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内啮合齿轮泵

阅读：1040发布：2020-05-27

IPRDB可以提供内啮合齿轮泵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种内啮合齿轮泵(9)，其中泵转子(1)如下方式构造，基圆直径设定为A，滚圆半径设定为b，轨迹圆直径设定为C，以及偏心量设定为e(毫米)，使滚圆沿基圆作无滑动的滚动，并且，利用与滚圆中心的距离为e的定点的轨迹，藉此，绘出摆线(T)，基于各自的中心位于摆线(T)上的一组轨迹圆的包络线，形成具有n个齿的内转子(2)的齿廓，组合该内转子与具有(n+1)个齿的外转子。该内转子的齿廓曲线满足下述表达式(1)。因为满足K，下面是内啮合齿轮泵专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种内啮合齿轮泵，其中，基圆直径设定为A毫米，滚圆直径设定为B毫米，滚圆半径设定为b毫米，轨迹圆直径设定为C毫米，以及，偏心量设定为e毫米，其中，使所述滚圆沿所述基圆作无滑动的滚动，并且，利用与所述滚圆的中心之距离为e的定点的轨迹，藉此，绘出摆线(T)，其中，基于各自的中心位于所述摆线(T)上的一组所述轨迹圆的包络线，形成具有n个齿的内转子(2)的齿廓，其中，将所述内转子(2)与具有(n+1)个齿的外转子(3)组合，形成泵转子(1)，其中，所述内转子(2)的齿廓曲线满足表达式(1)：其中，所述摆线(T)的最小曲率半径ρmin由表达式(2)限定，以及，满足K1＝(2ρmin-C)，0.5≤K1≤2：。

2.根据权利要求1所述的内啮合齿轮泵，其中，满足0.2≤K≤0.97。

3.根据权利要求2所述的内啮合齿轮泵，其中，满足0.7≤K≤0.96。

4.根据权利要求1所述的内啮合齿轮泵，其中，K2由表达式(3)限定时，满足

0.06≤K2≤1.8：

。

5.根据权利要求4所述的内啮合齿轮泵，其中，满足0.1≤K2≤0.7。

6.一种形成内啮合齿轮泵(9)的内转子齿廓的方法，包括：将基圆直径设定为A毫米，将滚圆直径设定为B毫米，将所述滚圆的半径设定为b毫米，将轨迹圆直径设定为C毫米，以及，将偏心量设定为e毫米；

使所述滚圆沿所述基圆作无滑动的滚动，并且，利用与所述滚圆的中心之距离为e的定点的轨迹，藉此，绘出摆线(T)；

基于各自的中心位于所述摆线(T)上的一组所述轨迹圆的包络线，形成具有n个齿的内转子(2)的齿廓；以及通过将所述内转子(2)与具有(n+1)个齿的外转子组合，形成泵转子(1)，其中，所述内转子(2)的齿廓曲线满足表达式(1)：其中，所述摆线(T)的最小曲率半径ρmin由表达式(2)限定，以及，满足K1＝(2ρmin-C)，0.5≤K1≤2：。

7.根据权利要求6所述的形成内啮合齿轮泵的内转子齿廓的方法，其中，满足

0.2≤K≤0.97。

8.根据权利要求7所述的形成内啮合齿轮泵的内转子齿廓的方法，其中，满足

0.7≤K≤0.96。

9.根据权利要求6所述的形成内啮合齿轮泵的内转子齿廓的方法，其中，K2由表达式(3)限定时，满足0.06≤K2≤1.8：。

10.根据权利要求9所述的形成内啮合齿轮泵的内转子齿廓的方法，其中，满足

0.1≤K2≤0.7。

说明书全文

内啮合齿轮泵

技术领域

[0001] 本发明涉及配备有泵转子的内啮合齿轮泵，该泵转子由利用摆线形成齿廓的内转子、以及比内转子多一个齿的外转子构成。具体而言，本发明涉及一种内啮合齿轮泵，其通过避免在内转子的齿顶处形成尖角来获得增强的泵性能，以及，本发明涉及形成内转子齿廓的方法。

背景技术

[0002] 内啮合齿轮泵用作例如油泵，用于润滑车辆发动机、用于自动变速器(AT)、用于无级变速器(CVT)、或者用于供给柴油。

[0003] 在这种内啮合齿轮泵的已知类型中，利用摆线形成内转子的齿廓。如图8中所示，首先设定基圆直径A、滚圆直径B、偏心量e、以及轨迹圆直径C。然后，使滚圆沿基圆作无滑动的滚动，并得到由与滚圆中心有一定距离(按偏心量)的点绘出的摆线T。轨迹圆C的中心C0沿摆线T移动，得到一组圆弧，这些圆弧的包络线作为内转子曲线(齿廓)TC(参见专利文献1中的图2)。

[0004] 所使用外转子的齿数比内转子2多一个(内转子齿数：n，以及，外转子齿数：n+1)。外转子的齿廓基于这样一种方法形成，该方法使用基于上述方法所得到的内转子2的一组齿廓曲线的轨迹，或者基于其它已知方法形成。例如，上述方法使用内转子的一组齿廓曲线的轨迹，该方法涉及：沿以外转子中心为中心、且直径为(2e+t)(e表示内转子2与外转子3之间的偏心量，以及，t表示在理论偏心位置处内转子2与外转子3之间的齿顶间隙)的圆，内转子的中心公转一圈，并且，在公转期间使内转子2自转(1／n)次。作为内转子2公转以及自转的结果，绘出了内转子2自转n次时所得到的一组内转子齿廓曲线的包络线，并且，该包络线作为外转子3的齿廓(参见专利文献1中的图3至图5，以及专利文献2中的第[0044]段和图9)。

[0005] 通过组合按这种方法制造的内转子2和外转子3，并且使这些转子相对彼此偏心方式布置，形成泵转子。将这种泵转子容纳在具有进给口和排出口的壳体的转子腔内，藉此，形成内啮合齿轮泵(参见本申请中的图1，以及专利文献2中的第[0048]段和图10)。

[0006] 在利用摆线形成齿廓的内转子2中，在各齿顶2a的相对边缘处会形成回线(loops)R(图9(a))，或者在齿顶的相对边缘处会形成尖角s(图9(b))，这取决于所作选择，例如基圆直径A。具有上述回线R的齿廓形状实际上不可实现，以及，由于不可能在齿廓中形成这种回线R，它们变成形成于齿顶相对边缘处的尖角s。

[0007] 将各齿顶相对边缘处具有尖角s的齿廓用于油泵时，尖角(边缘)s处的接触应力(即：赫兹应力(赫氏点接触应力))增大，并导致这些区域中的磨损或变形(yielding)，因此，导致泵性能的降低、以及振动和噪音的增加。

[0008] 引文列表

[0009] 专利文献

[0010] 专利文献1：日本经审查实用新型登记申请公开No.6-39109

[0011] 专利文献2：日本专利No.4600844

发明内容

[0012] 技术问题

[0013] 在相关技术中，当形成尖角s时，采用了使用弧形曲面校正尖角s的方法(即：通过形成弧形曲面除去尖角s)。然而，基于弧形曲面的校正导致内转子2与外转子3之间的齿隙扩大，导致泵性能(例如容积效率)降低。

[0014] 此外，(1)转子的大小，以及，(2)内转子2的最小曲率和外转子的最小曲率，二者取决于轨迹圆直径C而波动。(1)中的波动会导致转子机械效率降低，以及，(2)中的波动会导致赫兹应力增大。

[0015] 根据经验，当两个转子2、3互相啮合时，要求50％或更高的机械效率、以及1.5或更高的赫兹应力安全系数((材料接触疲劳极限)／(赫兹应力))，以及，其乘积(即：(机械效率)×(赫兹应力安全系数))需要为75％或更高。

[0016] 为了解决上述问题，本发明的第一个目的是，避免在内转子2齿廓的各齿顶2a的相对边缘处形成尖角s。本发明的第二个目的是，在没有尖角s的内转子2齿廓中，抑制机械效率的降低以及赫兹应力的增大。

[0017] 问题的解决方案

[0018] 图6(a)、图6(b)和图6(c)图示，圆C的中心沿轨迹线T(其由半径为r的圆弧将两条直线连接而构成)移动所得到的圆C的包络线TC。如图6(a)中所示，当圆C的半径c小于轨迹线T的圆弧半径r(cr)时，在图中位于轨迹线T上侧的包络线TC是平滑的，以及，在图中位于下侧的包络线TC具有交叉回线R。当圆C的半径c与轨迹线T的圆弧半径r彼此相等(c=r)时，如图6(b)中所示，在图中位于下侧的包络线TC具有尖角s。

[0019] 在利用摆线形成内转子齿廓的情况下，通过使轨迹圆C的中心C0沿摆线T移动得到一组圆弧，这些圆弧的内侧包络线作为内转子曲线(齿廓)TC，如图8中所示。在有些区段中摆线T的曲率半径ρ局部小于轨迹圆C的半径(C／2)(ρmin<(C／2))的情况下，轨迹圆C的圆弧组的包络线TC在这些区段的每一个处交叉，导致在内转子曲线(齿廓)TC中形成回线R(图9(a))。如果有些区段中曲率半径ρ与轨迹圆C的半径彼此相等，形成尖角而没有交叉(图9(b))。

[0020] 据此，在本发明中，轨迹圆C的半径(C／2)总是设置为小于摆线T的曲率半径ρ。换而言之，轨迹圆C的半径(C／2)小于摆线T的最小曲率半径ρmin(C／2<ρmin)。

[0021] 接着，如图7(a)和图7(b)中所示，满足下述表达式：

[0022] COS(π/2-θ)=sinθ=(x2+b2-e2)／2bx

[0023] 这里，n表示内转子2的齿数，b表示滚圆B的半径(=B／2)，C表示轨迹圆直径，以及，e表示偏心量。

[0024] 曲率半径ρ基于Euler-Savary′s公式表达如下：

[0025] (1／x+1／(ρ-x))sinθ=1／a+1／b。

[0026] 假设(1／a+1／b)=γ，

[0027] ρ＝x+1／(γ／sinθ-1／x)。

[0028] 通过将上述sinθ代入到ρ的这种表达式中，假设α=b2-e2且β=2bγ-1，[0029] ρ=x+(x3+αx)／(βx2-α).

[0030] 此外，通过相对于x微分ρ，

[0031] dρ ／ dx=1+((3x2+α)(βx2-α)-(x3+αx)(2βx)) ／2 2 2 2 2 2 3 2 2
(βx-α)=((βx-α)+((3x+α)(βx-α)-(x+αx)(2βx)))／(βx-α)，以及，其分
2 2
子是(β+1)x(βx-3α)。

[0032] 基于e≤X≤2b且β+1=2bγ≠0，满足dρ／dx=0的x如下：

[0033]

[0034] 所以，当

[0035] 时，

[0036] 曲率半径ρ最小(最小曲率半径ρmin)，因而，

[0037]

[0038] 基于α=b2-e2，β=2bγ-1，且a／b=n，得到下式：

[0039]

[0040] 假设最小曲率半径ρmin大于轨迹圆的半径(ρmin>C／2)，得到下式：

[0041]

[0042] 采用下述表达式：

[0043]

[0044] 并且满足K<1，使轨迹圆C的半径(C／2)总是小于图8中摆线T的曲率半径ρ，因而，避免在内转子2的齿廓中各齿顶2a的相对边缘处形成尖角s，藉此，实现上述第一个目的。

[0045] 接着，为了获得75％或更高的乘积(即：(机械效率)×(赫兹应力安全系数))，如上所述，根据下面的实验结果，将K值设定为0.2≤K≤0.97。如果K1=2ρmin-C，满足0.3≤K1≤9.8。

[0046] 此外，假设

[0047]

[0048] 满足0.06≤K2≤1.8。

[0049] 为了获得50％或更高的机械效率、以及1.5倍或更高的赫兹应力安全系数，期望的是，满足0.7≤K≤0.96，0.5≤K1≤2，以及，0.1≤K2≤0.7。

[0050] 通过得到满足这些条件的齿廓，实现了上述第二个目的。

[0051] 在这种情况下，K表示“比率”，K1表示“量”，以及，K2表示比中的K1。

[0052] 发明的有益效果

[0053] 本发明具有上述配置，以避免在利用摆线所形成齿廓的各齿顶的相对边缘处形成回线R或尖角s，并且抑制机械效率的降低以及赫兹应力的增大。

附图说明

[0054] [图1]图1是根据本发明一种实施例的内啮合齿轮泵的端面图，示出从壳体移去盖子的状态；

[0055] [图2]图2是根据本实施例的内转子齿的放大图；

[0056] [图3]图3图示本实施例中“机械效率×赫兹应力安全系数”与K之间的关系；

[0057] [图4]图4图示本实施例中“机械效率×赫兹应力安全系数”与K1之间的关系；

[0058] [图5]图5图示本实施例中“机械效率×赫兹应力安全系数”与K2之间的关系；

[0059] [图6(a)]图6(a)图示圆C的中心沿轨迹线T移动时所得到圆C的包络线，并且示出圆弧区段的直径r小于圆C的半径c的情况；

[0060] [图6(b)]图6(b)图示圆C的中心沿轨迹线T移动时所得到圆C的包络线，并且示出r等于c的情况；

[0061] [图6(c)]图6(c)图示圆C的中心沿轨迹线T移动时所得到圆C的包络线，并且示出r大于c的情况；

[0062] [图7(a)]图7(a)图示如何计算摆线T的最小曲率半径ρmin；

[0063] [图7(b)]图7(b)图示如何计算摆线T的最小曲率半径ρmin；

[0064] [图8]图8图示利用摆线的内转子设计；

[0065] [图9(a)]图9(a)是图示相关技术中内转子齿廓形状的放大图；以及

[0066] [图9(b)]图9(b)是图示相关技术中内转子齿廓形状的放大图。

具体实施方式

[0067] 图1和图2图示本发明的一种实施例。在本实施例中，内转子2的齿廓基于图8中所示齿廓形成方法形成，以及，外转子3的齿廓基于专利文献1和专利文献2中所述的方法形成。然后，制造由铁基烧结合金构成、并具有六个齿的内转子2，以及，制造由铁基烧结合金构成、并具有七个齿的外转子3，并将二者互相组合，藉此，形成内啮合齿轮油泵1。将内啮合齿轮油泵1容纳在泵壳5(其具有进给口7和排出口8)的转子腔6中，藉此，形成内啮合齿轮泵9。

[0068] 设计内转子2的齿廓时，满足上述表达式(1)中的条件K<1，藉此，在内转子曲线(齿廓)TC的各齿顶2a的相对边缘处没有形成回线R或尖角s，如图2中所示。

[0069] 具体而言，内转子的齿数n是6，滚圆直径B为5毫米(下文同样适用)，基圆直径A为30(n×B)，偏心量e为2，外转子外径为较大直径+6(壁厚为3)，理论排出量为3.25立方厘米／每转，齿顶间隙为0.08毫米，侧面间隙为0.03毫米，本体间隙(body clearance)为0.13毫米，油型／油温是ATF80℃，排出压力为0.3兆帕，转速为3000转／分钟(rpm)，以及，材料接触疲劳强度为600兆帕。材料接触疲劳强度是烧结材料的代表值，并根据转子的预期用途(即：由于排出压力增大导致的赫兹应力增大)适当选择材料。

[0070] “机械效率×赫兹应力安全系数(下文简称为“赫兹安全系数”或“安全系数”)”与“C／2ρmin(=K)”之间的关系如图3中所示。下表I示出相对于各K(C／2ρmin)的“机械效率”、“赫兹应力”、“赫兹安全系数”、以及“机械效率×安全系数”。此外，图4图示“机械效率×赫兹应力安全系数”与“(2ρmin-C)=K1”之间的关系，以及，下表II示出相对于各K1(2ρmin-C)的“机械效率”、“赫兹应力”、“赫兹安全系数”、以及“机械效率×安全系数”。此外，图5图示“机械效率×赫兹应力安全系数”与前述K2之间的关系。下表III示出相对于各K2的“机械效率”、“赫兹应力”、“赫兹安全系数”、以及“机械效率×安全系数”。

[0071] 表I

[0072]

[0073] 表II

[0074]

[0075] 表III

[0076]

[0077] 为了使“机械效率×安全系数”高于或等于75兆，显然地，根据图3和表I，应满足0.2≤K≤0.97，根据图4和表II，应满足0.3≤K1≤9.8，以及，根据图5和表III，应满足0.06≤K2≤1.8。

[0078] 此外，为了得到50％或更高的机械效率、以及1.5倍(150％)或更高的赫兹应力安全系数，显然地，根据图3和表I，应满足0.7≤K≤0.96，根据图4和表II，应满足0.5≤K1≤2，以及，根据图5和表III，应满足0.1≤K2≤0.7。

[0079] 外转子3的齿廓并不局限于上述通过内转子2的公转和自转所形成的一组齿廓曲线的包络线。可替代地，外转子3的齿廓可以基于任一种方法得到，只要包络线是例如允许自转而不会导致内转子2与外转子3互相干扰的外转子3最小齿廓线，并且，该齿廓绘制于包络线的外侧。

[0080] 此外，内转子2中的齿数并不局限于六个，而且可以是自由选择的数目。

[0081] 据此，所披露的实施例仅仅是本发明所有方面的示例，而非限定性的。本发明的范围由权利要求限定，并且，本发明包括权利要求等效范围内的实施例，并且包括该范围内的所有变化。

[0082] 附图标记列表

[0083] 1 内啮合齿轮油泵转子

[0084] 2 内转子

[0085] 2a 内转子的齿顶

[0086] 3 外转子

[0087] 4 泵腔

[0088] 5 泵壳

[0089] 6 转子腔

[0090] 7 进给口

[0091] 8 排出口

[0092] 9 内啮合齿轮泵

[0093] A 基圆直径

[0094] B 滚圆直径

[0095] C 轨迹圆直径

[0096] T 摆线

[0097] TC 齿廓(内转子曲线)

标题	发布/更新时间	阅读量
啮合链-专利编号CN101659383B	2020-05-11	851
啮合链-专利编号CN102052427A	2020-05-11	127
内啮合齿轮泵-专利编号CN110360096A	2020-05-13	805
啮合链-专利编号CN102052427B	2020-05-12	101
啮合链-专利编号CN101749368B	2020-05-11	189
短啮合齿-专利编号CN1133022C	2020-05-13	642
啮合链-专利编号CN101749368A	2020-05-11	552
啮合链-专利编号CN101659383A	2020-05-12	684
啮合系统-专利编号CN109798305A	2020-05-12	270
PTO齿轮啮合结构-专利编号CN109654202A	2020-05-13	452

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