用于增加的遗留容积的齿轮根部几何形状

技术领域

本公开涉及齿轮泵，并且更具体地涉及齿轮泵的齿轮几何形状。

背景技术

在过去，齿轮泵在齿轮根部会由于气蚀而受到损伤，气蚀在局部压力降低到低于流体的蒸气压力时发生。蒸气气泡的形成及其随后的萎缩可导致损伤。

发明内容

根据本公开示例性方面的一种齿轮包括齿轮根部，所述齿轮根部通过将被拉伸的根部交融到真实渐开线形状直径内的渐开线齿轮廓曲线中来限定。

根据本公开示例性方面的一种齿轮泵包括第一和第二啮合的齿轮，其具有多个齿轮根部，每个齿轮根部通过将被拉伸的根部交融到真实渐开线形状直径内的渐开线齿轮廓曲线中来限定。

根据本公开示例性方面的一种将齿轮安装在齿轮泵中的方法包括将第一齿轮与第二齿轮啮合，使得它们之间的齿轮啮合被提供有放大的遗留容积（carryover volume），所述放大的遗留容积大于标准全内圆角根部轮廓所提供的遗留容积。

附图说明

本领域技术人员将从所公开的非限制性实施例的以下详细描述中明白各种特征。该详细描述的附图可简要介绍如下：

图1是齿轮泵的示意图；

图2是到齿隙的最紧密啮合处或附近的啮合区的示意图；

图3是齿轮啮合的放大图，其示出了与标准内圆角根部相比修改的齿轮齿根部轮廓形状；

图4是修改的齿轮齿根部轮廓的放大图，其具有增加的遗留容积；

图5是修改的齿轮齿根部轮廓形状与标准内圆角根部之间的放大的最大/最小材料关系；并且

图6是修改的齿轮齿根部轮廓的放大图。

具体实施方式

图1示意性地示出了齿轮泵20，其通常是航空流体泵，可操作以泵送燃料、润滑剂或其他流体。一对啮合的直切正齿轮22A、22B平行地安装在壳体24中，壳体24具有入口26和出口（discharge）28，入口26和出口28与腔体30连通，啮合的齿轮22A、22B被接收在腔体30中。啮合的齿轮之一22A被输入轴32驱动，输入轴32从壳体24延伸以接收驱动输入，而另一个齿轮22B轴承架设在壳体24中作为惰轮并且由于与外从动齿轮22A的啮合接合而旋转。当啮合齿轮沿相反方向旋转时，相继的被捕获的流体容积被每个齿轮22A、22B从入口26携带到出口28。

齿轮22A、22B的齿轮齿34A、34B移动通过图2的啮合区，其将泵出口28和泵入口26分开。啮合区由齿轮齿34A、34B之间的接触来限定，所述接触形成了密封以防止从高压泵出口28到低压泵入口26的泄漏。当齿轮22A、22B进入啮合区时，腔体容积的减小使得流体排出，这导致流体压力升高。

参见图3，在到齿隙的最紧密啮合点处或附近（图2），齿34A、34B之间的容积处于最小值。该最小容积在本文中被称为遗留（或捕获）容积，这是因为由于其内所容纳的流体没有作为泵送流体的一部分排出到出口28而使得其内所捕获的流体被遗留从出口28回到入口26。继续旋转超过最紧密啮合最小容积点，这开始使得容积增加。于是，来自入口的流体必须流入该扩张的容积，从而流体压力降低，因为导致流动所需的能量来自静态流体压力到动态（流动）速度能量的转化。

在接近最紧密啮合最小容积点期间，流体中存在某种小程度的可压缩性，使得遗留容积实质上作为弹簧来运作，以吸收压缩能量中的一些。申请人已经确定，与标准全内圆角根部轮廓相比，遗留容积的增加会使得能量存储能量提高，从而实质上提供了更大的弹簧。也就是说，当齿轮34A、34B接近最紧密啮合最小容积点时，放大的遗留容积38减小了压力增大的速度。然后，当齿轮齿34A、34B离开最紧密啮合最小容积点时，流体中所存储的能量被释放，其由此增大了有效流体压力并且减小了从入口26流进来的流体内的压力损失。

与标准全内圆角根部轮廓相比，修改的齿轮根部几何形状提供了所期望的放大的遗留容积38，以缓和流体排出的效果。本文所限定的“标准全内圆角根部轮廓”可被认为这样的轮廓，其提供了恒定半径，其以连续弧的形式从一个齿延伸到下一个齿。正齿轮齿根部的典型几何形状是全内圆角，其正切于渐开线齿轮廓并且同时正切于根部直径。恒定半径内圆角的最低点建立了根部直径。在滚铣齿轮的情况中，当切削所述齿时，通过工具尖端所遵循的路径来产生该几何形状。对于成形磨齿，该半径形成在研磨轮的末端上。与此同时，通过研磨轮形成两个齿的相邻侧面以及它们之间的根部，该研磨轮顺应齿之间的空间的净完成轮廓。

修改的齿轮根部几何形状36的放大遗留容积38的效果趋向于降低齿轮啮合区中的气蚀现象。捕获容积的入口侧上的动态压力损失的降低可增大可用的静态压力，这降低了流体中形成气泡的可能性，因为局部流体压力降低到低于流体的真实蒸气压力（TVP）并且抑制气泡的形成。气泡形成的抑制降低了气蚀的发生。当齿接近最紧密啮合最小容积点时，捕获容积内产生的降低的压力尖峰进而降低了使得可能已形成的任何气泡萎缩的总能量。这降低了气蚀磨损力和损伤的严重性，如果确实发生了气蚀的话。

在一个非限制性实施例中，与标准全内圆角根部轮廓相比，放大的遗留容积38提供了约7％的增加。应当理解，增加的幅度可更大或更小，这取决于实际齿轮几何形状和实际制造公差。

参见图4，可在每个齿轮根部40中通过在根部直径处周向地拉伸根部以形成根部平坦部42来限定放大的遗留容积38，该根部平坦部42从齿中心线CL切向于所限定的根部直径RD延伸，然后在交融部44交融到真实渐开线形状（True Involute Form，TIF）直径（图5）内的渐开线齿轮廓曲线中。也就是说，齿轮根部40通过如下方式限定：以可能的最宽间隔以及接近零的最浅角度将被拉伸的根部交融到平坦侧48以便获得最大的遗留容积，该平坦侧48可在位于真实渐开线形状（TIF）直径中的圆角半径46处被交融到特定的渐开线齿轮廓曲线中，以确保正确的齿轮齿啮合动作（图6）。

为了使得根部遗留容积38的增加最大化，圆角半径46和特定渐开线齿轮廓曲线之间的切点位于尽可能接近真实渐开线形状（TIF）直径处，使得根部修改的宽度上的公差最小化（图5）。当修改的齿轮根部几何形状36不是必须延伸超过真实渐开线形状（TIF）直径。也就是说，修改的齿轮根部几何形状36被径向地约束在真实渐开线形状（TIF）直径内。

应当理解，尽管所公开的非限制性实施例中示出了根部平坦部42，但是也可替代地提供其他来自所限定的根部直径RD的延伸部，所述延伸部不从其径向向内延伸。然而应当理解，也可替代地或另外地提供各种提供了放大遗留容积38的交融部轮廓，包括多个节段、底切和其他几何形状。

应当理解，在遍及几幅附图中，相同的附图标记表示对应或类似的元件。还应当理解，虽然在所示实施例中公开了具体的部件布置，但其他布置也将由此获益。

尽管示出、描述和请求保护特定的步骤顺序，但是应当理解，除非另有所指，所述步骤可按照任何顺序分离地或组合地执行，并且仍将从本公开获益。

前述描述为示例性的而非被其中的限制所限定。本文公开了各种非限制性实施例，但是本领域普通技术人员可认识到按照上述教导的各种修改和变化将会落入所附权利要求的范围内。因此，应理解在所附权利要求的范围内，本公开可不同于所具体描述的来实施。为此，应研究所附权利要求以确定真实的范围和内容。