具有改善效率的正齿轮组壳体

摘要

一种液压泵壳体包括在将齿轮腔和泵腔相分离的内壁中形成的通路，以允许流体进入和离开齿轮腔，从而在一定程度上减少了由搅动润滑油所导致的动力损失。液压泵可包括在与齿轮啮合区域相邻的齿轮腔壁的轴向相对表面中整体形成的空间，以使得搅动润滑油能够在齿轮的周围扩展和流动。

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种正齿轮组。更具体地，本发明涉及一种正齿轮组 壳体，比如，位于并排式液压泵中并且包括用于减小滑油搅动所造成的动 力损失的装置的壳体。

背景技术

包括如推土机、装载机、挖掘机和其它类型机械在内的机器通常包括 液压机械动力传输系统，以将动力(如动力源产生的扭矩和转速)传递至 一个或多个所连接的负载，例如，机床或附接装置。这些液压机械动力传 输系统的主要部件为液压泵。

其中一种类型的液压泵为并排式液压活塞泵，其包括限定有齿轮腔壳 体的泵壳体、正齿轮组以及容纳一对泵的泵腔。齿轮腔将并排的正齿轮容 纳于其中。传动泵和惰轮泵容纳于泵腔中。这两种泵都为活塞泵，其中， 往复活塞布置于泵筒内，而泵筒可操作地连接至旋转轴。传动泵可连接至 曲轴并由此由电机或其它动力源驱动。惰轮泵连接至惰轮轴，该惰轮轴经 由正齿轮组连接至曲轴。每个泵内的活塞从各泵筒的一端向外延伸并撞击 凸轮盘。随着泵筒和活塞发生旋转，活塞也跟着作往复运动，进而使得位 于泵壳体内活塞的一侧的液压流体在压力条件下离开泵。

正齿轮组将动力从曲轴传输至惰轮轴并进而传输至惰轮泵。位于齿轮 腔中且附接至与传动泵筒相对的传动轴的端部的传动齿轮与空转齿轮相 啮合，并将动力传输至空转齿轮，从而导致该空转齿轮旋转，这反过来使 得惰轮泵旋转。

泵腔中填充有将泵、轴和正齿轮包围的润滑流体。泵壳体将正齿轮包 围，并且在齿轮转动时，还提供了用于使流体绕着各齿轮移动的通道。一 个齿轮顺时针转动，而另一个齿轮逆时针转动。随着齿轮的转动，它们使 得齿轮腔内的包围流体在齿轮的移动方向上移动。这些正齿轮所搅动的油 可导致动力损失。在齿轮啮合的情形下，搅动流体会产生一些阻力，这是 因为用于流体移动的空间是有限的。这种搅动表明了机器动力源上存在有 附加负载，并且能够造成动力损失。这种动力损失可为约0.4kW。

本发明针对的是以上提出的一个或多个问题。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种用于正齿轮组的壳体，该壳体包括 流体流道。壳体具有第一构件和与该第一构件大体上共延的第二构件。第 一构件和第二构件附接在一起，从而限定出齿轮腔，而浸没于流体中的传 动齿轮和从动齿轮位于该齿轮腔中。第一构件包括内壁和围壁，该内壁形 成齿轮腔的后内表面，该围壁形成齿轮腔的顶部内表面、底部内表面和侧 内表面。第二构件形成齿轮腔的前内表面，该前内表面大体上相对于(面 向)后内表面。壳体还包括形成于内壁中的一个或多个通路，以允许流体 进入和离开齿轮腔。壳体的类型可为用于液压泵的类型。

在本发明的另一方面，提供了一种用于正齿轮组的壳体，该壳体包括 扩展部特征。壳体包括第一构件和第二构件，该第一构件和第二构件附接 在一起，从而限定出齿轮腔，而浸没于流体中的传动齿轮和从动齿轮位于 该齿轮腔中。齿轮腔具有用于齿轮啮合的区域。第一构件包括内壁和围壁， 该内壁形成齿轮腔的大体平面的后内表面，该围壁形成齿轮腔的顶部内表 面、底部内表面和侧内表面。第二构件形成齿轮腔的大体平面的前内表面。 壳体还包括第一扩展部，该第一扩展部整体地形成于与齿轮啮合的区域相 邻的内壁的后内表面中。第一扩展部为空间，流体通过该空间可围绕着齿 轮从齿轮啮合区域的一侧流至齿轮啮合区域的另一侧。壳体还可包括第二 扩展部，该第二扩展部整体地形成于与齿轮啮合区域相邻的第二构件的前 内表面中。第二扩展部也为空间，流体通过该空间可围绕着齿轮从齿轮啮 合区域的一侧流至齿轮啮合区域的另一侧。壳体的类型可为用于液压泵的 类型。

附图说明

图1为包括正齿轮组的液压泵的剖视透视图。

图2为泵壳体主体的前视图，其中，为了更好地示出齿轮腔，去除了 法兰。

图3为沿着图2的线3-3截取的图1的液压泵的局部侧视剖视图。

图4为具有根据本发明的某些修改的液压泵的局部侧视剖视图。

图5为图4的泵壳体主体的透视图。

图6为图5的泵壳体主体的一部分的近视图。

图7为根据本发明进行修改后的法兰的透视图。

图8为图7的泵法兰的一部分的近视图。

具体实施方式

尽管本发明可以以多种形式体现，但是，附图中示出了且本文将详细 地描述一个或多个实施例，同时，还应理解的是，本发明应视为本发明原 理的实例，并且，并不旨在将本发明限于所示的实施例。

在以下论述和附图中采用了下列几何术语：

传动轴线A：由传动泵轴34限定的轴线。

惰轮轴线B：由惰轮泵轴40限定的轴线。

平面C：与传动轴线A和惰轮轴线B相交并且在水平方向上将齿轮腔 14等分的平面。

平面D：与平面C正交并且在垂直方向上将齿轮腔14等分的平面。

参见附图，图1示出了并排式液压活塞泵10的剖视透视图。该活塞 泵包括三件式铸铁泵壳体12，该泵壳体12限定出容纳正齿轮组16的第一 (齿轮)腔14和容纳一对活塞泵20，22的第二(泵)腔18。这些腔通过 整体形成的内壁46相互分离，该内壁46大体上平行于由正齿轮组16限 定的平面延伸。其中一个泵为传动泵20，而另一个泵为惰轮泵22。腔14， 18中填充有正齿轮组16和泵20，22浸没于其中的流体(如润滑油)。

泵壳体12可由三个铸造件形成，这三个铸造件由主体24、栓接至主 体24的一端的法兰26以及栓接至主体24的另一端的头部28构成。主体 24容纳正齿轮组16和泵20，22。法兰26附接至主体24的一端并从这一 端延伸，并且可容纳发动机飞轮。头部28附接至主体24的另一(泵)端 并从这一端延伸。在组装期间，在将头部28附接至主体24之前，将泵20， 22插入至泵腔18中，并且在将法兰26附接至主体24之前，将正齿轮组 16插入至齿轮腔14中。

传动泵20包括布置在泵筒32内的往复活塞30，该泵筒32可操作地 连接至旋转传动泵轴34。传动泵轴34限定出轴线或中心线A、与发动机 曲轴60对齐并且由曲轴60驱动。

同样地，惰轮泵22包括布置在泵筒38内的往复活塞36，该泵筒38 可操作地连接至旋转惰轮泵轴40。正如在以下段落中所述，惰轮泵轴40 由其中一个正齿轮驱动。

正齿轮组16将动力从传动泵20传输至惰轮泵22。位于齿轮腔14中 且附接至传动泵轴34的第一(或传动)齿轮42与第二(或空转)齿轮44 啮合并将动力传输至第二(或空转)齿轮44，从而使得空转齿轮44在相 反的方向上旋转(见图1中的箭头)，这反过来使得惰轮泵22旋转。这种 并排式构造使得单个输入轴(即，曲轴60)所带来的泵输出效果得到加倍 呈现。传动齿轮42绕着传动轴线A旋转，并且，空转齿轮绕着由惰轮轴 40限定的惰轮轴线B旋转。

其中设置有正齿轮组16的齿轮腔14通过内壁46与其中设置有泵20， 22的泵腔18相分离。内壁46的朝向横向(垂直)于传动轴线A和惰轮轴 线B。正如下文更详细地解释，内壁46限定出一个或多个通路，从而允许 油在腔14，18之间流动。内壁46还限定出用于接纳传动轴34的大体呈 圆形的传动轴开口56和用于接纳惰轮轴40的大体呈圆形的惰轮轴开口58 (见图2)。

图2为图1的壳体主体24的前视图。通常栓接至主体24的法兰26 已经连同正齿轮组16一起被移除，以便露出正齿轮组16将位于其中的齿 轮腔14。本视图从主体24的曲轴端截取，朝向位于内壁46的另一侧上的 泵腔18看“穿”内壁46。除了内壁46之外，主体24还包括大体呈圆柱 形的围壁48，其形成齿轮腔14的周界。围壁48面向齿轮腔14的内表面 包括相对平坦的顶部内表面50和相对平坦的底部内表面52，顶部内表面 50和底部内表面52通过弯曲的侧内表面54在其相应的端部连接。围壁 48以及齿轮腔14相对于与传动轴线A和惰轮轴线B相交的水平平面C对 称。平面C在水平方向上将齿轮腔14等分。围壁48以及齿轮腔14也相 对于在垂直方向上将齿轮腔14等分的垂直平面D对称。内壁46形成齿轮 腔14的一端，而法兰26(图3)形成齿轮腔的另一端。

从图1的角度观察液压泵10，传动齿轮42顺时针转动，而空转齿轮 44逆时针转动，如弯曲箭头所示(这些箭头还出现在图6和8中。传动齿 轮方向箭头还出现在图3和4中)。由于齿轮42，44在相反方向上转动， 因此，它们使得包围流体在其移动方向上移动。在齿轮42，44啮合的情 形下，搅动流体会产生一些转动阻力，这是因为用于流体移动的空间是有 限的。这种搅动流体可造成约0.4kW的动力降低。

在本发明的一个方面，在内壁46中切出或者以其它方式形成通路， 内壁46将齿轮腔14和泵腔18分离。这些通路允许流体在齿轮腔14与泵 腔18之间移动，这在一定程度上减少了由搅动流体所导致的阻力。

液压泵10的构造对通路的可能位置和形状造成了限制。例如，图2 中所示的内壁46包括三条通路：两条拱形形状的侧通路62和一条垂直的 大体呈直线的中心通路64，侧通路62位于齿轮组16任一侧的围壁48的 侧内表面54附近，中心通路64在轴向上与齿轮啮合区域相邻。这些通路 62，64使得润滑油能够在齿轮腔14与泵腔18之间流动。优选地，每条侧 通路62形成小于九十度的弧形，该弧形与最近的齿轮42，44或轴开口56， 58同心。侧通路62和中心通路64可相对于水平平面C和垂直平面D对 称。换句话说，侧通路62和中心通路64与围壁48的顶部内表面50和底 部内表面52相距的距离可以是相等的。

主体24可包括整体形成的顶部和底部齿轮护罩76，78。这些护罩76， 78将齿轮腔14的形状从椭圆形(更准确地说为跑道形)变为更加符合齿 轮组16的形状的形状，这样做也有助于最大程度地减少由于滑油搅动而 引起的能量损失并由此提高液压泵10的效率。顶部齿轮护罩76从围壁48 的顶部内表面50处向下延伸并具有向下会聚的弯曲侧80，而这些弯曲侧 80沿着相对于齿轮42，44等距设置的大体呈直线的顶点82会合。同样地， 底部齿轮护罩78从围壁48的底部内表面52处向上延伸并具有向上会聚 的弯曲侧84，而这些弯曲侧84沿着相对于齿轮42，44等距设置的大体呈 直线的顶点86会合。护罩76，78相对于水平平面C和垂直平面D这两者 对称。

图3为沿着图2的线3-3截取的图1的液压泵10的局部侧视剖视图。 如前所述，壳体主体24形成齿轮腔14的四个内表面中的三个：顶部表面、 底部表面和泵侧表面(齿轮腔14的第四内表面由图1所示的法兰26形成)。 因此，壳体主体内表面46形成齿轮腔14的后内表面88，而法兰26形成 齿轮腔14的相对的前内表面90。图3所示的曲轴60可操作地连接至传动 泵轴34。

在图2和3所示的图示中，内壁46(和齿轮腔14)的后内表面88是 大体平坦的，并且其朝向平行于齿轮组16限定的平面。具体地，后内表 面88在与齿轮啮合区域相邻的区域92(图5)(即，基本上是传动轴开口 56与惰轮轴开口58之间的区域)中是大体平坦的。同样地，法兰26的前 内表面90在与齿轮啮合区域相邻的相同区域92中为大体平坦的。由于与 齿轮啮合区域相邻的壁88，90是平坦的，所以，在齿轮42，44与壁88， 90之间的齿轮啮合区域92的周围流动的润滑油在增大的流速和压力下流 动，直到这些流汇集在齿轮相互“脱离”的“出口”侧上，这样便导致了 摩擦和动力损失。

图4为图1的泵壳体12的类似的侧视剖视图，但是，其中对图3的 泵壳体12作出了一些修改。这些修改旨在最大程度地减少由于滑油搅动 而引起的能量损失并由此提高液压泵10的效率。这些修改使得油有更多 的空间在齿轮啮合区域92的周围流动，降低油速和压力以及动力损失。

根据这个目的，一对扩展部100，102整体地形成于铸铁主体24中， 以使搅动流体能够流入与齿轮啮合区域相邻的或者位于齿轮啮合区域任 一侧的区域92中。主体扩展部100在齿轮腔14的后内表面88中机械加 工而成或者以其它方式形成。法兰扩展部102在齿轮腔14的前内表面90 中机械加工而成或者以其它方式形成。

图5为图4的壳体主体24从齿轮腔侧观察的透视图，其以不同的视 角示出了主体扩展部100。图6为图5的壳体主体24的一部分的近视图， 更加详细地示出了主体扩展部100。主体扩展部100整体地形成于与齿轮 啮合区域92(在图5和图6中通常以椭圆形92表示)相邻的内壁46的后 内表面88中。

除了在与齿轮啮合区域92相邻的区域中，内壁46的后内表面88大 体上都是呈平面状的，而且在该区域中，主体扩展部100形成通道或凹陷。 主体扩展部100从内壁46与齿轮42，44开始啮合的区域相邻的区域延伸 至内壁46与齿轮42，44开始脱离或分离的区域相邻的区域。主体扩展部 100用作通道或通路，润滑油可通过该通道或通路绕着齿轮42，44从齿轮 啮合区域的一侧流至另一侧。

在可能于图6中进行了最佳示出的实施例中，主体扩展部100由第一 向外(相对于齿轮腔14)倾斜壁112和第二向外倾斜壁114限定，第一向 外倾斜壁112和第二向外倾斜壁114在齿轮啮合区域92的中间附近会聚， 即，实现了传动齿轮42与空转齿轮44之间最大啮合程度的区域。第一向 外倾斜壁112位于齿轮42，44开始啮合的区域附近，即，迫使润滑油离开 啮合区域的最高油压区域。第二向外倾斜壁114位于齿轮开始脱离的区域 附近，即，最低油压区域。假设齿轮沿着图6的黑色箭头所指示的方向旋 转，那么，主体扩展部100便从与第一向外倾斜壁112相邻的区域(在齿 轮42，44开始啮合的区域的下方)延伸至与第二向外倾斜壁111相邻的区 域(其中，齿轮42，44开始脱离或分离)。

扩展部100和下文所述的法兰扩展部102一起用作油压卸压区。随着 齿轮42，44开始啮合，它们迫使润滑油离开，从而在齿轮腔14内形成高 压区域。随着齿轮42，44相互脱离，润滑油朝向脱离齿轮齿所形成的空 隙移动。扩展部100形成流道，以允许润滑油流出高压区域并以最小的动 力损失流向低压区域。简而言之，扩展部100向润滑油提供了在齿轮啮合 区域周围流动的额外空间，这样便有助于减小齿轮啮合区域的油压的上 升。这种额外空间的形式优选地为其它平坦壁88中的凹陷100。换句话说， 扩展部100旨在最大程度地减小齿轮开始啮合的区域与齿轮42，44开始 脱离的区域之间的油压差。

类似地，相对于图7和8，除了在与齿轮啮合区域92相邻的区域中， 法兰26的前内表面90大体上都是呈平面状的，而且在该区域中，法兰扩 展部102形成凹陷。跟主体扩展部100相同的是，法兰扩展部102可从法 兰前内表面90与齿轮42，44开始啮合的区域相邻的区域延伸至法兰前内 表面90与齿轮42，44开始脱离的区域相邻的区域。法兰扩展部102用作 通道或通路，润滑油可通过该通道或通路绕着齿轮42，44从齿轮啮合区 域的一侧流至另一侧。

图7为根据本发明进行修改的法兰26的透视图，其示出了法兰扩展 部102。图8为图7的泵法兰26的一部分的近视图，更详细地示出了法兰 扩展部102。法兰26限定出齿轮腔14的前内表面90，该前内表面90具 有周界104、传动轴开口106以及限定出凹部110的大体呈圆形的凸环108， 该凹部110与惰轮泵轴40的一端对齐并将该端容纳于其中。传动轴开口 106设置于前内壁90中并且与主体24中的传动轴开口56轴向对齐。

前内表面90与壳体主体24的围壁48(图7中未示出)为大体上共延 的，并且，前内表面90在主体24和法兰26栓接在一起时与围壁48之间 形成流体紧密密封。法兰扩展部102整体地形成于与齿轮啮合区域92相 邻的前内壁90上，该齿轮啮合区域92大致地对应于传动轴开口106与凹 部110之间的区域。

参考图8，法兰扩展部102由第一向外(相对于齿轮腔14)倾斜壁118 和第二向外倾斜壁120限定，第一向外倾斜壁118和第二向外倾斜壁120 在齿轮啮合区域92的中间附近会聚。第一向外倾斜壁118位于齿轮42， 44开始啮合的区域附近，而第二向外倾斜壁120位于齿轮开始脱离的区域 附近。

扩展部100，102消除了或最大程度地降低了齿轮充当齿轮泵的可能 性；在齿轮泵中，齿轮腔14中的油能够在齿轮腔14内的齿轮啮合区域92 的周围流动，从而将油从齿轮腔14泵送至泵腔16并再次返回。在这一点 上，扩展部100，102是用作前后通路或“凹地”，油可以通过该前后通路 或“凹地”从齿轮42，44的高压侧(齿轮啮合的位置)流至齿轮42，44 的低压侧(齿轮脱离的位置)。这种在流动上的变化“简化了”齿轮泵的 作用，使得油从齿轮啮合区域92的一侧行进至齿轮啮合区域92的另一侧， 而不是齿轮使得油流向泵腔16或从泵腔16流出。

虽然扩展部100，102已被视为分别形成于内壁46和法兰26中的“凹 地”，但是，它们可以是任何能使润滑油从齿轮啮合区域92的一侧行进至 齿轮啮合区域92的另一侧、但仍处于齿轮腔14内的合适形状。例如，各 扩展部100，102可包括分别形成于内壁46和法兰26中且与齿轮42，44 啮合的区域92轴向相邻的任何合适形状的凹陷区域。该凹陷区域在垂直 方向上(即，在由穿过最大齿轮啮合区域的直线所限定的方向上)可为细 长的。凹陷区域的深度是可以变化的，并且可以是任何有利于油在齿轮啮 合区域92的周围流动的深度。凹陷区域的优选形状为最大程度地降低搅 动损失的形状。

优选地，扩展部100，102为“铸造成型”，这意味着它们在铸造主体 24和法兰26时形成。扩展部100，102可为彼此的镜像，从而在齿轮啮合 区域92的周围形成相同的流道。

扩展部100，102的深度随着齿轮腔内滑油搅动所引起的动力损失的 变化而变化。那就是说，扩展部100，102的深度应该是足以让油在齿轮 啮合区域的周围流动的深度，而不是增加滑油搅动的深度。

可替代地，可以在齿轮腔壁的一侧或两侧中形成管道或通道，而不是 一对凹陷，从而允许润滑油绕着齿轮42，44从齿轮啮合区域的一侧流至 另一侧。管道可具有与齿轮42，44开始啮合的区域相邻的入口开口以及 与齿轮42，44开始脱离的区域相邻的出口开口。

实际上，为了减少滑油搅动并进而降低动力损失，可以采用能使润滑 油从齿轮啮合区域的一侧流至另一侧的任何类型的扩展部或通路。然而， 相比起隧道型通路来说，诸如上文所述的那些扩展部区域通常更容易制 造。

计算流体动力学(CFD)的分析表明，相比起没有侧通路62以及主体 扩展部和法兰扩展部100，102的液压泵来说，增加拱形侧通路62和扩展 部100，102(类似于图5至图8中所示的主体24和法兰26)使得滑油搅 动所导致的动力损失降低了0.4kW。

工业实用性

本文所述的正齿轮壳体特征可与任何合适的其中浸没于润滑油中的 正齿轮用来传递动力的壳体一起使用，尤其是存在有搅动损失的壳体。例 如，且非限制性地，正齿轮壳体油通路和扩展部特征可与并排式液压泵一 起使用，其中包括在挖掘机和类似机器中使用的液压泵。

应理解，本发明的上述实施例仅仅是用于说明本发明的原理的具体实 例。可以对本发明的不脱离前述教导和所附权利要求书所限定的本发明范 围的修改和替代实施例加以设想。权利要求书旨在覆盖落入其范围的所有 此类修改和替代实施例。