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用于SCR系统的内啮合齿轮泵

阅读：1046发布：2021-01-15

IPRDB可以提供用于SCR系统的内啮合齿轮泵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种内啮合齿轮泵，其包括：电机；磁力联轴器组件；后端盖；外盖；具有外齿的齿轮转子；具有内齿的齿圈转子；和轴；其特征在于，所述齿轮转子的齿数为10，所述齿圈转子的齿数为11；所述内齿和外齿的半个齿的齿形曲线分别为：y1＝0.3162x13-1.3895x12+0.7771x1+9.5775；以及y2＝-0.2179x23+0.8686x22-0.3275x2+8.992，其中x1的范围是从0mm到2.53mm，x2的范围是从0mm到2.95mm。本发明的齿轮泵相比于现有技术齿轮泵，既提高了容污能力，又降低了泄漏的风险，同时还降低了对齿轮制造精度的要求，使得本发明的齿轮泵经久耐用且成本低。本发明的齿轮泵可用于SCR系统。，下面是用于SCR系统的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，其包括：电机；磁力联轴器组件，包括电机端磁力联轴器，和泵端磁力联轴器；后端盖，其与所述泵端磁力联轴器大致同轴地设置；外盖，其上设置有泵入口端和泵出口端，所述外盖与所述后端盖邻近；具有外齿的齿轮转子，其被容纳在所述外盖与所述后端盖之间，并由所述电机驱动围绕第一轴线旋转；具有内齿的齿圈转子，其被容纳在所述外盖与所述后端盖之间，并与所述齿轮转子实现内啮合，使得当所述齿轮转子旋转时，所述齿圈转子绕不同于第一轴线的第二轴线旋转；和轴，其穿过所述齿轮转子的中心，并且两端分别由所述泵端磁力联轴器和所述外盖支承，从而限定出所述第一轴线；

其特征在于，所述齿轮转子的齿数为10，所述齿圈转子的齿数为11；所述齿轮转子的半个齿的齿形曲线在以齿轮中心为坐标原点的直角坐标系中表示为：

3 2

y1＝0.3162x1-1.3895x1+0.7771x1+9.5775；

所述齿圈转子的半个齿的齿形曲线在以齿圈中心为坐标原点的直角坐标系中表示为：

3 2

y2＝-0.2179x2+0.8686x2-0.3275x2+8.992，其中x1的范围是从0mm到2.53mm，x2的范围是从0mm到2.95mm。

2.根据权利要求1所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，所述齿轮转子和所述齿圈转子均由PEEK塑料制成，其中含有至少10％的碳纤维和至少5％的碳化硅。

3.根据权利要求1或2所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，所述轴由钨钴类硬质合金制成，其中含有8％的钴和92％的碳化钨。

4.根据前述权利要求之一所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，所述外盖中设有腔，所述齿圈转子以间隙配合的方式被容纳在所述腔中并从而限定出所述第二轴线，所述腔与所述齿轮转子及所述齿圈转子之间的轴向间隙在10-40微米之间。

5.根据前述权利要求之一所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，所述轴与所述外盖过盈配合。

6.根据前述权利要求之一所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，所述泵端磁力联轴器的前端包括多个用于传递转矩的突起，所述齿轮转子上设有与所述突起的形状和位置匹配的凹槽，所述突起以形状配合的方式容纳在所述凹槽中。

7.根据前述权利要求之一所述的内啮合齿轮泵，其特征在于，外齿和内齿的尖端之间的间隙在10-60微米之间，优选在35-60微米之间，外齿齿顶和内齿齿根之间的间隙在

100-150微米之间。

说明书全文

用于SCR系统的内啮合齿轮泵

技术领域

[0001] 本发明涉及一种内啮合齿轮泵，其特别用于SCR系统。

背景技术

[0002] 选择性催化还原(SCR)系统是用来减少内燃机特别是柴油发动机的废气中的氮氧化物(NOx)的有效手段。SCR系统通常使用液态的SCR反应物作为还原剂，其典型地为尿素溶液。该还原剂通常在发动机下游、催化器上游被喷射到废气中，并经过在催化器中发生的一系列反应而将NOx转化为氮气和水，实现污染物的减少。

[0003] 在SCR系统中，为实现尿素溶液的精确定量喷射，可靠而耐用的流体泵是至关重要的。这种泵不仅要满足输送低粘度溶液工况时的低泄露要求，而且要避免因摩擦升温过高而导致泵的性能退化，同时尺寸必须足够小，以满足在车辆的有限空间中进行安装的要求。

[0004] 现有技术中已存在用于SCR系统的流体泵。

[0005] 例如，CN 102654125 A公开了一种容积式流体泵，其包括马达、内齿轮转子和外齿轮转子。内齿轮转子由马达驱动绕轴线旋转，且具有多个向外延伸的齿。外齿轮转子具有与内齿轮转子的齿接合的多个向内延伸的齿，使得当内齿轮转子旋转时，外齿轮转子被驱动绕第二轴线旋转。内齿轮转子和外齿轮转子中的至少一个由塑料齿轮制成。内齿轮转子齿和外齿轮转子齿的尖端之间的间隙在10和30微米之间。

[0006] 再例如，CN 203146313 U公开了一种内啮合齿轮泵，其包括前端盖、齿圈、齿轮、和轴。其中，齿轮为主动件，通过轴进行定位，齿轮上设置有可连接外部动力的拨叉；齿圈为从动件，与前端盖间隙配合；齿圈与齿轮具有相互啮合并经齿根修形并清根的圆弧齿形。齿轮和齿圈的材料均为含碳纤维、石墨、聚四氟乙烯的特种工程塑料。

[0007] 然而，上述两种齿轮泵均基于Gerotor(又称为G-转子)原理，其虽然能够满足小型化的要求，但却对流体中的污物十分敏感，因而现实的矛盾往往在于：为提高容污能力，需要增大内、外齿轮转子齿尖端之间的间隙，但该间隙增大则又容易导致泄漏，因此较难兼顾。

发明内容

[0008] 本发明的首要目的是提供一种内啮合齿轮泵，其能够在保证低泄露的同时提高容污能力，从而满足SCR系统的喷射需求。

[0009] 本发明的该目的是通过以下技术方案实现的。一种内啮合齿轮泵，其包括：电机；磁力联轴器组件，包括电机端磁力联轴器，和泵端磁力联轴器；后端盖，其与所述泵端磁力联轴器大致同轴地设置；外盖，其上设置有泵入口端和泵出口端，所述外盖与所述后端盖邻近；具有外齿的齿轮转子，其被容纳在所述外盖与所述后端盖之间，并由所述电机驱动围绕第一轴线旋转；具有内齿的齿圈转子，其被容纳在所述外盖与所述后端盖之间，并与所述齿轮转子实现内啮合，使得当所述齿轮转子旋转时，所述齿圈转子绕不同于第一轴线的第二轴线旋转；和轴，其穿过所述齿轮转子的中心，并且两端分别由所述泵端磁力联轴器和所述外盖支承，从而限定出所述第一轴线；

[0010] 其特征在于：所述齿轮转子的齿数为10，所述齿圈转子的齿数为11；所述齿轮转子的外齿的半个齿的齿形曲线在以齿轮中心为坐标原点的直角坐标系中表示为：

[0011] y1＝0.3162x13-1.3895x12+0.7771x1+9.5775，

[0012] 所述齿圈转子的内齿的半个齿的齿形曲线在以齿圈中心为坐标原点的直角坐标系中表示为：

[0013] y2＝-0.2179x23+0.8686x22-0.3275x2+8.992，

[0014] 其中x1的范围是从0mm到2.53mm，x2的范围是从0mm到2.95mm。

[0015] 可选地，所述齿轮转子和所述齿圈转子均由PEEK塑料制成，其中含有至少10％的碳纤维和至少5％的碳化硅。

[0016] 可选地，所述轴由钨钴类硬质合金制成，其中含有8％的钴和92％的碳化钨。

[0017] 可选地，所述外盖中设有腔，所述齿圈转子以间隙配合的方式被容纳在所述腔中并从而限定出所述第二轴线，所述腔与所述齿轮转子及所述齿圈转子之间的轴向间隙在10-40微米之间。

[0018] 可选地，所述轴与所述外盖过盈配合。

[0019] 可选地，所述泵端磁力联轴器的前端包括多个用于传递转矩的突起，所述齿轮转子上设有与所述突起的形状和位置匹配的凹槽，所述突起以形状配合的方式容纳在所述凹槽中。

[0020] 可选地，外齿和内齿的尖端之间的间隙在10-60微米之间，优选在35-60微米之间，外齿齿顶和内齿齿根之间的间隙在100-150微米之间。

[0021] 本发明通过内、外齿轮的特定齿形保证了所述齿轮泵的大流量、长啮合、传动稳定、无脉动的特定；并且，通过内、外齿轮的特定齿形特性，所述齿轮泵能够在较大的尖端间隙的情况下实现微泄漏甚至无泄漏，而较大的间隙提高了容污能力、减小了摩擦，从而保证了泵的耐用性；上述可选特征进一步确保了本发明的内啮合齿轮泵在耐用性、密封性、以及紧凑性等方面的有利特性。

附图说明

[0022] 以下将参照附图对根据本发明的内啮合齿轮泵的优选实施方式进行描述。图中：

[0023] 图1为根据本发明的内啮合齿轮泵的优选实施方式的侧视图；

[0024] 图2为图1的齿轮泵的剖视图；

[0025] 图3为图1的齿轮泵的分解视图；

[0026] 图4为图1的齿轮泵中的处于装配位置中的齿轮转子、齿圈转子及外盖的透视图；

[0027] 图5为用于根据本发明的内啮合齿轮泵的齿轮、齿圈的优选齿形曲线的示意图；

[0028] 图6为在图5中所标出的齿轮的半个外齿A的齿形曲线的放大示意图；以及[0029] 图7为在图5中所标出的齿圈的半个内齿B的齿形曲线的放大示意图。

具体实施方式

[0030] 图1-3示出了根据本发明的内啮合齿轮泵。图1的侧面图简要地示出了齿轮泵的外形，该齿轮泵在总体上可分为泵主体101和泵头102，其中泵主体101部分中包括实现泵送功能的各元件，这些元件将在下面详细描述；泵头102部分用于与外部输送管路连接，例如在SCR系统中分别与尿素桶及喷射部分连通。

[0031] 根据本发明的内啮合齿轮泵的详细结构在图2和3中示出。所述齿轮泵包括电机11，其作为该泵的动力元件用来驱动后面将详细描述的泵送组件以实现泵送功能。为将电机11的动力传递至泵送组件，优选采用磁力联轴器组件，所述磁力联轴器组件包括可分离的两个部分，即电机端磁力联轴器7，和泵端磁力联轴器5。当电机端磁力联轴器7跟随电机11旋转时，电机端磁力联轴器7中布置的磁体通过磁力带动泵端磁力联轴器5中布置的磁体，从而使得泵端磁力联轴器5以同样的转速跟随旋转，进而将电机的动力传递给泵送组件。

[0032] 泵送组件主要包括后端盖4、外盖1、轴16、以及一对内啮合的齿轮转子15和齿圈转子2，所述齿轮转子15和齿圈转子2容纳在所述后端盖4和所述外盖1之间。其中，所述后端盖4与所述泵端磁力联轴器5大致同轴地设置，所述泵端磁力联轴器5的一部分穿过后端盖4的中心孔以便与齿轮转子15以传递扭矩的方式进行连接。所述外盖1位于泵头102处，或者其构成所述泵头102。所述外盖1上设有泵入口端和泵出口端。所述外盖1与所述后端盖4邻近，并以流体密封的形式被相对于彼此固定。为实现所述流体密封，二者之间优选形成直接的面接触，或者替代地，二者之间也可以设置密封圈等常规密封件。齿轮转子15具有外齿，也即，其为外齿轮。当由电机驱动时，所述齿轮转子15围绕第一轴线旋转。齿圈转子2具有内齿，也即，其为内齿圈。齿轮转子15与齿圈转子2之间形成内啮合传动，从而当齿轮转子15旋转时，齿圈转子2被驱动围绕第二轴线旋转，其中，所述第二轴线不同于所述第一轴线，例如，二者之间偏移一定的径向距离。轴16穿过所述齿轮转子15的中心，并且两端分别由所述泵端磁力联轴器5和所述外盖1支承。齿轮转子15围绕旋转的所述第一轴线由所述轴16限定，并且齿轮转子15和泵端磁力联轴器5均与轴16滑动地配合以便可围绕轴16旋转。为防止轴16跟随齿轮转子15或泵端磁力联轴器5一起旋转，所述轴16优选被过盈压入所述外盖1中。

[0033] 轴16的材料可选择任何耐磨、耐腐蚀的金属或合金材料。优选地，轴16由钨钴类硬质合金制成，其中含有8％的钴和92％的碳化钨。其它的材料，诸如不锈钢、包覆有耐磨塑料的合金钢等也可以使用。

[0034] 为将齿轮转子15和齿圈转子2容纳在所述后端盖4和所述外盖1之间，本发明优选在外盖1中设有腔，所述齿圈转子2以外圆周面与所述腔的内圆周面之间形成间隙配合的方式被容纳在所述腔中。当所述齿圈转子2旋转时，所述腔的内圆周面限定出其旋转轴线，也即所述第二轴线。为减小摩擦并保证流体密封，所述腔与所述齿轮转子15及所述齿圈转子2之间的轴向间隙在10-40微米之间。

[0035] 优选地，所述泵端磁力联轴器5的穿过后端盖4的那部分的前端上设置有多个用于传递转矩的突起，所述齿轮转子15上则设有与所述突起在形状和位置上相匹配的凹槽18，所述突起以形状配合的方式容纳在所述凹槽中，从而当电机11带动泵端磁力联轴器5旋转时，齿轮转子15跟随泵端磁力联轴器5一起旋转。

[0036] 图2-3中还示出了电机插件9，其用于对电机11施加相应的控制。由于采用了可分离成两个部分的磁力联轴器组件，因此可利用密封壳6将泵端磁力联轴器5、外盖1、后端盖4、齿轮转子15、齿圈转子2等封装成一个单元(在此可称之为泵送单元)，从而将电机11与泵送组件可靠地隔离，以避免流体意外地流到电机处。此外，可采用封装外壳8和防护盖10而将电机11与前述的泵送单元进行整体封装，从而得到图1中所示的整体式泵。其中，为保证磁力联轴器的两个部分之间的有效距离，在封装外壳8中设有定位套12，以便将电机11和泵送单元相对于彼此在轴向上进行定位。此外，为防止泄露，可在密封壳6、外盖
1、后端盖4三者之间设置密封圈3。

[0037] 上述结构为本发明的内啮合齿轮泵的基本结构，然而，仅有上述基本结构，还不足以满足在SCR系统中进行长时间稳定可靠地定量喷射的要求，特别是对于容污能力、低泄漏、和耐用性等指标的综合要求。因为在内啮合齿轮泵中，作为其中最为关键的两个零件，齿轮转子和齿圈转子的齿形结构是否合理、选择的材料对是否恰当、齿尖端之间以及齿顶与齿根之间的间隙是否合适，均影响到上述指标。

[0038] 例如，文献CN 102654125 A中，内齿轮转子齿和外齿轮转子齿的尖端之间的间隙在10和30微米之间，这样的间隙容易满足低泄漏的要求，但司时摩擦必然较大，容污能力和耐用性也就难以保证。此外，间隙越小，对于制造的要求也越高，公差等级每提高一级，加工成本或难度常常成倍地增加，并且公差等级越高，这种增加的程度越显著。因此，对于内啮合的齿轮齿圈来说，10和30微米之间的齿尖端间隙对于制造而言是个不小的挑战。此外，该文献中没有公开采用的齿形的具体结构。

[0039] 再例如，文献CN 203146313 U中声称所采用的圆弧齿形对比摆线、渐近线的齿形具有脉动量小、流量大、啮合线长、齿形密封性好等优点，但并没有公开其圆弧齿形的具体信息，也没有给出具体的间隙尺寸。

[0040] 为此，本发明的申请人在上述现有技术的基础上进行了进一步的研究，得到了优化的齿形结构，并通过与最终选定的材料相结合，达到了兼顾容污能力、低泄漏、耐用性、以及低成本的效果。以下进行详细描述。

[0041] 关于材料，现有技术中一般认为齿轮和齿圈最好选用不同的材料，因为这有利于减低摩擦，例如参见CN 102654125 A中的优选方案。然而，本发明最终将齿轮转子15和齿圈转子2的材料均选择为相同的PEEK塑料，其中含有至少10％的碳纤维和至少5％的碳化硅。通过对比发现，在同等条件下，这样的材料组合在耐磨性方面优于PEEK塑料与金属(例如不锈钢)的组合，也优于其它塑料与金属的组合。

[0042] 所述齿轮转子的齿数为10，所述齿圈转子的齿数为11，它们的齿形如下设置：

[0043] 如图6所示，图5中标出的齿轮转子的外齿的半个齿A的齿形曲线在以齿轮中心为坐标原点的直角坐标系中表示为：

[0044] y1＝0.3162x13-1.3895x12+0.7771x1+9.5775，其中x1的范围是从0mm到2.53mm；

[0045] 齿圈转子的内齿的齿形则通过所述齿轮转子的啮合得出，并进行齿根修形和清根。如图7所示，图5中标出的齿圈转子的内齿的半个齿B的齿形曲线在以齿圈中心为坐标原点的直角坐标系中表示为：

[0046] y2＝-0.2179x23+0.8686x22-0.3275x2+8.992，其中x2的范围是从0mm到2.95mm。

[0047] 由各自的半个齿的轮廓曲线通过镜像和旋转即得到齿轮、齿圈的整个齿形。

[0048] 按照上述齿形加工后的齿轮、齿圈在安装后外齿和内齿的尖端之间的间隙在10-60微米之间，优选在35-60微米之间，外齿齿顶和内齿齿根之间的间隙在100-150微米之间。

[0049] 为表明本发明的齿轮齿形相比于现有技术中的齿形所带来的技术效果，采用相同的材料制造出的本发明的齿轮与表1中所列的各对照例的齿轮进行了试验对比。

[0050] 表1：

[0051]

[0052] 为此，本将各齿轮对安装在相同的泵中，并在相同的温度下对其中混有污物的同一流体进行连续泵送试验。

[0053] 结果表明，对照例1的齿轮除了排量小于本发明的齿轮以外，还由于没有间隙(尽管这样使得其初期密封性较好)而导致磨损较明显，其在运转60小时之后出现可观察到的泄漏。同时，本发明的齿轮对制造精度的要求低于对照例1，因而成本也比其低。

[0054] 对照例2的齿轮虽然排量大于本发明的齿轮，但因该齿轮的间隙较大，在使用初期便出现泄漏。同时，本发明的齿形因齿轮齿根和齿圈齿顶的间隙小，啮合线长，因而比其传动稳定，且同时对制造精度的要求较低。

[0055] 对照例3的齿轮虽然排量大于本发明的齿轮，但其流量的脉动性较大，这对于需要精确定量喷射的SCR系统而言显然是不利的因素。

[0056] 对照例4的齿轮的排量与本发明的齿轮基本相当，但其齿轮齿顶的磨损较大，动力性较差，同时在运转72小时后出现可观察到的泄漏。

[0057] 而本发明的齿轮在运转240小时后仍未出现明显的泄漏，传动依然平稳。

[0058] 由此可见，本发明的齿轮泵因采用具有上述有利齿形的齿轮，相比于采用现有技术的常规齿形的齿轮，既提高了容污能力，又降低了泄漏的风险，同时还降低了对齿轮制造精度的要求，使得本发明的齿轮泵经久耐用且成本低。

[0059] 应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

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	102
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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