抑制截留流体故障的无声齿轮泵或马达

摘要

本发明提供了一种低噪音、低振动和高效率齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机，轴齿轮和从动齿轮在由壳体和相对的侧壁形成的齿轮腔室中可转动地啮合，将流体从入口腔室传递到出口腔室；啮合齿轮的齿侧间隙，啮合齿轮具有不泄露流体的余隙；封闭腔室，其设置在至少一个侧壁的内部部分中；在侧壁上设置的开口，连通通道从所述开口延伸到封闭腔室；以及在所述封闭腔室中的至少一个弹性盘形胶囊，具有成对的弹性盘形凹板，所述弹性盘形凹板相互邻接并且相对于彼此密封，其内有气体，在所述空隙的被截留时期期间，受到其内的流体压力而使所占据的体积弹性变化，从而吸收或排出被截留空隙中挤压的流体，借此抑制压力变化、脉冲和气泡生成，消除齿跳动接触。

权利要求

1.一种齿轮泵或马达，包括：

轴齿轮和从动齿轮，所述轴齿轮和所述从动齿轮在齿轮腔室中可旋转地啮合，将流体从入口腔室传递到出口腔室，所述齿轮腔室由壳体和相对的侧壁形成；

具有不泄露流体之余隙的啮合齿轮的齿侧间隙；

封闭腔室，其设置在至少一个所述侧壁的内部部分中；

开口，其设置在所述侧壁上，其中连通通道从所述开口延伸到所述封闭腔室；以及至少一个弹性盘形胶囊，其容纳在所述封闭腔室中，所述弹性盘形胶囊具有成对的弹性盘形凹板，所述成对的弹性盘形凹板相互邻接、相对于彼此密封且在内部具有气体，在空隙的截留时期期间，所述弹性盘形胶囊根据其内的流体压力，弹性改变其占据的体积，能够吸收或排出被截留空隙中的被挤压流体，藉此被截留在所述空隙中的流体由不泄露流体的齿侧间隙隔离，抑制压力向内或向外传递，其体积在截留时期期间的改变由所述弹性盘形胶囊的压缩或膨胀进行补偿，抑制压力脉冲和气泡生成及消除齿跳动接触。

2.根据权利要求1所述的齿轮泵或马达，其中，所述连通通道的开口的位置是恰在开始对正在减小的空隙进行截留时，所述连通通道的开口被所述轴齿轮或从动齿轮的侧表面封闭，但准备朝向所述被截留空隙打开，使从所述被截留空隙泄露到所述封闭腔室的流体泄露被阻止，并且在齿轮转动时，所述开口被打开，以在减小空隙的其余时期期间，通过所述弹性盘形胶囊吸收被截留的流体，并且还在随后的增大时期期间，将流体从所述封闭腔室排出到所述正在增大的截留空隙，借此执行所述补偿，且阻止流体泄露到所述封闭腔室。

3.根据权利要求1所述的齿轮泵或马达，其中，弹性盘形胶囊以多个彼此相互独立地隔绝振动的方式设置，由此每个弹性盘形胶囊的弹性挠曲可以小部分的方式分担所述截留空隙的体积变化，能够响应所述空隙的截留循环的极高频率。

4.根据权利要求1所述的齿轮泵或马达，其中，位于所述侧壁的表面上的所述连通通道的开口关于所述齿轮轴中心的中心线以彼此对称的方式相对地设置在相对的壁上，允许在所述轴齿轮或从动齿轮转动过程中，在所述轴齿轮的和所述从动齿轮的侧部处形成的所述每个被截留空隙，可分别与所述封闭腔室连通。

5.一种齿轮泵或马达，包括：

轴齿轮和从动齿轮，所述轴齿轮和所述从动齿轮在齿轮腔室中可旋转地啮合，将流体从入口腔室传递到出口腔室，所述齿轮腔室由壳体和相对的侧壁形成；

具有不泄露流体之余隙的啮合齿轮的齿侧间隙，藉此在由正在减小的截留空隙中的压力纹波所引起的脱离接合期间，所述接合的齿轮的表面之间的分开距离受到所述不泄露流体的齿侧间隙的限制，从而在脱离接合后齿的跳动接触被减小，齿的跳动接触噪音被抑制。

说明书

抑制截留流体故障的无声齿轮泵或马达

[0001] 相关申请

[0002] 本申请要求于2013年4月17日提出的PCT申请No.PCT/KR2013/003226的权益，该申请以引用的方式合并到本申请中。

技术领域

[0003] 本发明一般涉及一种流体传递装置，其包括成对的啮合外齿轮。本发明具体涉及一种齿轮泵或马达，或者齿轮制冷压缩机，其具有可旋转地安装在齿轮腔中的成对的外齿轮。

背景技术

[0004] 使用成对的啮合外齿轮的流体传递装置在旋转结构方面是独特的，其因为不使用往复式部件而使旋转振动小，且以简单且经济的结构而具有高功率密度，从而广泛应用于例如泵或马达的工业领域中。然而，尽管这种流体传递装置具有这些优点，但由于啮合外齿轮产生的高噪音和曝气限制了这种流体传递装置在安静环境设备(例如电动汽车或房间服务用的泵或马达或制冷压缩机)中的使用，或者在大传递体积应用中的使用。

[0005] 在现有技术的流体传递装置的正常使用过程中，啮合齿轮的齿在齿根弯曲部和啮合齿顶之间形成空隙，各空隙的体积减小直到到达包括齿轮支撑轴的中心的理论平面处，然后在齿接触沿接触线移动过程中，各空隙增大，其中，被截留流体(trapped fluid)在减小工序过程中仍产生大的压力纹波，在增大工序过程中产生曝气，引起严重的噪音和气穴现象，这称之为截留流体现象(也称作“困油现象”，trapping phenomenon)。

[0006] 已知上述截留流体现象所引起的故障是因为在齿轮旋转过程中不可压缩流体被限制在可变体积的刚性空隙中，其中通过穿过围绕被截留空隙的余隙(例如齿轮的齿侧间隙和沿齿轮侧表面的余隙)向内或向外传递压力或泄露流体，压力变化使输入腔和输出腔不可避免地相互受到影响，导致被截留空隙和高压腔中压力升高，产生高频压力脉冲。

[0007] 除因截留流体现象引起的故障外，现有技术中存在位于允许范围内的齿轮齿侧间隙以使啮合操作平滑，齿轮的齿侧间隙在提出本发明之前足够大而在加载腔室和被截留空隙之间传递压力，当啮合齿轮的接触点位于正在减小的截留空隙和正在增大的截留空隙之间时，使压力逐步交互升高，超过加载腔室的压力。其中，在正在减小的截留空隙中产生的、如图9所示泵或齿轮制冷压缩机中的高压48或如图12所示，马达中的高压50，推动在截留空隙中相互抵靠地布置的齿侧面，从而所述齿侧间隙使接触的齿侧面分开，在接触面之间产生余隙，正在减小的截留区域中的流体穿过所述余隙，随后释放到相邻的正在增大的截留空隙中。在其中的高压随着齿轮的转动而泄压后，从动齿轮被图9所示泵或制冷用压缩机中的加载腔室的压力47和图12所示马达中加载腔室的压力49向前驱动转动，从而使齿和轴齿轮再次接触，抵靠每个啮合的齿产生齿跳动接触，对从动齿轮侧的每个被截留空隙具有严重的噪音和高频振动。齿侧间隙需要封闭以抑制被截留空隙中的压力和阻止齿跳动接触。

[0008] 现有技术中解决上述问题的一种方法是提供相当大容积的纹波腔室，其具有第一通道和第二通道，其中第一通道连接到所述截留区域，通过第一通道来阻尼所述被截留的高压，第二通道用于将流体排放到入口侧，然而被限制在脊形容器中的流体因流体的不可压缩而难以阻尼。

[0009] 现有技术中解决上述问题的另一种方法是提供柱塞，所述柱塞在截留区域中挤压流体的压力和排放腔室中挤压流体的压力之间的压力差作用下往复运动，用于经由其中的连通通道将被截留流体释放到低压侧，其中，柱塞的往复运动产生另一脉冲到高压侧，因此仍然存在高噪音。

[0010] 现有技术中解决上述问题的又一方法是在侧板表面上的凹部中提供弹性体，例如泡沫塑料，弹性体的一端面对齿轮的被截留区域，用于使弹性体吸收被挤压的流体，其中在开始所述被截留时期时，由于排放腔室和面对凹部中的弹性体的被截留区域之间的更大的压力差，流体从排放腔室穿过齿轮的侧表面和侧壁之间的余隙泄露，因而充分阻尼受到干扰，因高压腔室中高频压力下降而使压力产生脉冲，导致大的噪音。

[0011] 现有技术中解决上述问题的一些方法提供通道，以通过通道连通入口腔室或出口腔室释放被截留区域中的压力，导致高压腔室中的压力突降和流体泄露到被截留腔室中，丧失容积效率，或者因减小的容积直接传递到高压腔室而产生更高的压力脉冲。

发明内容

[0012] 本发明的目的是提供一种无声齿轮泵或马达，或者齿轮制冷压缩机，其具有解决上述问题的装置。

[0013] 因此，本发明提供补偿被截留空隙的可变容积的装置，其使被截留流体对于高压腔室被密封；以及阻止齿跳动接触的装置，包括：

[0014] 啮合齿轮的不泄露流体的齿侧间隙；

[0015] 补偿腔室，其设置在至少一个所述侧壁的中间部分中；

[0016] 至少一个弹性盘形胶囊，其容纳在所述补偿腔室中，且其内具有可压缩的气体，所述盘形胶囊的强度能够节约空间，以便在正在减小的截留空隙开始时，克服被挤压流体中的压力，吸收被挤压流体，使被截留空隙封闭；以及

[0017] 单一通道，其从所述补偿腔室延伸到侧壁表面部分上的开口，在正在减小的截留空隙开始时，所述侧壁表面部分上的开口被齿轮的侧表面封闭，但准备朝向所述正在减小的截留空隙打开，并且进一步旋转齿轮时，所述开口在从减小到随后增大的两个时期期间朝向所述被截留空隙打开。

[0018] 藉此，在啮合齿轮的正在减小的截留空隙开始时，被截留空隙由不泄露流体的齿侧间隙和通道的封闭端部向内或向外封闭，形成位于加载腔室和补偿腔室之间的压力缓冲区，因而通过将压力经由所述被截留空隙从高压腔室传递到补偿腔室，阻止弹性盘形胶囊皱缩及防止加载腔室中的压力突降。在齿轮进一步转动时，所述正在减小的截留空隙与所述补偿腔室开始连通，且响应极高频率的截留循环，过量体积的被截留流体被弹性盘形胶囊减小的空间吸收，其中针对弹性盘形胶囊的挠曲的强度能够预先设定补偿腔室中的工作压力，从而阻止其中的高压纹波(ripple)和齿的脱离接合，消除齿跳动接触。而且在齿进一步转动时，被截留空隙的体积在包括齿轮支撑轴的中心的理论平面处达到最小，此后被截留空隙的体积增大，产生真空压力，其中增大的空间充满从补偿腔室排出的流体，抑制气泡形成，其中所述流体因弹性盘形胶囊和正在增大的截留空隙之间的压力差而穿过连通通道。由此，在啮合齿轮中被截留的空隙的体积变化通过弹性盘形胶囊补偿，不产生排放腔室中高压流体的不希望的损失，这能够抑制压力脉冲、气穴现象和齿跳动接触，实现了低噪音、低振动和高效率的齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机。

附图说明

[0019] 本发明的新特征本身涉及它的结构和工作方法，本发明的新特征以及其目的和优点，将从结合附图描述的具体实施例的下述详细说明更易理解，其中：

[0020] 图1是根据本发明的齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机的剖视图，所述齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机具有轴承座，显示容纳在补偿腔室中的多个弹性胶囊、与连通通道；

[0021] 图2是沿图1的线1-1剖切根据本发明的泵或马达或齿轮制冷压缩机的放大剖视图；

[0022] 图3是根据本发明的齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机的剖视图，所述齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机具有耐磨板，显示容纳在补偿腔室中的多个弹性胶囊、与连通通道；

[0023] 图4是根据本发明的齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机的剖视图，所述齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机具有端板的侧壁，显示容纳在补偿腔室中的多个弹性胶囊、与连通通道；

[0024] 图5是根据本发明的侧壁或轴承座的局部放大图，显示连接到根据本发明的补偿腔室(未示出)的通道的开口；

[0025] 图6是沿图5的线II-II剖切根据本发明的侧壁或轴承座的截面图，显示容纳在补偿腔室中的多个弹性盘形胶囊、与连通通道；

[0026] 图7是根据本发明的弹性盘形胶囊的俯视图；

[0027] 图8是根据本发明的图7的线III-III剖切的弹性胶囊的截面图；

[0028] 图9是沿图1的线I-I剖切根据本发明的泵或齿轮制冷压缩机的壁的 部放大图，显示在正开始截留正在减小的空隙时，通道的开口被所述齿轮的侧面封闭但准备打开，还显示这里公开的从动齿轮上的压力分布，沿正在减小的空隙和正在增大的空隙之间的作用线形成一个齿接触点；

[0029] 图10是沿图1的线I-I剖切根据本发明的泵或齿轮制冷压缩机的侧壁的局放大截面图，显示在结束所述减小截留和还准备开始所述增大截留时，通道的开口和截留空隙处于相对的位置；

[0030] 图11是沿图1的线I-I剖切根据本发明的泵或齿轮制冷压缩机的侧壁的局放大截面图，显示在结束所述增大截留和还在开始下一减小截留空隙时，通道的开口和被截留空隙处于相对的位置，形成两个齿接触点；

[0031] 图12是沿图1的线I-I剖切根据本发明的马达的侧壁的局部放大截面图，显示在开始截留正在减小的空隙时，通道的开口通过所述齿轮的侧表面被封闭但准备打开，还显示这里披露的从动齿轮的压力分布，沿正在减小的空隙和正在增大的空隙之间的作用线形成一个齿接触点；

[0032] 图13是沿图1的线I-I剖切根据本发明的马达的侧壁的局放大截面图，显示在结束所述减小截留和还准备开始所述增大截留时，通道的开口和截留空隙处于相对位置；以及[0033] 图14是沿图1的线I-I剖切根据本发明的马达的侧壁的局放大截面图，显示在结束所述增大截留时和还在开始下一正在减小的截留空隙时，通道的开口和截留空隙处于相对的位置，形成两个齿接触点。

具体实施方式

[0034] 现在详细参考附图，首先参考图1和2，其示出了根据本发明的齿轮泵或马达、或齿轮制冷压缩机的一个实施例。在此，中心壳体1设置两个用于齿轮腔室的交叉孔，并且齿轮腔室的截面形状大致呈花生状。齿轮腔室包含成对的啮合外齿轮4和5，啮合外齿轮4和5具有支撑轴9、10、11和12，支撑轴的端部被相对的轴承座6和7封闭。如实施例中所显示的，壳体端板2和3通过螺钉固定在轴承座6和7。齿轮的轴9、10、11和12以可旋转的方式安装在轴承座6和7中的轴承孔13、14、15和16中。轴9延伸穿过轴承座6直至端板2的外侧，联结原动机(未示出)以旋转作为轴齿轮的齿轮4和作为从动齿轮的齿轮5。

[0035] 啮合齿轮4和5的不泄露流体的齿侧间隙8通过精密制造手段例如齿面研磨方法，以小余隙的方式提供，以便校正因热处理造成的不希望的变形，齿侧间隙8允许截留区域中的后侧面可在相啮齿面上滑动以便密封截留区域。多个密封件17设置在中心壳体1和端板2、3之间。当齿轮的旋转方向对于泵或压缩机如图9-11中的箭头所示，及对于马达如图12-
14中的箭头所示，入口腔室20和出口腔室21形成在齿轮的啮合齿的相对侧上。腔室20和21分别连接到端口22和23，端口22和23被设置成连接到液压部分。

[0036] 参考图3，本发明的齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机具有耐磨板。参考图4，本发明的齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机具有端板的侧壁。

[0037] 如图5-6所示，所谓泄压槽24、25具有极限线26、27，且形成在所述侧壁上或者轴承座6、7上，构成处于最小尺寸的正在减小的或正在增大的截留区域的被截留体积。盲孔30如图6所示的那样被插塞，用作补偿腔室，且设置在每个轴承座6、7的中部，通道29从轴承座6、7延伸到侧壁上的开口28。其中，开口28的定位位置是在正在减小的空隙33、36正开始截留其中的流体时，如图9、图12所示，开口28被齿40、43的侧表面封闭但准备被打开，并且在齿轮进一步旋转后，开口28的定位位置是在随后的减小或增大的其余时期期间，开口28与补偿腔室30连通到被截留空隙33、36。

[0038] 多个弹性盘形胶囊32独立地设置在补偿腔室中，每个弹性盘形胶囊32包括弹性凹盘，形成用于容纳被密封在其中的可压缩空气或气体的内部空间，弹性凹盘的表面弹性变形，直至达到被截留空隙的预设压力，借此每个弹性盘形胶囊变形的总和吸收了正在减小的空隙中被截留流体的减小体积，使高压腔室不发生压力突降，或者将补偿腔室的流体排出到正在增大的空隙中，以极高的频率快速响应所述补偿腔室的压力变化。弹性盘形胶囊的俯视图如图7所示，沿图7的线III-III剖切的弹性胶囊的截面如图8所示。

[0039] 下面将详细描述与根据本发明的泵和马达的操作类似的泵或齿轮制冷压缩机的优选实施例的操作。

[0040] 当泵或齿轮制冷压缩机的轴9被原动机转动时，泵或齿轮制冷压缩机的啮合齿轮4和5沿图9中箭头所示方向旋转，从而通过移动被分别限制在齿轮的齿间空间中的流体，经由入口端口22引入到入口腔室20中的流体被传递到出口腔室21。但对于马达而言，马达的轴9由加压流体转动，所述加压流体经由入口端口22供给到入口腔室20中，并且马达的啮合齿轮4和5沿图12中箭头所示的方向转动，将被限制在齿轮的齿间空间中的流体传递到出口腔室21。入口腔室和出口腔室通过啮合的齿轮分开。当齿轮沿作用线39啮合时，在轴齿轮和从动齿轮的齿根弯曲部和齿顶之间分别产生空隙，它们的体积减小直到达到包括齿轮轴的中心的理论平面18，然后如上所述，增大泵或齿轮制冷压缩机的空隙33或35，如图9-11所示，和马达的空隙36或38，如图12-14所示。

[0041] 如图9或图12所示，在正在减小的空隙33、36已被截留，且开始超过泄压槽24的极限线26时，沿着正在减小的空隙和正在增大的空隙之间的作用线形成仅一个齿接触点，在这种情形中，根据本发明的不泄露流体的齿侧间隙阻断被截留空隙33、36和出口腔室21之间的压力传递，并且在齿轮进一步旋转时，开口28被齿40、43的侧表面覆盖但准备打开，形成出口腔室21和补偿腔室30之间的压力缓冲区。由此，在开始截留所述空隙的过渡期期间，被截留流体被暂时隔离，抑制压力向内传递，并且被截留空隙33、36和补偿腔室30之间的压力平衡因弹性盘形胶囊32的刚性而得以保持，阻止了出口腔室中压力突降。

[0042] 如图10、图13所示，通过进一步转动齿轮，沿着被截留空隙33、36的外周的密封区(sealing land)变厚以密封出口腔室21，并且开口28逐渐朝向被截留空隙33、36打开。因而其中减小的流体体积通过通道29传递到补偿腔室30，以便在不超过预设压力的条件下由弹性盘形胶囊32吸收，所述预设压力的控制方式是选择弹性盘形胶囊的刚度、抑制在被截留空隙中出现压力纹波和齿轮齿跳动接触。

[0043] 当被截留空隙33、36的几何中心到达包含齿轮支撑轴的中心的理论平面18时，被截留空隙33、36的体积达到它们的最小体积，并且此后开始增大，如图10、图13所示，造成其内压力突降。弹性盘形胶囊32和正在增大的空隙33、36之间的压力差将补偿腔室30中的流体通过通道29和开口28排出到正在增大的空隙中，开口28在该时期期间被打开以便充满所述空隙中增大的体积，防止真空压力引起气泡生成，使气泡的生成受到抑制，并且还允许弹性盘形胶囊恢复体积以准备在下一循环中被压缩。在进一步转动齿轮时，正在增大的空隙33、36与入口腔室开始连通，并且开口28如图11、图14所示被齿轮41、44封闭。同时，啮合齿轮的根部处的紧随空隙35、38开始被截留，所形成的成对空隙具有沿着作用线的两个接触点，在正在减小的空隙35、38和正在增大的空隙33、36之间具有齿侧间隙，开始一与相对侧壁上的开口28’有关的截留空隙的新循环，其中，相对侧壁上的开口28’的位置与开口28的位置关于中心线19大致对称。藉此因截留流体现象产生的故障，例如压力脉冲和气泡生成、和齿跳动接触被抑制，实现了低噪音、高效率的齿轮泵或马达或制冷压缩机。

[0044] 应当理解的是，上面描述的每个元件、或两个或更多个还可有利地用于与上述类型不同的其它类型齿轮泵或马达或齿轮制冷压缩机中。尽管上面已经例示和描述了本发明的特殊实施例，但本领域技术人员容易理解在不偏离本发明的精神的前提下对本发明做出多种修改和改型。因此，所附权利要求书旨在覆盖落入本发明的精神和保护范围内的所有这种修改和改型。