CN109657353A - 一种齿轮泵卸荷槽形状的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮泵卸荷槽形状的确定方法，其包括如下步骤：步骤一：根据主动齿轮和被动齿轮参数绘制出齿轮的二维啮合图形，确定啮合起始点以及相对应的第一啮合点或确定啮合终止点以及相对应的第二啮合点；步骤二：卸荷槽的数量为两个，分别设于齿轮中心连线的两侧，将卸荷槽设置为矩形，其横向轴线与齿轮中心连线中点的垂线重合，该矩形的长度根据齿轮泵结构进行确定，宽度C=A‑D_f，A为齿轮中心距，D_f为齿根圆直径；两个卸荷槽靠近齿轮中心连线的宽边分别经过啮合起始点和第一啮合点或者分别经过啮合终止点和第二啮合点。其能够保证充分卸荷，降低齿轮泵的振动和噪声，同时为卸荷槽尺寸和形状的优化提供基础。

Description

一种齿轮泵卸荷槽形状的确定方法

技术领域

本发明涉及齿轮泵的制造，具体涉及一种齿轮泵卸荷槽形状的确定方法。

背景技术

齿轮泵在工作过程中，同时啮合的齿多于一对，因此，前一对齿尚未脱开啮合，后一对已进入啮合，所以，同时啮合的齿就有两对，在两对齿之间形成了和吸、压油腔均不相同的闭死容积，即困油容积，随着齿轮的旋转，困油容积的大小会发生变化，这就是齿轮泵的困油现象。

齿轮泵工作介质一般为液体，当困油容积由大变小时，存在于困油容积内的液体受到挤压，但液体的可压缩性性很小，因此，困油容积内的压力急剧升高，液体从一切可泄露的缝隙强行挤出，引起振动、噪声，并降低齿轮泵工作平稳性和寿命。当困油容积由小变大时，形成真空，使溶于液体的空气分离出来，产生气泡，带来气蚀、噪声和振动。因此，必须采取措施，解决齿轮泵的困油现象。目前，消除困油危害普遍采用在与齿轮端面接触的泵盖(或其它名称的零件)上设计卸荷槽，使困油容积与压油腔或吸油腔相通，同时保证压油腔和吸油腔互不相通。

传统的卸荷槽设计尺寸均是通过公式计算得到，无法直观判断卸荷槽与困油容积的相通关系、判断所设计卸荷槽合理性和后续优化的途径，图解法可以很好的解决这一技术难题。

CN106762620B公开了一种具有新型卸荷槽的浮动侧板的制造方法，该方法包括以下步骤：用工程制图软件作出齿轮的二维啮合图形，并将其转到啮合点对称于节点的位置，此时会形成S形状的封油区，在齿轮侧板上、沿着S形状形成卸荷槽形状。其在浮动侧板上开设特殊形状的卸荷槽，以达到更有效的预防齿轮泵噪音和气穴现象的发生，但是由于卸荷槽形状比较特殊，不利于加工制造，在工业应用中受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种齿轮泵卸荷槽形状的确定方法，其能够保证充分卸荷，降低齿轮泵的振动和噪声，同时为卸荷槽尺寸和形状的优化提供基础。

本发明所述的齿轮泵卸荷槽形状的确定方法，其包括如下步骤：

步骤一：根据主动齿轮和被动齿轮参数绘制出齿轮的二维啮合图形，确定啮合起始点以及相对应的第一啮合点或确定啮合终止点以及相对应的第二啮合点；

步骤二：卸荷槽的数量为两个，分别设于齿轮中心连线的两侧，将卸荷槽设置为矩形，其横向轴线与齿轮中心连线中点的垂线重合，该矩形的长度根据齿轮泵结构进行确定，宽度C＝A-D_f，A为齿轮中心距，D_f为齿根圆直径；两个卸荷槽靠近齿轮中心连线的宽边分别经过啮合起始点和第一啮合点或者分别经过啮合终止点和第二啮合点。

进一步，所述二维啮合图形的绘制包括如下步骤：

1)确定主动齿轮和被动齿轮的基本参数，所述基本参数包括齿轮模数m、齿数Z、压力角α、变位系数X、中心距A和齿轮长度L，计算得到基圆直径D_b、分度圆直径D、根圆直径D_f、顶圆直径D_a、齿厚S和齿根圆角半径R_m；

2)建立草绘截面，根据步骤1)的基本参数来绘制基圆、分度圆、根圆和顶圆；

3)对根圆进行实体拉伸，得到根圆的三维模型；

4)在步骤2)的草绘截面内，结合渐开线方程，绘制齿廓一侧的渐开线；

5)获取渐开线和分度圆的交点M，通过圆心O和该交点绘制基准直线O-M，再以圆心O为起点绘制直线O-N，直线O-N和基准直线O-M的夹角根据公式进行计算，然后以直线O-N作为对称线，绘制渐开线的对称线，得到齿廓另一侧齿形渐开线，

6)以两侧齿廓渐开线、根圆和顶圆组成封闭截面，删除周围多余曲线后，得到单个轮齿在草绘截面内的齿形图，然后以该封闭截面进行实体拉伸，得到单个轮齿；

7)根据齿数得到轮齿均分角度，绘制所有轮齿，然后对轮齿和根圆交界进行倒圆角处理，得到齿轮三维模型；

8)将齿轮三维模型转换为二维图形，由计算公式得到主动齿轮和被动齿轮的啮合角α’，根据主动齿轮和被动齿轮中心距、基圆和基圆的公切线m-m，建立主动齿轮和被动齿轮在啮合角为α’时的啮合起始点和啮合终止点的二维啮合图形。

进一步，所述步骤4)中渐开线方程为：

x＝R_b*sinu－Rb*π/180*u*cosu，

y＝R_b*cosu+Rb*π/180*u*sinu，

z＝0；

式中，R_b为基圆半径，R_b＝D_b/2；

u为展角，u＝t*90，t为0～1内的变量。

进一步，所述步骤5)中直线直线O-N和基准直线O-M的夹角夹角的计算公式为：

式中，θ为夹角，S为齿厚，D为分度圆直径，X为变位系数，α为压力角，Z为齿轮模数。

进一步，所述步骤8)中啮合角的计算公式为：

式中，D为分度圆直径，α为压力角，A为主动齿轮和被动齿轮中心距。

本发明通过制图软件绘制得到齿轮的三维模型，使得模型与产品形状一致，相应地建立的二维啮合图形/符合产品工作时的啮合关系，准确找出齿轮啮合过程中的困油容积，实现图解法确定齿轮泵卸荷槽的形状。

通过二维啮合图形得到啮合起始点以及相对应的第一啮合点或啮合终止点以及相对应的第二啮合点，然后结合啮合点确定矩形卸荷槽宽边的边界，直观方便，并且适用于不同的齿轮泵的啮合齿轮，通用性好。得到的卸荷槽还能根据不同的卸荷能力要求，进行尺寸、形状的优化，保证充分卸荷，降低了齿轮泵的振动和噪声。

附图说明

图1是基圆、分度圆、根圆和顶圆的草绘截面图；

图2是根圆的实体拉伸截面示意图；

图3是齿轮齿廓渐开线示意图；

图4是齿轮齿廓对称线示意图；

图5是齿轮齿廓渐开线对称线示意图；

图6是齿轮单个轮齿的封闭齿形图；

图7是均分轮齿示意图；

图8是轮齿和根圆交界倒圆角示意图；

图9是主动齿轮和被动齿轮的啮合关系图；

图10是齿轮泵卸荷槽的形状示意图之一；

图11是齿轮泵卸荷槽的形状示意图之二。

图中，D_b-基圆直径，D-分度圆直径，D_f-根圆直径，D_a-顶圆直径，R_m-齿根圆角半径，

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

首先根据齿轮参数绘制得到准确的二维啮合图形，其包括如下步骤：

1)确定主动齿轮和被动齿轮的基本参数，所述基本参数包括齿轮模数m、齿数Z、压力角α、变位系数X、中心距A和齿轮长度L，计算得到基圆直径D_b、分度圆直径D、根圆直径D_f、顶圆直径D_a、齿厚S和齿根圆角半径R_m；相关计算公式为齿轮常见计算公式，本领域技术人员能够通过查询机械手册得到，本发明不再赘述。

2)建立草绘截面，参见图1，在PRO/E三维软件内，根据步骤1)的基本参数来绘制基圆、分度圆、根圆和顶圆，所述基圆、分度圆、根圆和顶圆为同一圆心O，即齿轮的中心点。

3)选择根圆，采用PRO/E三维软件的拉伸命令，对根圆进行实体拉伸，参见图2，得到根圆的三维模型。

4)在步骤2)的草绘截面内，参见图3，采用PRO/E三维软件的的方程曲线命令，结合渐开线方程，绘制齿廓一侧的渐开线；所述步骤渐开线方程为：

x＝R_b*sinu－Rb*π/180*u*cosu，

y＝R_b*cosu+Rb*π/180*u*sinu，

z＝0；

式中，R_b为基圆半径，R_b＝D_b/2；

u为展角，u＝t*90，t为0～1内的变量。

5)参见图4，获取渐开线和分度圆的交点M，通过圆心O和该交点绘制基准直线O-M，再以圆心O为起点绘制直线O-N，直线O-N和基准直线O-M的夹角根据公式进行计算，夹角的计算公式为：

式中，θ为夹角，S为齿厚，D为分度圆直径，X为变位系数，α为压力角，Z为齿轮模数。

参见图5，然以直线O-N作为对称线，绘制渐开线的对称线，得到齿廓另一侧齿渐开线。

6)参见图6，以两侧齿廓渐开线、根圆和顶圆组成封闭截面，删除周围多余曲线后，得到单个轮齿在草绘截面内的齿形图，然后以该封闭截面进行实体拉伸，得到单个轮齿。

7)参见图7，选择已绘制的单个轮齿，在圆周方向用360除以齿数Z，以得到的数值作为均分角度对轮齿进行均分，绘制所有轮齿；参见图8，对轮齿和根圆交界进行倒圆角处理，准确得到齿轮三维模型；

8)参见图9，将齿轮三维模型转换为平面CAD图形，由计算公式得到主动齿轮和被动齿轮的啮合角α’，根据主动齿轮和被动齿轮中心距、基圆和基圆的公切线m-m，建立主动齿轮和被动齿轮在啮合角为α’时的啮合起始点或啮合终止点的二维啮合图形。

所述啮合角的计算公式为：

式中，D为分度圆直径，α为压力角，A为主动齿轮和被动齿轮中心距。

由啮合起始点或啮合终止点能够从图中得到困油容积的位置和尺寸，然后结合二维啮合图形，确定齿轮泵卸荷槽形状，其包括如下步骤。

步骤一：根据主动齿轮和被动齿轮参数绘制出齿轮的二维啮合图形，确定啮合起始点Q以及相对应的第一啮合点P或确定啮合终止点W以及相对应的第二啮合点Y。

步骤二：卸荷槽的数量为两个，分别设于齿轮中心连线的两侧，将卸荷槽设置为矩形，其横向轴线与齿轮中心连线中点的垂线重合，即卸荷槽的横向对称线为主动齿轮和被动齿轮中心点连线的垂线，该卸荷槽的长度根据齿轮泵结构进行确定，宽度C＝A-D_f，A为齿轮中心距，D_f为齿根圆直径。

啮合起始位置和啮合终止位置均可用作确定卸荷槽边界的依据，当主动齿轮和被动齿轮位于啮合起始位置时，得到啮合起始点Q和第一啮合点P，当主动齿轮和被动齿轮位于啮合终止位置时，得到啮合终止点W和第二啮合点Y。

两个卸荷槽靠近齿轮中心连线的宽边分别经过啮合起始点Q和第一啮合点P或者分别经过啮合终止点W和第二啮合点Y，通过啮合起始点或啮合终止点来确定齿轮泵卸荷槽的宽边的边界，保证了卸荷要求，并且直观方便，适用于不同的齿轮泵的啮合齿轮，通用性好。得到的卸荷槽还能根据不同的卸荷能力要求，进行尺寸、形状的优化，保证充分卸荷，降低了齿轮泵的振动和噪声。

以啮合起始位置为确定卸荷槽边界的依据时，左侧卸荷槽与主动齿轮和被动齿轮中心点连线的距离L1与右侧卸荷槽与主动齿轮和被动齿轮中心点连线的距离L2的值不相同，同理，以啮合终止位置为确定卸荷槽边界的依据时，左侧卸荷槽与主动齿轮和被动齿轮中心点连线的距离L3与右侧卸荷槽与主动齿轮和被动齿轮中心点连线的距离L4的值也不相同。

Claims (5)

1.一种齿轮泵卸荷槽形状的确定方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：根据主动齿轮和被动齿轮参数绘制出齿轮的二维啮合图形，确定啮合起始点以及相对应的第一啮合点或确定啮合终止点以及相对应的第二啮合点；

步骤二：卸荷槽的数量为两个，分别设于齿轮中心连线的两侧，将卸荷槽设置为矩形，其横向轴线与齿轮中心连线中点的垂线重合，该矩形的长度根据齿轮泵结构进行确定，宽度C＝A-D_f，A为齿轮中心距，D_f为齿根圆直径；

两个卸荷槽靠近齿轮中心连线的宽边分别经过啮合起始点和第一啮合点或者分别经过啮合终止点和第二啮合点。

2.根据权利要求1所述的齿轮泵卸荷槽形状的确定方法，其特征在于：所述二维啮合图形的绘制包括如下步骤：

1)确定主动齿轮和被动齿轮的基本参数，计算得到基圆直径D_b、分度圆直径D、根圆直径D_f、顶圆直径D_a、齿厚S和齿根圆角半径R_m；

2)建立草绘截面，根据步骤1)的基本参数来绘制基圆、分度圆、根圆和顶圆；

3)对根圆进行实体拉伸，得到根圆的三维模型；

4)在步骤2)的草绘截面内，结合渐开线方程，绘制齿廓一侧的渐开线；

5)获取渐开线和分度圆的交点M，通过圆心O和该交点绘制基准直线O-M，再以圆心O为起点绘制直线O-N，直线O-N和基准直线O-M的夹角根据公式进行计算，然后以直线O-N作为对称线，绘制渐开线的对称线，得到齿廓另一侧齿形渐开线，

6)以两侧齿廓渐开线、根圆和顶圆组成封闭截面，删除周围多余曲线后，得到单个轮齿在草绘截面内的齿形图，然后以该封闭截面进行实体拉伸，得到单个轮齿；

7)根据齿数得到轮齿均分角度，绘制所有轮齿，然后对轮齿和根圆交界进行倒圆角处理，得到齿轮三维模型；

8)将齿轮三维模型转换为二维图形，由计算公式得到主动齿轮和被动齿轮的啮合角α’，根据主动齿轮和被动齿轮中心距、基圆和基圆的公切线m-m，建立主动齿轮和被动齿轮在啮合角为α’时的啮合起始点和啮合终止点的二维啮合图形。

3.根据权利要求2所述的齿轮泵卸荷槽形状的确定方法，其特征在于：所述步骤4)中渐开线方程为：

x＝R_b*sinu－Rb*π/180*u*cosu，

y＝R_b*cosu+Rb*π/180*u*sinu，

z＝0；

式中，R_b为基圆半径，R_b＝D_b/2；

u为展角，u＝t*90，t为0～1内的变量。

4.根据权利要求2所述的齿轮泵卸荷槽形状的确定方法，其特征在于：所述步骤5)中直线直线O-N和基准直线O-M的夹角夹角的计算公式为：

式中，θ为夹角，S为齿厚，D为分度圆直径，X为变位系数，α为压力角，Z为齿轮模数。

5.根据权利要求2所述的齿轮泵卸荷槽形状的确定方法，其特征在于：所述步骤8)中啮合角的计算公式为：

式中，D为分度圆直径，α为压力角，A为主动齿轮和被动齿轮中心距。