非圆齿轮驱动的低脉动凸轮泵制造技术

本发明专利技术提出一种非圆齿轮驱动的低脉动凸轮泵，在不改变凸轮泵结构的基础上，增设一电动机、一对相互啮合的高阶傅里叶非圆齿轮副、一主动非圆齿轮轴和一从动非圆齿轮轴。高阶傅里叶非圆齿轮副包括一主动非圆齿轮和一从动非圆齿轮，主动非圆齿轮套设在主动非圆齿轮轴上，且主动非圆齿轮轴通过联轴器与电动机的输出轴相连；从动非圆齿轮套设在从动非圆齿轮轴上，从动非圆齿轮轴通过另一联轴器与凸轮泵主动轴相连。本发明专利技术通过一对相互啮合的高阶傅里叶非圆齿轮变速驱动凸轮泵内的一对凸轮转子运动，抑制泵体系统的流量脉动，解决现有圆弧转子凸轮泵流量脉动大的问题。本发明专利技术具有脉动小、成本低、结构简单、维护方便等优势。维护方便等优势。维护方便等优势。

【技术实现步骤摘要】
非圆齿轮驱动的低脉动凸轮泵


[0001]本专利技术属于流体传动
，及一种凸轮泵，具体地说，涉及一种非圆齿轮驱动的低脉动凸轮泵。

技术介绍

[0002]凸轮泵是一种重要的流体介质传送装置，相比于离心泵、叶片泵等其他类型泵，具有流量大、效率高、密闭性好、自吸性能好等特点，因此，其适用于高黏度和含固体颗粒流体介质的传输，被广泛应用于石油化工、日用化工、市政、消防、食品、交通等领域。传统凸轮泵结构简单、维护方便、成本低廉，但是，因其具有较大的周期性流量脉动，导致凸轮泵工作时泵体及管道内存在噪声、振动、介质传输不平稳等问题。
[0003]公开号为CN206513550U的专利文献公开了一种用于转子泵的低脉动斜齿转子，其将转子泵原有直转子改进为斜转子,叶片旋转过程中密封腔不是同时打开,密封在腔体里的流体的流量变化幅度明显缩小,脉动现象根本改观，稳定性增强，泵的噪声和管道共振明显降低。但是，该专利文献公开的斜转子结构形状复杂，设计难度大，加工精度要求高。
[0004]公开号为CN107939671A的专利文献公开了一种具有错位角的串联式低脉动内啮合齿轮泵，它包括前盖、联接体、后盖、前齿轮箱体和后齿轮箱体，其将两组内啮合齿轮箱串联，两组内啮合齿轮副存在一个错位角，使得齿轮副所产生的流量存在一个相位差。当两股具有相位差的流量合流叠加时，通过合理调整相位角,可以使得出口处的流量脉动降低，实现降低齿轮泵出口流量脉动的目的，但是，串联的齿轮箱导致泵体体积增大、结构复杂，生产成本增加、维护难度增大。
[0005]公开号为CN108061032A的专利文献公开了一种在不改变泵体结构的基础上，通过外置一对非圆齿轮变速驱动机构实现平抑椭圆齿轮泵流量脉动的目的，其通过调节椭圆齿轮泵不同转角对应的转速，使其瞬时流量均匀。该专利技术结构简单、成本低、平抑效果好，但是其节曲线设计方法生成的非圆齿轮节曲线顺滑性较差，导致非圆齿轮加工难度大，在高速传动时容易产生刚性冲击和噪声。因此设计一种高性能、流量平稳的低脉动凸轮泵具有重要意义。

技术实现思路

[0006]为解决目前凸轮泵流量脉动大的问题，本专利技术的目的是提供一种非圆齿轮驱动的低脉动凸轮泵。该低脉动凸轮泵通过一对高阶傅里叶非圆齿轮副产生的变速运动驱动凸轮泵，降低其流量脉动，抑制凸轮泵系统的噪声和振动冲击。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种非圆齿轮驱动的低脉动凸轮泵，其包括相互作用的一对凸轮转子、一对相互啮合的主动同步齿轮和从动同步齿轮、凸轮泵主动轴、凸轮泵从动轴、一电动机、一对高阶傅里叶非圆齿轮副、一主动非圆齿轮轴和一从动非圆齿轮轴；
[0008]所述一对凸轮转子分别套设在所述凸轮泵主动轴和所述凸轮泵从动轴上；所述主
动同步齿轮套设在所述凸轮泵主动轴上，所述从动同步齿轮套设在所述凸轮泵从动轴上；
[0009]所述一对高阶傅里叶非圆齿轮副包括相互啮合的主动非圆齿轮和从动非圆齿轮；所述主动非圆齿轮套设在所述主动非圆齿轮轴上，且所述主动非圆齿轮轴通过第一联轴器与所述电动机的输出轴相连；
[0010]所述从动非圆齿轮套设在所述从动非圆齿轮轴上，所述从动非圆齿轮轴通过第二联轴器与所述凸轮泵主动轴相连；
[0011]所述主动非圆齿轮和所述从动非圆齿轮传动比函数为：
[0012][0013]式中，为从动非圆齿轮的转角；n1为主动非圆齿轮的阶数，n2为从动非圆齿轮的阶数，且n1＝n2＝2*Z3＝2*Z4，Z3、Z4为两个凸轮转子的叶数，n1和n2为正整数；K为傅里叶级数的项数，取正整数；a
n
，b
n
分别为傅里叶级数展开式的系数。
[0014]优选地，所述傅里叶级数展开式系数a
n
，b
n
的确定方法为：
[0015]S1、确定凸轮泵的啮合曲线为：
[0016][0017]式中，x
f
和y
f
分别为啮合曲线的横坐标和纵坐标，a为一对凸轮转子中心距的一半值；b为凸轮转子叶峰圆心至转子中心距离；q为叶峰齿顶角的一半值，q＝π/(2*Z3)；r为凸轮转子叶峰半径；φ为凸轮转子转角；θ为凸轮转子叶峰圆转角，且
[0018]S2、确定凸轮泵的瞬时流量为：
[0019][0020]式中，ω3为凸轮泵主动轴的转速；B为凸轮转子宽度；R
m
为凸轮转子叶顶圆半径，R
m
＝b+r；
[0021]S3、确定非圆齿轮副的理想传动比为：
[0022][0023]S4、确定非圆齿轮传动比函数系数为：
[0024][0025]式中，为凸轮泵主动轴转角，
[0026]优选地，所述傅里叶级数项数K的取值范围为[1,4]。
[0027]优选地，所述一对凸轮转子的叶数Z3＝Z4＝2或3。
[0028]优选地，当凸轮转子叶数Z3＝Z4＝2，所述主动非圆齿轮和从动非圆齿轮的节曲线阶数为4阶；当凸轮转子叶数Z3＝Z4＝3，所述主动非圆齿轮和从动非圆齿轮的节曲线阶数为6阶。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本专利技术在不改变现有凸轮泵结构的前提下，通过增设一对高阶傅里叶非圆齿轮副变速驱动凸轮泵，有效地抑制了泵体系统的流量脉动。相比于现有技术中通过非圆齿轮变速驱动平抑流量脉动的方式，本专利技术利用高阶傅里叶级数表达非圆齿轮节曲线的方法，使生成的非圆齿轮节曲线顺滑性更好，非圆齿轮加工难度更低，传动过程更加平稳，不易出现振动冲击和噪声，实际平抑效果更好。相比于优化转子形状和多泵流量叠加的方法，本专利技术采用非圆齿轮变速驱动平抑方式在有效降低泵的流量脉动的同时，还具有较低设计加工难度和生产成本，在尺寸、结构和后期维护等方面更具有优势，因此工程上更具备实用性。
附图说明
[0031]图1是本专利技术非圆齿轮驱动的低脉动凸轮泵结构示意图；
[0032]图2是本专利技术低脉动双叶凸轮泵泵体结构简图；
[0033]图3是本专利技术二阶傅里叶非圆齿轮副的传动比示意图；
[0034]图4是本专利技术实施例中阶数n1＝4，n2＝4，傅里叶级数K＝2的非圆齿轮副的节曲线示意图；
[0035]图5是本专利技术实施例中经过阶数n1＝4，n2＝4，傅里叶级数K＝1的非圆齿轮平抑前后凸轮泵瞬时流量曲线示意图；
[0036]图6是本专利技术实施例中经过阶数n1＝4，n2＝4，傅里叶级数K＝2的非圆齿轮平抑前后凸轮泵瞬时流量曲线示意图；
[0037]图7是本专利技术实施例中经过阶数n1＝4，n2＝4，傅里叶级数K＝3的非圆齿轮平抑前后凸轮泵瞬时流量曲线示意图；
[0038]图8是本专利技术实施例中经过阶数n1＝4，n2＝4，傅里叶级数K＝4的非圆齿轮平抑前后凸轮泵瞬时流量曲线示意图。
[0039]附图标号：
[0040]1、箱体；2、第一凸轮转子；3、第二凸轮转子；4、主动同步齿轮；5、从动同步齿轮；6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非圆齿轮驱动的低脉动凸轮泵，其特征在于：其包括相互作用的一对凸轮转子、一对相互啮合的主动同步齿轮和从动同步齿轮、凸轮泵主动轴、凸轮泵从动轴、一电动机、一对高阶傅里叶非圆齿轮副、一主动非圆齿轮轴和一从动非圆齿轮轴；所述一对凸轮转子分别套设在所述凸轮泵主动轴和所述凸轮泵从动轴上；所述主动同步齿轮套设在所述凸轮泵主动轴上，所述从动同步齿轮套设在所述凸轮泵从动轴上；所述一对高阶傅里叶非圆齿轮副包括相互啮合的主动非圆齿轮和从动非圆齿轮；所述主动非圆齿轮套设在所述主动非圆齿轮轴上，且所述主动非圆齿轮轴通过第一联轴器与所述电动机的输出轴相连；所述从动非圆齿轮套设在所述从动非圆齿轮轴上，所述从动非圆齿轮轴通过第二联轴器与所述凸轮泵主动轴相连；所述主动非圆齿轮和所述从动非圆齿轮传动比函数为：式中，为从动非圆齿轮的转角；n1为主动非圆齿轮的阶数，n2为从动非圆齿轮的阶数，且n1＝n2＝2*Z3＝2*Z4，Z3、Z4为两个凸轮转子的叶数，n1和n2为正整数；K为傅里叶级数的项数，取正整数；a
n
，b
n
分别为傅里叶级数展开式的系数。2.根据权利要求1所述的非圆齿轮驱动的低脉动凸轮泵，其特征在于：所述傅里叶级数展开式系数a
n
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大伟，赵国豪，傅章磊，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：