一种双圆弧线齿轮泵的制作方法

1.本发明涉及流体机械技术领域，特别是涉及一种双圆弧线齿轮泵。


背景技术：

2.外啮合齿轮泵被广泛应用于流体传动、自动化及航空航天领域。其中应用最广泛的齿形为渐开线齿形，但这种齿形的齿轮泵在传动过程中会产生困油现象，使齿轮、轴和轴承受到很大的径向力，也会对齿轮泵的输出流量、输出压力等动态性能产生严重影响。
3.缓解困油现象的常规方法为开设不同形式的卸压槽或卸压孔，但是不能从根本上消除齿轮泵的困油现象，而且也会增加齿轮泵的制造难度。
4.现有技术公开了一种采用螺旋圆弧齿轮的齿轮泵，在泵体内装有圆弧主齿轮，圆弧主齿轮两侧面设有座圈一，座圈一与圆弧主齿轮轴之间装有滑动轴承，圆弧主齿轮左端与前盖连接处装有骨架油封和孔用弹性挡圈，右端与后盖连接处装有平衡活塞一；与圆弧主齿轮啮合连接圆弧副齿轮，圆弧副齿轮两侧面设有座圈二，座圈二与圆弧副齿轮轴之间装有滑动轴承，圆弧副齿轮右端与后盖连接处装有平衡活塞二，泵体与前盖和后盖均用定位销定位。
5.其存在以下技术问题：在一对轮齿由进入啮合到退出啮合的过程中，其瞬时啮合线的长度会不可避免地先变长后变短，导致齿轮啮合处的径向泄漏量先变小后变大，进而造成齿轮泵的输出流量产生波动，不利于齿轮泵在要求输出流量脉动较低的航天航空发动机液压系统等场合的应用。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种双圆弧线齿轮泵，传动过程中不会出现困油现象，齿轮啮合处径向泄漏量恒定且可控，输出流量波动小，齿轮副啮合过程中齿面无磨损。
7.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种双圆弧线齿轮泵，泵体内设有瞬时单点啮合传动的主动双圆弧线齿轮和从动双圆弧线齿轮；
9.主动双圆弧线齿轮和从动双圆弧线齿轮均为设有多个线齿的线齿轮；
10.线齿设有依次连接的齿顶、过渡曲面和齿根；
11.齿顶和齿根为共轭的圆弧齿形；
12.过渡曲面与齿根相切；
13.过渡曲面设有由多个瞬时啮合点构成的接触线；
14.接触线为圆柱螺旋线；
15.线齿轮节圆半径等于接触线的啮合半径。
16.该泵具有无困油现象、齿轮啮合处径向泄漏量恒定且可控、输出流量波动小等优点，同时由于齿轮副啮合过程中齿面间没有相对滑动，所以还具有齿面无磨损、运转平稳、
噪声低、寿命长等优点。
17.进一步，齿顶和齿根的半径r相等。在理论设计中，当一个齿轮的齿根圆和另一个齿轮的齿顶圆旋转到相互接触时，齿根圆和齿顶圆完全重合，且不会对两个齿轮的传动产生任何影响，这样设计仅仅是为了保证密封作用。为了避免齿轮在啮合过程中产生卡死现象及噪声，在实际制造中，齿顶圆半径稍小于齿根圆半径。
18.进一步，圆柱螺旋线节距n为7mm，线齿轮的法向齿廓圆弧半径ρ为2.5mm。
19.进一步，线齿轮重合度n为线齿轮的线齿数，δt为从初始啮合点到终止啮合点t的取值的差值，t为曲线范围的参变量。
20.进一步，主动双圆弧线齿轮和从动双圆弧线齿轮的传动比为1。
21.进一步，接触线包括第一接触线和第二接触线，第一接触线和第二接触线分别位于线齿两侧的过渡曲面，第一接触线和第二接触线形状相同，第一接触线和第二接触线构成的圆心角为π/n，n为线齿轮的线齿数。
22.进一步，线齿数n为5。
23.进一步，第一接触线包括主动双圆弧线齿轮的第一主动接触线和从动双圆弧线齿轮的第一从动接触线，第二接触线包括主动双圆弧线齿轮的第二主动接触线和从动双圆弧线齿轮的第二从动接触线；
24.第一主动接触线的参数方程为，
[0025][0026]
第一从动接触线参数方程为，
[0027][0028]
第二主动接触线的参数方程为，
[0029][0030]
第二从动接触线的参数方程为，
[0031][0032]
其中，t为曲线范围的参变量。
[0033]
进一步，第一主动接触线的副法矢γ
1(1)
的参数方程为，
[0034][0035]
第二主动接触线的副法矢γ
2(1)
的参数方程为，
[0036][0037]
第一从动接触线的副法矢γ
1(2)
的参数方程为，
[0038][0039]
第二从动接触线的副法矢γ
2(2)
的参数方程为，
[0040][0041]
其中，t为曲线范围的参变量。
[0042]
进一步，主动双圆弧线齿轮线齿包括相互连接的第一主动齿面和第二主动齿面，第一主动齿面的参数方程为，
[0043][0044]
第二主动齿面的参数方程为，
[0045][0046]
从动双圆弧线齿轮线齿包括相互连接的第一从动齿面和第二从动齿面，第一从动齿面的参数方程为，
[0047][0048]
第二从动齿面的参数方程为，
[0049][0050]
其中，t为曲线范围的参变量，θ为法向齿廓圆弧的角度参数。
[0051]
总的说来，本发明具有如下优点：
[0052]
1.消除困油现象。本发明提出双圆弧线齿轮代替齿轮泵中传统的渐开线齿轮，由于双圆弧线齿轮是基于空间共轭曲线啮合原理设计的新型传动机构，其端面重合度为0，所以双圆弧线齿轮泵在工作过程中不会形成封闭的困油容积，可以从设计理论上完全消除齿轮泵中的困油现象。
[0053]
2.流量脉动低。由于双圆弧线齿轮在啮合过程中是点接触传动，所以该泵在工作过程中齿轮啮合处的径向泄漏量恒定且根据齿形设计参数可控，进一步提高齿轮泵输出流量的稳定性。
[0054]
3.齿面间无磨损、运转平稳、噪音低、寿命长。双圆弧线齿轮副的滑动率为0，在齿轮啮合过程中齿面间没有相对滑动。
附图说明
[0055]
图1为一种双圆弧线齿轮泵的平面结构示意图。
[0056]
图2为本发明实施例的线齿轮法向齿廓示意图。
[0057]
图3为本发明实施例的双圆弧线齿轮端面齿廓示意图。
[0058]
图4为本发明实施例的双圆弧线齿轮副的端面啮合状态示意图。
[0059]
图5为一种双圆弧线齿轮泵的立体结构示意图。
[0060]
附图标记：
[0061]
1-轴承箱、2-泵体、3-螺栓、4-油封、5-弹性挡圈、6-主动双圆弧线齿轮、7-端盖、8-十字螺钉、9-第二密封圈、10-从动双圆弧线齿轮、11-第一密封圈、12-滑动轴承、13-六角螺母、14-第一过渡曲线、15-第二过渡曲线。
具体实施方式
[0062]
下面来对本发明做进一步详细的说明。
[0063]
如图1、图5所示，一种双圆弧线齿轮泵，整体结构为常见的三片式，主要由轴承箱1、泵体2和端盖7三部分组成，包括轴承箱1、泵体2、螺栓3、油封4、弹性挡圈5、主动双圆弧线齿轮6、端盖7、十字螺钉8、第二密封圈9、从动双圆弧线齿轮10、第一密封圈11、滑动轴承12、六角螺母13。其中，主动双圆弧线齿轮6和从动双圆弧线齿轮10均为齿顶和齿根为圆弧齿形的双圆弧线齿轮，该双圆弧线齿轮副的端面啮合状态示意图如图4所示。主动双圆弧线齿轮6和从动双圆弧线齿轮10安装在泵体2上，且主动双圆弧线齿轮6和从动双圆弧线齿轮10的右端和左端均设置有两个滑动轴承12，右端的滑动轴承12安装在泵体2上，左端的滑动轴承12安装在轴承箱1上，轴承箱1设置在泵体2的左端，第一密封圈11设置在轴承箱1与泵体2之间，安装在泵体2上的密封槽中，轴承箱1与泵体2通过四组螺栓3和六角螺母13相互固定连接，主动双圆弧线齿轮6的轮轴右端从泵体2上的滑动轴承12中伸出，油封4设置在主动双圆弧线齿轮6轮轴伸出泵体2的部分，且油封4安装在端盖7上，弹性挡圈5设置在油封4的右端，且安装在端盖7上，端盖7设置在泵体2的右端，第二密封圈9设置在端盖7和泵体2之间，且安装在端盖7上的密封槽中，端盖7与泵体2通过三个十字螺钉8相互固定连接，主动双圆弧线齿轮6轮轴从端盖7的右端伸出，末端通过双膜片联轴器与电机轴相连接。
[0064]
双圆弧线齿轮是一种基于空间共轭曲线啮合原理的线齿轮，为实现双圆弧线齿轮可正反转双向传动，每个线齿上的接触线数量为两条，分布在线齿两侧的过渡曲面上，分别为第一接触线和第二接触线，第二接触线由第一接触线绕线齿轮转轴旋转角度(π/n)得到，n为线齿轮的线齿数。本实施例中的双圆弧线齿轮的线齿数为5，齿宽b为10mm。
[0065]
第一接触线和第二接触线均为一条圆柱螺旋线，主要参数包括啮合半径m和圆柱螺旋线节距参数n。第一接触线包括第一主动接触线和第一从动接触线，第二接触线包括第二主动接触线和第二从动接触线。
[0066]
根据共轭曲线啮合原理v
12
·
β＝0可以推导出与主动接触线共轭的从动接触线方程，其中：v
12
为啮合点处的相对运动速度，β为接触线的主法矢。
[0067]
第一主动接触线的参数方程如下：
[0068][0069]
第一从动接触线的参数方程如下：
[0070]
[0071]
第二主动接触线的参数方程如下：
[0072][0073]
第二从动接触线的参数方程如下：
[0074][0075]
其中，t为曲线范围的参变量。
[0076]
本实施例中的一对双圆弧线齿轮副满足线齿轮重合度要求：ε为线齿轮的重合度，δt为从初始啮合点到终止啮合点t的取值的差值，n为线齿轮的齿数，且传动比i
12
为1。
[0077]
线齿轮的齿面是由法向齿廓以接触线为扫描线、中心线为引导线扫描得到的。本实施例的线齿轮法向齿廓示意图如图2所示，法向齿廓为一段圆弧，接触点p设置在圆弧上，法向齿廓圆弧的圆心与接触点p的距离为ρ，即线齿轮的法向齿廓圆弧半径，连接法向齿廓圆弧的圆心与接触点p的直线与-γ的夹角为γ为接触线的副法矢。
[0078]
第一主动接触线的副法矢γ
1(1)
的参数方程如下：
[0079][0080]
第二主动接触线的副法矢γ
2(1)
的参数方程如下：
[0081][0082]
第一从动接触线的副法矢γ
1(2)
的参数方程如下：
[0083][0084]
第二从动接触线的副法矢γ
2(2)
的参数方程如下：
[0085][0086]
其中，t为曲线范围的参变量。
[0087]
本实施例中线齿轮的法向齿廓圆弧半径ρ为2.5mm。
[0088]
将第一主动接触线沿副法矢γ
1(1)
的反方向平移得到第一主动中心线，第一法向齿廓圆弧的圆心与接触点p的直线与-γ的夹角为20
°
，将第一法向齿廓以第一主动接触线为扫描线、第一主动中心线为引导线扫描得到主动线齿轮第一主动齿面，第一主动齿面的参数方程如下：
[0089][0090]
其中，t为曲线范围的参变量，θ为法向齿廓圆弧的角度参数。
[0091]
将第一法向齿廓沿主法矢对称得到第二法向齿廓，将第二主动接触线沿副法矢γ
2(1)
的反方向平移得到第二主动中心线，将第二法向齿廓以第二主动接触线为扫描线、第二主动中心线为引导线扫描得到主动线齿轮第二主动齿面，第二主动齿面的参数方程如下：
[0092][0093]
其中，t为曲线范围的参变量，θ为法向齿廓圆弧的角度参数。
[0094]
将第一齿面和第二齿面合并后得到主动线齿轮一个线齿的完整齿面，通过旋转阵列后得到主动线齿轮。将主动线齿轮在任意端截面上截取得到主动线齿轮的端面齿廓曲
线。如图3所示，本实施例中的双圆弧线齿轮的端面齿廓由三段曲线构成，齿顶和齿根为共轭的圆弧齿形，半径r相等，优选地，r为1.706mm。齿轮节圆半径r为线齿轮接触线的啮合半径m。本实施例中的一对双圆弧线齿轮的啮合半径m均为6mm，过渡曲线为上述主动线齿轮的端面齿廓曲线，即第一过渡曲线14和第二过渡曲线15，分别与齿根圆弧相切、与齿顶圆弧相交。
[0095]
本实施例中，圆柱螺旋线节距参数n为7mm，将上述主动端面齿廓绕中心轴线螺旋得到主动双圆弧线齿轮6。
[0096]
同理可得从动双圆弧线齿轮10。第一从动齿面的参数方程如下：
[0097][0098]
第二从动齿面的参数方程如下：
[0099][0100]
其中，t为曲线范围的参变量，θ为法向齿廓圆弧的角度参数。
[0101]
本实施例中的双圆弧线齿轮副的端面啮合状态示意图如图4所示，在双圆弧线齿轮副的啮合过程中，基于空间共轭曲线啮合原理，主动双圆弧线齿轮6和从动双圆弧线齿轮10仅在瞬时啮合点所在端面上有一个接触点，在其他端面上两齿轮处于脱开状态，不仅不会形成封闭的困油容积，从而避免出现齿轮泵中的困油现象，同时避免出现斜齿轮在啮合过程中瞬时啮合线不断变化的现象，由于齿顶和齿根的半径相等，使得齿轮啮合处的缝隙面积在齿轮传动过程中不会发生变化，保证了啮合过程中齿轮啮合处径向泄漏量恒定，进一步提高齿轮泵输出流量的稳定性。
[0102]
本实施例中，第一过渡曲线14包括主动双圆弧线齿轮6的第一主动过渡曲线和从动双圆弧线齿轮10的第一从动过渡曲线。第二过渡曲线15包括主动双圆弧线齿轮6的第二主动过渡曲线和从动双圆弧线齿轮10的第二从动过渡曲线。取端截面的高度z为0，求得：
[0103]
第一主动过渡曲线的参数方程为，
[0104][0105]
第二主动过渡曲线的参数方程为，
[0106][0107]
第一从动过渡曲线的参数方程为，
[0108][0109]
第二从动过渡曲线的参数方程为，
[0110]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。