一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构

摘要

本发明公开了一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构。包括齿圈基体、注塑层和圆柱销，齿圈基体外周面布置有注塑层，齿圈基体和注塑层之间通过圆柱销连接，齿圈基体的内周面加工有渐开线内齿；所述的注塑层外周面沿着轴线方向加工有一个鼓形结构，鼓形结构为对称结构，沿着轴线方向分为上升段、平直段和下降段依次衔接的三部分，上升段和下降段为四分之一的正弦曲线，平直段为直线。本发明可增大水液压内啮合齿轮泵中齿圈与壳体这一对摩擦副之间的最小水膜厚度，减少齿圈的磨损现象，提高水液压内啮合齿轮泵的工作性能及使用寿命。

权利要求

1.一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构，其特征在于：包括齿圈基体(1)、注塑层(2)和圆柱销(3)，齿圈基体(1)外周面布置有注塑层(2)，齿圈基体(1)和注塑层(2)之间通过圆柱销(3)连接，齿圈基体(1)的内周面加工有渐开线内齿；

所述的注塑层(2)外周面沿着轴线方向加工有一个鼓形结构，鼓形结构为对称结构，沿着轴线方向分为上升段、平直段和下降段依次衔接的三部分，上升段和下降段为四分之一的正弦曲线，平直段为直线，鼓形轨迹按以下方程：式中，L为齿圈基体(1)宽度(mm级别)，a为正弦曲线幅值(μm级别)，λ为上升段所占的x方向的长度与齿圈基体(1)宽度的比值，x方向为轴线方向，y方向为径向方向。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构，其特征在于：所述的齿圈基体(1)采用马氏体不锈钢材料，作为水液压内啮合齿轮泵的关键工作部件。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构，其特征在于：所述的注塑层(2)通过注塑方式形成在齿圈基体(1)外周面。

4.根据权利要求1所述的一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构，其特征在于：所述齿圈基体(1)的外周面上沿周向间隔布置有三个条形凹槽，条形凹槽中安装圆柱销(3)，圆柱销(3)和齿圈基体(1)轴向平行。

5.根据权利要求1所述的一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构，其特征在于：所述的注塑层(2)外周面的鼓形结构通过微结构加工制成。

说明书

一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种内啮合齿轮泵的齿圈，尤其是涉及一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构。

背景技术

[0002] 水液压由于其环境友好性、无毒性、不可燃性等优点在液压传动领域中地位越来越突出，符合我国“绿色制造”的社会发展趋势。水液压内啮合齿轮泵作为水液压中关键的动力元件，其性能对于水液压的发展有着重要的作用。

[0003] 在水液压内啮合齿轮泵中，齿圈与壳体之间组成的摩擦副是该泵的一个关键摩擦副。一方面，由于齿轮泵的工作特性，齿圈会受到一个压向壳体的力；另一方面，由于齿圈与壳体之间的水膜的粘度很低，因此形成的水膜厚度很小。齿圈与壳体之间经常处于过度磨损状态，大大降低了水液压内啮合齿轮泵的工作性能及使用寿命，限制了水液压内啮合齿轮泵的发展。

[0004] 目前水液压内啮合齿轮泵中的齿圈，只是在齿圈基体外圆注塑一层工程塑料，由于两者结合力不足，在实际工作中会出现滑动甚至分离的现象。此外，注塑层外圆没有加工微结构，不能增大齿圈与壳体之间的最小水膜厚度，因此，注塑层与壳体之间依然存在比较严重的磨损现象。

发明内容

[0005] 针对目前水液压内啮合齿轮泵中的齿圈的不足之处，本发明的目的在于提供一种耐磨损的水液压内啮合齿轮泵的齿圈结构，能增大齿圈与壳体之间的最小水膜厚度，改善齿圈与壳体之间的润滑状态，提高水液压内啮合齿轮泵的工作性能及使用寿命。

[0006] 本发明采用的技术方案是：

[0007] 本发明包括齿圈基体、注塑层和圆柱销，齿圈基体外周面布置有注塑层，齿圈基体和注塑层之间通过圆柱销连接，齿圈基体的内周面加工有渐开线内齿。

[0008] 所述的齿圈基体采用马氏体不锈钢材料，作为水液压内啮合齿轮泵的关键工作部件。

[0009] 所述的注塑层通过注塑方式形成在齿圈基体外周面，采用耐磨工程塑料。

[0010] 所述的注塑层外周面沿着轴线方向加工有一个鼓形结构，鼓形结构为对称结构，沿着轴线方向分为上升段、平直段和下降段依次衔接的三部分，上升段和下降段为四分之一的正弦曲线，平直段为直线，鼓形轨迹按以下方程：

[0011]

[0012] 式中，L为齿圈基体宽度(mm级别)，a为正弦曲线幅值(μm级别)，λ为上升段所占的x方向的长度与齿圈基体宽度的比值，x方向为轴线方向，y方向为径向方向。

[0013] 所述齿圈基体的外周面上沿周向间隔布置有三个截面为半圆的条形凹槽，条形凹槽中安装圆柱销，圆柱销和齿圈基体轴向平行。由于圆柱销的卡紧作用，有效提高齿圈基体与注塑层的结合力，防止两者间出现周向滑动或分离的现象。

[0014] 所述的注塑层外周面的鼓形结构通过微结构加工制成。

[0015] 本发明能够通过鼓形结构，在注塑层和水液压内啮合齿轮泵的泵壳体接触面之间形成对水膜的变形补偿，使得最小水膜厚度变大，减小摩擦，实现减少齿圈的磨损现象。

[0016] 所述的正弦曲线幅值a取值为(2±0.5)μm；比值λ取值为1/3到1/2。通过合理配置a和λ这两个设计参数，可以有效增大水液压内啮合齿轮泵中齿圈与壳体这一对摩擦副之间的最小水膜厚度，减少齿圈的磨损现象，提高水液压内啮合齿轮泵的工作性能及使用寿命。

[0017] 本发明的有益效果是：通过设计该鼓形微结构，可以有效补偿由于齿圈与壳体这一对摩擦副之间的水膜压力所造成的齿圈及壳体的弹性变形，从而增大摩擦副之间的最小水膜厚度。齿圈与壳体之间的水膜压力会引起齿圈和壳体的在径向方向的“凹陷”的弹性变形；根据研究表明，该弹性变形会导致摩擦副之间的最小水膜厚度下降。因此，本发明通过设计一个在径向方向“凸起”的鼓形微结构，对弹性变形进行补偿，从而达到增大水膜厚度的效果。

[0018] 本发明能够有效增大水液压内啮合齿轮泵中齿圈与壳体这一对摩擦副之间的最小水膜厚度，减少齿圈的磨损现象，提高水液压内啮合齿轮泵的工作性能及使用寿命。

附图说明

[0019] 图1是本发明内啮合齿轮泵的齿圈的结构示意图。

[0020] 图2是本发明内啮合齿轮泵的齿圈主视图。

[0021] 图3是本发明内啮合齿轮泵的齿圈局部剖视图。

[0022] 图4是本发明内啮合齿轮泵的齿圈注塑层外圆轴向方向鼓形微结构示意图。

[0023] 图中：1.齿圈基体，2.注塑层，3.圆柱销。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0025] 如图1和图2所示，本发明具体实施包括齿圈基体1、注塑层2和圆柱销3，齿圈基体1外周面布置有注塑层2，齿圈基体1和注塑层2之间通过圆柱销3连接，齿圈基体1的内周面加工有渐开线内齿。

[0026] 如图1和图2所示，齿圈基体1采用马氏体不锈钢材料，齿圈基体1的外周面上沿周向间隔布置有三个截面为半圆的条形凹槽，条形凹槽中安装圆柱销3，圆柱销3和齿圈基体1轴向平行。然后在齿圈基体1的外周面通过注塑方式在齿圈基体1外周面微加工形成鼓形结构的注塑层2。

[0027] 如图3和图4所示，注塑层2外周面沿着轴线方向加工有一个鼓形结构，鼓形结构为对称结构，沿着轴线方向分为上升段、平直段和下降段依次衔接的三部分，上升段和下降段为四分之一的正弦曲线，平直段为直线，鼓形轨迹按以下方程：

[0028]

[0029] 式中，L为齿圈基体1宽度mm级别，a为正弦曲线幅值μm级别，λ为上升段所占的x方向的长度与齿圈基体1宽度的比值，x方向为轴线方向，y方向为径向方向。

[0030] 本发明的具体实施工作过程如下：

[0031] 在水液压内啮合齿轮泵中，齿圈与壳体这一对摩擦副的摩擦及润滑特性主要是由两者之间的最小油膜厚度(hmin)及两者的混合粗糙度(σ)所决定的。引入一个参数γ，表示两者的比值，如下式所示。

[0032]

[0033] 通常认为，当γ<1时，摩擦副处于边界摩擦状态，摩擦表面存在严重的磨损现象；当1<γ<3时，摩擦副处于混合摩擦状态，摩擦表面存在一定磨损现象；当γ>3时，摩擦副处于完全流体润滑状态，摩擦表面不存在或存在很少的磨损现象。

[0034] 在水液压内啮合齿轮泵中，齿圈与壳体这一对摩擦表面的混合粗糙度为0.4μm，当注塑层2外圆不加工鼓形结构时，最小油膜厚度如下表1，该摩擦表面处于边界摩擦或混合摩擦状态，存在较严重的磨损现象。

[0035] 表1注塑层2外圆不加工鼓形结构时，泵的工作压力为15MPa时，不同转速下齿圈与壳体之间的最小油膜厚度

[0036]泵工作转速(rpm) 1000 2000 3000
最小油膜厚度hmin(μm) 0.19 0.47 0.76

[0037] 当采用注塑层2外圆加工鼓形结构的设计，并通过合理配置a和λ这两个设计参数，可以有效增大水液压内啮合齿轮泵中齿圈与壳体这一对摩擦副之间的最小水膜厚度，使得最小厚膜厚度处于如下表2的范围，使得该摩擦表面处于混合摩擦和完全流体润滑的状态，减少齿圈的磨损现象。

[0038] 表2注塑层2外圆加工鼓形结构后，泵的工作压力为15MPa时，不同转速下齿圈与壳体之间的最小油膜厚度

[0039]泵工作转速(rpm) 1000 2000 3000
最小油膜厚度hmin(μm) 0.87 1.25 1.62

[0040] 由此说明本发明能够有效减少齿圈的磨损现象，提高水液压内啮合齿轮泵的工作性能及使用寿命，具有其突出显著的技术效果。