇。
在所有情況下,無論是對于等齒高而言增加齒數,還是對于相同齒數而言增大齒高,亦或進行中間選擇(這從描述嚙合的公式中都是眾所周知的),都實現了橫向覆蓋系數的急速增大,正如眾所周知的,這對機械噪聲產生了有利的影響,即機械噪聲降低。
附圖標記30表示具有依照目前技術構造的兩個配合側的齒。
可以看到,側31的輪廓與側32的輪廓在點33處相交,由此確定最大理論可容許齒高。
因為齒的輪廓的完全尖狀形狀是不可接受的,所以實際上,最大齒高將仍然相當小。
依照本發明,完全拋棄了依照配合輪廓構造齒的排出側的要求。
這樣,依照本發明的齒可以具有遵循理論配合輪廓31、甚至超過點33的工作側,由此確定更大的齒高。
依照本發明的齒的排出側將具有用36表示的輪廓,該輪廓確定了齒部分37,該齒部分可以存在于對稱齒不會被允許存在材料的位置,而在具有對稱輪廓的齒中允許的部分38中缺少材料,該部分38在依照本發明的齒形中是不存在的,以避免嚙合齒形之間的干擾。
由此實現了獲得更大的齒形相貫度或使齒輪以更小的中心距和節圓直徑工作并且在減小圓形節圓線的情況下增加齒數的目的。
從上面的描述可以看到,依照本發明的帶有非對稱側的齒的排出側具有與配合輪廓相差很遠的、趨近于凹形的輪廓,但是該輪廓也允許為大體直線形的。
排出側的"局部"壓力角將趨近于負,最大達到約1-2,5°。
齒的弧齒厚實質上是虛值:實際上,由表達式"線節圓周長/齒數/2"計算得到的弧齒厚產生一值,該值不影響齒的材料厚度(該材料厚度小得多),也不是在齒完成的情況下齒將具有的厚度(而且因為最小 壓力角,該厚度將大得多)。
如果參數化實模數,嚙合時相貫的齒的齒高相對于目前技術中使用的參數來說過大。一旦實模數已經定義為運行節圓直徑/齒數,在現有技術中的用于泵的齒輪中,得到的直徑與中心距(相貫時的齒高)/實模數之差等于約2-2.2;而在本發明形成的幾何形狀中,該參數的值為大約3-3.5。
因此,排出側在其凹入或直線部分的局部壓力角優選小于5°,更優選小于2.5°,并且優選為負。
依照本發明構造的齒輪在波動方面尤其有利,所述齒輪的齒數在15到23個齒的范圍內,更優選在16到22個齒的范圍內,甚至更優選在17到21個齒的范圍內。
由此可見,依照本發明的齒輪泵實現了之前概述的目的。
實際上,對于相同的體積,這種泵具有更多數量的齒但不會惡化泵的功能,并且因而由"波動"現象引起的噪聲較小。
此外,齒數的增加不但不對應于齒高及齒的相貫度的減小,而是相反地,其實際上對應于齒高及齒的相貫度的增大。
由此構思的本發明的泵可以進行許多修改和變形,所有這些修改和變形都由同一發明構思覆蓋;此外,所有零件都可以由技術上等效的元件代替。實際上,所使用的材料和尺寸可以根據技術要求設計。
依照本發明的齒的構造尤其適用于帶有直齒的齒輪,但是其也可以被采用在帶有螺旋齒的齒輪中,特別是被采用在帶有小螺旋角的齒輪中。
另外,當該裝置用作"馬達"時,也借助于上述作為"泵"的裝置實現如上所述依照本發明獲得的優點,特別是在所輸送的流體體積、波動減小和由較多齒數確定的操作安靜度方面的優點。

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