專利名稱：用于增加的遺留容積的齒輪根部幾何形狀的制作方法
用于增加的遺留容積的齒輪根部幾何形狀技術領域
本公開涉及齒輪泵，并且更具體地涉及齒輪泵的齒輪幾何形狀。
技術背景
在過去，齒輪泵在齒輪根部會由于氣蝕而受到損傷，氣蝕在局部壓力降低到低于流體的蒸氣壓力時發生。蒸氣氣泡的形成及其隨后的萎縮可導致損傷。發明內容
根據本公開示例性方面的一種齒輪包括齒輪根部，所述齒輪根部通過將被拉伸的根部交融到真實漸開線形狀直徑內的漸開線齒輪廓曲線中來限定。
根據本公開示例性方面的一種齒輪泵包括第一和第二嚙合的齒輪，其具有多個齒輪根部，每個齒輪根部通過將被拉伸的根部交融到真實漸開線形狀直徑內的漸開線齒輪廓曲線中來限定。
根據本公開示例性方面的一種將齒輪安裝在齒輪泵中的方法包括將第一齒輪與第二齒輪嚙合，使得它們之間的齒輪嚙合被提供有放大的遺留容積(carryover volume), 所述放大的遺留容積大于標準全內圓角根部輪廓所提供的遺留容積。


本領域技術人員將從所公開的非限制性實施例的以下詳細描述中明白各種特征。 該詳細描述的附圖可簡要介紹如下圖1是齒輪泵的示意圖；圖2是到齒隙的最緊密嚙合處或附近的嚙合區的示意圖；圖3是齒輪嚙合的放大圖，其示出了與標準內圓角根部相比修改的齒輪齒根部輪廓形狀；圖4是修改的齒輪齒根部輪廓的放大圖，其具有增加的遺留容積； 圖5是修改的齒輪齒根部輪廓形狀與標準內圓角根部之間的放大的最大/最小材料關系；并且圖6是修改的齒輪齒根部輪廓的放大圖。
具體實施方式
圖1示意性地示出了齒輪泵20，其通常是航空流體泵，可操作以泵送燃料、潤滑劑或其他流體。一對嚙合的直切正齒輪22A、22B平行地安裝在殼體M中，殼體M具有入口洸和出口(discharge) 28,入口洸和出口沘與腔體30連通，嚙合的齒輪22A、22B被接收在腔體30中。嚙合的齒輪之一 22A被輸入軸32驅動，輸入軸32從殼體M延伸以接收驅動輸入，而另一個齒輪22B軸承架設在殼體M中作為惰輪并且由于與外從動齒輪22A的嚙合接合而旋轉。當嚙合齒輪沿相反方向旋轉時，相繼的被捕獲的流體容積被每個齒輪22A、CN 102536810 A22B從入口沈攜帶到出口 28。
齒輪22A、22B的齒輪齒34A、34B移動通過圖2的嚙合區，其將泵出口觀和泵入口沈分開。嚙合區由齒輪齒34A、34B之間的接觸來限定，所述接觸形成了密封以防止從高壓泵出口觀到低壓泵入口沈的泄漏。當齒輪22A、22B進入嚙合區時，腔體容積的減小使得流體排出，這導致流體壓力升高。
參見圖3，在到齒隙的最緊密嚙合點處或附近(圖2)，齒34A、34B之間的容積處于最小值。該最小容積在本文中被稱為遺留(或捕獲)容積，這是因為由于其內所容納的流體沒有作為泵送流體的一部分排出到出口觀而使得其內所捕獲的流體被遺留從出口觀回到入口 26。繼續旋轉超過最緊密嚙合最小容積點，這開始使得容積增加。于是，來自入口的流體必須流入該擴張的容積，從而流體壓力降低，因為導致流動所需的能量來自靜態流體壓力到動態(流動)速度能量的轉化。
在接近最緊密嚙合最小容積點期間，流體中存在某種小程度的可壓縮性，使得遺留容積實質上作為彈簧來運作，以吸收壓縮能量中的一些。申請人已經確定，與標準全內圓角根部輪廓相比，遺留容積的增加會使得能量存儲能量提高，從而實質上提供了更大的彈簧。也就是說，當齒輪34A、34B接近最緊密嚙合最小容積點時，放大的遺留容積38減小了壓力增大的速度。然后，當齒輪齒34A、34B離開最緊密嚙合最小容積點時，流體中所存儲的能量被釋放，其由此增大了有效流體壓力并且減小了從入口 26流進來的流體內的壓力損失。
與標準全內圓角根部輪廓相比，修改的齒輪根部幾何形狀提供了所期望的放大的遺留容積38，以緩和流體排出的效果。本文所限定的“標準全內圓角根部輪廓”可被認為這樣的輪廓，其提供了恒定半徑，其以連續弧的形式從一個齒延伸到下一個齒。正齒輪齒根部的典型幾何形狀是全內圓角，其正切于漸開線齒輪廓并且同時正切于根部直徑。恒定半徑內圓角的最低點建立了根部直徑。在滾銑齒輪的情況中，當切削所述齒時，通過工具尖端所遵循的路徑來產生該幾何形狀。對于成形磨齒，該半徑形成在研磨輪的末端上。與此同時， 通過研磨輪形成兩個齒的相鄰側面以及它們之間的根部，該研磨輪順應齒之間的空間的凈完成輪廓。
修改的齒輪根部幾何形狀36的放大遺留容積38的效果趨向于降低齒輪嚙合區中的氣蝕現象。捕獲容積的入口側上的動態壓力損失的降低可增大可用的靜態壓力，這降低了流體中形成氣泡的可能性，因為局部流體壓力降低到低于流體的真實蒸氣壓力(TVP)并且抑制氣泡的形成。氣泡形成的抑制降低了氣蝕的發生。當齒接近最緊密嚙合最小容積點時，捕獲容積內產生的降低的壓力尖峰進而降低了使得可能已形成的任何氣泡萎縮的總能量。這降低了氣蝕磨損力和損傷的嚴重性，如果確實發生了氣蝕的話。
在一個非限制性實施例中，與標準全內圓角根部輪廓相比，放大的遺留容積38提供了約7%的增加。應當理解，增加的幅度可更大或更小，這取決于實際齒輪幾何形狀和實際制造公差。
參見圖4，可在每個齒輪根部40中通過在根部直徑處周向地拉伸根部以形成根部平坦部42來限定放大的遺留容積38，該根部平坦部42從齒中心線CL切向于所限定的根部直徑RD延伸，然后在交融部44交融到真實漸開線形狀(True Involute R)rm，TIF)直徑(圖5)內的漸開線齒輪廓曲線中。也就是說，齒輪根部40通過如下方式限定以可能的最寬間隔以及接近零的最淺角度將被拉伸的根部交融到平坦側48以便獲得最大的遺留容積，該平坦側48可在位于真實漸開線形狀(TIF)直徑中的圓角半徑46處被交融到特定的漸開線齒輪廓曲線中，以確保正確的齒輪齒嚙合動作(圖6)。
為了使得根部遺留容積38的增加最大化，圓角半徑46和特定漸開線齒輪廓曲線之間的切點位于盡可能接近真實漸開線形狀(TIF)直徑處，使得根部修改的寬度上的公差最小化(圖5)。當修改的齒輪根部幾何形狀36不是必須延伸超過真實漸開線形狀(TIF)直徑。也就是說，修改的齒輪根部幾何形狀36被徑向地約束在真實漸開線形狀(TIF)直徑內。
應當理解，盡管所公開的非限制性實施例中示出了根部平坦部42，但是也可替代地提供其他來自所限定的根部直徑RD的延伸部，所述延伸部不從其徑向向內延伸。然而應當理解，也可替代地或另外地提供各種提供了放大遺留容積38的交融部輪廓，包括多個節段、底切和其他幾何形狀。
應當理解，在遍及幾幅附圖中，相同的附圖標記表示對應或類似的元件。還應當理解，雖然在所示實施例中公開了具體的部件布置，但其他布置也將由此獲益。
盡管示出、描述和請求保護特定的步驟順序，但是應當理解，除非另有所指，所述步驟可按照任何順序分離地或組合地執行，并且仍將從本公開獲益。
前述描述為示例性的而非被其中的限制所限定。本文公開了各種非限制性實施例，但是本領域普通技術人員可認識到按照上述教導的各種修改和變化將會落入所附權利要求的范圍內。因此，應理解在所附權利要求的范圍內，本公開可不同于所具體描述的來實施。為此，應研究所附權利要求以確定真實的范圍和內容。
權利要求
1.一種齒輪，包括齒輪根部，所述齒輪根部通過將被拉伸的根部交融到真實漸開線形狀直徑內的漸開線齒輪廓曲線中來限定。
2.如權利要求1所述的齒輪，其中，所述被拉伸的根部通過成形磨輪廓修改而被交融到所述漸開線齒輪廓曲線中。
3.如權利要求1所述的齒輪，其中，所述被拉伸的根部包括平坦部。
4.如權利要求1所述的齒輪，其中，所述被拉伸的根部包括垂直于齒空間中心線的平坦部。
5.如權利要求1所述的齒輪，其中，所述被拉伸的根部限定平坦部，所述平坦部切向于根部直徑。
6.如權利要求1所述的齒輪，其中，所述被拉伸的根部被周向地拉伸。
7.如權利要求1所述的齒輪，其中，所述齒輪根部的根部直徑限定最內邊界，并且所述真實漸開線形狀直徑限定所述齒輪根部的區域的外邊界。
8.一種齒輪泵，包括第一齒輪，所述第一齒輪具有多個第一齒輪根部，所述多個第一齒輪根部的每一個通過將被拉伸的根部交融到真實漸開線形狀直徑內的漸開線齒輪廓曲線中來限定；和與所述第一齒輪嚙合的第二齒輪，所述第二齒輪限定多個第二齒輪根部，所述多個第二齒輪根部的每一個通過將被拉伸的根部交融到真實漸開線形狀直徑內的漸開線齒輪廓曲線中來限定。
9.如權利要求8所述的齒輪泵，其中，所述多個第一齒輪根部與所述多個第二齒輪根部是相同的。
10.一種將齒輪安裝在齒輪泵中的方法，包括將第一齒輪與第二齒輪嚙合，使得它們之間的齒輪嚙合被提供有放大的遺留容積，所述放大的遺留容積大于標準全內圓角根部輪廓所提供的遺留容積。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述放大的遺留容積通過將齒輪根部的根部直徑切向于所限定的根部直徑拉伸來限定。
12.如權利要求11所述的方法，進一步包括將所述齒輪根部交融到真實漸開線形狀直徑內的漸開線齒輪廓中。
13.如權利要求10所述的方法，其中，所述放大的遺留容積由根部直徑和真實漸開線形狀直徑定界。
14.如權利要求10所述的方法，其中，所述放大的遺留容積通過拉伸齒輪根部的根部并交融到漸開線齒輪廓來限定。
全文摘要
本發明涉及用于增加的遺留容積的齒輪根部幾何形狀，具體地，一種齒輪包括齒輪根部，所述齒輪根部通過將被拉伸的根部交融到真實漸開線形狀直徑內的漸開線齒輪廓曲線中來限定。
文檔編號F04C2/18GK102536810SQ201110397858
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月5日 優先權日2010年12月6日
發明者D.L.維克菲爾德, W.倪 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司