齿轮泵的制作方法

专利名称：齿轮泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及泵，特别是涉及齿轮泵。
背景技术：
图1是示例性的现有技术齿轮泵100的示意图。这种泵100通常 包括壳体111和一对的转子U3、115，转子具有相互啮合的齿轮齿117。 该壳体111限定有入口 107和出口 108，该入口 107和出口 108大体 沿相对于该转子113、 115的径向延伸。流体从入口 108输送到形成在 转子的齿轮齿之间的空间(或室)102中。由于齿与相对转子的齿啮 合，这些室102中的流体被排出并排出到该排出口 108的外面。这种常规的齿轮泵简单并比较廉价，但是受到许多性能限制。常 规齿轮泵问题的根源在于齿117啮合并在入口和排出口 107、 108之 间形成密封104。常规的齿轮泵用常规齿轮动力传动装置中所用的常 规的齿轮齿形，这种类型的齿结构十分适合动力传输，但是当用于抽 吸不可压縮的流体时具有明显的局限性。因此需要改进的齿轮泵，其至少解决一些上述的问题。发明内容在具有根据本发明的特征和优点的一个实施例中，齿轮泵构造成 解决常规齿轮泵由于其齿经受磨损而表现出性能明显降低的趋势。在这个实施例中，齿轮泵可以利用修改的齿轮齿形以及相应的入口和排 出口的构造，以提供许多性能特性，包括减少紊流、减少振动以及减 少噪声，同时使泵在齿轮齿之间具有经受明显的磨损的能力而对容积 效率和压力容量的影响最小。本发明的另一方面包括一种泵，其驱动转子和从动转子这样设置 在壳体中，使得驱动转子和从动转子旋转时，该驱动转子的齿和从动 转子的齿啮合以形成有效的排量室。驱动转子和从动转子的齿构造成 使得该的入口侧和排出口侧之间的密封只形成在驱动转子的前沿面和 从动转子的后沿面之间。本发明的另一方面包括一种泵，其驱动转子和从动转子这样设置 在壳体中，使得驱动转子和从动转子旋转时，该驱动转子的齿和从动转子的齿啮合具有足够的齿隙(backlash),以在该泵的入口侧和排出 口侧之间形成密封，该密封只形成在驱动转子的前沿面和从动转子的 后沿面之间。


图1是现有技术泵的俯视平面图的示意图。图2是具有根据本发明的一些特征和优点的泵的示例性实施例的 俯视图平面图的示意图。图2b是具有根据本发明的一些特征和优点的泵的另一个示例性 实施例的俯视平面图的示意图。图3是图2的泵部分的更近的视图，该泵具有零度静止角(dwell angle )。图4是图2的泵部分的更近的视图，该泵具有大于零度的静止角。 图5是图2的泵壳体的侧透视图。图6是图5壳体的修改的实施例，具有根据本发明的一些特征和 优点。图6a是图6的剖视图。图7是图5的壳体的修改的实施例，具有根据本发明的一些特征 和优点。图7a是图7的剖视图。图8是具有根据本发明的一些特征和优点的泵的另一个示例性实施例的俯视平面图的示意图。图9是图8所示的泵沿相反方向运行的示意剖视图。图10是图8的泵部分的更近的视图，具有零度静止角。图11是图8的泵部分的更近的视图，具有零度静止角并沿图9的方向运行。图12是图9的泵部分的更近的视图，具有大于零度的静止角。 图13是图9的泵部分的更近的视图，其物质从齿轮齿的最小直 径排出。图14a是图8的泵的修改的实施例部分的更近的视图。 图14b是图14a的泵的转子的侧透视图。 图15是图2的泵的修改的实施例部分的更近的视图。 图16a-c示出具有根据本发明的一些特征和优点的转子的各种实 施例。图n是具有根据本发明的一些特征和优点的泵的另一个示例性 实施例的俯视图的示意图。图18是具有根据本发明的一些特征和优点的具有四个转子的泵 的示例性实施例的俯视平面图的示意图。图19是图18的泵的壳体的俯视平面图。图20是图18的泵的俯视平面图。图21是图18的泵的壳体的修改的实施例。图22是具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的示例性 实施例的示意的俯视平面图。图23是图22的内齿轮泵的转子的例性实施例的侧透视图。图24是图22的泵的示意的俯视平面图，示出附加的结构特征。图25是图22的内齿轮泵的壳体的例性实施例的侧透视图。图26是具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的另一个示例性实施例的示意的俯视平面图。图27是具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的另一个 示例性实施例的示意的俯视平面图。图28是图27的内齿轮泵的修改的实施例的示意的俯视平面图。图29是可以与图27和28的实施例一起使用的顶板的示例性实 施例的示意的俯视平面图。图30是可以与图27和28的实施例一起使用的外转子的示例性 的实施例的侧透视图。图31是图30的转子连接于驱动轴的侧透视图。图32是具有根据本发明的一些特征和优点的行星齿轮泵的另一 个示例性实施例的示意的俯视平面图。图33是图32的齿轮泵的侧透视图。图34是图32的齿轮泵的局部剖视图。图35是具有根据本发明的一些特征和优点的行星齿轮泵的另一 个示例性实施例的分解的侧视图。图36是图35的泵的另一个分解的侧视图。 图37是图35的泵的俯视平面图。图38是具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的另一个 示例性实施例的分解的侧视图。图39是图38的泵的另一个分解的侧视图。 图40是图38的泵的俯视平面图。图41是 具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵的另一个 示例性实施例的侧透视图。图42是图41的泵的另一个侧视图。 图43是图41的泵的俯视平面图，其顶盖被去掉。 图44是图41的局部剖视图。
具体实施方式
图2 — 5示出具有根据本发明的一些特征和优点的内齿轮泵200 的示例性实施例。术语"泵"被广泛地使用，并且包括其一般的含义，并且还包括转移流体或作为流体转移的结果而转动的装置，该流体或 是可压縮的，或是不可压縮的。这样，该术语"泵"意味着包括需要 膨胀室或压缩室或需要两者的诸如液压马达或其他装置的应用。此 外，整个说明书将参考一些方向(例如，前、后、上、下等)和相对 位置(例如，顶部、底部、上面、侧面等)。但是，应当明白这种方 向和相对位置只是想帮助读者而不是想限制本发明。示例性的泵200包括壳体199和一对具有相互啮合的齿轮齿 223a、 223b的相对的转子202、 203。如图2和5所见，壳体199限 定有入口 210和出口 211以及一对环形凹槽221a、 221b，其具有圆形 的支承表面227a、 227b或其他类似的结构，用于支撑转子202、 203 绕轴225a、 225b旋转。具体参考图2，齿223a、 223b的构造与上述现有技术的实施例有 一定的相似性。但是，在该示例性的实施例中，该齿轮齿的侧面201 如虚线所示被取消或去掉。通过从该齿轮齿去掉材料，该驱动转子202 的后沿面204和/或从动转子203的前沿面205相对于相应的前沿面208 和后沿面209成为凹进的。如下面将进行详细的说明的，壳体199可 以具有轴向入口离隙206和轴向出口离隙207，使得在两个转子202、 203和壳体199之间形成有效密封196和/或198，并且转子202、 203 之间的密封表面仅仅形成在驱动转子202的前沿面208和从动转子203 的后沿面209之间。该示例性的实施例具有若干优点。例如，即使制造公差很低，也 可以形成改进的运行原理，其在转子202、 203之间也提供改进的密 封。此外，如下面简要说明的，在密封表面208、 209之间发生的磨 损在将不增加这些表面之间的间隙，因为由于排出压力，在表面208、 209之间将存在接触密封，这将使从动转子抵抗向前旋转。这在起初 使用时允许转子面相互"磨合"，这将减少对高制造公差的需要，这 反过来又减少泵的制造成本。即使具有相当的磨损，齿轮齿223a、 223b保持有效密封的能力据信也能够使泵200与现有技术的齿轮泵相比运 转更长的时间而不需要维修和/或更换零件，特别是当抽吸磨蚀流体 时。继续参考图2，由于排出口 211的流体压力，这种压力将面208、 209压向一起以产生有效的密封，因而驱动转子202的前沿面208对 从动转子203的后沿面209保持有效的接触压力。结果这个实施例使 驱动转子202的密封面208和/或从动转子203的密封面209能够经受 显著的磨损而不降低转子202、 203的密封面208、 209之间的密封效 果。图2B示出图2的泵200，其在转子202、 203的接触面208、 209 之间具有明显的磨损。由于转子202的密封面208、转子203的密封 面209其中之一或两者由于相互接触磨损或由于在抽吸的流体中有研 磨剂而磨损下去，驱动转子202将相对于从动转子203稍稍向前和/或 从动转子203相对于驱动转子202稍稍向后转动，以便在齿223a和223b 之间保持接触密封196和/或198。转子202、 203中的一个或两个的 相对转动将使泵能够有效地密封直到不再有足够的物质留在齿223a、 223b上以对泵产生排出压力，或直到一个或多个密封面磨损到足以减 小转子末端直径使它在齿轮齿末端不再提供与壳体199的足够的密 封。该示例性的泵200可以利用每种具有特定优点的不同的入口和出 口结构。在图2 — 5所示的示例性实施例中，泵200利用径向入口出 口 210、 211，其形成相对于转子202、 203基本沿径向延伸的入口和 出口流动轴线。正如在下面将要详细描述的，图6示出包括轴向入口 出口 213、 216的修改的实施例，其形成基本垂直径向方向且平行于 转子202、 203的旋转轴线的流动路径。在图5所示的实施例中，在排出侧的(多个)室212的容积减小幵始期间，和吸入侧的这些室的容积增加结束期间，径向入口出口210、 211使流体能够流入形成在啮合的转子齿223a、 223b之间(多 个)室212并从其流出。当每个室靠近最小容积位置212 (见例如，图2)时，通过随后 的啮合齿的啮合，该室对排出口变成密封的。因此，所示的实施例包 括轴向口凹槽207 (见图5)，用于使流体转移进其内以避免在转子之 间形成压力高峰值。同样，当每个室从最小容积位置离幵时，由于转 子202、 203的齿上的在前的齿的啮合，室212对吸入口 210保持密 封并需要轴向口凹槽2006 (见图5)从其内将流体抽出以避免转子之 间的压力低峰值。图6和6b示出泵200b的实施例，其包括轴向口 213b、 216b, 其限定基本垂直于径向方向的流动路径。如图所示，壳体19%包括 轴向口 213b、 214b，径向口 215b、 216b以及如上所述的轴向口凹槽 206b、 207b。图7示出泵200c的另一个实施例。在这个实施例中，200c包括 修改的壳体199c，其仅仅具有轴向口 213c、 214c，而没有轴向口凹槽 (与图6c所示的实施例相比)。与图6c所示的实施例相比这个实施例 可以引起更高的流体阻力。除了上述实施例之外，各种入口出口的组合和子组合也是可能 的。例如，泵可以只包括径向入口出口，或只包括轴向入口出口，或 这两种类型的入口出口的各种组合。在大多数实施例中，只需要轴向 吸入口 215或口凹槽206，以避免因为部分旋转在瞬间地或短暂地形 成室212之后转子之间的真空峰值，这种真空峰值能够引起从动转子 提前转动并使密封面196、 198脱离，如果真空峰值的负压超过排出 压力，这种情况往往就会产生。因此，优选实施例利用在转子202、 203 一个端面的轴向吸入口 213或口凹槽206，或者更优选在转子的两端的轴向吸入口 213或口凹槽206 。排出轴向口 214或轴向口凹槽207 也可以增加该泵的一些性能特点，但不是在所有的情况下都需要。参考图2 — 5如上所述的径向入口出口根据其应用可以为抽吸提 供合适的优点。如上所述，图7所示的纯粹地轴向入口出口壳体结构 通过在转子啮合和分离的区215、 216 (图6)设置壳体凹槽可以具有 减小流动阻力的径向入口出口的效果。纯粹地轴向入口出口 213c、 214c 示于图7中。纯粹地轴向入口出口对于一些泵结构可以是有利的。参考图3，在轴向入口出口凹槽206、 207或轴向入口出口 210、 211的结构中需要考虑的是称之为静止角的因素。该静止角是当室212 在两个转子202、 203的齿的接触表面208、 209之间和在该转子齿的 端面1601、 1602和壳体119之间(见图16)被密封时转子202、 203 在一侧或其他最小室容积位置时的旋转角度(angular rotation)。图3 的虚线示出具有0度静止角的入口和排出轴向口凹槽206、 207。在图 4中，虚线示出具有约2度的静止角的入口和排出轴向口凹槽206、 207。一般地说，0度或更小的静止角将形成较平稳运行的泵，但是由 于产生较多的渗漏将会减小容积效率。大于0度的静止角由于在室212 中的压力和真空峰值将导致噪声和振动的增加，但是在一些实施例 中，它可以优选地增加容积效率和压力容量。在一个优选实施例中， 泵包括与轴向口凹槽206、 207或轴向口 210、 211上的附加圆形边缘 501接合的几度的正静止角。这种圆形边缘501将有助于防止随着时 间的过去口 210、 211或口凹槽206、 207边缘的磨损，特别是当抽吸 磨蚀流体或泥浆时。如图5所示，在该优选实施例中，圆形边缘501 通常跟随形成室212的前沿边缘208、 209的轮廓；但是，在另一些 实施例的轮廓可以从这种形状修改。应当注意， 一些实施例在泵的入口侧和排出侧可以用不同的静止角以实现不同的运行特性。例如，为了防止在较高运行速度下的空穴 现象或较低的入口注入压力，入口静止角可以减小到0度或更小，以 减小或消除在室212中的任何真空峰值同时增大排出静止角到2或3 度以确保在所有的时间保持有效的密封。在泵的入口侧和排出侧不同 静止角的例子将带来稍大的噪声和振动，但是在关注空穴现象的应用 中，这是可以接受的折中。当然，对于许多应用， 一些常规的试验或 优化对于确定理想的静止角以实现所希望的性能并且在转子旋转的所 有时间保持稳定的流体"蠕动"或"回流"是有利的。图8和9示出泵800的另一个示例性的实施例，其具有根据本发 明的一些特征和优点。在这个实施例中，同样的附图标记赋予与上述 相同的零部件。如图8和9所示，转子802、 803构造成具有齿轮齿805， 其在前沿边缘和后沿边缘具有类似的形状(例如齿轮齿805是大致对 称)。为了达到从驱动转子202的后沿面204和/或从动转子203的前 沿面205去掉材料的作用，转子802、 803具有足够的"齿隙"以允 许流体的比较不太受限制地流过驱动转子802的齿805的后沿面801 和从动转子803的齿805的前沿面802之间未密封的区域之间的空间。 如图9所示，这种泵800沿反向运行时也具有等量或大致等量抽吸的 能力。在这个实施例中，利用通用的入口出口凹槽形状是有利的，当该 泵向前抽吸时(图8)以及该泵反向抽吸时(图9)，这种形状用所希 望的静止角密封该室212的最小容积位置。具有约1度的静止角的通 用的可反过来的入口出口形状示于图10和图11，在图IO泵沿向前的 方向运行，在图11泵沿反向运行。在这两个方向都能够看到在最小 容积位置区域212被瞬间地密封并且子这个位置任何一侧(的静止角) 均为l度，因为轴向口的边缘1101、 U02(未示出)或轴向口凹槽206、 207与在图10和图11中形成该室212的这个位置的任何一侧上转子 旋转1度的啮合齿德边缘对准。为了实现流体进入或离开在最小容积212位置的任何一侧上的转 子之间的该室的尽可能大的区域，这种轴向入口出口或轴向口凹槽边 缘1101、 1102对准是有利的。图12示出增大的齿隙的实施例，其转 子以约3度通过该最小室容积位置212。在这个位置，从动转子803 的后沿边缘1201刚好进入轴向口凹槽206，使流体1202能够通过开 口 1203流进该室1212。为了减小紊流和流体流动阻力，这个开口 1203尽可能快地变成 尽可能大是有利的。做到这一点的另一种方法示于图13，其中，在齿 1302、 1303之间的空间内的物质已经从转子802、 803去除。去除这 些物质的作用是当从动转子803的后沿边1301进入轴向吸入口凹槽 206或驱动转子802的前沿边1304离开轴向排出口凹槽时增加开口 1203的尺寸。移去这些物质对于许多不同转子结构和齿轮齿的外形是 有利的。图14示出为了增大开口 1203的尺寸优选转子的实施例。在这个 实施例中，因为仅凹槽1401从该转子上被移去而使齿轮齿几乎没有 失去强度。这些凹槽能为任意深度，并且可以一个转子或两个转子的 一端或两端。图14示出了凹槽1401的深度，其能显著降低流体紊流 和流速，从而降低室1202中的压力和真空峰值，而没有明显地降低 齿轮齿的强度。在特别适合需要紧密间隙的齿轮泵的一个实施例中， 这些凹槽1401的深度为0.005至0.050英寸。在另一个实施例中，该 凹槽1401的深度对于1英寸长的转子为约0.1英寸。图14a示出转子凹槽1401与轴向口 206的边缘对准以及它如何 大于开口 1503的尺寸的两倍。例如，附图标记1503a表示在没有凹 槽1401时的开口的尺寸，而附图标记1503b表示有凹槽1401时的开 口尺寸。这样，凹槽1401与图14a所示的口形状一起产生约两倍于 没有凹槽1401时的截面面积。图15示出修改的口凹槽或口的形状1606、 1607，其增大开口 1603 的尺寸而没有从转子上去掉任何材料。特别是，如图15中的阴影区 所示，该凹槽边缘1608a、 1608b对室1202的接近增加了该开口 1603 的尺寸。图16a至16c示出转子700a-c的各种实施例，其具有不同的齿轮 齿形，这些齿形能够提供至少一些上述优点。这些实施例仅仅是说明 性的并且利用这种凹槽的转子齿的许多其他形状和结构也可以考虑。 如上所述，在这些实施例中，在转子的一个或两个上的齿轮齿构造成 使得每个转子啮合区在驱动转子齿的后沿面和从动转子齿的前沿面之 间具有足够空间，以便在这些面之间不形成密封。该空间可以对于是图12和图13所示的一个或两个转子的整个长度，或是对于图14、图 16a、图16b、图16c所示的一个或两个转子的部分长度。应当注意上面的描述和附图为了说明清楚起见具有简化的性质，并且已经用于表示具有许多变化的泵结构，包括数目较多或较少的齿轮齿和转子，而转子的尺寸或较大，或较小。还有，入口出口形状和尺寸是代表性的，在实际的泵中可以更小或更大，或具有不同的形状， 这些对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。下面将讨论如上所述的得益于入口出口形状和结构和/或齿轮齿 形状和结构的泵结构的许多例子。应当注意，这些例子没有包括可能 的泵结构的全部，而仅仅只是想要表明潜在应用的广泛的范围，其可 以利用上述的入口出口形状和结构和/或齿轮齿形状和结构。这样上面 提到的齿轮齿形可以用于任何下述泵结构的例子；但是为了讨论方便 起见图2的局部去掉的齿轮齿202、 203将用于下面的描述和附图中。图17示出三个齿轮结构泵1700，其顶盖被去掉。泵1700包括 三个具有啮合齿的转子1701、 1702、 1703和壳体1704，该壳体限定 一对入口和出口 1705、 1706和凹槽1707、 1708。如上所述，泵1700可以用各种尺寸的转子和每个转子上的各种数目的齿轮齿构成，此外 转子的数目可以变化。图18示出四个转子结构泵1800的例子，其顶盖被去掉。这个实 施例包括壳体1801，其中由中心驱动转子1801驱动的三个外侧转子 1802、 1803、 1804被定位。在修改的实施例中， 一个或多个外侧转子 可以用来驱动其余的转子。泵的流入或流出通过具有如图所示的轴向 口凹槽1811、 1815的径向口 1807、 1808或如上所述的口和口凹槽的组合。图19示出图18的示例性的泵1800的壳体，其壳体盖和转子 1801、 1802、 1803、 1804被去掉。排出口 1808位于顶盖1810上并且 虚线示出在底盖(未示出)上的入口 1807的位置。回过头来参考图18，流体通过轴向开口 1807被吸进泵1800。该 流体然后通过吸入径向管1814和轴向口吸入凹槽1815流到区域 1813，其中转子齿分开并将流体吸进该啮合的转子的齿之间的扩大的 空间。该流体然后围绕该转子的齿和壳体1806之间流到由于转子在 区域1816啮合使这些室容积减小的地方。该流体然后从啮合的转子 齿之间通过轴向排出口和径向排出口管1812排出并最终排到排出口 1808之外。在这个示例性的实施例中，较大的内转子1801能够使用多个外 转子1802、 1803、 1804。在图17的实施例中，多个外转子1703 (图 17)能够与同样大小的内转子1701 —起使用。但是，图18中的较大 的内转子1801能够在该内转子1801和壳体1806之间沿壳体1806的 内表面1805有利地提供更多密封。这个区域将称之为"齿末端对壳 体密封区"。在该示出中，三转子结构总是至少有三个齿在内转子1801 和壳体1806之间沿该壳体表面1805形成密封。这有利于增加压力容 量和增加容积效率。只要内驱动转子1801具有足够的尺寸以在所有的时间在"齿末端对壳体密封区"提供至少一个齿的密封，就能够用 更多个外转子1802、 1803、 1804。应当注意，任何转子可以用作驱动转子，甚至多于一个的转子在 同一时间用作驱动转子。在该优选实施例中，为了简单性和最少的成 本，内侧转子1801应当是唯一的从动转子。如上述具有四转子的结构中许多其他壳体和入口出口结构的组合 也是可能的。图20示出修改的泵2100的实施例，其中流体从轴向入 口进入泵2100并从其轴向出口排出，而没有图181所示的实施例的 径向管1812、 1814。图20示出这种口结构的例子，在图201其顶盖 被去掉以便露出入口凹槽207、排出口凹槽206和排出轴向空2114。 这样的泵2100由于它不需要像前面的实施例那样多的次数流体改变 方向因而具有减小流动阻力的优点，并且因此对于同样数量的液力工 作需要较小的输入功率。在图18的例子中，在内侧转子1801上的齿的数目不能被外侧转 子1802、 1803、 1804的数目整除，所以每个外侧转子1802、 1803、 1804 与驱动转子1801的旋转啮合在所有的时间将是相互不同的。由于错 开特定结构所固有的输出脉动，这具有进一步减小噪音和振动的优点。图21示出如果驱动转子2001上的齿数能够被外侧从动转子 2002、 2003、 2004的数目整除，错开作用怎样能够实现。在这个实施 例中，外侧从动转子2002、 2003、 2004的旋转轴相互以不同的角度 2005、 2006、 2007设置以错开每个外转子2002、 2003、 2004与内驱 动转子2001的齿的啮合。以这种方式，能够实现与图18中的结构同 样的效果。应当注意，在一些实施例中具有非错开的作用可能是有利的。这种泵的一个示例性的实施例示于图32和图33，并且将在下面详细描 述。非错开的作用那个具有使任何压力变化或压力峰值同时相等地作 用在所有的方向的优点，因而在泵的所有部件中提供较均衡的力。图22示出内齿轮泵2200的示例性实施例，其包括内齿轮2201。 外齿轮2202、内壳体22203和外壳体2204。在这个2实施例中，内 齿轮2201可以具有少于外齿轮2202 —半的齿。图23示出图22中的 泵的外转子2202，其具有现有技术中熟知的径向"转子口"的例子， 该转子口使流体能够径向地流过该转子2202。图24是图22的装配好 的泵的剖视图，示出外转子口 2301与径向周边口凹槽2401、 2402和 设在外壳体2204中的径向周边口 2403、 2404的对准，并且周边口凹 槽2401、 2402具有约1度的静止角。图25示出上述泵2200的壳体，其具有轴向口凹槽2501、 2502， 轴向口 2503、 2504，径向周边口凹槽2401、 2402以及径向周边口 2403、 2404。两种类型的口和口凹槽或这些口和口凹槽的组合可以根据应用 的需要一起使用。图26示出内转子泵示例性的实施例2600，该实施例类似于前述 实施例。但是在这个实施例中，泵2600包括内转子2601，其齿数多 于外转子2602的一半。为了简单起见，在图26未示出入口出口和入 口出口凹槽。图27示出内齿轮泵的另一个实施例2700。在这个实施例中，内 从动齿轮2701的齿数为外驱动齿轮2702的一半，由于齿数比例为2:1 ， 独特的密封表面界面形状是可能的。外转子密封面2703为平表面， 其径向偏离外转子2702的旋转中心为内转子2701的弧形密封表面 2704的半径尺寸(见图43标明R和r的尺寸)如上所述，有各种与上述实施例一起使用的常规和非常规的齿轮齿形状。这种结构包括图27的齿轮齿形状、螺旋齿轮形状和斜齿轮 等。当使用这些常规和非常规齿轮形状时，应当考虑上述的本发明的 原则。例如，形成在啮合的齿之间的室优选只由驱动转子的前沿面和 只由从动转子后沿面形成。在诸如图32和33所示的示例性行星齿轮 泵3200、 3300的多转子结构的情况下(下面将详细描述)，从动行星 齿轮3205、 3311也用作环状齿轮3206、 3306的驱动齿轮。在这样的 实施例中，前沿面和后沿面两者在同时但在不同的啮合齿上均用作密 封面。应当明白，这些附图是简化的并且没有包含关于转子怎样由轴或 轴承或流体薄膜效应与壳体或啮合的转子支撑的详细信息。但是按照 本发明的技术这种特征很容易由本领域的技术人员通过常规的试验或 模型确定。例如，也没有规定两个转子之间的、转子与壳体之间的间 隙，但是可以是从接触配合到小于或大于0.005"。发明人相信，0.0005" 到0.005"的间隙在非常广泛的应用中是有用的范围。约0.003"的间 隙已经用SAE30重油进行试验，具有很好的压力容量和很好的容积效 率。在内转子结构中当确定那个转子是驱动转子和那个转子是从动转 子时很多事情必须考虑。具体说，如果外转子是从动转子，那么泵的 排量增加。另一个考虑是如果是外转子而不是内转子用来驱动该泵， 驱动必须沿相反的方向，除非转子齿构造成相反的。如果外转子驱动内转子，本发明的一方面是通过密封表面的"接 触力减小"防止或减少在磨料状态下或高压力状态下或其他应用中的 磨损。这种效果很容易在图27的示例性结构中说明。为了实现这种 "接触力减小"效果，外驱动转子2702在这个实施例中被顺时针方 向驱动，其通过接触点2705又使内转子2701顺时针方向转动。在区 域2706和2707引起的任何液力压力将沿顺时针方向作用在内转子 2701的后沿面2708上并沿反时针方向作用在前沿面2709上。结果，与后沿面2708相比，前沿面2709较大的面积暴露于排放压力，来自 液体排出压力的总的旋转力将沿内转子2701的反时针方向，但是仅 仅是两个表面2709和2708之间的差。这个差非常小，并且来自内转 子2701密封面2704对外转子2702的密封面2703的旋转力的接触压 力要比如果内转子用于驱动外转子小得多。来自驱动外转子2702的接触力理想地大到足以形成满意的密 封，但是小到在密封表面之间足以形成流体薄膜。这个接触力通过增 加或减少内转子最大直径表面2710的直径和内壳体密封表面2711是 可以调节的。这将改变暴露给排出压力的前沿面2709和后沿面2708 之间的(面积)差。图28是独特的口结构例子的剖视图，其可用于这里所述的任何 内齿轮泵。这种口结构的优点包括通过轴向入口 2801的吸入流体和 通过轴向排出口 2802(图9)排出流体。这种入口出口设置允许口 2809、 2802在内壳体密封件2803中以180度相互对准。其优点是能够用于 不能接近或尺寸受到限制的应用。例如用于水或油的下孔泵。这种结 构的另一个优点是以串行级的形式叠放泵转子以通过相互以180度叠 放各级增加压力容量。该泵级也可以并行叠放以通过相互沿直线在相 同位置叠方各级增加流量。并行和串行级的组合能够实现达到增加压 力和增加流量。图28中的示例性结构是单级，它通过轴向吸入口 2801吸入流体， 并且然后通径向入口导管2803过到转子分离区2804。扩张室2805与 转子分离区2804被密封，因此它需要为流体提供另一条流进该区域 的路径。在图18的示例性实施例中，径向转子口 2806允许流体从周 边口凹槽2807流动，其用来使流体从径向吸入导管2803通过径向转 子口 2806。该流体进入泵的排出侧的反向循环，在这里流体被排出到 口 2802之外(图29)。轴向口凹槽也可以用于这种结构中，以迸一步 减小流体流动阻力，但是在图28中未示出。具有简化的制造结构的有径向转子口的外转子示于图30。这种 外转子必须由内转子驱动。 一种能够安装于驱动轴的外转子的简化的 制造结构示于图31。这种转子结构在制造方面具有优点，但是没有本 专利说明书描述的其他结构中的一些结构的高压或速度的优点。图32示出示例性的行星齿轮泵，其具有根据本发明的一些特征 和优点。在这个实施例中，内转子3201驱动行星出轮3205，该行星 齿轮3205又驱动环齿轮3206。流体通过吸入口 3207、 3208吸入，并 通过用虚线表示的在上壳体(未示出)上的排出口 3209、 3211从该 泵排出。如上所述，使用本专利申请的公开，这种和其他泵实施例具 有许多可能的变化。例如，转子的不同尺寸、转子的不同数目、不同 的齿面形状、不同的入口出口和壳体结构可以被一体化在这里所述的 结构中。应当明白，为了简化附图起见，图32中的示例性实施例没 有示出任何和轴向口凹槽，但是圆形的轴向口近似于轴向口的理想形 状并且因此对于一些应用是可以接受的。内驱动齿轮3201和外环状 齿轮3206如图2中一样是单向结构，而行星齿轮3205具有反向结构， 如图8中一样具有增大的齿隙，在这个实施例中只有行星齿轮3205 需要反向结构，因为齿轮齿的相对侧与它们和外转子3206接触一样 与内转子3201接触。图33示出这种示例性实施例的变化，其用静止的环状齿轮3306 和旋转的内壳体/行星齿轮壳体3310。这种结构的优点可以包括作为 环状齿轮3306的减小的外径能够用作外壳体。还有，通过允许内壳 体/行星齿轮运载器3310自由运动。行星齿轮3311上的径向载荷可以 减小该行星齿轮的轴承和轴上的侧向载荷并且能够利用抗磨蚀套筒轴 承，其不需要将流体密封并且由于载荷的减小能够减小磨损。该内齿 轮3301用来驱动图33中的泵。在图34中，位于旋转的内壳体/行星运载器3310中的入口可以使用入口 3402上的惯性吸入导管3401以增加入口吸入压力，避免在 高速时或具有高粘滞性流体的空穴现象。关于上述实施例，行星齿轮的齿形状时对设计者的挑战，因为用 于环状齿轮的理想的行星齿轮的齿形将不同于用于太阳齿轮的行星齿 轮的齿形。行星齿轮对太阳齿轮的关系具有外部齿轮组。在一个实施例中，对于诸如用于下孔泵的单向行星齿轮泵，在前 沿边缘上为理想形状以与环状齿轮相啮合的行星齿轮的齿形能够用于 与太阳齿轮啮合的行星齿轮后沿边缘上的齿轮齿形。当与如上所述的 足够的齿隙结构组合时，可以简化泵结构并降低制造层本。非常规的 齿轮齿形也可以用在这种非对称的行星齿轮的齿形状结构。但是由于 这种结构，常规齿轮齿形状和制造工艺能够用来形成泵转子。这种结 构将反向运行但是当向前运行时可能不提供理想的密封。图35和图36示出利用图16所示的非常规齿轮齿形的三个内转 子3501泵的分解图，而图37示出三个内转子3501泵的前剖视图。 在这种结构中，外转子3502是驱动转子。内转子3501的轴3503保 持在盖3504和盖板3506之间。流体通过为流体提供径向壳体入口凹 槽3509的轴向入口 3507进入该泵并离开该泵，该径向壳体入口凹槽 3509向外转子径向转子口 3510和壳体盖5304上的轴向口凹槽3601 (图36)提供流体。该流体通过轴向排出口凹槽3602、外转子径向 转子口 3510盒径向壳体排出口凹槽3511排出，并最终通过轴向排出 孔3508排出。图38至图40示出内转子泵的示例性实施例3800,其具有根据 本发明的一些特征和优点。这种泵3800具有类似于图27的实施例的 齿轮齿结构。这个示例性实施例将内齿轮3801用作驱动齿轮，而外 齿轮3802用作从动齿轮。应当注意，相当多的材料可以从内转子3801 的密封面4001 (图40)和外转子3802的密封面4002 (图40)磨损掉。流体通过壳体盖3卯1 (图40未示出)中的轴向吸入口 4003 (在 图40中以虚线示出)和盖轴向口凹槽4001吸入。流体通过轴向入口 4005从泵排出并最终通过轴向排出口 4006排出到外面。内转子3801 由内转子轴3803支撑并驱动。在这个示例性的实施例的外转子3802 被外转子的外表面3804和壳体内表面3805之间的流体薄膜支撑效应 支撑。图41至图44示出泵4100的优选实施例，其具有根据本发明的 一些特征和优点。这个实施例的有利之处在于具有减小的制造和设计 成本，同时仍然具有极好的压力容量和高容积输出。此外，转子430K 4302两者均能够经受明显的磨损并在两个转子密封表面4303、 4304 之间仍然保持密封。该内转子4301由内转子驱动轴4101驱动，该内 转子驱动轴4101由壳体盖4201和壳体4102中的轴承以可旋转方式 支撑。力矩由驱动轴销槽4102和驱动销从轴4101传输到内转子4301。流体通过径向口 4402进入径向壳体口凹槽4403吸入该泵中。该 流体然后通过外转子径向转子口 4405吸入该转子分离区域4404。该 流体然后流入在内转子齿4408和内壳体密封件4407的内表面4413 之间的室4406。流体还流入外转子齿4409和外壳体内表面4411和内 壳体密封件外表面4412之间的室4411。当流体到达转子啮合区4414 时，它通过外转子径向口 4405并且然后通过壳体径向排出凹槽4415 排出并最终通过壳体径向排出口 4416排出到外面。由于内转子密封表面4303和/或外转子密封表面4304的磨损， 它将相对于外转子4302旋转地向前。虽然本发明己经在一些示例性和优选的实施例的内容中进行了描 述，但是本领域的技术人员应当明白，本发明延伸超过具体公开的实 施例到其他可选的实施例和/或本发明的用途和明显的修改及其等同 物。此外，虽然本发明变化的数量已经详细示出并描述，本发明范围内的其他修改根据这些公开对本领域的技术人员也是显而易见的。还 设想，可以进行特定特征和实施例的方面的各种组合或子组合并仍然 落入本发明的范围内。因此，应当明白，所公开的实施例的各种特征和方面可以相互组合或相互替代，以便形成本发明的变化形式。因此这里公开的本发明的范围不应当限于上面描述的具体公开的实施例，而是只应当由下面的权利要求来确定。
权利要求
1. 一种泵，包括壳体，其在该泵的入口侧形成入口并在该泵的排出侧形成排出口；驱动转子，其为了转动支撑在该壳体内，该驱动转子具有多个齿，该多个齿的每个具有前沿面和后沿面；从动转子，其为了转动支撑在该壳体内，该从动转子具有多个齿，该多个齿的每个具有前沿边缘和后沿边缘；其中，该驱动转子和从动转子这样设置在该壳体内，当该驱动转子和从动转子旋转时，驱动转子的齿和从动转子的齿啮合以在该泵的入口侧和排出侧之间形成密封，该密封只形成在该驱动转子的齿的前沿面和该从动转子的齿的后沿面之间。
2. 如权利要求1的泵，其中当驱动转子和从动转子旋转时，有 效排量室形成在该密封和第二密封之间，该密封形成在该驱动转子齿 之一的前沿面和该从动转子齿之一的后沿面之间，该第二密封形成在 该驱动转子的不同齿的前沿面和该从动转子的不同齿的后沿面之间。
3. 如权利要求2的泵，其中该多个密封形成在该驱动和从动转 子上的相邻齿的前沿面和后沿面之间。
4. 如权利要求1的泵，其中在该驱动转子齿的后沿面和该从动 转子齿的前沿面之间具有足够的空间，以便当驱动转子和从动转子啮 合时，在该驱动转子的后沿面和该从动转子的前沿面之间不形成密 封。
5. 如权利要求1的泵，其中该驱动转子和从动转子具有轴向长 度并且该密封延伸通过该驱动转子和从动转子的整个轴向长度。
6. 如权利要求1的泵，其中该驱动转子和从动转子具有轴向长 度，并且该驱动转子和从动转子具有轴向离隙，其延伸通过该驱动转 子和从动转子的部分轴向长度。
7. 如权利要求1的泵，其中该驱动转子的后沿面相对于该驱动 转子的前沿面至少局部地是凹进的。
8. 如权利要求1的泵，其中该从动转子的前沿面相对于该驱动 转子的后沿面至少局部地是凹进的。
9. 如权利要求1的泵，其中该驱动转子和从动转子的齿是螺旋 齿轮齿的形式。
10. 如权利要求1的泵，其中入口和排出口限定流动路径，该流 动路径基本平行于该驱动转子和从动转子的的旋转轴线。
11. 如权利要求1的泵，其中该入口和排出口构造成为泵提供零 度的静止角。
12. 如权利要求1的泵，其中该壳体包括在该泵的入口侧上并与 该入口连通的入口凹槽，和在该泵的出口侧上并与该出口连通的出口 凹槽，该入口凹槽和出口凹槽在该驱动或从动转子的一端至少部分地 延伸。
13. 如权利要求11的泵，其中该入口凹槽和出口凹槽构造成使 该泵具有零度的静止角。
14. 如权利要求11的泵，其中该入口凹槽和出口凹槽构造成使 该泵具有大于零度的静止角。
15. 如权利要求11的泵，其中该入口凹槽和出口凹槽构造成使 该泵在入口侧和出口侧具有不同的静止角。
16. 如权利要求15的泵，其中在该泵的入口侧的静止角小于该 泵出口侧的静止角。
17. 如权利要求1的泵，其中该驱动转子和从动转子具有不同的 外径。
18. 如权利要求1的泵，其中该驱动转子和从动转子具有不同数 目的齿。
19. 如权利要求1的泵，其中该泵是内齿轮泵并且该驱动转子或 从动转子形成该内齿轮泵的内齿轮。
20. 如权利要求19的泵，其中内齿轮的齿数是该内齿轮泵的外 齿轮的一半，该外齿轮以两倍于内齿轮速度旋转。
21. 如权利要求20的泵，其中该内齿轮具有密封表面，该密封 表面具有不完全的弧形密封表面，该不完全的弧形密封表面具有中心 点和半径尺寸，而外齿轮具有基本平面的密封表面，该基本平面的密 封表面径向偏离该外齿轮的旋转中心的大小为该内齿轮的弧形密封面 的半径尺寸。
22. 如权利要求1的泵，其中该泵是行星式齿轮泵，且所述从动 齿轮形成所述行星式齿轮的行星齿轮，并且用作驱动齿轮和从动齿 轮。
23. 如权利要求20的泵，其中该行星式齿轮泵包括具有固定旋 转轴线的行星齿轮。
24. 如权利要求20的泵，其中该行星式齿轮泵包括固定的环状 齿轮和自由旋转的行星齿轮运载器。
25. 如权利要求1的泵，其中该驱动或从动转子的齿包括在相邻 齿轮齿之间的离隙。
26. 如权利要求l的泵，其中该泵包括多于一个的驱动转子。
27. 如权利要求l的泵，其中该泵包括多于一个的从动转子。
28. 如权利要求27的泵，其中该泵包括多于一个的驱动转子。
29. —种泵，包括壳体，其在该泵的入口侧形成入口在该泵的排出侧形成排出口；驱动转子，将其支撑用于在所述壳体内旋转，该驱动转子具有多 个齿，该多个齿的每个具有前沿面和后沿面；从动转子，将其支撑用于在所述壳体内旋转，该从动转子具有多 个齿，该多个齿的每个具有前沿边缘和后沿边缘；其中，该驱动转子和从动转子这样设置在该壳体内当该驱动转 子和从动转子旋转时，驱动转子的齿和从动转子的齿以具有足够的齿 隙的方式啮合以在该泵的入口侧和排出侧之间形成密封，该密封只形 成在该驱动转子的齿的前沿面和该从动转子的齿的后沿面之间。
30. 如权利要求29的泵，其中该齿隙消除该驱动转子齿的后沿 面和该从动转子齿的前沿面之间的任何密封效果。
31. 如权利要求29的泵，其中当驱动转子和从动转子旋转时， 有效排量室形成在该密封和第二密封之间，该密封形成在该驱动转子 齿之一的前沿面和该从动转子齿之一的后沿面之间，该第二密封形成在该驱动转子的不同齿的前沿面和该从动转子的不同齿的后沿面之 间。
32.如权利要求31的泵，其中该多个密封形成在该驱动和从动 转子上的相邻齿的前沿面和后沿面之间。
全文摘要
一种泵(200)包括设置在壳体(199)中的驱动转子(202)和从动转子(203)，使得当该驱动转子和从动转子旋转时，该驱动转子的齿(223a)和该从动转子的齿(223b)啮合，以形成有效排量室(196、198)。该驱动齿轮和从动齿轮的齿构造成使得该泵入口侧(210)和排出侧(211)之间的多个密封只形成在该驱动转子齿的前沿面(208)和该从动转子齿的后沿面(209)之间。
文档编号F04C2/08GK101223363SQ03818667
公开日2008年7月16日 申请日期2003年6月2日 优先权日2002年6月3日
发明者詹姆士·B·克拉森 申请人:Kfi工程有限公司