ШЕСТЕРЕНЧАТАЯ ГИДРОМАШИНА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО Российский патент 2018 года по МПК F01C1/08 F01C1/18 F04C2/08 F04C2/18 

Настоящее изобретение относится к шестеренчатым насосам или двигателям.

Известно, что шестеренчатый насос, предназначенный для перекачивания находящейся под давлением текучей среды и вращаемый с помощью двигателя, может работать как двигатель, если его выход соединен с источником находящейся под давлением текучей среды. В целом, поэтому насос может работать в качестве двигателя с приспособлением второстепенных элементов, известных специалистам в данной области техники.

Далее в настоящем описании для краткости используется выражение «шестеренчатый насос» для обозначения устройства, которое также пригодно для работы в качестве «двигателя с зубчатой передачей» и может быть обозначено указанным термином. Таким образом, под термином «насос» подразумевается «насос или двигатель».

В частности, настоящее изобретение относится к шестеренчатому насосу, снабженному двумя зубчатыми колесами, находящимися в зацеплении для обеспечения перемещения текучей среды, как правило нефти.

В настоящее время на рынке представлено много различных видов шестеренчатых насосов, которые отличаются друг от друга, в основном, конфигурацией зубьев соответствующих зубчатых колес.

В качестве примера можно привести насосы с прямозубыми колесами, насосы с косозубыми колесами и насосы с колесами с асимметричными зубьями.

В целом, так как шестеренчатые насосы обеспечивают перемещение текучей среды отдельными последовательными порциями малого объема, мгновенный расход потока и, следовательно, давление, имеет непостоянное значение во времени.

Такая прерывистость или пульсация давления, известная как «пульсация давления» или просто «пульсация», влияет на шум, издаваемый насосом во время работы.

Различные исследования этого явления показали, что при снижении «пульсации», соответственно, происходит снижение шума, издаваемого указанным насосом.

В целом, можно утверждать, что простейшим, наиболее экономичным и требующим наименьшей точности в управлении является шестеренчатый насос с прямозубыми колесами, имеющими единственную точку соприкосновения.

Однако, несмотря на такое экономическое преимущество, указанные насосы с прямыми зубьями являются более шумными, чем насосы других типов, указанных выше.

Для снижения «пульсации» и, следовательно, шума шестеренчатого насоса с прямозубыми колесами необходимо увеличить количество зубьев зубчатых колес или увеличить их высоту. Есть также решение (довольно спорное), известное как «двойной контакт», согласно которому обе стороны зубьев находятся в контакте друг с другом с зазором, стремящимся к нулю, благодаря чему в отношении пульсации получают хороший результат. Очевидно, что выполнение зацепления с «нулевым» или стремящимся к «нулю» зазором очень затруднительно с точки зрения точности управления, и на практике такие насосы имеют ограниченный срок службы и производят шум, вызванный усилением зацепления, что в данном случае делает насос очень чувствительным к любым погрешностям формы зубьев.

Однако, как известно из уровня техники, в случае простого увеличения количества зубьев необходимо уменьшить их высоту для соблюдения соотношения нормального модуля, где нормальный модуль = диаметр начальной окружности / количество зубьев.

Однако, поскольку такое уменьшение высоты оказывает отрицательное влияние, уменьшая удельную производительность насоса, простое увеличение количества зубьев стандартной симметричной формы в настоящее время не позволяет подходящим образом решить проблему снижения шумности.

С другой стороны, нет возможности увеличить высоту зуба на любую величину, так как этому препятствует, с одной стороны, указанное ограничение зуба, а с другой стороны - предел поднутрения зуба у его основания.

Таким образом, такое решение на данный момент также не является преимущественным.

Отталкиваясь от указанной проблемы, для которой до сих пор не было найдено эффективного решения, заявителем было найдено новое и инновационное функциональное решение, которое позволяет уменьшить шумность шестеренчатых насосов, в частности, с прямыми зубьями или зубьями с небольшим углом наклона, по существу, путем увеличения количества зубьев без соответствующей необходимости в уменьшении высоты зуба и, следовательно, без уменьшения расхода насоса, в то же время, поддерживая или даже увеличивая удельный расход насоса (расход/объем зубчатого колеса), который пропорционален высоте зуба и величине взаимного проникновения зубчатых колес.

Целью настоящего изобретения является создание насоса с зубьями такой же величины и высоты, что и у колес насосов предшествующего уровня техники, обеспечивающих такой же расход, который имеет большее количество зубьев и, следовательно, является менее шумным.

Другая цель настоящего изобретения заключается в уменьшении пульсации наиболее экономичным образом, без необходимости в увеличении точности выполнения зубьев (как в случае с двухконтактными насосами) или без использования сложных и дорогих аксиальных силовых балансировочных систем (как становится необходимым в случае с насосами с большим углом наклона зубьев).

Другая цель данного изобретения состоит в создании насоса, имеющего такой же объем, что и современные насосы, обеспечивающий более высокий удельный расход потока, допускающий использование зубьев большой высоты и в то же время с большим взаимопроникновением зубчатых колес, т.е. с указанными характеристиками, от которых, как известно, зависит расход.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в выборе такой формы зубьев зубчатого колеса, которая позволяет увеличить количество зубьев зубчатого колеса для обеспечения более плавной и бесшумной работы.

Указанные цели в соответствии с настоящим изобретением достигнуты благодаря созданию зубчатого колеса для шестеренчатых насосов или двигателей, содержащего асимметричные зубья, каждый из которых имеет ведущую сторону выпуклой формы, выполненную с возможностью сопряжения с соответствующей выпуклой стороной зуба колеса, предназначенного для зацепления с указанным колесом, и выпускную сторону, выполненную на большей части ее длины в виде углубления на указанном выпуклом профиле. Указанная выпускная сторона выполнена так, что радиус, проходящий через вершину указанных зубьев, по существу, по меньшей мере, является касательной к указанной выпускной стороне или пересекает ее, и шаг между указанными зубьями составляет менее 9/10, предпочтительно менее 8/10, более предпочтительно около 7/10 шага между эвольвентными симметричными зубьями зубчатого колеса, имеющего такой же диаметр и такую же высоту зубьев, как у указанного зубчатого колеса с асимметричными зубьями. При этом стороны указанных эвольвентных симметричных зубьев имеют профиль, аналогичный профилю ведущей стороны указанных асимметричных зубьев, и указанное зубчатое колесо с эвольвентными симметричными зубьями имеет максимальное количество зубьев.

В указанном зубчатом колесе указанный радиус может пересекать указанную выпускную сторону в двух точках, ограничивая часть снаружи зуба.

Указанная выпускная сторона может иметь профиль без выпуклости.

Указанная выпускная сторона может иметь профиль с углублением, обращенным в том же направлении, что и ведущая сторона.

Выпускная сторона может быть по существу параллельна указанной ведущей стороне.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен шестеренчатый насос или двигатель, содержащий первое зубчатое ведущее колесо, выполненное с возможностью приведения во вращение вокруг собственной оси, и второе зубчатое ведомое колесо, находящееся в зацеплении с первым зубчатым колесом, причем каждый зуб указанных колес имеет ведущую сторону и выпускную сторону, которые являются асимметричными по отношению друг к другу. Ведущие стороны соответствующих зубьев указанных колес выполнены с возможностью сопряжения друг с другом, а выпускные стороны зубьев указанных колес выполнены с предотвращением сопряжения друг с другом. Указанная выпускная сторона выполнена так, что радиус, проходящий через вершину указанных зубьев, является по существу касательной к указанной выпускной стороне или пересекает ее, и шаг между указанными зубьями составляет менее 9/10, предпочтительно менее 8/10, более предпочтительно около 7/10 шага между эвольвентными симметричными зубьями зубчатого колеса, имеющего такой же диаметр и такую же высоту зубьев, как у указанного зубчатого колеса с асимметричными зубьями. При этом стороны указанных эвольвентных симметричных зубьев имеют профиль, аналогичный профилю ведущей стороны указанных асимметричных зубьев, и указанное зубчатое колесо с эвольвентными симметричными зубьями имеет максимальное количество зубьев.

В указанном шестеренчатом насосе или двигателе указанный радиус может пересекать указанную выпускную сторону в двух точках, ограничивая часть снаружи указанного зуба.

Указанная выпускная сторона может иметь первую верхнюю часть, являющуюся сопрягаемой, и вторую соединительную часть с узкой частью зуба, являющуюся несопрягаемой.

Указанная вторая соединительная часть выпускной стороны может иметь углубление, обращенное в том же направлении, что и указанная ведущая сторона.

Вторая соединительная часть указанной выпускной стороны может быть по существу параллельна указанной ведущей стороне.

Указанная выпускная сторона может иметь первую верхнюю часть, являющуюся выпуклой и выполненную в направлении головки указанного зуба и сопрягаемую с частью второй соединительной части, являющейся вогнутой, в колесе, находящемся в зацеплении, которая соединяет первую верхнюю часть указанной выпускной стороны этого находящегося в зацеплении колеса с основанием указанного зуба.

Указанная выпускная сторона может иметь первую верхнюю часть, являющуюся выпуклой и выполненную в направлении указанной головки зуба, и вторую соединительную часть, которая является вогнутой и соединяет указанную первую верхнюю часть указанной стороны с основанием зуба, причем указанная вогнутая соединительная часть проходит снаружи начальной окружности.

Выпуклая первая верхняя часть может не иметь сопрягаемой формы до головки указанного зуба, образуя часть профиля в направлении головки зуба, которая не сопрягается с профилем колеса, находящегося в зацеплении, и предназначена только для увеличения внешнего диаметра, взаимопроникновения указанных колес и, следовательно, увеличения удельной производительности, в то же время, снижая пульсацию давления.

Характеристики и преимущества зубчатого колеса, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, станут более понятными из следующего описания, приведенного в качестве примера, не ограничивая объем изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи.

На чертежах:

- фиг. 1 изображает зубчатое колесо для насосов в соответствии с известным уровнем техники;

- фиг. 2 изображает зубчатое колесо для насосов в соответствии с настоящим изобретением;

- фиг. 3 иллюстрирует сравнение зуба известного из уровня техники колеса и зуба колеса, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;

- фиг. 4 иллюстрирует разницу в шаге между зубьями известного колеса и зубьями предложенного колеса;

- фиг. 5 изображает в увеличении подробный вид двух колес, выполненных в соответствии с настоящим изобретением;

- фиг. 6 иллюстрирует другое сравнение зуба известного зубчатого колеса и зуба, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Как отражено в следующем описании, предложенный в изобретении насос 10 имеет отличия в конфигурации по сравнению с аналогичным известным насосом с прямыми зубьями, и эти отличия обеспечивают важные технические результаты, влияющие на его рабочие характеристики.

Как показано на фиг. 2, насос 10 представлен в виде двух зубчатых колес 11 и 13, при этом остальные конструктивные части указанного насоса являются, по существу, известными.

Как известно, зубчатое колесо 11 относится к колесам, которые приводятся во вращение М вокруг собственного центра 12 для приведения во вращение соответствующего ведомого колеса 13.

Для лучшего пояснения изобретательского замысла, составляющего основу настоящего изобретения, необходимо рассмотреть известное из уровня техники прямозубое колесо для насоса, изображенное на фиг. 1.

Как видно при сравнении фиг. 1 и 2, зубчатые колеса, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, имеют большее количество зубьев 14 той же величины и высоты, что и колесо известного уровня техники.

Эти два зубчатых колеса в насосе, являющемся предметом изобретения, имеют одинаковое или практически одинаковое количество зубьев.

Как показано на фиг. 3, «рабочие» стороны 15 зубьев 14 каждого из колес 11 и 13, т.е. стороны 15, которые опираются на соответствующие стороны 15 зубьев 14 колеса, находящегося в зацеплении с первым колесом, сохраняют их обычный, по существу, сопрягаемый профиль, например, эвольвентный.

С другой стороны, противоположные «выпускные» стороны 16 тех же зубьев 14 имеют профиль, расположенный ниже по сравнению с конфигурацией, которую они имели бы на симметричных зубьях.

В частности, в соответствии с настоящим изобретением, недостающая часть 25 профиля зуба 14 по сравнению с сопрягаемым профилем делает зубья не только асимметричными, но также несопрягаемыми друг с другом вдоль выпускных сторон 16. Только выпуклая концевая часть «выпускной» стороны, направленная к головке зуба, может сопрягаться с вогнутой частью, расположенной в направлении к основанию зубьев сопрягаемого колеса. Как видно из чертежа, выпуклая часть, выполненная в направлении к головке зуба, имеет значительно меньшую длину, чем вогнутая часть, выполненная в направлении к основанию. Благодаря этому можно увидеть, что выпускной профиль имеет две различные части: выпуклую и вогнутую.

Выпуклая часть имеет ограниченную длину и также может иметь длину, равную нулю, делая конец зуба с заостренной кромкой, хотя наличие небольшой выпуклой части является полезным и на этапе контроля размера во время изготовления, и при работе насоса, обеспечивая более управляемое напряжение в местах локализации напряжений в зубе, а вогнутая часть длиннее и от конца выпуклой части доходит до основания с большим радиусом. Как видно на чертежах, выпуклая часть выпускной стороны выполнена полностью снаружи относительно начальной окружности и может быть уменьшена до нулевого значения.

Как видно на фиг. 4, предпочтительно, линии у основания зуба имеют очень большой радиус кривизны. В наиболее общем случае, когда основанием криволинейных поверхностей зуба являются трохоиды, выполненные на фрезерном или шлифовальном станке (мастер-пуансон), имеющем головки со спицами, образующие дуги окружности. Эти спицы головки составляют предпочтительно около 0,5-0,7 модуля, как правило 0,5 в отличие от обычных значений, которые составляют от 0,2 до 0,3 модуля. Эта характеристика применима, в частности, для структурной задачи: зубья согласно настоящему изобретению тоньше, чем в известных зубчатых передачах, поэтому они должны быть плотно расположены для уменьшения стирания и повышения их устойчивости к сгибанию - это условие, которое необходимо для обеспечения возможности работать даже при высоком давлении. В таком случае точная геометрическая пропорциональность зацепления также оказывает положительный эффект.

Таким образом, в целом, настоящее изобретение обеспечивает возможность создания колеса, как правило, но не обязательно с прямыми зубьями, в котором выпускные стороны 16 таких асимметричных зубьев обычно выполнены без возможности сопряжения (или выполнены с возможностью сопряжения вышеописанным образом, а именно сопряжения выпуклой части 16а одного колеса с вогнутой частью 16b колеса, находящегося в зацеплении) и со значительным углублением, соответствующим сопрягаемому профилю.

Как показано на фиг. 3, может быть выполнено дополнительное углубление или полость 26 в сужающейся части зубьев 14 как на основании рабочей стороны 15, так и на основании выпускной стороны 16.

Очевидно, что такое углубление или полость 26 в сужающейся части увеличивает высоту зуба.

Выполнение асимметричных зубьев 14, или точнее, возможность выполнения углубления или полости 25 в зубе 14 вдоль выпускной стороны 16 являются, по существу, известными.

Действительно, колеса для шестеренчатых гидравлических насосов с зубьями, на выпускной стороне которых выполнены выемки, являются, по существу, известными.

Например, в патенте США №6123533 описан шестеренчатый насос, в котором каждое зубчатое колесо имеет зубья обычных размеров, а именно высоты и шага, и часть зуба вдоль выпускной стороны удалена для увеличения объема текучей среды, проходящей между зубьями.

Аналогично, в патенте Великобритании GB 2012876 описан шестеренчатый насос, в котором выпускная сторона имеет выемки, обеспечивающие увеличение объема жидкости между зубьями и предотвращающие явление кавитации, в частности, при нагнетании летучих текучих сред, таких как топливо.

В патенте Германии 2737761 описаны колеса для шестеренчатого насоса, имеющие выпускную сторону с углублениями, предназначенными для предотвращения явления избыточного давления, образуемого в зоне зацепления указанных колес для получения более высоких скоростей вращения указанного насоса.

Насколько известно Заявителю, использование конструкции, выполненной в соответствии с указанным уровнем техники, с углублениями на выпускной стороне зуба снижает эффективность насоса.

Зубья с углублениями представлены в объемном расходомере, описанном в патенте США 294026, где требуется обеспечить передачу минимальной мощности между текучей средой и зубчатыми колесами.

В указанных разработках предшествующего уровня техники отсутствуют предложения по использованию конструкции с выемками на выпускной стороне зуба для увеличения количества зубьев.

В настоящем документе не приведены разработки предшествующего уровня техники, посвященные шестеренчатым машинам, в которых не затронута ни одна из проблем, решаемых с помощью настоящего изобретения, и, следовательно, специалист в данной области техники не может получить из них полезную информацию.

В соответствии с настоящим изобретением, удаленный объем 25 на выпускной стороне 16 зуба 14, которая не должна быть выполнена с возможностью сопряжения, предназначен не для увеличения объема текучей среды, захваченной между зубьями, а для уменьшения шага между зубьями 14.

Схема на фиг. 4 точно иллюстрирует, каким образом благодаря удаленному объему 25 выпускной стороны 16 зуба 14 шаг р1 может быть по существу уменьшен без нарушения работы насоса по сравнению с шагом р2, предусмотренным на зубчатом колесе, известном из уровня техники, с такой же высотой зуба.

Благодаря уменьшению шага количество зубьев увеличивается.

В этой связи, рассмотрим традиционное зубчатое зацепление, в котором предусмотрено максимальное количество симметричных зубьев с сопрягаемыми профилями с делительной окружностью определенного диаметра. Такие размеры зуба обеспечивают конфигурацию, показанную на фиг. 4 в целом с помощью пунктирной линии 20, причем сопрягаемая сторона, выполненная с возможностью упора в сторону указанного зуба соответствующего колеса насоса, обозначена номером 21 позиции. Профиль выпускающей стороны зуба 20 обозначен номером 22 позиции.

В то же время, рядом с профилем зуба, выполненного в соответствии с предшествующим уровнем техники, на чертеже с помощью сплошной линии показана последовательность зубьев 14, выполненных в соответствии с настоящим изобретением.

Профиль сопрягаемой стороны 15 зуба 14 образован профилем зуба 14, высота которого была бы избыточна в случае симметричного профиля. В таком случае при максимальной высоте, если профиль зуба является симметричным, профили двух сторон делают указанный зуб остроконечным.

Как показано на фиг. 4, при том же диаметре колеса и той же высоте зуба, колесо с 12 зубьями стандартной конфигурации может, в соответствии с настоящим изобретением, иметь зубчатое зацепление из 17 зубьев.

Шаг р1 в колесе, выполненном в соответствии с настоящим изобретением, составляет менее 0,9 шага р2 на колесе стандартной конфигурации с такими же диаметром и высотой зуба, предпочтительно менее 0,8 и более предпочтительно около 0,7 от указанного шага р2.

Как описано выше, выпускная сторона 16 зубьев выполнена таким образом, что она начинается от вершины сопрягаемого профиля 15 и имеет вогнутый профиль, полученный путем удаления материала.

С геометрической точки зрения, полость 25 стороны 16 выполнена таким образом, что радиус L, который проходит через крайнюю точку указанного зуба, является, по существу, касательным к профилю стороны 16.

Указанный зуб имеет крайнюю часть, которая выполнена не с острым концом, а в форме небольшой закругленной поверхности - и исходя из конструктивных задач, и для обеспечения эффективного уплотнения в месте расположения указанного колеса. В данном случае за радиус L принимается радиус, который проходит через среднюю точку профиля головки, которая образует вершину зуба.

Вершина зуба каждого колеса не должна взаимодействовать или входить в контакт с зубом другого колеса для предотвращения двойного соприкосновения между зубьями двух колес и для поддержания надежно уплотненного зацепления между рабочими сторонами зубьев двух колес. В частности, такой радиус L может проходить, немного пересекая выпускную сторону 16, или может быть касательным в одной точке к выпускной стороне 16, или может пересекать ее в двух точках 17, 18, ограничивая, таким образом, короткую часть фактически с наружной стороны зуба 14.

Эта конфигурация проиллюстрирована на фиг. 5 и дополнительно поясняет отличие от предшествующего уровня техники, согласно которому радиус, проходящий через вершину зуба, полностью и, по существу, даже в случае асимметричного зацепления, проходит внутри соответствующего зуба.

Как подробно проиллюстрировано с помощью варианта выполнения на фиг. 5, выпускная сторона 16 имеет первую заостренную часть 16', выполненную с возможностью сопряжения с соответствующим зубом обращенного к ней колеса, и вторую соединительную часть 16'' с узкой частью, выполненной без возможности сопряжения с соответствующим зубом обращенного к ней колеса.

Предпочтительно, такая вторая соединительная часть 16'' выпускной стороны 16 имеет углубление, обращенное в том же направлении, что и ведущая сторона 15.

Еще более предпочтительно, если вторая соединительная часть 16'' выпускной стороны 16 по существу параллельна ведущей стороне 15.

Часть 16' имеет профиль, который может быть эвольвентным, т.е., по существу, приближенным к профилю зуба стандартной конфигурации, или может отходить от такой формы, например, указанный профиль может иметь дугообразную форму.

Между частями 16' и 16'' может быть выполнена короткая соединительная часть различной конфигурации, также исходя из конструктивных потребностей, не оказывая существенного влияния на работу насоса.

В соответствии с последним вариантом выполнения, можно отметить, что зуб 14 является фактически сплющенным только на рабочей стороне 15, которая в любом случае определяет толщину зуба, от размера которой зависит способность выдерживать механические напряжения, которым конструкция подвергается во время работы насоса, а также при высоких давлениях.

Как отчетливо видно на фиг. 4, конфигурация зуба, выполненного в соответствии с изобретением, где шаг р1 зубчатого зацепления составляет примерно 0,7 шага р2 (в любом случае не больше 0,9 шага р2, предпочтительно меньше 0,8 шага р2), имеет выпускную сторону с профилем, имеющим вырез, вогнутая часть 16'' которого, по существу, совпадает с профилем рабочей стороны зуба стандартного колеса такого же диаметра и такой же высотой зуба.

Удивительные результаты, достигнутые с помощью настоящего изобретения благодаря указанным высоте и шагу зубьев, могут быть также проиллюстрированы со ссылкой на фиг. 6. Обычно шестеренчатые насосы с прямыми зубьями для обеспечения высокой производительности и давления могут иметь от 9 до 12 зубьев, и такая инновационная конфигурация в одном случае позволяет использовать удвоенное количество зубьев для такой же удельной производительности, значительно уменьшая пульсацию давления, или в другом случае позволяет использовать такое же количество зубьев, при этом увеличивая удельную производительность почти на 50%, включая, что вполне логично, все промежуточные варианты.

В любом случае, вне зависимости от того, будет ли увеличено количество зубьев без изменения высоты зуба, или же будет увеличена высота зуба без изменения общего количества зубьев, или же будет сделан промежуточный выбор, как известно из уравнений, которые описывают зубчатое зацепление, достигается значительное увеличение коэффициента поперечного перекрытия, что, как известно, оказывает эффективное воздействие на механический шум, способствуя его снижению.

Номером 30 позиции обозначен зуб, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, обе стороны которого выполнены с возможностью сопряжения.

Как видно на чертеже, профиль стороны 31 пересекает профиль стороны 32 в точке 33, определяя, таким образом, максимальную теоретически допустимую высоту зуба.

Так как полностью заостренная форма профиля зуба неприемлема, на практике максимальная высота зуба будет по существу меньше.

В соответствии с настоящим изобретением полностью исключена необходимость выполнять выпускную сторону зуба в соответствии с сопрягаемым профилем.

В таком случае, зуб в соответствии с настоящим изобретением может иметь рабочую сторону, которая проходит по теоретическому сопрягаемому профилю 31 даже выше точки 33, определяя, таким образом, большую высоту зуба.

Выпускная сторона зуба в соответствии с настоящим изобретением имеет профиль, обозначенный номером 36 позиции, который ограничивает часть 37 зуба, которая может быть выполнена в месте, которое не было бы заполнено материалом в случае симметричного зуба, при этом материал будет отсутствовать в части 38, которая была бы им заполнена в случае зуба с симметричным профилем, но отсутствует в зубчатом зацеплении в соответствии с настоящим изобретением для предотвращения неправильного зацепления между сцепленными зубьями.

Таким образом, достигается цель, которая заключается в обеспечении большего взаимопроникновения в зубчатом зацеплении или в создании зубчатых колес, которые работают с меньшим расстоянием между их центрами и с меньшими начальными диаметрами, при этом обеспечивая увеличение количества зубьев и уменьшение начальной окружности.

Как следует из приведенного выше описания, зуб с асимметричными сторонами в соответствии с настоящим изобретением имеет выпускную сторону с профилем, значительно отличающимся от сопрягаемого профиля, приближающимся к вогнутому, но который может быть по существу прямолинейным.

Угол «локального» давления выпускной стороны будет стремиться к отрицательному значению, максимально достигая примерно 1-2,5°.

Окружная толщина такого зуба по существу не является расчетной: фактически, расчет окружной толщины по выражению «длина начальной окружности / количество зубьев / 2» приводит к значению, которое не влияет ни на толщину материала зуба (которая по существу меньше), ни на толщину, которую имеет зуб в окончательном виде (которая будет значительно больше, также для минимальных углов давления).

Высота зуба, входящего в зацепление, если она определена в зависимости от реального модуля, является избыточной по сравнению с величиной, применяемой в соответствии с настоящим изобретением. Если рассчитать реальный модуль как начальный диаметр / количество зубьев, в зубчатых колесах для известных насосов получается другое соотношение между диаметром и расстоянием между центрами (высота зуба при взаимопроникновении) / реальный модуль, равное примерно 2-2,2; согласно геометрии настоящего изобретения этот параметр составляет порядка 3-3,5).

В результате угол локального давления выпускной стороны в ее вогнутой или прямолинейной части предпочтительно составляет менее 5°, и более предпочтительно менее 2,5°, и предпочтительно имеет отрицательное значение.

У колес, которые являются особенно преимущественными в отношении пульсации и которые выполнены в соответствии с настоящим изобретением, количество зубьев составляет от 15 и 23, более предпочтительно от 16 до 22 зубьев, еще более предпочтительно от 17 до 21.

Таким образом, шестеренчатый насос в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает достижение вышеуказанных целей.

Фактически, данный насос того же объема и без ухудшения его функциональных возможностей имеет большее количество зубьев и, следовательно, является менее шумным от воздействия явления «пульсации».

Более того, увеличение количества зубьев не только не предполагает уменьшения высоты зубьев и их взаимопроникновения, а напротив, способствует увеличению указанных параметров.

Таким образом, насос в соответствии с настоящим изобретением может быть подвергнут множеству видоизменений и выполнен в различных вариантах, объединенных одним и тем же изобретательским замыслом; более того, все элементы могут быть заменены технически эквивалентными элементами. Фактически, используемые материалы, так же как и размеры элементов, могут быть любыми в соответствии с техническими требованиями.

Конфигурация зубьев, предложенная в соответствии с настоящим изобретением, в особенности подходит для прямозубых колес, но также может быть применена в зубчатых колесах с косыми зубьями, в частности зубьями с небольшим углом наклона.

Как указано выше, преимущества, достигнутые с помощью настоящего изобретения, также получены при использовании устройства, обозначенного выше как «насос», и также, когда указанное устройство используется как «двигатель», в частности, с точки зрения объема перемещаемой текучей среды, обеспечивая уменьшение пульсации и бесшумность работы благодаря сравнительно большому количеству зубьев.

Изобретение относится к шестеренчатым насосам или двигателям. Зубчатое колесо для шестеренчатых насосов или двигателей содержит асимметричные зубья (14), каждый из которых имеет ведущую сторону выпуклой формы, выполненную с возможностью сопряжения с соответствующей выпуклой стороной колеса, находящегося в зацеплении с указанным колесом, и выпускную сторону, выполненную на большей части своей длины в виде углубления указанного выпуклого профиля. Выпускная сторона выполнена так, что радиус, проходящий через вершину зубьев (14), является касательной к выпускной стороне или пересекает ее. Изобретение направлено на увеличение количества зубьев зубчатого колеса для обеспечения плавной и бесшумной работы. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Зубчатое колесо для шестеренчатых насосов или двигателей, содержащее асимметричные зубья (14), каждый из которых имеет ведущую сторону (15) выпуклой формы, выполненную с возможностью сопряжения с соответствующей выпуклой стороной зуба колеса, предназначенного для зацепления с указанным колесом, и выпускную сторону (16), выполненную на большей части ее длины в виде углубления (25) на указанном выпуклом профиле, отличающееся тем, что указанная выпускная сторона (16) выполнена так, что радиус (L), проходящий через вершину указанных зубьев (14), по существу, по меньшей мере, является касательной к указанной выпускной стороне (16) или пересекает ее, и шаг между указанными зубьями составляет менее 9/10, предпочтительно менее 8/10, более предпочтительно около 7/10 шага между эвольвентными симметричными зубьями зубчатого колеса, имеющего такой же диаметр и такую же высоту зубьев, как у указанного зубчатого колеса с асимметричными зубьями, причем стороны указанных эвольвентных симметричных зубьев имеют профиль, аналогичный профилю ведущей стороны (15) указанных асимметричных зубьев, и указанное зубчатое колесо с эвольвентными симметричными зубьями имеет максимальное количество зубьев.

2. Зубчатое колесо по п. 1, отличающееся тем, что указанный радиус (L) пересекает указанную выпускную сторону (16) в двух точках (17, 18), ограничивая часть (L') снаружи зуба (14).

3. Зубчатое колесо по п. 1, отличающееся тем, что указанная выпускная сторона (16) имеет профиль без выпуклости.

4. Зубчатое колесо по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что указанная выпускная сторона (16) имеет профиль с углублением, обращенным в том же направлении, что и ведущая сторона (15).

5. Зубчатое колесо по п. 3, отличающееся тем, что выпускная сторона (16), по существу, параллельна указанной ведущей стороне (15).

6. Шестеренчатый насос или двигатель (10), содержащий первое зубчатое ведущее колесо (11), выполненное с возможностью приведения во вращение (М) вокруг собственной оси (12), и второе зубчатое ведомое колесо (13), находящееся в зацеплении с первым зубчатым колесом (11), причем каждый зуб (14) указанных колес (11, 13) имеет ведущую сторону (15) и выпускную сторону (16), которые являются асимметричными по отношению друг к другу, при этом ведущие стороны (15) соответствующих зубьев (14) указанных колес (11, 13) выполнены с возможностью сопряжения друг с другом, а выпускные стороны (16) зубьев (14) указанных колес (11, 13) выполнены с предотвращением сопряжения друг с другом, отличающийся тем, что указанная выпускная сторона (16) выполнена так, что радиус (L), проходящий через вершину указанных зубьев (14), является, по существу, касательной к указанной выпускной стороне (16) или пересекает ее, и шаг между указанными зубьями составляет менее 9/10, предпочтительно менее 8/10, более предпочтительно около 7/10 шага между эвольвентными симметричными зубьями зубчатого колеса, имеющего такой же диаметр и такую же высоту зубьев, как у указанного зубчатого колеса с асимметричными зубьями, причем стороны указанных эвольвентных симметричных зубьев имеют профиль, аналогичный профилю ведущей стороны (15) указанных асимметричных зубьев, и указанное зубчатое колесо с эвольвентными симметричными зубьями имеет максимальное количество зубьев.

7. Шестеренчатый насос или двигатель (10) по п. 6, отличающийся тем, что указанный радиус (L) пересекает указанную выпускную сторону (16) в двух точках (17, 18), ограничивая часть (L') снаружи указанного зуба (14).

8. Шестеренчатый насос или двигатель (10) по п. 6, отличающийся тем, что указанная выпускная сторона (16) имеет первую верхнюю часть (16'), являющуюся сопрягаемой, и вторую соединительную часть (16'') с узкой частью зуба (14), являющуюся несопрягаемой.

9. Шестеренчатый насос или двигатель (10) по п. 8, отличающийся тем, что указанная вторая соединительная часть (16'') выпускной стороны (16) имеет углубление, обращенное в том же направлении, что и указанная ведущая сторона (15).

10. Шестеренчатый насос или двигатель (10) по п. 9, отличающийся тем, что вторая соединительная часть (16'') указанной выпускной стороны (16), по существу, параллельна указанной ведущей стороне (15).

11. Шестеренчатый насос или двигатель (10) по п. 6, отличающийся тем, что указанная выпускная сторона (16) имеет первую верхнюю часть (16'), являющуюся выпуклой и выполненную в направлении головки указанного зуба и сопрягаемую с частью второй соединительной части (16''), являющейся вогнутой, в колесе, находящемся в зацеплении, которая соединяет первую верхнюю часть (16') указанной выпускной стороны этого находящегося в зацеплении колеса с основанием указанного зуба.

12. Шестеренчатый насос или двигатель (10) по п. 6, отличающийся тем, что указанная выпускная сторона (16) имеет первую верхнюю часть (16'), являющуюся выпуклой и выполненную в направлении указанной головки зуба (14), и вторую соединительную часть (16''), которая является вогнутой и соединяет указанную первую верхнюю часть указанной стороны с основанием зуба, причем указанная вторая вогнутая соединительная часть проходит снаружи начальной окружности.

13. Шестеренчатый насос или двигатель (10) по любому из пп. 6-12, отличающийся тем, что выпуклая первая верхняя часть не имеет сопрягаемой формы до головки указанного зуба, образуя часть профиля в направлении головки зуба, которая не сопрягается с профилем колеса, находящегося в зацеплении, и предназначена только для увеличения внешнего диаметра, взаимопроникновения указанных колес и, следовательно, увеличения удельной производительности, в то же время снижая пульсацию давления.