圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵的制作方法

本发明涉及液压泵，具体公开了一种抗污、高速、低损耗、高承载的内啮合齿轮泵。特别涉及泵核心组件内啮合齿轮副齿廓的分段连续性设计。

背景技术：

1、使液体发生高压的内啮合齿轮泵早有专利文献公开，作为容积式动力元件，其广泛应用于数控机床、注塑机械、工程机械等领域。现有内啮合齿轮泵有采用渐开线齿廓的、也有单条直线做齿廓的等等，纵观分析各类齿形，要么齿廓曲线先天不足，要么齿廓曲线局部位置多少存在尖点，没有几何一阶连续设计。这些几何缺陷在高压、高速工况下会引出如下的各种问题：

2、1、对于渐开线齿形，啮合区间会形成封闭困油容积，困油压缩、膨胀会带来振动、噪声、压力冲击，流量脉动等，不利于高精度液压系统稳定工作早已成为共识；

3、2、如果是单一直线的齿廓，齿轮副啮合有效接触区间短，齿顶、齿根局部没有几何一阶连续设计而影响重合度，也导致重载下抗弯强度不足，高压工况易出现齿根开裂，内泄偏大，容积效率下降。也会使啮合过程齿面摩擦风险增大，齿面接触应力偏高，长期运行后容易出现齿面点蚀、胶合磨损，影响齿轮使用寿命；也会进一步放大噪音、脉动、振动等问题，从而影响使用品质；因此行业亟需一款磨损更小、噪音更低、承载更高、能灵活适配多设备多场景的内啮合齿轮泵。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术上述的各种不足，公开了圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵核心组件内啮合齿轮副的一种新型齿廓。该内啮合齿轮副达成关键几点：齿面贴合好而泄漏小，容积效率高；啮合过渡平稳，流量脉动低，从而运行噪音更低；齿面接触应力分布均匀，齿面相对滑动速率均匀，没有局部剧烈滑移，有利于油膜形成；适合黏度范围宽的介质，既可以输送液压油，也可以输送部分清水类介质；齿根弯曲应力低，载荷适应性好；抗污性能突出。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：提出内啮合齿轮副的外齿轮啮合工作侧齿廓的分段连续性设计观点。还包括均适配该内啮合齿轮副的泵体组件、支撑组件等设计，以充分发挥该内啮合齿轮副的创新效果。

2、上述内啮合齿轮副，其包括外齿轮与内齿圈，外齿轮、内齿圈周向均匀排布有若干轮齿，所有轮齿的齿廓形状完全一致。外齿轮、内齿圈的每一轮齿具有左右两侧相互对称的单侧齿廓，其中一侧单侧齿廓为啮合工作侧。所述“啮合工作侧”，指齿轮副运转过程中，轮齿之间互相贴紧、传递旋转载荷、挤压介质的齿廓侧面，该侧面随齿轮旋转或转向改变，几何方位可以发生变化，以实际啮合传力的齿面为准。齿轮另外一侧为非工作侧齿廓，单向工作时不参与啮合传力。

3、上述外齿轮的轮齿轮廓分成五段，其包括圆弧a1b1、圆弧b1c1、直线段c1d1、圆弧d1e1、圆弧e1f1，它们依次首尾端点重合且光滑连接，它们连接位置都满足几何一阶连续，在连接位置都有公共切线。其中参与啮合工作的齿廓为：圆弧b1c1、直线段c1d1、圆弧d1e1。圆弧b1c1的终点和直线段c1d1的起始点重合，即在c1点重合，它们在c1点位置满足几何一阶连续，在c1位置有公共切线。直线段c1d1的终点和圆弧d1e1的起始点重合，即在d1点重合，它们在d1点位置满足几何一阶连续，在d1位置有公共切线。圆弧a1b1为齿根圆弧，是相邻两个轮齿单侧齿廓根部之间的过渡连接段。圆弧e1f1为齿顶圆弧，是同一个轮齿左右单侧齿廓顶端之间的过渡连接段。整条轮廓线无拐点、无凹凸尖角。这样设计有诸多技术优势：一是有效地保证了齿轮啮合的密封性。二是啮合过程有助于形成流体润滑油膜，降低齿面磨损风险。三是消解了齿根的应力集中问题，极大地提高了载荷适应能力。所述内齿圈工作齿廓的齿廓段包括：圆弧b1c1经啮合运动形成的共轭包络曲线b2c2、直线段c1d1经啮合运动形成的共轭包络曲线c2d2、圆弧d1e1经啮合运动形成的共轭包络曲线d2e2。a2b2、b2c2、c2d2、d2e2、e2f2依次首尾端点重合连接，在衔接端点处几何一阶连续。外齿轮位于内齿圈内腔，两者偏心啮合配对构成圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮副。

4、上述外齿轮参与啮合工作的齿廓段也可以包括：圆弧b1c1、直线段c1d1、圆弧d1e1、圆弧e1f1。圆弧b1c1的终点和直线段c1d1的起始点重合，即在c1点重合，它们在c1点位置满足几何一阶连续，在c1位置有公共切线。直线段c1d1的终点和圆弧d1e1的起始点重合，即在d1点重合，它们在d1点位置满足几何一阶连续，在d1位置有公共切线。圆弧d1e1的终点和圆弧e1f1的起始点重合，即在e1点重合，它们在e1点位置满足几何一阶连续，在e1位置有公共切线。配对内齿圈工作齿廓的齿廓段包括：圆弧b1c1经啮合运动形成的共轭包络曲线b2c2、直线段c1d1经啮合运动形成的共轭包络曲线c2d2、圆弧d1e1经啮合运动形成的共轭包络曲线d2e2、圆弧e1f1经啮合运动形成的共轭包络曲线e2f2。a2b2、b2c2、c2d2、d2e2、e2f2依次首尾端点重合且光滑连接，在衔接端点处同样几何一阶连续。

5、上述外齿轮参与啮合工作的齿廓段还可以包括：圆弧a1b1、圆弧b1c1、直线段c1d1、圆弧d1e1、圆弧e1f1。圆弧a1b1的终点和直线段b1c1的起始点重合，即在b1点重合，它们在b1点位置满足几何一阶连续，在b1位置有公共切线。圆弧b1c1的终点和直线段c1d1的起始点重合，即在c1点重合，它们在c1点位置满足几何一阶连续，在c1位置有公共切线。直线段c1d1的终点和圆弧d1e1的起始点重合，即在d1点重合，它们在d1点位置满足几何一阶连续，在d1位置有公共切线。圆弧d1e1的终点和圆弧e1f1的起始点重合，即在e1点重合，它们在e1点位置满足几何一阶连续，在e1位置有公共切线。配对内齿圈工作齿廓的齿廓段包括：圆弧a1b1经啮合运动形成的共轭包络曲线a2b2、圆弧b1c1经啮合运动形成的共轭包络曲线b2c2、直线段c1d1经啮合运动形成的共轭包络曲线c2d2、圆弧d1e1经啮合运动形成的共轭包络曲线d2e2、圆弧e1f1经啮合运动形成的共轭包络曲线e2f2。a2b2、b2c2、c2d2、d2e2、e2f2依次首尾端点重合且光滑连接，在衔接端点处同样几何一阶连续。

6、所述泵体组件包括：前体、中间体和后体。中间体可以没有，也可以有数个。前体、中间体和后体均设置轴承座孔。没有中间体的情况下，前体直接和后体串联叠合装配。泵体组件通过驱动轴同轴串联叠合结构装配在一起，泵体四角紧固螺栓隐藏于内部，不外露，装配成品后整体视觉简约规整，厚实呈长方体状，该结构提升了泵体刚性，起到抑制高压弹性变形的作用。也起到了抗压力冲击、耐交变疲劳的作用。这些稳定了内部配合间隙，从而降低了内泄漏。也抑制了振动，使得工况容错能力加强。该泵体结构整体热稳定性也更好，温升带来的热膨胀变形更小，从而提高了齿轮泵使用性能和寿命。

7、上述前体上侧设置了泵耳座，左右两侧设置法兰对接面，内部开设液体吸入流道、轴承座孔等，泵耳座用于联接电机法兰，其可独立拆分，也可融入前体成一体结构。法兰对接面用于外接液体管道法兰面，其上开设液体吸入口，实现前体与外部液体的连接贯通。前体的液体吸入流道采取光滑顺畅无死角相切连续设计，即流道通体光滑过渡曲面均为g1及以上高阶几何连续（gn，n>或=1），这样使得液体流入更为顺畅、稳定，前体内部的应力也会显著减弱。

8、上述中间体和后体开设有泵腔和密封槽，泵腔包括：齿轮副容纳腔、月牙隔离板、液体吸入区域、液体压出区域和轴承座孔等。内啮合齿轮副装入齿轮副容纳腔，外齿轮通过方键或花键周向固定套装于驱动轴上，也可以设计为齿轮轴一体结构。外齿轮齿顶圆和内齿圈齿顶圆因偏心而合围的月牙形区域设置月牙隔离板，月牙隔离板包括内凹圆弧面部分、外凸圆弧面部分和月牙形端面。月牙隔离板和内啮合齿轮副高度一致，其内凹部分与外齿轮齿顶圆配合且同轴，外凸部分与内齿圈的齿顶圆配合且同轴，齿轮副底下一端面与齿轮副容纳腔底部贴合。月牙隔离板的作用在于通过在齿顶圆区域中与齿顶形成面接触对被其覆盖的齿槽进行密封，这些齿槽的轴向侧则是通过前体或中间体的轴向端面来密封。这样，内啮合齿轮副和月牙隔离板在齿轮副容纳腔内分割、合围形成独立的液体吸入区域和液体压出区域。

9、上述前体的液体吸入流道和中间体或后体的液体吸入流道、液体吸入区域连通。中间体的液体压出区域、液体压出流道和后体的液体吸入流道、液体吸入区域连通，后体液体压出区域与后体液体压出孔道连通。这里，中间体其起到初步压缩液体的作用，之后又通过后体进一步压缩。中间体、后体的吸入流道和压出流道采取光滑顺畅无死角相切连续设计，整个吸入、压出流道光滑过渡曲面均为g1及以上高阶几何连续（gn，n>或=1）。

10、泵的功能由外部动力驱动旋转驱动轴来实现。

11、上述支撑组件包括驱动轴和轴承，驱动轴依次贯穿外齿轮中心通孔和轴承中心孔，轴承装配定位于轴承座孔，轴承通过轴承座孔对驱动轴形成回转支撑。驱动轴旋转带动齿轮副同向旋转，液体吸入区域和液体压出区域容积发生周期性变化，由此实现泵对液体的吸入与压出功能。

12、上述密封组件包括：骨架油封和o型圈。骨架油封的功能是防止转轴位置向外漏油。o型圈的功能是前体和中间体、中间体和后体、前盖和前体、后体和后盖或前体和后体它们的配合部位做静密封用。

13、开展多批次多场景对比试验研究后得到：

14、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮副齿廓线啮合封闭困油容积极小，不会出现渐开线齿轮困油带来的油压骤升骤降、气蚀、震动等工况，几乎消除了困油现象；

15、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵，啮合冲击振动小，振动幅度低；

16、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵，低速稳定性好、高速不会出现剧烈噪声、气蚀和啸叫；

17、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵，液体输出会极其平稳，脉动极低，阀件、油管不易共振松动；

18、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵，长时间耐久测试性能衰减率远低于常规齿轮泵，高温液压油工况下长期耐用、不易磨损导致内泄变大，内泄微乎其微；

19、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵，对液压油杂质容忍度更高，从而抗污性能更好，更适配工业普通液压油工况，维护门槛更低；

20、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵卸压平缓，无剧烈容积突变，保压稳定，适配注塑机、精密机床需要持续稳压的场景，伺服系统能耗更低；

21、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵，齿间容积变化规律均匀，高低转速下流量一致性好；

22、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵承载能力更优秀；

23、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵，齿轮径向力平衡性更好，这样会使轴承负载更小，轴承在高压下不易损坏；

24、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵结构紧凑，重量更轻，非常适合机床、设备狭小空间的安装布置；

25、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵的齿轮副可形成稳定动压油膜，因而摩擦损耗小，发热更低，长时间连续工作油温不易超标，因此减少了油液老化、密封件老化失效等问题，齿轮副寿命也更长；

26、上述圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵十分适配润滑油、普通液压油和部分低温介质，机床、橡塑机械、工程机械、自动化生产线通用；

27、综上，该圆弧、直线分段连续共轭内啮合齿轮泵在降低运行噪声、提升抗污染能力以及改善低速运转稳定性方面均具备优异的性能。