CN1188599C - 反向啮合式转子组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于泵或发动机的啮合式转子组，它包括一个可旋转的外转子，该外转子有一个近似于星形的且有细内啮合齿的孔以及一个在此孔中偏心布置的内转子，该内转子具有用于行星齿轮的承槽。行星齿轮具有细啮合齿，它就以所述细啮合齿在外转子的细啮合齿里滚动，其中行星齿轮具有形成外啮合齿的齿，所述外啮合齿的齿数比外转子的内啮合齿的齿数少一个。

Description

反向啮合式转子组

技术领域

本发明涉及用于泵或发动机的啮合式转子组，它包括一个可旋转的外转子和支承在该外转子里的内转子，其中内转子具有用于行星齿轮的承槽。该啮合式转子组与具有齿形结构的内啮合齿轮泵相似，其中啮合式转子组的功能和作用方式都对应于内啮合齿轮泵的功能和作用方式。

背景技术

在内啮合齿轮泵中，压力腔与抽吸腔没有通过镰刀状插入物分开，而是通过齿的特殊形状(基于摆线啮合齿)保证了在齿圈和外齿小齿轮之间的密封。内齿齿圈比小齿轮多一个齿，从而在相应的齿结构齿中，齿顶正好在齿啮合点对面接触。为保证滚动，在外转子齿顶和内转子齿顶之间必须有顶隙。内啮合齿轮泵的缺点在于，由于有这种顶隙，内啮合齿轮泵会出现内漏并因而导致较差的容积效率。由此一来，无法在低转速时建立起高压。

与内啮合齿轮泵相比，一种根据DE-A-19646359的教导的泵是更有利的。这种泵形成啮合式转子组，它由一个有内啮合齿的轴承圈和一个偏心放置在其中的有外啮合齿的齿轮构成，其中内啮合齿由旋转支承在轴承圈里的滚子形成并且比外啮合齿多一个齿，齿轮的外啮合齿叠加了模数小许多的细齿，而且每个滚子在其圆周上都有模数相同的细齿，齿轮齿与这些细齿啮合。

啮合式转子组的功能通过以下方式实现：驱动力矩通过一个驱动轴作用于内转子并使之旋转。带齿内转子将力传递给行星齿轮，这个力一方面给出一个经过行星齿轮中心的冲力，另一方面给出一个造成行星齿轮转矩的切向力。作用于轴承圈的冲力使轴承圈旋转。

这种已知的啮合式转子组的缺点在于：必须要使用很多个行星齿轮，才能实现此功能并且由使用很多行星齿轮而决定地存在较高摩擦分量，这种摩擦分量必须通过一个与内转子相连的驱动轴的转矩来克服。另外，对已知的啮合式转子组来说，也已被证实为不利的是：当内转子旋转时，使行星齿轮齿槽里的相对同向转动的润滑油从压力侧输被送至抽吸侧，因而降低了泵的效率。

发明内容

由现有技术的不足得出了形成这样的啮合式转子组的任务，该啮合式转子组的设计应保证在结构尺寸类似时能使用较少的行星齿轮来减小摩擦。本发明的任务还在于形成这样的啮合式转子组，即已知啮合式转子组的相似结构尺寸的情况下，它具有较高的排量和效率。

按照本发明，通过一种用于泵或者发动机的啮合式转子组来完成该任务，它包括一个可旋转的外转子、一个近似于星形的且有细内啮合齿的孔以及一个偏心设置在此孔中的内转子，该内转子具有用于行星齿轮的承槽，这些行星齿轮具有细啮合齿，该齿行星齿轮在外转子的细啮合齿里滚动，其中行星齿轮的齿为外啮合齿，外啮合齿数比外转子的内啮合齿数少一个。这样设计的啮合式转子组的优点在于，本发明的啮合式转子组可以用比现有技术已知的啮合式转子组更少的行星齿轮实现运转。由于在结构尺寸相同的情况下使用比现有技术的啮合式转子组更少的行星齿轮，因而例如在行星齿轮和内转子的承槽之间以及在行星齿轮齿和外转子齿之间的摩擦面积比较小。由于摩擦较小，具有本发明的啮合式转子组的泵或者发动机就具有比具有现有技术的啮合式转子组的泵更高的效率，这是由于克服系统内摩擦须所需的转矩较小。由结构决定地，本发明的啮合式转子组能够实现比现有技术的啮合式转子组更高的输送排量。

此外，本发明的啮合式转子组的效率更高，这是由于当内转子顺时针旋转时，行星齿轮就反向转动并因此把在行星齿轮齿槽里的附加润滑油由抽吸侧送至压力侧。

细啮合齿的另一个问题在于，所出现的力和力矩在开头所述类型的啮合式转子组中没有最佳地被迄今所用的渐开线轮齿吸收。尤其是存在这样的问题，即已知的轮齿无法在没有大面压的情况下象线路走向那样地传递冲力和切向力。目前已知的啮合轮齿只适于传递大切向力，而不适于传递经过行星齿轮中心的巨大冲力。

在开头所述类型的啮合式转子组中，无法在所有工作条件下都没有啮合干扰地确保干净利落的滚动，这被证明是不利的。行星齿轮相对轴承圈的运动在一个位置上停止。

在行星齿轮几乎停住且同时传递巨大的力的状态下，存在这样危险，即位于行星齿轮齿顶和轴承圈之间的润滑油膜破碎了，从而使科尔特流停止。在这种情况下，由于在间隙中失去了润滑介质而出现了固体接触。因此，不再存在有利的流体动力润滑，而是形成混合摩擦状态，最糟糕的是，有可能出现静摩擦。在混合摩擦和静摩擦的情况下，出现了磨损现象并且降低了啮合式转子组的使用寿命。

因而，本发明的有利设计方案就规定了，细外啮合轮齿和/或内啮合轮齿至少在轮齿齿形局部区内有一个弧弯部。这样设计的啮合式转子组的优点是，通过齿形的弧弯部，基本上出现了滚动摩擦而没有滑动摩擦，因而齿摩损最小。

通过把细齿行星齿轮的齿顶设计成是凸形且把细齿外转子的齿根设计成是凹形，就出现了一个接触面而不是一条接触线。这种滚动啮合大大降低了赫兹压。若将行星齿轮齿和外转子齿槽之间的侧面间隙考虑在内，则确保了巨大冲力只经过齿顶和齿根来传递。因而就阻止了可能导致破坏齿侧面的巨大冲力作用于齿侧面上。另外，也可以通过侧面间隙使输送介质从齿槽里流出，因为否则的活，会出现困油，这可能会导致建立很高的压力。

在本发明的有利设计方案中规定了，在齿顶和/或齿根部处的齿形成弧形。这样设计的齿形就能传递很大冲力(径向力)。在这里，与啮合式转子组中的已知渐开线齿不同的是，齿顶和齿根都被纳入滚动过程中，即带齿行星齿轮在带齿外转子的曲线上滚动。

行星齿轮的凸弯齿侧面和外转子的凹弯齿侧面在啮合时形成较大的密封面，该密封面在挤出腔从抽吸部位移至压力部位时封闭了挤出腔。转子垂直度偏差也就不会造成挤出腔漏损。

在本发明的有利的设计方案中规定了，尤其在齿顶和/或齿根部处的细齿齿形都有一个削平部。在转矩经内转子并通过带齿行星齿轮作用在带齿外转子上的主要传力区内，取决于几何关系地几乎使行星齿轮停了下来。在所述的相对停止状态并同时传递巨大的情况下，存在这样的危险，即在行星齿轮齿顶和内转子承槽之间的润滑膜破坏了。为阻止这种情况发生，将行星齿轮齿定削平。削平部取决于啮合式转子组的应用领域。在低转速和高压力时，必须要有大削平部，以保证即使在滑动速度较低时也形成润滑膜。若转速高且压力低，则必须略微削平。对于从行星齿轮的齿顶至削平部的过渡段来说，使用一特殊曲线即摆线，它比用简单的过渡圆弧更有利于形成润滑膜。

本发明的另一个有利的技术方案规定了，尤其是在齿顶和/或齿根部位处，齿形具有一个大的曲率半径。在齿顶和/或齿根部位用一个具有大曲率半径的面来代替这种削平也是合适的。

在本发明的特别有利的技术方案中规定了，弧形部分至少局部设计成摆线。摆线对于滚动性能和传递冲力来说已经证实为特别有利的。这种摆线齿即使在弯曲变化很大和曲率半径较小时也保证了顺利的无打滑滚动，这又减少了磨损。

本发明的合理设计方案规定了，至少在齿侧面部位处，齿形被设计成渐开线。在这种啮合齿的情况下，带齿外转子和带齿行星齿轮的齿侧面由渐开线形成，但在这种实施形式中，可能出现比在将齿侧面设计成摆线的实施形式时更轻微的啮合干扰。

本发明的有利设计方案规定了，细啮合齿具有一个少摩损的表面。少摩损的表面可通过化学的、尤其是热化学的和/或物理的表面处理达到。这种表面也还可以是电镀的。其它有利的表面处理方法是渗碳和渗氮和/或渗氮碳、渗硼和/或镀铬。

本发明的合适的设计方案规定了，在承槽部位设置至少一个流体通道。该流体通道可以与泵压力侧连通，从而连续不断地将润滑油输入行星齿轮和承槽之间，以保证建立更好的润滑膜。

比较有利的是，啮合式转子组的所有部件且尤其是外转子和/或行星齿轮和/或内转子至少在一个端面侧上具有一个环绕连板。环绕连板用作在安放啮合式转子组的外壳内的密封。通常，这些活动部件在其端面侧上有一个密封面，该密封面一直伸展在其整个面上。这种按照本发明的、借助环绕连板形成的密封的优点是，在用已知的密封时所产生的大摩擦力被大大减小并因而使啮合式转子组更容易并因而更有效地工作。环绕连板的宽度表示在密封作用和摩擦力之间的最佳值。

最后，本发明涉及制造啮合式转子组的方法，其中这种转子组通过成型法并优选地借助粉末冶金法、塑料注塑、挤压、压铸并且尤其是铝压铸及冲压法来制造。这样的高成本的齿，如本发明的啮合式转子组所具有的齿，可借助这些方法简单而低成本地制成。本发明不采用切削制齿，如利用磨削、铣削、插削和锯削，这些方式众所周知地被用于普通的齿，因为制齿对它们来说太复杂了。

本发明的有利设计方案规定了，在一个泵且尤其是一个润滑油泵里的啮合式转子组被用于内燃机、减速器、液压泵组和高压清洗设备。

在本发明的其它的有利设计方案中规定了将啮合式转子组用作发动机。

附图说明

以下，根据示意图来详细描述本发明，其中：

图1表示现有技术的啮合式转子组；

图2表示本发明的啮合式转子组；

图2a表示在第二工作位置上的本发明啮合式转子组；

图2b是本发明的带抽吸侧和压力侧的啮合式转子组的俯视图；

图3是按图2的局部“X”所示的本发明齿的变型方案I；

图4表示本发明齿的位置II；

图5表示本发明齿的变型方案III。

实施形式的具体描述

图1表示现有技术的啮合式转子组0.1，它包括一个有承槽0.3的旋转外转子0.2，旋转支承的行星齿轮0.4设置在承槽里，这些行星齿轮形成内啮合，外转子还有一个与外转子0.2偏心地支承的内转子0.5，它有近似星形的外轮廓并且设有细啮合齿0.6，其中星形外啮合齿的齿数比内啮合齿少一个。啮合式转子组0.1具有七个行星齿轮0.4。事实证明不利的是，当内转子0.5顺时针旋转时，在由同向旋转的行星齿轮齿槽和承槽0.3形成的腔室里的润滑油从压油侧流至吸油侧，从而降低了泵的效率。

图2表示按本发明的用于泵或者发动机的啮合式转子组1，它包括一个可旋转的外转子2，该外转子具有一个带有细内啮合齿4的近似星形的孔3和一个偏心支承在孔3里的内转子5，该内转子具有用于行星齿轮7的承槽6，这些行星齿轮7有细啮合齿，它们以所述细啮合齿在外转子2的细啮合齿里滚动，其中行星齿轮7的齿8形成外啮合齿，在这里，外啮合齿的齿数比外转子2的内啮合齿4少一个。啮合式转子组1具有吸油部位9和一个压油部位10和挤出腔11。与图1所示的按现有技术设计的啮合式转子组0.1相比，本发明的啮合式转子组1只需要六个行星齿轮7，因而产生的摩擦较小。

驱动力矩M1通过驱动轴12作用于内转子5上。因而，冲力F2就通过内转子5的承槽6作用到行星齿轮7上。在行星齿轮7中的冲力F3被分成两个分量，即径向力F4和转矩M4。冲力F3经过带齿行星齿轮7的中心作用于带齿外转子2上并使其旋转。通过转矩M4使带齿行星齿轮7旋转。行星齿轮7首先传递冲力F3并且同时有一个由承槽里的摩擦引起的小摩擦力矩MR。

本发明的啮合式转子组1可被用作产生压力的泵，其中内转子5经过一个驱动轴12被驱动。另一方面，本发明的啮合式转子组1也可以用作发动机，在这发动机里，使压力区10加压，从而使内转子5转动并使驱动轴12转动。

在转矩通过装有承槽6的内转子5并经带齿行星齿轮7作用于带齿外转子2上的重要传力区域13内，取决于几何关系地几乎使行星齿轮7停住。在上述相对停止状态和同时传递巨大力的情况下，存在这样的危险，即行星齿轮齿顶与内转子5之间的润滑膜破坏了。

图2a表示在第二工作位置上的啮合式转子组1。在这里，可以很清楚地看到细啮合齿的密封作用。

图2b表示转子组1的俯视图，其中既示出了吸油侧14，也示出了压油侧1.5。一个进油孔16通入吸油侧14，该进油孔例如在侧向上成通入接纳啮合式转子组的外壳里的孔的形式。同样，一个排油孔17通入压油侧15。排油孔17的直径可以小于进油孔16的直径，这是由于进油孔的流速较大。还可以看到，当内转子5在顺时针旋转时，行星齿轮7就反向旋转并因而使在行星齿轮7齿槽里的附加润滑油从吸油侧9被送至压油侧10。

图3表示图2局部“X”的本发明啮合齿的变型方案I。图2所示的巨大冲力F3和只是小的摩擦力矩MR是必须传递的。对这种啮合齿来说，齿顶18和齿根19都被纳入了滚动过程中，即带齿行星齿轮7在带齿外转子的曲线2上滚动。在图3所示的啮合齿里，齿面部的选择应使其对应于力的分布。

因此，啮合齿的最大部分即弧形部23在齿根19和齿顶18处，齿顶和齿根就在带齿行星齿轮7和带齿外转子2之间传递冲力F3。只有小部分啮合面由齿侧面处的滑动面构成，这些滑动面使摩擦力矩MR转变成带齿行星齿轮7的旋转运动。

应这样计算带齿外转子2的齿顶18.1，即必须使它准确位于带齿行星齿轮7的齿根19.2里并保证顺利滚动。相反地，带齿行星齿轮7的齿顶18.2咬入带齿外转子2的齿根19.1中。通过带齿外转子2的凸形齿顶18.1和带齿行星齿轮7的凹形齿底19.2产生一个接触面，而不是一条接触线。因而，这种滚动啮合大大降低了赫兹压。

这也适用于带齿外转子2的齿侧面和带齿行星齿轮4的齿侧面。若考虑了在行星齿轮4齿和外转子2齿槽之间的侧面间隙，则保证了巨大冲力F3只通过齿顶18和齿根19来传递。因而阻止了可能导致齿侧面破坏的巨大斜楔力作用于齿侧面21。另外，也可以通过侧面间隙使输送介质从齿槽20里流出，因为否则的话会出现困油，这可能会导致建立起很高的压力。

图4表示了按本发明的啮合齿的第二个位置。在以前描述的行星齿轮4处于相对停止状态时以及同时传递大的力时就存在以下危险：位于行星齿轮齿顶18和内转子5的承槽6之间的润滑膜破坏了。阻止这种破坏的方法是将行星齿轮齿顶18削平。削平部22的大小取决于啮合式转子组1的使用范围。若转速低、压力大，则必须有大的削平部22。当转速高且压力低时，采用中等削平部22，以便建立起一层连续不断的润滑膜。为从行星齿轮7齿侧面21到削平部22的过渡段使用摆线23，它比用简单的过渡圆弧更利于形成润滑膜。

由于行星齿轮齿顶18的削平部22也改善了从行星齿轮7到内转子5的承槽6的力传递(赫兹压)。

图5表示本发明齿的第三变型方案，其中带齿外转子2的和带齿行星齿轮7的齿侧面21由一条渐开线24构成。相反，行星齿轮7的齿顶18设计为摆线25。然而，对这种实施形式来说，更可能存在啮合干扰。

Claims (11)

1.用于一个泵或一个发动机的啮合式转子组(1)，它包括一个可旋转的外转子(2)，该外转子具有一有细内啮合齿(4)的且近似于星形的孔(3)以及一个偏心支承在孔(3)里的内转子(5)，该内转子具有用于行星齿轮(7)的承槽(6)，行星齿轮(7)具有细啮合齿，所述行星齿轮就以该细啮合齿在外转子(2)的细啮合齿里滚动，其中行星齿轮(7)具有构成外啮合齿(8)的齿，所述外啮合齿的齿数比外转子(2)的内啮合齿齿数少一个。

2.按权利要求1所述的啮合式转子组(1)，其特征在于，所述细外啮合齿和/或细内啮合齿至少在啮合齿齿形局部区内有一个圆弧部分(23)。

3.按权利要求1或2所述的啮合式转子组(1)，其特征在于，齿顶(18)和/或齿根(19)区域内的齿形被设计成圆弧形。

4.按权利要求1或2所述的啮合式转子组(1)，其特征在于，齿顶(18)和/或齿根(19)区域内的齿形具有一个大弯曲半径。

5.按权利要求1或2所述的啮合式转子组(1)，其特征在于，齿顶(18)和/或啮根(19)区域内的齿形具有一个削平部(22)。

6.按权利要求1或2所述的啮合式转子组(1)，其特征在于，圆弧部(23)至少局部被设计成摆线。

7.按权利要求1或2所述的啮合式转子组(1)，其特征在于，至少齿侧面(21)区域内的齿形被设计成渐开线。

8.按权利要求1或2所述的啮合式转子组(1)，其特征在于，所述细啮合齿具有一耐磨的表面。

9.按权利要求1或2所述的啮合式转子组(1)，其特征在于，在承槽(6)区域内设有至少一条流体通道。

10.按权利要求1或2所述的啮合式转子组(1)，其特征在于，外转子(2)和/或行星齿轮(7)和/或内转子(5)在至少一个端面侧上有一个环绕连板。

11.用于制造如权利要求1-10中之一所述的啮合式转子组(1)的方法，其特征在于，该啮合式转子组通过一种成型法借助粉末冶金法、塑料注塑、挤压、压铸、铝压铸及冲压法制成。

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