本发明涉及一种双圆弧线齿轮泵，泵体内设有瞬时单点啮合传动的主动双圆弧线齿轮和从动双圆弧线齿轮；主动双圆弧线齿轮和从动双圆弧线齿轮均为设有多个线齿的线齿轮；线齿设有依次连接的齿顶、过渡曲面和齿根；齿顶和齿根为共轭的圆弧齿形；过渡曲面与齿根相切；过渡曲面设有由多个瞬时啮合点构成的接触线；接触线为圆柱螺旋线；线齿轮节圆半径等于接触线的啮合半径。圆弧主齿轮和圆弧副齿轮仅在瞬时啮合点所在端面上有一个接触点，在其他端面上两齿轮处于脱开状态，不会形成封闭的困油容积从而防止齿轮泵中的困油现象，防止瞬时啮
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 114151330 A (43)申请公布日 2022.03.08 (21)申请号 9.9 (22)申请日 2021.11.02 (71)申请人 华南理工大学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 陈扬枝鄞伟杰 肖小平 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 李秋武 (51)Int.Cl. F04C 2/18 (2006.01) F04C 15/00 (2006.01) 权利要求书3页 说明书10页 附图5页 (54)发明名称 一种双圆弧线)摘要 本发明涉及一种双圆弧线齿轮泵，泵体内设 有瞬时单点啮合传动的主动双圆弧线齿轮和从 动双圆弧线齿轮；主动双圆弧线齿轮和从动双圆 弧线齿轮均为设有多个线齿的线齿轮；线齿设有 依次连接的齿顶、过渡曲面和齿根；齿顶和齿根 为共轭的圆弧齿形；过渡曲面与齿根相切；过渡 曲面设有由多个瞬时啮合点构成的接触线；接触 线为圆柱螺旋线；线齿轮节圆半径等于接触线的 啮合半径。圆弧主齿轮和圆弧副齿轮仅在瞬时啮 合点所在端面上有一个接触点，在其他端面上两 齿轮处于脱开状态，不会形成封闭的困油容积从 而防止齿轮泵中的困油现象，防止瞬时 A 啮合线一直在变化的现象，保证了啮合过程中齿轮 0 啮合处径向泄漏量恒定，提高齿轮泵输出流量的 3 3 1 稳定性。 5 1 4 1 1 N C CN 114151330 A 权利要求书 1/3页 1.一种双圆弧线齿轮泵，包括泵体，其特征是：泵体内设有瞬时单点啮合传动的主动 双圆弧线齿轮和从动双圆弧线齿轮； 主动双圆弧线齿轮和从动双圆弧线齿轮均为设有多个线齿的线齿轮； 线齿设有依次连接的齿顶、过渡曲面和齿根； 齿顶和齿根为共轭的圆弧齿形； 过渡曲面与齿根相切； 过渡曲面设有由多个瞬时啮合点构成的接触线； 接触线为圆柱螺旋线； 线齿轮节圆半径等于接触线所述的一种双圆弧线齿轮泵，其特征是：齿顶和齿根的半径r相等。 3.按照权利要求1所述的一种双圆弧线齿轮泵，其特征是：圆柱螺旋线mm， 线齿轮的法向齿廓圆弧半径ρ为2.5mm。 4.按照权利要求1所述的一种双圆弧线齿轮泵，其特征是：线齿轮重合度 N为线齿轮的线齿数，Δt为从初始啮合点到终止啮合点t的取值的差值，t为 曲线所述的一种双圆弧线齿轮泵，其特征是：主动双圆弧线齿轮和从动 双圆弧线所述的一种双圆弧线齿轮泵，其特征是：接触线包括第一接触线和 第二接触线，第一接触线和第二接触线分别位于线齿两侧的过渡曲面，第一接触线和第二 接触线形状相同，第一接触线和第二接触线构成的圆心角为π/N，N为线所述的一种双圆弧线齿轮泵，其特征是：线所述的一种双圆弧线齿轮泵，其特征是：第一接触线包括主动双圆 弧线齿轮的第一主动接触线和从动双圆弧线齿轮的第一从动接触线，第二接触线包括主动 双圆弧线齿轮的第二主动接触线和从动双圆弧线齿轮的第二从动接触线； 第一主动接触线的参数方程为， 第一从动接触线参数方程为， 第二主动接触线页 第二从动接触线的参数方程为， 其中，t为曲线所述的一种双圆弧线齿轮泵，其特征是：第一主动接触线) γ 的参数方程为， 1 (1) 第二主动接触线的副法矢γ 的参数方程为， 2 (2) 第一从动接触线的副法矢γ 的参数方程为， 1 (2) 第二从动接触线的副法矢γ 的参数方程为， 2 3 3 CN 114151330 A 权利要求书 3/3页 其中，t为曲线所述的一种双圆弧线齿轮泵，其特征是：主动双圆弧线齿轮线齿 包括相互连接的第一主动齿面和第二主动齿面，第一主动齿面的参数方程为， 第二主动齿面的参数方程为， 从动双圆弧线齿轮线齿包括相互连接的第一从动齿面和第二从动齿面，第一从动齿面 的参数方程为， 第二从动齿面的参数方程为， 其中，t为曲线范围的参变量，θ为法向齿廓圆弧的角度参数。 4 4 CN 114151330 A 说明书 1/10页 一种双圆弧线] 本发明涉及流体机械技术领域，特别是涉及一种双圆弧线齿轮泵。 背景技术 [0002] 外啮合齿轮泵被大范围的应用于流体传动、自动化及航空航天领域。其中应用最广泛 的齿形为渐开线齿形，但这种齿形的齿轮泵在传动过程中会产生困油现象，使齿轮、轴和轴 承受到很大的径向力，也会对齿轮泵的输出流量、输出压力等动态性能产生严重影响。 [0003] 缓解困油现象的常规方法为开设不同形式的卸压槽或卸压孔，但是不能从根本上 消除齿轮泵的困油现象，而且也会增加齿轮泵的制造难度。 [0004] 现存技术公开了一种采用螺旋圆弧齿轮的齿轮泵，在泵体内装有圆弧主齿轮，圆 弧主齿轮两侧面设有座圈一，座圈一与圆弧主齿轮轴之间装有滑动轴承，圆弧主齿轮左端 与前盖连接处装有骨架油封和孔用弹性挡圈，右端与后盖连接处装有平衡活塞一；与圆弧 主齿轮啮合连接圆弧副齿轮，圆弧副齿轮两侧面设有座圈二，座圈二与圆弧副齿轮轴之间 装有滑动轴承，圆弧副齿轮右端与后盖连接处装有平衡活塞二，泵体与前盖和后盖均用定 位销定位。 [0005] 其存在以下技术问题：在一对轮齿由进入啮合到退出啮合的过程中，其瞬时啮合 线的长度会不可避免地先变长后变短，导致齿轮啮合处的径向泄漏量先变小后变大，进而 造成齿轮泵的输出流量产生波动，不利于齿轮泵在要求输出流量脉动较低的航天航空发动 机液压系统等场合的应用。 发明内容 [0006] 针对现存技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种双圆弧线齿轮泵，传 动过程中不可能会出现困油现象，齿轮啮合处径向泄漏量恒定且可控，输出流量波动小，齿轮副 啮合过程中齿面无磨损。 [0007] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： [0008] 一种双圆弧线齿轮泵，泵体内设有瞬时单点啮合传动的主动双圆弧线齿轮和从动 双圆弧线] 主动双圆弧线齿轮和从动双圆弧线齿轮均为设有多个线] 线齿设有依次连接的齿顶、过渡曲面和齿根； [0011] 齿顶和齿根为共轭的圆弧齿形； [0012] 过渡曲面与齿根相切； [0013] 过渡曲面设有由多个瞬时啮合点构成的接触线] 接触线] 线齿轮节圆半径等于接触线] 该泵具有无困油现象、齿轮啮合处径向泄漏量恒定且可控、输出流量波动小等优 点，同时由于齿轮副啮合过程中齿面间没有相对滑动，所以还具有齿面无磨损、运转平稳、 5 5 CN 114151330 A 说明书 2/10页 噪声低、寿命长等优点。 [0017] 进一步，齿顶和齿根的半径r相等。在理论设计中，当一个齿轮的齿根圆和另一个 齿轮的齿顶圆旋转到相互接触时，齿根圆和齿顶圆完全重合，且不会对两个齿轮的传动产 生任何影响，这样设计仅仅是为了能够更好的保证密封作用。为了尽最大可能避免齿轮在啮合过程中产生卡死现 象及噪声，在实际制造中，齿顶圆半径稍小于齿根圆半径。 [0018] 进一步，圆柱螺旋线mm，线齿轮的法向齿廓圆弧半径ρ为2.5mm。 [0019] 进一步，线齿轮重合度 N为线齿轮的线齿数，Δt为从初始啮合点到 终止啮合点t的取值的差值，t为曲线] 进一步，主动双圆弧线齿轮和从动双圆弧线] 进一步，接触线包括第一接触线和第二接触线，第一接触线和第二接触线分别位 于线齿两侧的过渡曲面，第一接触线和第二接触线形状相同，第一接触线和第二接触线构 成的圆心角为π/N，N为线] 进一步，线] 进一步，第一接触线包括主动双圆弧线齿轮的第一主动接触线和从动双圆弧线齿 轮的第一从动接触线，第二接触线包括主动双圆弧线齿轮的第二主动接触线和从动双圆弧 线齿轮的第二从动接触线] 第一主动接触线] 第一从动接触线] 第二主动接触线] 第二从动接触线] 其中，t为曲线) 进一步，第一主动接触线的副法矢γ 的参数方程为， 1 6 6 CN 114151330 A 说明书 3/10页 [0034] [0035] (1) 第二主动接触线的副法矢γ 的参数方程为， 2 [0036] [0037] (2) 第一从动接触线的副法矢γ 的参数方程为， 1 [0038] [0039] (2) 第二从动接触线的副法矢γ 的参数方程为， 2 [0040] [0041] 其中，t为曲线] 进一步，主动双圆弧线齿轮线齿包括相互连接的第一主动齿面和第二主动齿面， 第一主动齿面的参数方程为， [0043] [0044] 第二主动齿面的参数方程为， 7 7 CN 114151330 A 说明书 4/10页 [0045] [0046] 从动双圆弧线齿轮线齿包括相互连接的第一从动齿面和第二从动齿面，第一从动 齿面的参数方程为， [0047] [0048] 第二从动齿面的参数方程为， [0049] [0050] 其中，t为曲线范围的参变量，θ为法向齿廓圆弧的角度参数。 [0051] 总的说来，本发明具有如下优点： [0052] 1.消除困油现象。本发明提出双圆弧线齿轮代替齿轮泵中传统的渐开线齿轮，由 于双圆弧线齿轮是基于空间共轭曲线啮合原理设计的新型传动机构，其端面重合度为0，所 以双圆弧线齿轮泵在工作过程中不会形成封闭的困油容积，可以从设计理论上完全消除齿 轮泵中的困油现象。 [0053] 2.流量脉动低。由于双圆弧线齿轮在啮合过程中是点接触传动，所以该泵在工作 过程中齿轮啮合处的径向泄漏量恒定且根据齿形设计参数可控，进一步提升齿轮泵输出流 量的稳定性。 [0054] 3.齿面间无磨损、运转平稳、噪音低、寿命长。双圆弧线，在齿 轮啮合过程中齿面间没有相对滑动。 附图说明 [0055] 图1为一种双圆弧线齿轮泵的平面结构示意图。 [0056] 图2为本发明实施例的线齿轮法向齿廓示意图。 [0057] 图3为本发明实施例的双圆弧线齿轮端面齿廓示意图。 [0058] 图4为本发明实施例的双圆弧线齿轮副的端面啮合状态示意图。 [0059] 图5为一种双圆弧线齿轮泵的立体结构示意图。 [0060] 附图标记： 8 8 CN 114151330 A 说明书 5/10页 [0061] 1‑轴承箱、2‑泵体、3‑螺栓、4‑油封、5‑弹性挡圈、6‑主动双圆弧线‑从动双圆弧线‑第一过渡曲线‑第二过渡曲线] 下面来对本发明做进一步详细的说明。 [0063] 如图1、图5所示，一种双圆弧线齿轮泵，整体结构为常见的三片式，主要由轴承箱 1、泵体2和端盖7三部分所组成，包括轴承箱1、泵体2、螺栓3、油封4、弹性挡圈5、主动双圆弧线、从动双圆弧线。其中，主动双圆弧线和从动双圆弧线均为齿顶和齿根为圆弧齿形 的双圆弧线齿轮，该双圆弧线齿轮副的端面啮合状态示意图如图4所示。主动双圆弧线和从动双圆弧线上，且主动双圆弧线和从动双圆弧线的 右端和左端均设置有两个滑动轴承12，右端的滑动轴承12安装在泵体2上，左端的滑动轴承 12安装在轴承箱1上，轴承箱1设置在泵体2的左端，第一密封圈11设置在轴承箱1与泵体2之 间，安装在泵体2上的密封槽中，轴承箱1与泵体2通过四组螺栓3和六角螺母13相互固定连 接，主动双圆弧线设置在主动双圆 弧线上，弹性挡圈5设置在油封4的右端， 且安装在端盖7上，端盖7设置在泵体2的右端，第二密封圈9设置在端盖7和泵体2之间，且安 装在端盖7上的密封槽中，端盖7与泵体2通过三个十字螺钉8相互固定连接，主动双圆弧线的右端伸出，末端通过双膜片联轴器与电机轴相连接。 [0064] 双圆弧线齿轮是一种基于空间共轭曲线啮合原理的线齿轮，为实现双圆弧线齿轮 可正反转双向传动，每个线齿上的接触线数量为两条，分布在线齿两侧的过渡曲面上，分别 为第一接触线和第二接触线，第二接触线由第一接触线绕线齿轮转轴旋转角度(π/N)得到， N为线齿轮的线齿数。本实施例中的双圆弧线] 第一接触线和第二接触线均为一条圆柱螺旋线，主要参数包括啮合半径m和圆柱 螺旋线节距参数n。第一接触线包括第一主动接触线和第一从动接触线，第二接触线包括第 二主动接触线和第二从动接触线] 根据共轭曲线可以推导出与主动接触线 程，其中：v 为啮合点处的相对运动速度，β为接触线] 第一主动接触线] 第一从动接触线] 第二主动接触线] 第二从动接触线] 其中，t为曲线] 本实施例中的一对双圆弧线齿轮副满足线齿轮重合度要求： ε为线 齿轮的重合度，Δt为从初始啮合点到终止啮合点t的取值的差值，N为线齿轮的齿数，且传 动比i 为1。 12 [0077] 线齿轮的齿面是由法向齿廓以接触线为扫描线、中心线为引导线扫描得到的。本 实施例的线齿轮法向齿廓示意图如图2所示，法向齿廓为一段圆弧，接触点P设置在圆弧上， 法向齿廓圆弧的圆心与接触点P的距离为ρ，即线齿轮的法向齿廓圆弧半径，连接法向齿廓 圆弧的圆心与接触点P的直线与‑γ的夹角为 γ为接触线) 第一主动接触线的副法矢γ 的参数方程如下： 1 [0079] [0080] (1) 第二主动接触线的副法矢γ 的参数方程如下： 2 [0081] [0082] (2) 第一从动接触线的副法矢γ 的参数方程如下： 1 10 10 CN 114151330 A 说明书 7/10页 [0083] [0084] (2) 方程如下： 第二从动接触线] 其中，t为曲线] 本实施例中线齿轮的法向齿廓圆弧半径ρ为2.5mm。 [0088] (1) 将第一主动接触线沿副法矢γ 的反方向平移得到第一主动中心线 齿廓圆弧的圆心与接触点P的直线°，将第一法向齿廓以第一主动接触线 为扫描线、第一主动中心线为引导线扫描得到主动线齿轮第一主动齿面，第一主动齿面的 参数方程如下： [0089] [0090] 其中，t为曲线范围的参变量，θ为法向齿廓圆弧的角度参数。 [0091] 将第一法向齿廓沿主法矢对称得到第二法向齿廓，将第二主动接触线) γ 的反方向平移得到第二主动中心线，将第二法向齿廓以第二主动接触线 二主动中心线为引导线扫描得到主动线齿轮第二主动齿面，第二主动齿面的参数方程如 下： [0092] [0093] 其中，t为曲线范围的参变量，θ为法向齿廓圆弧的角度参数。 [0094] 将第一齿面和第二齿面合并后得到主动线齿轮一个线齿的完整齿面，通过旋转阵 列后得到主动线齿轮。将主动线齿轮在任意端截面上截取得到主动线页 线所示，本实施例中的双圆弧线齿轮的端面齿廓由三段曲线构成，齿顶和齿根为共 轭的圆弧齿形，半径r相等，优选地，r为1.706mm。齿轮节圆半径R为线齿轮接触线的啮合半 径m。本实施例中的一对双圆弧线mm，过渡曲线为上述主动线齿轮的 端面齿廓曲线和第二过渡曲线，分别与齿根圆弧相切、与齿顶圆弧相 交。 [0095] 本实施例中，圆柱螺旋线mm，将上述主动端面齿廓绕中心轴线螺旋 得到主动双圆弧线] 同理可得从动双圆弧线。第一从动齿面的参数方程如下： [0097] [0098] 第二从动齿面的参数方程如下： [0099] [0100] 其中，t为曲线范围的参变量，θ为法向齿廓圆弧的角度参数。 [0101] 本实施例中的双圆弧线齿轮副的端面啮合状态示意图如图4所示，在双圆弧线齿 轮副的啮合过程中，基于空间共轭曲线啮合原理，主动双圆弧线和从动双圆弧线仅在瞬时啮合点所在端面上有一个接触点，在其他端面上两齿轮处于脱开状态，不仅不 会形成封闭的困油容积，从而防止齿轮泵中的困油现象，同时防止斜齿轮在啮合 过程中瞬时啮合线一直在变化的现象，由于齿顶和齿根的半径相等，使得齿轮啮合处的缝隙 面积在齿轮传动过程中不可能会发生变化，保证了啮合过程中齿轮啮合处径向泄漏量恒定，进 一步提高齿轮泵输出流量的稳定性。 [0102] 本实施例中，第一过渡曲线包括主动双圆弧线的第一主动过渡曲线和从 动双圆弧线的第一从动过渡曲线。第二过渡曲线包括主动双圆弧线的第二 主动过渡曲线和从动双圆弧线的第二从动过渡曲线] 第一主动过渡曲线] 第二主动过渡曲线] 第一从动过渡曲线] 第二从动过渡曲线] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围以内。 14 14 CN 114151330 A 说明书附图 1/5页 图1 15 15 CN 114151330 A 说明书附图 2/5页 图2 16 16 CN 114151330 A 说明书附图 3/5页 图3 17 17 CN 114151330 A 说明书附图 4/5页 图4 18 18 CN 114151330 A 说明书附图 5/5页 图5 19 19
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