齿轮泵的制作方法

专利名称：齿轮泵的制作方法
技术领域：
本发明特別是关于一种用于输送高压、高黏性流体的齿轮泵。
技术背景借由啮合齿轮的旋转而将流体自吸入侧向吐出侧输送的齿轮泵，以采用渐开线(involute)齿形者居多。其原因在于，渐开线齿形切削方便，且齿 形加工尺寸易于测定，故可获得高精度齿轮，因此也可适合于高压运转条 件。[专利文献1]日本专利特开平11 - 013642号公报作为采用渐开线齿形的齿轮泵所存在的问题，可列举流体围阻现象。 渐开线齿轮啮合率大于1是通例，并且存在两组齿的啮合期间。于此情形 下，在上述两组齿之间围阻有流体，该围阻区域的体积随齿轮旋转而改变， 所以压缩时若围阻流体压力上升，则会导致动力浪费，并于扩张时产生真 空或气泡的所谓不适现象。其中，围阻现象的危害，于压缩时远大于扩张 时。并且，上述围阻现象的危害，当所输送的流体l占度或吸入压力、吐出 压力越高时越为显著。特别是，在压送熔融树脂等用途方面，为输送具有 300。C左右的高温、20MPaG左右的高压、以及300 Pa s左右的高教度流体，因围阻现象导致过大的载荷施加于齿轮轴承，使轴^K寿命缩短。目前现状是在作改良轴承、或者使轴承资料充足(例如增大轴径，降低旋转 速度等)的处理，而其导致泵外形的大型化及驱动力的增大化。发明内容本发明是鉴于上述事实，实现一种适用于输送高分子聚合物或熔融树 脂等高压、高私度的流体的齿轮泵。为解决上述课题，本发明的齿轮泵的特征在于包括套管，该套管包 括导入流体的吸入口以及辨出该流体的吐出口；以及一只于齿轮，该一对齿 轮设置于上述套管内，借由相互啮合旋转而将上述流体自上述吸入口向上 述吐出口输送，并且上述一对齿轮是一点连续接触齿形的人字齿轮 (double-helical gear),该齿4仑各外径与齿宽之比为U ~ 1.15。亦即，采用圓弧齿形、椭圆齿形或者正弦曲线齿形等的接触点总为一 个且不产生流体围阻现象的齿形，并且作为人字齿轮，使轴向推力均衡， 且避免轴向推力作用于齿4仑上。由此，将D/B设定为1.1 ~ 1.15，而可抑制
轴承载荷并确保效率。当D/B小于1.1时，可能由轴承载荷过大而对轴承 产生损伤，并且在压送熔融树脂等用途方面不适合。另一方面，当D/B超 过1.15时，随着泵外形的大型化，所做的功变少。齿轮与套管间摩擦产生 的动力损失相应于齿轮外径的增加而急增，从而相对于固定的吐出量，使 齿宽减小，外径增大，其直接关系到泵外形的大型化，以及机械效率降低 与整个效率的下降。根据上述理由，本领域技术人员希望将D/B设为1.1 ~ 1.15。又，本发明的其他齿轮泵特征在于包括吸入口，其将流体导入；套 管，其包括排出该流体的吐出口；.以及一对齿轮，其设置于上述套管内， 相互啮合旋转而将上述流体自上述吸入口向上述吐出口输送，其中上述一 对齿轮是一点连续接触齿形的螺旋齿轮，该齿轮各外径与齿宽之比为1.1-1.15。将一对齿轮作为螺旋齿轮，除具有上述效果以外，可一体化制作齿轮/ 轴，又因构造简单，从而加工性、生产性提高。根据本发明，可实现一种输送高分子聚合物或熔融树脂等高压、高黏 度流体时适宜的齿轮泵。程图,


图l表示本发明第1实施例的齿轮泵的平剖面图。 图2是图1所示齿轮泵的横剖面图。图3表示适用本发明齿轮泵的高分子聚合物的成形物的制造过程的流图4表示第2实施例的齿轮泵的平剖面图。 图5是图4所示的齿轮泵的横剖面图。1:套管11:吸入口100、 500:齿轮泵120 300 502 D:聚合槽 成形装置 驱动齿轮 齿轮外径Po:节点P2:滑接终止点E, E4:流程图符号2、 3:齿轮 12:吐出口 110:单体槽 200:聚合装置 400:纺丝装置 503:从动齿辟仑 B:齿宽 P1:滑接开始点 Pc:齿轮中心
具体实施例方式
下面，根据图面，就作为本发明齿轮泵的实施形态的实施例加以说明。 [第1实施例]图1及图2所示的第1实施例的齿轮泵100，例如，在石油工厂、化学 工厂、聚合工厂、以及成形/纺丝装置等中，为高压压送熔融树脂及高分子 聚合物等高黏性物而使用。上述高黏性物可为中间体，也可为最终制品。 该齿轮泵100是所谓外接齿轮泵，在由套管1所包含的内部空间中，于啮 合状态下配设有驱动齿轮2与从动齿轮3，借由旋转驱动该些齿轮2、 3, 而发挥将齿间内获取的流体自吸入侧向吐出侧输送的泵的作用。实际上， 使吸入侧位于上方，吐出侧位于T方，于吸入口 11的正上方设置储存有高 分子聚合物或熔融树脂等的贮槽，，贮槽内的熔融树脂等吸入并使其以特 定的吐出压力吐出。 '驱动齿轮2、从动齿轮3，分别设为一点连续接触齿形的人字齿轮。图 示例中，将两齿轮2、 3的齿形设为圓弧齿形。对于各齿轮2、 3，将外径D 与齿宽B之比D/B设定于1.1-1.15之间。此是根据该齿轮泵100以20 MpaG 左右的高压压送300°C左右的高温熔融树脂等所进行的设定。齿轮外径D、 齿宽B的具体值，受到以下的限制为了将旋转驱动力传送至齿轮所需的 齿轮轴径以及为了抑制齿轮轴的弯曲变形所需的轴径。于是，应将齿轮外径D与齿宽B之比D/B限制于1.1 ~ 1.15的范围内， 并决定齿轮2、 3的齿数Z及扭转角度(螺旋角度)p。将齿轮模数设为M， 节圆(pitch cirde)直径设为A时，则A = MZ，D = M ( Z+2 )成立。本实施形态中，两齿轮2、 3的齿形为一点接触齿形，故于齿轮 轴方向上，若不扭转l节距，则无法旋转。且必须满足 1节3巨=兀A/Z =兀M，B/2 = nM/tan|3。若设定D/B-x时，根据上述，Z满足下式 Z= (27cx/tanp) _2。再者，较好的是，于齿形加工步骤中，扭转角度卩设为32。或32。以下。 才艮据上式，将D/B = x限制于1.1 ~ 1.15的范围内，将扭转角度p设定于28° ~ 32。之间时，齿数为10齿-12齿。按照圆弧齿形，制作&=20、 Z=10、 A = 200、 p = 31。、 B = 209、容 量为4189 cc/rev的圓弧齿轮泵，并与既知的渐开线齿轮泵作比较。.作为性 能对比所使用的渐开线齿轮泵中，M=14, Z=14， A = 200， p = 2.4°， B = 209，容量为4080 cc/rev。与性能相关的轴径、轴承长度等，于两者中设为 相同。液熟度约为300 Pa s，吐出压力为20 MpaG时，圆弧齿轮泵取得与 渐开线齿轮泵同样的性能。又，圓弧齿形理论上不产生围阻现象，但以测
定吐出压力脉沖作为对围阻的评价时，圓弧齿轮泵中为0.4%,渐开线齿4仑 泵中为4%。无论何者，液黏度约300 Pa s、吐出压力20 MpaG、旋转数 30 rpm的运转条件下的值。吐出压力脉冲根据测定位置及其他测定环境而 变化，圆弧齿轮泵相对于渐开线齿轮泵，其吐出脉冲减少至1/10。在此，如上所述，本实施形态的齿轮泵100,主要用作高压、高黏度流 体的压送。因此，必须使套管1的内周形状成形，以便可将高黏度流体充 分吸入齿轮2、 3的齿间内，并可减少齿间内获取的高压流体自齿顶漏出。 下面，参照图2加以详细说明。此处，将旋转的齿轮2、 3的齿顶开始极接 近套管1的内周面的位置设为P卜Pp将齿顶开始背离套管1的内周面的 位置设为P2、 P2，并将两齿轮2、 3的节点设为P(),各齿轮2、 3的中心设 为Pc、 Pc。为将高黏度流体顺利导入齿间内，对于穿过两齿轮2、 3的中心Pc、 Pc 的直线、与连结齿轮2、 3的中心Pc与齿顶滑接开始点P,的线段所成的角 EP必须确保自侧剖面观察(在垂直于齿轮轴的面截断的剖面观察)为0°~ 6。左右的尺寸，其中滑接开始点P,的位置，相较于穿过两齿轮2、 3的中心 Pc、 Pc的直线，设于吐出侧。而且，为减少流体自齿顶漏出，关于从齿顶 的滑接开始点P,至滑接终止点P2的(以Pc为中心的)圓弧角E4,较好的 是确保从側剖面观察为72°或72。以上的尺寸。圆弧角E4以确保齿轮2、 3 的齿间在两个或两个以上为基准。尽管如此，将E4增大时，连通于吐出口 12的流路变窄，可能给流体的吐出过程带来影响，故应将E4控制在从側剖 面观察为108。左右的尺寸范围。将Ej殳为0。或0。以上，Ej殳为72。~108。时，连结滑接开始点P,及节 点P的线段、与连结滑接结束点P2及节点P。的线段所成的角E2，从侧剖面 观察为33。~66°。因此，关于两齿轮2、 3的滑接结束点P2、 P2与节点Po 分别连结的两条线段所成的角E3，从侧剖面观察为48°~ 102°。相反而言， 为确保所需的E,、 E2(或者E4)，必需将Es的上限设为102°左右。当然， 将E3的下限设为48°左右，是为使齿间内获取的被输送的流体顺利地向吐 出口 12流下。根据本实施形态，借由成对啮合的齿轮2、 3的旋转而将流体自吸入侧 向吐出侧输送的齿轮泵IOO.中，将上述齿轮2、 3作为一点连续接触齿形的 人字齿轮，且对于各齿轮2、'3，将齿轮外径D与齿宽B之比D/B设定为 1.1-1.15,而可避免随流体围阻现象产生对轴^c的不良影响。此外，将D/B 设定为1.1-1.15，可抑制轴承载荷并确保效率，亦不会^f吏泵外形大型化。 本实施形态的齿轮泵100,与先前的渐开线齿轮泵相比较，更适合于高压、 高叙度流体的输送。而且，因将角度E3设为48°-102°,角度E44设为72°~ 108。，故可将
流体充分吸入至齿轮2、 3的齿间内，且减少齿间内获取的流体自齿顶漏出。如上所述结构的本发明的齿轮泵100，可用于高分子聚合物或熔融树脂 的制造过程，或者高分子聚合物或熔融树脂的成形物的制造过程，从而可 适于制造高分子聚合物、熔融树脂或者成形物的用途。例如，如图3所示，利用本发明的齿轮泵100将单体自单体槽110输 送至聚合槽120，以提供于制造高分子聚合物的过程中；或者借由齿轮泵 100将高分子聚合物输送至成形装置300或纺丝装置400中，以提供于制造 其成形物的过程中。而且，亦可将使用本发明的齿轮泵100制造高分子聚 合物的过程，与制造其成形物的过程一体化，以构造如图3所示的单一生 产线。再者，亦可将图3所示的单体槽110与聚合槽120,分别替换为树脂 颗粒物槽与熔融树脂槽，形成熔融树脂的制造以及其成形物的生产线。进而，亦可借由图3所示的单体槽UO、齿轮泵100以及聚合槽120而 形成聚合装置200。而且，成形装置300或纺丝装置400与齿轮泵IOO可为 异体，亦可将齿轮泵100并入成形装置300或者纺丝装置400。[第2实施例]图4及图5表示第2实施例的齿轮泵500。该齿轮泵500与第1实施例 同样地，构成为在套管1的内部空间，于啮合状态下配设有驱动齿轮502 与从动齿轮503,借由旋转驱动这些齿轮502、 503，而发挥将齿间内获取 的流体自吸入侧向吐出側输送的泵的作用。驱动齿轮502及从动齿轮503，分別为一点连续接触齿形的螺旋齿轮。 图示例中，两齿l仑502、 503的齿形为圆弧齿形。在此， 一般来说，齿轮泵的齿数越少时整个效率越高，又当齿轮外径 越小，且齿宽越大时，整个效率越高。再者，传送驱动力时必要的轴径、 轴承载荷引起轴弯曲时的轴径等，会对齿轮外径与齿宽形成限制，并由上 述因素而决定最适当的齿数。并且，齿轮泵500用于高压20Mpa时，与第1实施例同样地，外径D 与齿宽B之比D/B为1.1 ~ 1.15。继而，与第1实施例同样地，设齿轮外径为D,齿宽为D,齿轮模数 为M，齿数为Z,节圆直径为A,螺旋齿轮的齿扭转角度为p，贝'J:A = MZD = M (Z+2)两齿轮502、 503的齿形为一点接触齿形，故于齿轮轴方向上，若不扭 转1节距，则无法旋转。1节3巨-兀A/Z-丌M，贝'JB=7cM/tanp。若设定D/B-x时，根据上述，Z满足下式 Z= (27ix/tan(3) -2。 螺旋齿轮的(3，较之上述人字齿轮)3为1/2, (3=14-16。。较好的是， 上述人字齿轮于齿形加工步骤中设为32。或32。以下。当为螺旋齿轮的情形， (3= 16。或16。以上时，于齿形加工步骤中亦无防碍。于P-18。之情形下，当D/B-1.1, Z-8， D/B-1.15时，Z = 9。 因此，螺旋齿轮的情形下，当Z-8 12， |3=14~18。时，可获得与上 述同等的效果。圓弧齿形中，制作M-32、 Z=10、 A = 320、 |3= 16.75度、B = 334. 5、 容量为17152 cmVrev的螺旋齿轮泵，并与既知的圆弧齿形人字齿轮泵作比 较。性能对比是，在圓弧齿形的人字齿轮中，M = 32、 Z=10、 A- 320、 P =31度、B = 334.5，容量为17152 cm3/rev。理所当然，除扭转角度以外均 相同。在液勦度约为300 Pa s、吐出压力为20MpaG、旋转数为30 rpm的运 转条件下，圆弧齿形螺旋齿轮时亦可获得大致相同的性能。圓弧齿形螺旋齿轮泵中，即使测定吐出压力脉冲作为对围阻的评价， 亦可获得与上述人字齿轮泵的0.4%大致相同的结果。无论何者，液黏度约 为300 Pa s、吐出压力为20 MpaG、旋转数为30 rpm的运转条件下的值。 因获得与上述结果大致相同的值，故与既知的渐开线齿轮泵的差别是相当 清楚地。根据该第2实施例，如上所述可获得与第1实施例同样的效果，而且 由于驱动齿轮502及从动齿轮503为螺旋齿轮，故可一体化制作齿轮/轴， 又因构造简单，从而加工性、生产性提高。齿轮泵500可代替图3所示的齿轮泵100而使用，亦可构成并入有齿 轮泵500的成形装置300或者纺丝装置400。再者，本发明并非限于上述详细的实施形态。各部分具体的结构并非 限于上述实施形态，于不脱离本发明要旨的范围内，可作种种变形。本申请案,根据2005年2月24日提出的日本专利申请号2005 - 048965 号而主张优先权，包括该申请案的说明书、图面及权利要求书的申请内容， 全部参照而包含于此。本发明的齿轮泵，例如可适用于石油工厂或化学工厂、聚合工厂、 成形/纺丝装置等中，以高A:输送熔融树脂及高分子聚合物等用途，但并非 仅限于上述用途，亦可用于所有高压、高黏度流体的输送用途。
权利要求
1、一种齿轮泵，其特征在于包括套管，具有导入流体的吸入口以及排出该流体的吐出口；以及一对齿轮，设置于上述套管内，借由相互啮合旋转而将上述流体自上述吸入口向上述吐出口输送，其中上述一对齿轮是一点连续接触齿形的人字齿轮，且每一该些齿轮的外径与齿宽之比为1.1～1.15。
2、 如权利要求1所述的齿轮泵，其中上述齿轮的各齿数为10齿~12 齿，该齿轮各扭转角度为28°~32°。
3、 如权利要求1所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，旋转的 上述齿轮的各齿顶背离该套管内周面的位置、与该齿轮的节点分別连结的 线段所成的角度，从侧剖面观察为48° ~ 102°。
4、 如权利要求2所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，旋转的 上述齿轮的各齿顶背离该套管内周面的位置、与该齿4仑的节点分别连结的 线段所成的角度，从侧剖面观察为48。 ~ 102°。
5、 如权利要求1所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，自旋转的上述齿轮的齿顶极接近上述套管的内周面的位置，至该齿轮 的齿顶背离该套管的上述内周面的位置的圆弧角，从侧部面观察为72°~簡o。
6、 如权利要求2所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，自旋转的上述齿轮的齿顶极接近上述套管的内周面的位置，至该齿轮 的齿顶背离该套管的上述内周面的位置的圆弧角，从侧剖面观察为72。 ~ 108。。
7、 如权利要求3所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，自旋转的上述齿轮的齿顶极接近上述套管的内周面的位置，至该齿轮 的齿顶背离该套管的上述内周面的位置的圆弧角，从侧剖面观察为72°~ 108。。
8、 如权利要求4所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中， 自旋转的上述齿轮的齿顶极接近上述套管的内周面的位置，至该齿轮的齿顶背离该套管的上述内周面的位置的圆弧角，从侧剖面观察为72°~ 108。。
9、 一种高分子聚合物、熔融树脂或者成形物的制造方法，其特征在于， 在高分子聚合物或熔融树脂的制造过程、或者高分子聚合物或熔融树脂的 成形物的制造过程中，使用权利要求1所述的齿轮泵。
10、 一种高分子聚合物、熔融树脂或者成形物的制造方法，其特征在 于，在高分子聚合物或熔融树脂的制造过程、或者高分子聚合物或熔融树 脂的成形物的制造过程中，使用权利要求2所述的齿轮泵。
11、 一种聚合装置，其使用权利要求l所述的齿轮泵。
12、 一种聚合装置，其使用权利要求2所述的齿轮泵。
13、 一种成形装置，其使用权利要求1所述的齿轮泵。
14、 一种成形装置，其使用权利要求2所述的齿轮泵。
15、 一种纺丝装置，其使用权利要求1所述的齿轮泵。
16、 一种纺丝装置，其使用权利要求2所述的齿轮泵。
17、 一种齿轮泵，其特征在于包括套管，具有导入流体的吸入口及排出该流体的吐出口；以及 一对齿轮，设置于上述套管内，借由相互啮合旋转而将上述流体自上 述吸入口向上述吐出口输送，其中上述一对齿轮是一点连续接触齿形的螺 旋齿轮，且每一该些齿轮的外径与齿宽之比为1.1-1.15。
18、 如权利要求17所述的齿轮泵，其中上述齿轮的各齿数为10齿-12齿，该齿轮各扭转角度为14°~17°。
19、 如权利要求17所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，旋转 的上述齿轮的各齿顶背离该套管内周面的位置、与该齿轮的节点分别连结 的线段所成的角度，从侧剖面观察为48° ~ 102°。
20、 如权利要求18所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，旋转 的上述齿轮的各齿顶背离该套管内周面的位置、与该齿轮的节点分别连结 的线段所成的角度，从侧剖面观察为48° ~ 102、
21、 如权利要求17所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，自旋 转的上述齿轮的齿顶极接近上迷套管的内周面的位置，至该齿轮的齿顶背 离该套管的上述内周面的位置的圆弧角，从侧剖面观察为72°~108°。
22、 如权利要求18所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，自旋 转的上述齿轮的齿顶极接近上迷套管内周面的位置，至该齿轮的齿顶背离 该套管的上述内周面的位置的圆弧角，从侧剖面观察为72°~108°。
23、 如权利要求19所述的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，自旋转的上述齿轮的齿顶极接近上述套管的内周面的位置，至该齿轮 的齿顶背离该套管的上述内周面位置的圓弧角，从侧剖面观察为72° ~ 108°。
24、 如权利要求20所逸的齿轮泵，其中上述套管的内周形状中，自旋 转的上述齿轮的齿顶极接近上述套管的内周面的位置，至该齿轮的齿顶背 离该套管的上述内周面的位置的圆弧角，从侧剖面观察为72°~108°。
25、 一种高分子聚合物、熔融树脂或者成形物的制造方法，其特征在 于，在高分子聚合物在熔融树脂的制造过程，或者高分子聚合物或熔融树 脂的成形物的制造过程中，使用权利要求17所述的齿轮泵。
26、 一种高分子聚合物、熔融树脂或者成形物的制造方法，其特征在 于，在高分子聚合物或熔融树脂的制造过程，或者高分子聚合物或熔融树 脂的成形物的制造过程中，使用权利要求18所述的齿轮泵。
27、 一种聚合装置，其使用权利要求17所述的齿轮泵。
28、 一种聚合装置，其使用权利要求18所述的齿轮泵。
29、 一种成形装置，其使用权利要求17所述的齿轮泵。
30、 一种成形装置，其使用权利要求18所述的齿轮泵。
31、 一种纺丝装置，其使用权利要求17所述的齿轮泵。
32、 一种纺丝装置，其使用权利要求18所述的齿轮泵。
全文摘要
本发明提供一种齿轮泵，其适用于输送熔融树脂等高压、高黏度流体。在齿轮泵100中，借由齿轮2、3的旋转而将流体自吸入口11侧向吐出口12侧输送，上述齿轮2、3设置于套管1内且成对地啮合，将上述齿轮2、3作为一点连续接触齿形的人字齿轮，且对于各齿轮2、3，将齿轮外径D与齿宽B之比D/B设为1.1～1.15。当D/B小于1.1时，可能由轴承载荷过大而对轴承产生损伤，并且在压送熔融树脂等用途方面不适合。另一方面，当D/B大于1.15时，伴随泵外形的大型化，其机械效率下降，且整体效率也下降。
文档编号F04C2/18GK101133250SQ20068000531
公开日2008年2月27日 申请日期2006年2月17日 优先权日2005年2月24日
发明者冈田元博 申请人:岛津Mectem株式会社