CN112268530A - 齿轮泵及其端面间隙动态测量试验装置、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮泵及其端面间隙动态测量试验装置、方法，所述装置包括超声波收发模块、供油模块、驱动模块、处理模块、超声波传感器、导电滑环、圆盘和光电开关，超声波传感器设置在齿轮泵中主动齿轮轴的两齿轮端面处，导电滑环设置在齿轮泵中主动齿轮轴的末端，圆盘设置在齿轮泵中主动齿轮轴的轴颈上，光电开关设置在圆盘的一侧，并与超声波传感器的位置对应，超声波传感器通过超声波收发模块与处理模块连接，光电开关与处理模块连接。本发明利用超声波传感器实时测量工作状态下齿轮端面与浮动止推板之间的间隙，利用光电开关确定超声波传感器位置，从而推导出浮动止推板倾斜情况，通过处理模块处理实时显示间隙值随转动角度变化的曲线。

Description

齿轮泵及其端面间隙动态测量试验装置、方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮泵及其端面间隙动态测量试验装置、方法，属于齿轮泵技术领域。

背景技术

容积效率是衡量啮合齿轮泵工作效率的一个重要指标，泄漏则是引起泵容积效率降低的首要因素，其中端面间隙泄漏量最大。端面间隙泄漏主要是指齿轮两端面与前后止推板(或轴套)之间的端面间隙(轴向间隙)。

高压齿轮泵轴向间隙的自动补偿一般采用“弹性止推板”或“浮动轴套”，使其在液压力的作用下紧贴于齿轮的端面上，从而减少端面泄漏。齿轮泵高压化的关键是合理设计止推板结构，使其产生的力矩平衡能避免止推板发生倾斜并保证一定的油膜间隙，还能自动补偿因磨损带来的轴向间隙问题。因此，合理地设计背压腔的位置和形状是实现轴向间隙补偿的关键。由于间隙大小无法直接测得，通常采用模拟仿真或直接试验方法来验证浮动止推板的设计合理性，不够准确和直观。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种齿轮泵，该齿轮泵通过设置超声波传感器来检测主动齿轮轴端面与浮动止推板的间隙，以及通过设置光电开关来确定超声波传感器位置，以实现齿轮泵端面间隙动态测量试验。

本发明的第二个目的在于提供一种齿轮泵端面间隙动态测量试验装置，该装置利用超声波传感器实时测量工作状态下齿轮端面与浮动止推板之间的间隙，利用光电开关确定超声波传感器位置，从而推导出浮动止推板倾斜情况，通过处理模块处理实时显示间隙值随转动角度变化的曲线。

本发明的第三个目的在于提供一种齿轮泵端面间隙动态测量试验方法，该方法能够检测实际工况下齿轮两端面间隙情况和浮动止推板倾斜情况，简单直观，用于对浮动止推板的设计合理性进行试验验证，有助于优化浮动止推板的设计。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种齿轮泵，包括泵体、主动齿轮轴、从动齿轮轴、浮动止推板、超声波传感器、导电滑环、圆盘和光电开关，所述主动齿轮轴、从动齿轮轴和浮动止推板设置在泵体内，且主动齿轮轴的两端向泵体外伸出，所述超声波传感器设置在主动齿轮轴的两齿轮端面处，所述导电滑环设置在主动齿轮轴的末端，所述圆盘设置在主动齿轮轴的轴颈上，所述光电开关设置在圆盘的一侧，并与超声波传感器的位置对应。

进一步的，所述导电滑环包括定子、转子、电刷、后油封和端盖，所述定子固定在端盖上，所述转子固定在主动齿轮轴上，所述电刷设置在定子上，所述后油封通过端盖压紧。

进一步的，所述齿轮泵还包括前端盖和后端盖，所述前端盖固定在泵体的一端，所述后端盖固定在泵体的另一端，所述后端盖开有阶梯槽，所述后油封安装在阶梯槽上，并通过端盖压紧，所述端盖固定在后端盖上。

进一步的，所述齿轮泵还包括压力传感器，所述压力传感器设置在主动齿轮轴的两齿轮端面处。

进一步的，所述圆盘的一侧开有小孔，所述光电开关的光轴通过小孔。

进一步的，所述光电开关为槽型光电开关。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种齿轮泵端面间隙动态测量试验装置，包括超声波收发模块、供油模块、驱动模块、处理模块、超声波传感器、导电滑环、圆盘和光电开关，所述超声波传感器设置在齿轮泵中主动齿轮轴的两齿轮端面处，所述导电滑环设置在齿轮泵中主动齿轮轴的末端，所述圆盘设置在齿轮泵中主动齿轮轴的轴颈上，所述光电开关设置在圆盘的一侧，并与超声波传感器的位置对应，所述超声波传感器通过超声波收发模块与处理模块连接，所述光电开关与处理模块连接，所述供油模块和驱动模块分别与齿轮泵连接。

进一步的，所述装置还包括压力传感器，所述压力传感器设置在齿轮泵中主动齿轮轴的两齿轮端面处，所述压力传感器与处理模块连接。

进一步的，所述处理模块为计算机。

本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种齿轮泵端面间隙动态测量试验方法，所述方法包括：

将超声波传感器设置在齿轮泵中主动齿轮轴的两齿轮端面处，并将导电滑环设置在齿轮泵中主动齿轮轴的末端；

将圆盘设置在齿轮泵中主动齿轮轴的轴颈上，并将光电开关设置在圆盘的一侧，并与超声波传感器的位置对应；

通过供油模块为齿轮泵提供工作油液，通过驱动模块为齿轮泵提供工作动力，超声波传感器的输出信号通过超声波收发模块输入处理模块，光电开关的输出信号直接输入处理模块；

处理模块对输出信号进行处理，将离散的数字信号转换为连续的模拟信号进行显示，得到主动齿轮轴的两齿轮端面与浮动止推板的间隙，并确定间隙所对应的位置，通过推导得到浮动止推板倾斜角度。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明将超声波传感器设置在主动齿轮轴的两齿轮端面处，利用超声波原理测量两齿轮端面与浮动止推板的间隙，在工作状态下可以实时测量得到端面间隙大小，直观反映浮动止推板在工况下的轴向运动情况，用于对浮动止推板的设计合理性进行试验验证，并将圆盘设置在主动齿轮轴的轴颈上，光电开关设置在圆盘的一侧，利用圆盘和光电开关，确定超声波传感器的位置，从而推导计算得到浮动止推板倾斜方向和角度，解决了现有技术难以测量浮动止推板倾斜情况的问题。

2、本发明还可设置压力传感器，将压力传感器设置在主动齿轮轴的两齿轮端面处，利用压力传感器测量两齿轮端面压力大小，用于研究端面压力与端面间隙值的关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例的齿轮泵的结构示意图。

图2为图1中A处的放大图。

图3为本发明实施例的齿轮泵中主动齿轮轴和圆盘的安装位置示意图。

图4为本发明实施例的齿轮泵端面间隙动态测量试验装置的结构框图。

其中，1-泵体，2-主动齿轮轴，3-从动齿轮轴，4-浮动止推板，5-前端盖，6-后端盖，7-前油封，8-轴套，9-超声波传感器，10-导电滑环，1001-定子，1002-转子，1003-电刷，1004-后油封，1005-端盖，1006-定子螺钉，1007-转子螺钉，1008-端盖螺钉，11-圆盘，1101-小孔，12-光电开关，13-定位销，14-螺钉，15-压力传感器，16-超声波收发模块，17-供油模块，18-驱动模块，19-处理模块，20-齿轮泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1～图3所示，本实施例提供了一种齿轮泵，该齿轮泵为外啮合齿轮泵，采用了超声波检测技术，超声波检测技术具有检测精度高、工艺简单、使用方便和安全性好等优点,是目前应用最广泛、使用频度最高的检测技术之一，该齿轮泵包括泵体1、主动齿轮轴2、从动齿轮轴3、浮动止推板4、前端盖5、后端盖6、前油封7、轴套8、超声波传感器9、导电滑环10、圆盘11和光电开关12，主动齿轮轴2、从动齿轮轴3和浮动止推板4设置在泵体1内，且主动齿轮轴2的两端向泵体1外伸出，前端盖5固定在泵体1的一端，后端盖6固定在泵体1的另一端，前端盖5与泵体1、后端盖6与泵体1通过定位销13进行准确定位，前端盖5、泵体1和后端盖6通过螺钉14固定，超声波传感器9为微型超声波传感器，光电开关12为槽型光电开关。

进一步地，主动齿轮轴2的两齿轮端面处设有第一安装孔201，超声波传感器9安装在第一安装孔201上，用于检测主动齿轮轴2的两齿轮端面与浮动止推板4的间隙；为了检测主动齿轮轴2的两齿轮端面压力，本实施例的齿轮泵还包括压力传感器15，主动齿轮轴2的两齿轮端面处还设有第二安装孔202，第二安装孔202与第一安装孔201位于不同齿上，压力传感器15安装在第二安装孔202上，通过检测主动齿轮轴2的两齿轮端面压力，可以研究端面压力与端面间隙值的关系，端面间隙值越大，端面泄露量越大，齿轮泵容积效率越低，而端面压力大小在不同位置处不同，大小从入口压力到出口压力变化，在同一位置处，端面间隙越大，端面压力减小；通过试验研究可以验证这一关系，测量端面压力可以得到齿轮泵端面压力分布情况，从而推导计算齿轮端面受力情况，从而有利于浮动止推板4的平衡性改进设计。

进一步地，导电滑环10设置在主动齿轮轴2的末端，用于超声波传感器9和压力传感器14的数据传输，后端盖6开有阶梯槽，用于安装导电滑环10，导电滑环10的输入端与主动齿轮轴2同步转动，导电滑环10的输出端与后端盖6固定，传输数据的同时避免数据线在主动齿轮轴2内的缠绕；具体地，导电滑环10包括定子1001、转子1002、电刷1003、后油封1004和端盖1005，定子1001通过定子螺钉1006固定在端盖1005上，转子1002通过转子螺钉1007固定在主动齿轮轴2上，电刷1003设置在定子1001上，后油封1004安装在后端盖6的阶梯槽上，并通过端盖1005压紧，端盖1005通过端盖螺钉1008固定在后端盖6上。

进一步地，圆盘11安装在主动齿轮轴2的轴颈上，光电开关12固定安装在圆盘11的一侧，并与超声波传感器9的位置对应，用于确定超声波传感器9的位置；具体地，圆盘11的一侧开有小孔1101，光电开关12的光轴通过小孔1101，本实施例的小孔1101位于圆盘11的左侧，该小孔1101与第一安装孔201位于同一径向平面。

如图4所示，本实施例还提供了一种齿轮泵端面间隙动态测量试验装置，该装置包括超声波收发模块16、供油模块17、驱动模块18、处理模块19、超声波传感器9、压力传感器15、导电滑环10、圆盘11和光电开关12，超声波传感器9设置在齿轮泵20中主动齿轮轴的两齿轮端面处，压力传感器15设置在齿轮泵20中主动齿轮轴的两齿轮端面处，导电滑环10设置在齿轮泵20中主动齿轮轴的末端，圆盘11设置在齿轮泵20中主动齿轮轴的轴颈上，光电开关12固定安装在圆盘11的左侧，并与超声波传感器9的位置对应，超声波传感器9通过超声波收发模块16与处理模块19连接，光电开关12和压力传感器15分别与处理模块19连接，供油模块17和驱动模块18分别与齿轮泵20连接，其中超声波收发模块16用于发射与接收超声波信号，供油模块17用于为齿轮泵20提供工作油液，驱动模块18用于为齿轮泵20提供工作动力，处理模块19为计算机，用于数据分析处理，超声波传感器9、压力传感器15、导电滑环10和光电开关12的作用与上述齿轮泵的相同，在此不再一一赘述。

本实施例还提供了一种齿轮泵端面间隙动态测量试验方法，该方法包括以下步骤：

S1、将超声波传感器和压力传感器设置在齿轮泵中主动齿轮轴的两齿轮端面处，并将导电滑环设置在齿轮泵中主动齿轮轴的末端。

S2、将圆盘设置在齿轮泵中主动齿轮轴的轴颈上，并将光电开关设置在圆盘的一侧，并与超声波传感器的位置对应。

S3、通过供油模块为齿轮泵提供工作油液，通过驱动模块为齿轮泵提供工作动力，超声波传感器的输出信号通过超声波收发模块输入计算机，压力传感器和光电开关的输出信号直接输入计算机。

S4、计算机通过信号处理软件对输出信号进行处理，该信号处理软件为现有产品，将离散的数字信号转换为连续的模拟信号通过显示屏进行显示，其中超声波传感器信号得到主动齿轮轴的两齿轮端面与浮动止推板的间隙大小，压力传感器信号得到主动齿轮轴的两齿轮端面压力，光电开关信号确定间隙所对应的位置，根据两齿轮端面与浮动止推板的间隙大小以及间隙所对应的位置，通过推导得到浮动止推板倾斜角度。

其中，根据两齿轮端面与浮动止推板的间隙大小以及间隙所对应的位置，通过推导得到浮动止推板倾斜角度，具体包括：

1)以主动齿轮轴端面中心为原点，以两个齿轮中心线为x轴，以垂直于两个齿轮中心线为y轴，以主动齿轮轴轴线为z轴建立三维坐标系。

2)理论上可选择任意三个测量点数据确定浮动止推板平面，从而推导倾斜角度。为方便计算，选择x轴上两点a(-r,0,z1)和b(r,0,z2)，以及y轴上两点c(0,-r,z3)和d(0,r,z4)。

3)计算x轴方向倾斜角度，如下式：

计算y轴方向倾斜角度，如下式：

计算浮动止推板倾斜角度，如下式：

综上所述，本发明将超声波传感器设置在主动齿轮轴的两齿轮端面处，利用超声波原理测量两齿轮端面与浮动止推板的间隙，在工作状态下可以实时测量得到端面间隙大小，直观反映浮动止推板在工况下的轴向运动情况，用于对浮动止推板的设计合理性进行试验验证，并将圆盘设置在主动齿轮轴的轴颈上，光电开关设置在圆盘的一侧，利用圆盘和光电开关，确定超声波传感器的位置，从而推导计算得到浮动止推板倾斜方向和角度，解决了现有技术难以测量浮动止推板倾斜情况的问题；此外，本发明还可设置压力传感器，将压力传感器设置在主动齿轮轴的两齿轮端面处，利用压力传感器测量两齿轮端面压力大小，用于研究端面压力与端面间隙值的关系。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种齿轮泵，包括泵体、主动齿轮轴、从动齿轮轴和浮动止推板，所述主动齿轮轴、从动齿轮轴和浮动止推板设置在泵体内，且主动齿轮轴的两端向泵体外伸出，其特征在于，还包括超声波传感器、导电滑环、圆盘和光电开关，所述超声波传感器设置在主动齿轮轴的两齿轮端面处，所述导电滑环设置在主动齿轮轴的末端，所述圆盘设置在主动齿轮轴的轴颈上，所述光电开关设置在圆盘的一侧，并与超声波传感器的位置对应。

2.根据权利要求1所述的齿轮泵，其特征在于，所述导电滑环包括定子、转子、电刷、后油封和端盖，所述定子固定在端盖上，所述转子固定在主动齿轮轴上，所述电刷设置在定子上，所述后油封通过端盖压紧。

3.根据权利要求2所述的齿轮泵，其特征在于，所述齿轮泵还包括前端盖和后端盖，所述前端盖固定在泵体的一端，所述后端盖固定在泵体的另一端，所述后端盖开有阶梯槽，所述后油封安装在阶梯槽上，并通过端盖压紧，所述端盖固定在后端盖上。

4.根据权利要求1所述的齿轮泵，其特征在于，所述齿轮泵还包括压力传感器，所述压力传感器设置在主动齿轮轴的两齿轮端面处。

5.根据权利要求1-4任一项所述的齿轮泵，其特征在于，所述圆盘的一侧开有小孔，所述光电开关的光轴通过小孔。

6.根据权利要求1-4任一项所述的齿轮泵，其特征在于，所述光电开关为槽型光电开关。

7.一种齿轮泵端面间隙动态测量试验装置，其特征在于，包括超声波收发模块、供油模块、驱动模块、处理模块、超声波传感器、导电滑环、圆盘和光电开关，所述超声波传感器设置在齿轮泵中主动齿轮轴的两齿轮端面处，所述导电滑环设置在齿轮泵中主动齿轮轴的末端，所述圆盘设置在齿轮泵中主动齿轮轴的轴颈上，所述光电开关设置在圆盘的一侧，并与超声波传感器的位置对应，所述超声波传感器通过超声波收发模块与处理模块连接，所述光电开关与处理模块连接，所述供油模块和驱动模块分别与齿轮泵连接。

8.根据权利要求7所述的齿轮泵端面间隙动态测量试验装置，其特征在于，所述装置还包括压力传感器，所述压力传感器设置在齿轮泵中主动齿轮轴的两齿轮端面处，所述压力传感器与处理模块连接。

9.根据权利要求7-8任一项所述的齿轮泵端面间隙动态测量试验装置，其特征在于，所述处理模块为计算机。

10.一种齿轮泵端面间隙动态测量试验方法，其特征在于，所述方法包括：

将超声波传感器设置在齿轮泵中主动齿轮轴的两齿轮端面处，并将导电滑环设置在齿轮泵中主动齿轮轴的末端；

将圆盘设置在齿轮泵中主动齿轮轴的轴颈上，并将光电开关设置在圆盘的一侧，并与超声波传感器的位置对应；

通过供油模块为齿轮泵提供工作油液，通过驱动模块为齿轮泵提供工作动力，超声波传感器的输出信号通过超声波收发模块输入处理模块，光电开关的输出信号直接输入处理模块；

处理模块对输出信号进行处理，将离散的数字信号转换为连续的模拟信号进行显示，得到主动齿轮轴的两齿轮端面与浮动止推板的间隙，并确定间隙所对应的位置，通过推导得到浮动止推板倾斜角度。

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