低噪声齿轮泵的制作方法

专利名称：低噪声齿轮泵的制作方法
低噪声齿轮泵
相关申请的交叉引用
本申请是2006年2月22日提交的美国申请序列号为11/359728 的部分延续申请，序列号为11/359728的该美国申请要求2005年2月 22日提交的临时申请号为60/655221的优先权。申请序列号为 11/359728的申请是2005年4月8日提交的美国申请序列号为 11/101837、现在为美国专利号为7179070的部分延续申请，序列号为 11/101837的该美国申请要求2004年4月9日提交的临时申请序列号 为60/560897的优先权。
本申请要求于2006年3月13日提交的美国临时申请序列号为 60/781775的权益。
背景技术：
本发明大体涉及车辆动力系统，且具体地涉及降低齿轮磨损以便 用于任意系统的低噪声齿轮泵。
齿轮泵和马达是一些可获得的最耐用的泵。然而，这些泵产生的 噪声对于许多应用而言是令人不快的。控制这种噪声源是合乎需要 的。噪声级别和频率受齿轮齿类型、齿轮齿几何形状、齿轮齿表面和 润滑作用的影响。当齿轮齿啮合时，滞留于它们之间的油产生了大部 分噪声。
在许多实例中，在修改齿轮齿的几何形状会损害齿轮传递负载的 能力的情况下，不可能改变所用齿轮齿的类型或平滑齿表面。此外， 使用高粘度的油和油脂可削弱噪声，但不能很好地适用于每一齿轮单 元。
因此，期望提供一种额外地降低齿轮磨损的低噪声齿轮泵。

发明内容
为了提供安静的密封策略，不得不重新考虑齿轮目前啮合的方 式。代之以使用齿形侧面来密封的齿轮，使用齿轮的顶部对于齿轮的 根部作为一个点而获得密封，并且当下一齿轮齿接合时，油从先前啮
合的齿轮齿之间流体静力地(hydrostatically)溢出。
本发明优选为包括用于任意装置中的低噪声齿轮组，并且在本文 中描述为用于动力装置，该动力装置具有发动机，其驱动连接到低压 流体源上的泵，以在输出处产生高压流体；至少一个可变排量泵/马达， 其响应所述高压流体以在输出处产生转动；该排量泵/马达包括驱动齿 轮以及与该驱动齿轮相啮合的空转齿轮，其中，该空转齿轮沿着所述 对应齿4仑的齿廓的两个点与驱动齿專仑相啮合；两个点中的至少一个点 为一个齿轮齿的根部，其与相对齿轮齿的顶部相啮合而产生了用于在 根部和顶部之间获得与低压流体源相流体密封的第一啮合点，以及当 齿接合时沿着齿廓的随后的第二点， 一旦在高压流体输出处脱离接合 时能使流体在该两点之间流体静力地溢出。
优选的是，用于提供降低齿轮磨损的低噪声齿轮泵的方法包括如 下步骤提供第一齿轮；使第一齿轮在两个啮合点中的第一点处接合 第二齿轮；其中，第一啮合点为一个齿轮齿的根部和相对齿轮齿的顶 部，并且第二啮合点为沿着一个齿轮齿廓一侧的点，其与相对齿轮齿 廓一侧的点相啮合；当齿4仑在两个啮合点中的一个点处接合时，形成 用于密封齿轮齿的区域；以及沿着转动齿轮齿的齿廓在该两个啮合点 中的另 一个点处脱离接合，提供了使流体流体静力地溢出的方法。


当结合附图考虑时，本领域技术人员根据下列优选实施例的详细 描述将会容易地了解本发明上面的以及其它的优点，附图中
图la为根据本发明的液压混合动力系统的示意图，其中模式选择 阀处于"驱动"位置；图lb为图la的液压混合动力系统的视图，其中模式选择阀处于" 空档"位置；
图lc为图la的液压混合动力系统的视图，其中模式选择阀处于" 倒档"位置；
图ld为图la的液压混合动力系统的视图，其中模式选择阔处于" 驻车"位置；
图le为图la的液压混合动力系统的视图，其中制动超控(ovemde) 装置处于超控位置；
图2为图la-ld中所示驱动马达和排量控制装置的放大比例示意
图3为图la-ld中所示制动超控装置和止回阀桥接回路的放大比 例示意图4是根据本发明的内齿轮泵/马达的分解透视图5是根据本发明的外齿轮泵/马达的局部分解透视图；以及
图6是根据本发明的齿轮啮合装置和方法的放大视图。
具体实施例方式
下列专利申请通过引用并入本文中美国临时申请序列号 60/560897;美国专利申请序列号11/101837，即现在的美国专利号 7179070;美国专利临时申请序列号60/655221;美国申请序列号 11/359728;以及美国专利临时申请序列号60/781775。
低噪声齿^r组300描述为用于泵/马达16中，并且马达76a-76d 优选为例如在2005年4月8日提交的共同转让和共同未决的专利申 请序列号11/101837、也就是现在的美国专利号7179070中示出的可 变排量泵/马达，序列号为11/101837的该申请的公开内容因此通过引 用并入且在图4和图5中示出。作为备选，泵/马达16和马达76a-76d 为叶片型或活塞型可变排量泵/马达或者为固定排量泵/马达。另外， 带有低噪声齿轮组300的泵/马达16可结合液压混合动力系统10 —起使用，例如2005年2月22日提交的共同转让和共同未决的申请序列 号为11/359728中示出的液压混合动力系统，序列号为11/359728的 该申请的公开内容因此通过引用并入且在图1-3中示出。
现在参看图6,总体上以300指代根据本发明的低噪声齿轮组。 低噪声齿轮组300可用在期望使用任何粘性流体的内齿轮泵/马达或 外齿轮泵/马达的各种装备中，从而有利地提供了用于任何环境的低噪 声和低磨损的齿轮组。
低噪声齿轮组300包括至少两个或多个齿轮，优选为驱动齿轮310 和空转齿轮312。当驱动空转齿轮312时，空转齿轮312在沿着相应 齿廓318,320的两个点314,316处啮合驱动齿轮310。当驱动齿轮310 转动时，齿轮310,312在第一啮合点314处接合。该第一啮合点314 优选在一个齿轮齿的根部326(此时为位于驱动齿轮310上的齿轮齿根 部326)接合相对齿轮齿的顶部328(此时为位于空转齿轮312上的齿轮 齿顶部328)时形成。
当驱动齿4仑310继续转动时，优选地沿着驱动齿4仑310的一个齿 轮齿廓318和空转齿轮312的相对齿轮齿廓320的一侧形成第二啮合 点316。当第一啮合点314在齿轮转动期间脱离且第二啮合点316随 后接合时，通过由位于泵16 —侧的加压流体或气体所产生的才几械压 力而产生密封322。少量的流体324如油滞留在驱动齿轮310和空转 齿4仑312之间处于由点314和点320所形成的密封322之间。由于密 封322,迫使滞留流体324的压力垂直于齿轮310,312的中心，从而 迫使流体324在齿轮310,312之间流出，而不是齿轮310,312试图压 缩位于它们之间的流体324。
当使用包括例如液压混合动力系统10(包括泵/马达16)的动力装 置时，用于提供降低齿轮磨损并用于泵16的低噪声齿轮组300的优 选方法包括如下步骤
提供第一齿轮310;
使第一齿轮310在第一啮合点314处接合第二齿轮312，其中，第一啮合点314为一个齿轮齿的才艮部326和相对的齿4仑齿的顶部328;
使第一齿轮310在第二啮合点316处接合第二齿轮312，其中， 第二啮合点316为沿着一个齿轮齿廓318 —侧的点，该点与沿着相对 的齿轮齿廓320 —侧的点相啮合；
当齿轮310,312在第二啮合点316接合并且与第一啮合点314脱 离时，形成用于密封齿轮齿的区域322;以及
一旦在第一啮合点314处脱离接合齿轮齿时，则提供了用于使流 体324流体静力地溢出的方法。
当驱动齿轮310转动空转齿轮312时，齿轮齿的啮合持续地形成 随后的第一啮合点314和第二啮合点316。这样，当第二啮合点316 脱离接合时，随后齿轮齿上的随后第 一啮合点在相应齿的根部和顶部 处形成。齿轮的转动提供了沿着齿轮齿廓的啮合点系统。在接合第二 啮合点316的初始时第一啮合点314的开始脱离，形成了用于密封的 区域322。 一旦第一啮合点314脱离，则流体324流体静力地溢出密 封区域322。
现在参看图la,总体上以10指代液压混合动力系统。动力系统 10可用在各种装备中，例如但不限于本领域中技术人员所理解的机动 车辆、船只、潜艇、直升机等，但为了清楚起见在本发明以下描述中， 视为安装在机动车辆中。动力系统IO包括动力装置部分ll、模式选 择器模块43、控制部分59和动力输送部分76。
动力系统10的动力装置部分11包括与燃料源14连通的发动机 12。发动机12可以是常规的内燃机、涡轮机、由电池供以动力的电 动马达、燃料电池等。发动机12有选择地将扭矩提供到优选为可变 排量的液压泵/马达16,其中，可变排量液压泵/马达16在其入口侧设 有液压流体的低压源18而在其出口侧设有高压管道20。当保持在本 发明的范围之内时，液压流体可以是液体、例如^f旦不限于水、液压液、 传动液等，或属于本发明范围内的任意可压缩气体。因为装置16根 据系统10的模式交替地用作泵或马达，所以将该装置描述为泵/马达16，在下面对其进4亍更加详细的描述。
系统10的动力装置部分11包括多个附属驱动装置，这些附属驱
动装置包括但不限于电动发电机22、空气调节压缩机24和热泵26。 电动发电机22连接到动力维持模块28上，而动力维持模块28又连 接到电池30上。热泵26与加热器芯(heater core)32连通，且热泵26 和加热器芯32 二者都与发动机12的冷却水源34流体连通。空气调 节压缩机24与热交换器36连通。附属驱动装置22,24和26优选通过 各自的电动机或液压马达来运行。作为备选，附属驱动装置22,24和 26有选择地机械地离合联接到发动机12上。蓄能器38与泵/马达16 出口上的高压管道20流体连通。蓄能器38用作高压液压流体的储液 器，并维持系统10中的高压，例如，通过使用高压气体等(未示出) 增压，如本领域技术人员所了解的。
节流控制模块40经由线路24a上的信号接收空气调节压缩机24 的输入信号、经由线路28a上的信号接收动力维持模块28的输入信号 以及经由线路38a上的信号接收蓄能器38的输入信号。如在下文中详 细讨论的那样，基于线路24a,28a和38a上的输入信号，节流控制模 块40在线路42上提供输出信号以控制发动机12和泵/马达16的其中 之一或二者。线路24a、 28a、 38a和42上的信号可以是各个构件与节 流控制模块40之间的电子信号或机械反馈。节流控制模块40可以是 任何适合的机械装置或电气装置，这些装置是可操作的，以基于一个 或多个输入来控制发动机12和泵/马达16的运行。
模式选择器模块43包括通过高压入口管道46与高压管道20流 体连通的模式选择阀44。模式选择阀44优选为连接到变速器式调档 杆(未示出)等上，以有选择地将阀44移到下列位置之一"D"或驱 动位置(最好见图la)、 "N"或空档位置(最好见图lb)、 "R"或倒档 位置(最好见图lc)以及"P，，或驻车位置(最好见图ld)。模式选择阀 44包括连接到其上、与高压入口管道46相邻的低压入口管道48。模 式选择阀44还包括连接到其上、位于模式选择阀44相对一侧的高压出口管道50和低压出口管道52。如在下文详细讨论的那样，模式选 择阀44的各个位置P、 R、 N和D有选择地将位置的内部部分与管道 46,48,50和52对齐，并控制系统10中液压流体流的方向。尽管上面 描述为"入口"和"出口"，但在运行期间各管道46,48,50和52均 可根据系统10的运行条件而用作入口或出口 ，这将在以下详细讨论。
管道50和52依次连接到制动超控装置54上。制动超控装置54 还包括位于制动超控装置54相对一侧、连接到其上的高压出口管道 56和低压出口管道58。制动超控装置54具有第一位置或正常位置54a 以及第二位置或超控位置54b,这将在下面更加详细地描述。
控制部分59包括通过高压入口管道62与高压管道20流体连通 的排量控制阀60。排量控制阀60包括连接到其上、与高压入口管道 62相邻的低压入口管道64。排量控制阀60还包括连接到其上、位于 排量控制阀60相对一侧的高压出口管道66和低压出口管道68。排量 控制阀60为浮动定位阀并包括连接到其上的加速器70和制动器72， 以便将来自排量控制阔60的流引导至多个缸74a、 74b、 74c和74d。 加速器70和制动器72优选为机械地连接到各自的加速器踏板和制动 器踏板(未示出)上。制动器72经由连接器73连接到制动超控装置54 上。排量控制阀60具有第一位置或加速位置60a、第二位置或保持位 置60b和第三位置或减速位置66c。排量控制阀60的各位置60a、 60b 和60c均有选择地将各位置60a、 60b和60c的内部部分与管道62,64,66 和68对齐，并控制通向缸74a、 74b、 74c和74d的液压流体流的方向， 最好见图2。
各缸74a、 74b、 74c和74d经由连接器75a、 75b、 75c和75d机 械地连接到各车轮上的各个驱动或牵引马达76a、 76b、 76c和76d(在 动力输送部分76中)。马达76a-76d优选为可变排量马达。如本领域 技术人员所理解的那样例如通过连接到旋转斜盘或类似部件上，连接 器75a-75d的位置确定了马达76a-76d的排量。高压出口管道66与各 缸74a-74d中活塞(未示出)的一侧流体连通，而低压出口管道68与缸74a-74d中与活塞相对的一侧流体连通。虽然系统IO示出为具有多个 牵引马达76a、 76b、 76c和76d，但是本领域技术人员应当理解，在 本发明的范围内可采用少至一个马达。例如，在机动车辆的单马达装 备中，单个马达的输出连接到差动齿轮上，而该差动齿轮又机械地连 接到一对驱动轮上。各牵引马达76a、 76b、 76c和76d具有上端口 77a、 77b、 77c和77d以及下端口 78a、 78b、 78c和78d。经过上端口 77a-77d 和下端口 78a-78d的流体流的方向确定了马达76a-76d的方向。反馈 连接器80延伸在排量控制阀60和缸74a-74d的活塞之间。
止回阀桥4妄回^各82包括多个止回阀84、 86、 88和90,并且以与 全波桥接整流器相类似的方式布置，最好见图3。管道92与止回阀 84的入口以及止回阀86的出口流体连通。管道92还与高压出口管道 56流体连通。管道94与止回阀86的入口以及止回阀88的入口流体 连通。管道94还与液压流体的低压源18流体连通。管道96与止回 阀88的出口以及止回阀90的入口流体连通。管道96还与低压出口 管道56流体连通。管道98与止回阀84的出口以及止回阀90的出口 流体连通。管道98还与高压管道20流体连通。
现在参看图4，总体上以IOO指代根据本发明的内齿轮装置。如 本领域技术人员所理解的，装置IOO可构造成作为马达或泵来运行， 但在本发明的下面描述中将称为马达。内齿轮马达100包括具有基部 104和端盖106的中空壳体102。基部104在其中限定了凹部或腔体 108,其大小定制成^l妄收第一心轴IIO和第一活塞部件112。端盖106 包括至少两个端口 107(仅示出一个)，各端口 107均延伸在端盖106 的内表面和外表面之间，优选在端盖106的相对两侧上。其中的一个 端口 107连接到流体系统的高压段如图la-le中的高压管道20上，而 另一个端口 107则连接到回流管路或流体源如图la-le中的流体源18 上。
第一心轴110限定了贯穿其基部111延伸的孔114,并包括从基 部111的上表面113向上延伸的第一外凸缘116和多个间隔开的第二外凸缘118。内凸缘120从第一心轴110的基部111向上延伸，并定 位成与孔114相邻。第一外凸缘116定位成与孔114相邻。第二外凸 缘118与孔114和内凸缘120 二者都间隔开。第一密封套筒122大小 定制成转动地装配在孔114中，并且优选在高度上与第一心轴110的 基部lll大致相等，以至于当套筒122置于孔114中时，套筒122的 上表面与基部111的上表面113大致齐平。
大致圓形截面的外齿轮124适于设置在基部111的上表面113上， 其中，齿轮124的弯曲外表面与外凸缘116和118的相应弯曲内表面 相邻。外齿轮124包括形成在其内表面上的多个齿126。当置于上表 面113上时，齿轮124轴向地固定在外凸缘118和内凸缘120之间。
大致圓形截面的内齿轮128包括形成在其外表面上的多个齿130， 并且限定了其中贯通的孔132。齿130是可操作的，用以与形成在外 齿轮124内表面上的齿126相啮合。齿轮128的下表面延伸进套筒122 并与该套筒122—起转动，其中，当组装并运行马达100时，齿130 与套筒122上的相应齿配合，如下文更加详细的描述。内齿轮128的 齿130的相应外表面与内凸缘120的内表面相邻。当组装马达100时， 孔132适于接收驱动轴或输出轴134的自由端。内齿轮128可沿着轴 134轴向地移动。驱动轴134通过轴岸(135如3求轴承、滚柱轴岸义等支 承在端盖106中。驱动轴134的自由端超出端盖106的上表面延伸预 定距离并且作为马达100的输出轴。
第二活塞部件136在其内部部分上限定了孔138，并且适于安装 在第一心轴110的外凸缘116和118的相应上表面上。因此，第二活 塞136和第一活塞112分别安装在下心轴110的上表面和下表面上。
第二心轴140适于布置在第二活塞部件136的孔138内，并且在 其内部部分上限定了用于接收驱动轴134的孔142。第二心轴140包 括向下延伸的凸缘144,其在组装马达100时与第一心轴110向上延 伸的内凸缘120配合。上心轴140包括其中贯通的一对孔146，以在 马达100运4亍期间与齿4仑122和124流体连通。第二密封套筒148包括形成在其外部表面上的多个齿150,并限 定了其中贯通的孔152。如在下文中详细讨论的那样，第二密封套筒 148适于在孔152中接收上心轴140，并适于容纳在外齿轮124中且 与其一起转动，其中当组装并运行马达100时，齿126与套筒148上 的齿150配合。
当组装马达100时，第一心轴110和第一活塞112置于壳体102 的基部104中，第一密封套筒122置于心轴110中，以及外齿轮124 置于心轴110上。内齿轮132和第二心轴138安装在驱动轴134上， 并组装成使得齿轮132和124的相应齿130和126转动地啮合以及内 齿轮132与第一密封套筒122接合。第二活塞136附接在心轴110的 上表面上，并且第二密封套筒148置于第二心轴138上并且与外齿轮 124相接合。向下延伸的凸缘144与向上延伸的内凸缘120配合，以 将外齿轮的内部分成马达100的入口室和排出室，并且上端盖106附 接在基部104上以封闭壳体102。凸缘120和144在齿126和齿130 之间径向地延伸，以在凸缘的一侧形成入口室而在凸缘的另一侧形成 排出室。
运行时，轴134连接到负载(未示出)上，例如车轮等。受压流体 通过其中的一个端口 107从流体系统例如从图la-le的高压管道20中 引入，通过孔146通向齿轮124和128的入口室侧，作用在啮合齿126 和130上以转动齿轮和轴，在各齿之间流动到达排出室并且通过另一 孔146排到另一端口 107。第一密封套筒122在内齿轮128和第一心 轴110之间提供了转动密封以及第二密封套筒148在外齿轮124和第 二心轴140之间提供了转动密封，以确保入口室和排出室的完整性。 根据本发明的马达100只需密封件122和148来维持流体密封并允许 马达100的有效运行。
齿轮124的齿126与齿轮128的齿130之间的正常或默认的空间 关系使得齿126和130大致接合齿的全部轴向面积。在这种关系中， 马达100产生其最大容积流量或最大输出。因为内齿轮128可沿着轴134轴向地移动，所以根据本发明的马达100可有利地从其最大排量 变化。当内齿轮128向第一心轴110移动时，齿126和齿130较少的 轴向面积接合，这降低了马达100的容积流量或排量。
当单元IOO构造为马达时，外部压力源(例如来自外部液压泵的液 压流体、来自空气压缩机中的压缩空气等)，提供了通向端口 107的容 积流量，以旋动齿轮124和128并在轴134上产生输出扭矩。当压力 变化时，内齿轮128将沿着轴134的轴线移动，以改变马达100的输 出马力。马达100可有利地用于在广泛变化的输出负载下控制输出 rpm，这些输出负载包括但不限于机动车辆、炮塔、大型机械、推土 机、大型钻井机、船舶、农机装备等。
如图la-le中的发动机12)时，泵IOO将通过基于泵壳体102中的内部 压力来改变其输出，从而对降低的输入速度或输入扭矩起作用。在这 种情况下，输出端口 107将在排出室中产生更高的背压，并且内齿轮 128将沿着轴134的轴线移动到沿该轴线、齿轮128处于或接近平衡 的点，以继续运行。因此，泵100可从内齿l仑128与上心轴140大致 相邻的最大输出或最大排量变化到内齿轮128与下心轴110大致相邻 的最小排量。
现在参看图5，总体上以200指代根据本发明的外齿轮装置。如 本领域技术人员所理解的，装置200可构造成作为泵或马达来运行， 但为了简化本发明的描述将称作泵。外齿轮泵200包括中空壳体202, 该壳体202具有由本体部分208连接的第 一端盖204和第二端盖206。 优选的是，第一端盖204和第二端盖206通过多个紧固件210如高强 度螺栓等而附接到本体部分208上。本体部分208在其中限定了凹部 212。
其外表面上形成有多个齿216的第一齿轮214和其外表面上形成 有多个齿220的第二齿轮218适于布置在壳体202的凹部212中。在 泵200的运行期间，相应齿轮214和218的齿216和220是可操作的，以在凹部或泵腔212中可转动地啮合。第一齿轮214具有从其延伸的 轴222，第二齿轮216具有从其延伸的阶梯轴224。第一齿轮214固 定在轴222上，第二齿轮218可沿着轴224轴向地移动。轴222和224 在相反的轴向方向上延伸，并且轴224在长度上大于轴222。具有内 齿的第一密封套筒226接收第一齿轮214，内齿的第二密封套筒 228接收第二齿轮218的端部。
板式装配件230包括从其向下延伸的凸缘232，并且在其平坦上 表面上附接到第一止推板234上。优选的是，止推板234通过多个紧 固件236如高强度螺栓等而附接到装配件230上。轴222的自由端延 伸穿过形成在装配件230和止推板234中的孔。轴222的自由端通过 一对螺母238可转动地紧固在装配件230和止推板234中，并由轴承 240如球轴承、滚柱轴承等而可转动地支承。第二密封套筒228是可 操作的，以容纳在装配件230中与凸缘232相邻的凹部内。当轴222 安装在装配件230和止推板234中时，齿轮214相对于壳体202轴向 地固定。
第二止推板242通过多个紧固件244如高强度螺栓等而附接到第 一端盖204的上表面205上。板242包括邻近第一端盖204上表面的 用于接收轴224的自由端的孔和用于接收和定位第一密封套筒226的 较大的孔。轴224的自由端延伸穿过板242中的孔，在阶梯处与一对 螺母246螺紋接合，并且由轴承248如球轴承、滚柱轴承等而可转动 地支承。轴承248优选布置在形成于第一端盖204上表面205中的腔 体250中，而螺母246在与上表面205相反的下表面上将轴224附接 到端盖上。轴224的自由端超过端盖204的下表面延伸预定距离，并 且作为泵200的驱动轴或输出轴。
本体部分208限定了均在其内表面和外表面之间延伸的第一端口 252和第二端口 254。端口 252和254中的一个端口连接到流体系统 的低压段如图la-le中的液压流体源18等，而端口 252和254中的另 一端口则连接到流体系统的高压段或加压段如图la-le中的高压管道
1620。
在运行时，轴224连接到原动机上，例如图la-le中的发动机12 等。当原动机转动轴224时，齿轮218转动并致使齿轮214转动。流 体通过端口 252或254中的一个从流体系统引入，如本领域所/>知的 那样滞留在啮合齿216和220之间，并通过端口 252或254中的另一 个排出。在泵200的运行期间，在壳体202中形成适当的通路以确保 流体正确地传送。第一密封套筒226在第一齿4仑214和上表面205之 间提供了转动密封并且第二密封套筒228在第二齿轮218和装配件 230之间提供了转动密封，以确保泵腔212的完整性。根据本发明的 泵200只需密封套筒226和228来维持密封并允许泵200有效地运行。
齿轮214和218的齿216和220之间的正常或默认空间关系使得 齿216和220大致接合齿的全部轴向面积。在这样的关系中，泵200 产生其最大容积流量或最大排量。因为第二齿轮218可沿着轴224轴 向地移动，所以根据本发明的泵200可有利地,人其最大排量变化。当 第二齿轮218向下止推板242移动时，齿216和220较少的轴向面积 接合，这降低了泵200的容积流量或排量。通常，这将在原动机以低 速或^f氏扭矩地转动轴224时发生，并且泵200将通过基于泵壳体202 中的内部压力来改变其输出，从而对降低的输入速度或输入扭矩起作 用。在这种情况下，输出端口 252或254将在凹部212中产生更高的 背压，并且第二齿轮218将沿着轴224的轴线移动到沿该轴线、齿轮 218处于或4妄近平衡的点，以继续运行。因此，泵200可从齿4仑218 与装配件230大致相邻的最大输出或最大排量变化到齿轮218与下止 推板242大致相邻的最小排量。
当装置200构造为马达时，外部压力源(例如来自外部液压泵的液 压流体、来自空气压缩机的压缩空气等)提供了通向端口 252和254的 容积流量，以;菱动齿4仑214和218并在轴224上产生输出扭矩。当压 力变化时，第二齿4仑218将沿着轴224的轴线移动以改变马达200的rpm，这些负载包括但不限于机动车辆、炮塔、大型机械、推土机、 大型钻井机、船舶、农机设备等。
在运行系统10时，发动机12启动并向泵/马达16提供扭矩，而 泵/马达16又向高压管道20提供加压的液压流体。蓄能器38确保管 道20内的液压保持相对稳定，并以本领域技术人员所公知的方式提 供能量存储。管道20内的压力传递到管道46，62和98。
参看图la，当模式选择阀44处于D或驱动位置并且制动超控装 置54处于54a位置时，液压流体将流经管道46，沿着D位置中箭头 所示的方向经过模式选择阀44并流出管道50,沿着54a位置中箭头 所示的方向经过制动超控装置54并流出管道56，并到达马达76a-76d 的相应上端口 77a-77d,经过马达76a-76d并到达相应的下端口 78a-78d，从而降低了压力并以本领域技术人员所公知的方式为各个马 达76a-76d提供沿前向方向的输出扭矩。下端口 78a-78d中的低压液 压流体经由管道58行进，沿着54a位置中箭头所示的方向经过制动超 控装置并流出管道52，沿着D位置中箭头所示的方向经过模式选择 阀44并流出管道48而到达液压流体源18 。
参看图lb，当模式选择阀44处于N或空档位置并且制动超控装 置54处于54a位置时，液压流体将流经管道46， ^f旦由于在N位置与 管道46相邻的端盖而阻止该流体流经模式选择阀44。出口管道50和 52与管道48中的低压液压流体相流体连通，且由于管道50和56中 的压力与管道52和58中的压力相平衡，故因而没有流体流经制动超 控装置54或流向马达76a-76d。当在N位置时，如果马达76a-76d中 的任意一个需要油流，则来自储液器18的油可以用来流过马达 76a-76d。
参看lc,当模式选择阀44处于R或倒档位置且制动超控装置处 于54a位置时，液压流体将流经管道46，沿R位置内箭头所示的方向 经过模式选择阀44并流出管道52，沿54a位置内箭头所示的方向经 过制动超控装置54并流出管道58，并到达马达76a-76d的相应下端口 78a-78d,经过马达76a-76d并到勤目应的上端口 77a-77d,从而降 低了压力并以本领域技术人员所公知的方式为各个马达76a-76d提供 在反向方向上的输出扭矩。下端口 77a-77d中的低压液压流体经过管 道56行进，沿着54a位置中箭头所示的方向经过制动超控装置并流出 管道50，并沿着D位置中箭头所示的方向经过模式选择阀44并流出 管道48而到达液压流体源18 。
参看图Id,当模式选择阀44处于P或驻车位置且制动超控装置 54处于54a位置时，由于在P位置中与各管道46,48,50和52相邻的 端盖阻止了流向马达76a-76d的任意流动，故液压流体将不会流经管 道46,48,50和52中的任意一个管道。
如上所述，在第一位置54a中，制动超控装置54允许液压流体在 管道50和56之间以及在管道52和58之间流动(这取决于模式选择阀 44的位置)。但在第二位置54b中，最好见图le,由于在第二位置54b 中与各管道50,52,56和58相邻的端盖阻止了经过制动超控装置54的 任意流动，故液压流体将不会流经管道46,48,50和52中的任意一个 管道。通过制动器72的促动以及信号沿着连接器73的传递，制动超 控装置54从其正常的第一位置54a移到第二位置54b,并阻止液压流 体从排量控制阀44流到马达76a-76d。
在运行时，如果制动器72在模式选择阀44处于D或驱动位置时 接合，且超控装置54移动到第二位置54b,则用于马达76a-76d的仅 有的液压流体源流经止回阀桥接回^各82，因此所有的流体流都经过止 回阀桥接回路82传送。在制动期间，马达76a-76d将开始用作泵，有 利地在制动期间从车轮的转动中重获能量。当在D位置制动时，液压 流体将从液压流体源18流经管道94、经过止回阀86、经过管道92、 到达上端口 77a-77d并到达马达76a-76d，在马达76a-76d中增大了液压 流体压力。然后，高压液压流体将从马达76a-76d流经下端口 78a-78d、
过止回阀90并进入管道98，在此高压液压流体流向管道20并再填充蓄能器38。
当在模式选择阀44处于R位置而制动时，液压流体将从液压流
体源18流经管道94、经过止回阀88、经过管道96、到达下端口 78a-78d 并到达马达76a-76d，在马达76a-76d中增大了液压流体压力。高压液 压流然后将从马达76a-76d流经上端口 77a-77d、经过管道92,并且 如果管道92中的压力大于管道98中的压力则会经过止回阀84并进 入管道98,在此高压液压流体流向管道20并再填充蓄能器38。
止回阀桥接回路82用于防止一旦车辆完全停止时液压流体沿反 向方向流向马达76a-76d。当制动且模式选择阀44处于D位置时，制 动超控装置54移向位置54b并防止从模式选择阀44至马达76a-76d 的流动。来自高压管道20的流将试图经由管道98到达马达76a-76d， 但阻止其经由止回阀84和90流向马达。止回阀桥接回路82将仅允 许从管道92经过止回阀84流向管道98或从管道96经由止回阀90 流向管道98，这将仅在管道56和92或者管道58和96中的压力大于 管道98中的压力时才会发生。如果管道92中的压力小于管道98和 管道94中的压力，则止回阀86将打开，但由于管道94处于低压， 故不会发生从储液器18至管道92的流动。类似地，如果管道96中 的压力小于管道98和管道94中的压力，则止回阀88将打开，但由 于管道94处于低压，故不会发生从储液器18至管道96的流动，并 且有利地防止了当车辆已完全停止后高压液压流体致使马达76a-76d 沿反向方向4妄合。
在运行时，液压流体经过系统10的流动由操作员经由连接到排 量控制阀60上的加速器70和制动器72来控制。连接器80和连接装 置75a-75d经由适当的联接等而连接在一起，这允许马达76a-76d以 类似于连接器80通过连接75a-75d向马达76a-75d提供控制的方式而 经由连接装置75a-75d向排量控制阀60提供反馈。
例如，如果车辆用户(未示出)按压加速器70,这致使反馈连接器 80沿加速方向移动并致使排量控制阀60朝向位置60a移动。来自管道62的高压流体将流经排量控制阀60上的端口 ，增大了管道66中 的压力并流向缸74a-74d。由于管道66中的压力将大于管道68中的 压力，故连接器75a-75d将沿加速方向移动，增加了马达76a-76d的 排量并从而增加了马达76a-76d的输出扭矩。
一旦达到马达76a-76d所需的输出扭矩，马达76a-76d将往回节 流，沿减速方向移动连接器75a-75d，降低管道66中的压力并增大管 道68中的压力。这种移动通过反馈连接器80传递回排量控制阀60, 将排量控制阀移向位置60b。在位置60b,没有经过排量控制阀60的 流动，因而连接器75a-75d保持静止，且马达76a-76d的排量保持恒 定从而其输出扭矩保持恒定。
如果用户将他或她的脚从加速器70移开，这致使反馈连接器80 沿减速方向移动，并致使排量控制阀60移向位置60c。来自管道62 的高压流体将流经排量控制阀60上的端口 ，增大了管道68中的压力 并流向缸74a-74d。由于管道68内的压力大于管道66中的压力，故 连接器75a-75d将沿减速方向移动，降低了马达76a-76d的排量，从 而降低了马达76a-76d的输出扭矩。
有利的是，在加速器70和发动机12之间没有直接连接。相反的 是，基于发动机速度(基于线路42上的信号)、扭矩(基于排量控制阀 60的位置，该位置受加速器70位置的影响)以及系统压力(基于线路 38a上的信号)的组合来运行和控制发动机12。该输入组合允许系统 10的节流控制模块40基于已知的发动机效率参数来使得发动机12总 是以其峰值效率运行，并因此提供了对发动机12和系统10的比例控 制。当系统10完全增压时，可有利地关闭发动机12，将瞬时燃料消 耗降至零。当系统压力下降时，发动机12重新起动以再次向管道20 提供压力。
基于空气调节压缩机24、动力维持模块28和蓄能器38的状况或 运行状态(如由其线路24a、 28a和38a上的相应信号所确定的那样)， 节流控制模块40在线路42上发送信号，以起动或停止发动机12和/或改变泵/马达16的排量。
当管道20中的系统压力增大时，蓄能器38充满并且降低了来自 泵/马达16的流率。由于通向马达76a-76d的输出，泵/马达16的流继 续降低直至系统压力下降。如果在任一时刻泵/马达16的流量达到零 流量时，则发动机12可关闭直到再次需要流量。如果附属装置需要 动力以防止发动机12失速(假定附属装置离合联接到发动机12上)， 则还可降低泵/马达16的流量。动力输送系统IO通过平均动力消耗的 速率来获得其效率。间歇突发情况(intermittent burst)所需要的能量由 蓄能器38中存储的能量来供给。泵/马达16提供的流量大于驱动车辆 所需的平均流量。于是，由泵16产生的额外流量存储在蓄能器38中。
根据本发明的液压混合动力系统10有利地提供了不复杂并且简 单明了的控制方法，并且依靠马达76a-76d的排量一旦增加则其输出 扭矩响应就非常快的事实，为系统IO提供了响应性很好的控制方法。
本领域的技术人员将会理解，根据本发明的系统10可用于向任 意数量的系统提供液压动力，这些系统包括但不限于用于漂浮的或潜 水的舰艇(例如，轮船、艇或潜艇)的推进系统、直升机的推进系统等。 筒而言之，泵/马达16的输出可与动力系统IO—起使用，以便在保持 属于本发明范围的同时为任意数量的目的而运行任意数量的液压马 达如马达76a-76d。
在保持属于本发明范围的同时，连接器73、 75a-75d和80以及线 路24a、 28a、 38a和42上的信号可以是任意类型的机械连接器如液压 管路、线缆、金属杆等，或者是与电磁阀等通信的电信号。
根据专利法规的规定，已通过视作为代表其优选实施例的内容描 述了本发明。但是应当注意，在不脱离其精神和范围的情况下，本发 明还可通过除具体所示之外的其它方式实现。
权利要求
1. 一种泵齿轮组300，包括驱动齿轮310；和与所述驱动齿轮310相啮合的空转齿轮312，其中，所述齿轮310，312初始在沿着相应齿廓318，320的两个点314，316中的第一点314处啮合且随后在两个点中的第二点316处啮合，以在处于流体环境中的所述齿轮310，312之间提供密封322。
2. 根据权利要求1所述的泵齿轮组300,其特征在于，所述两个 啮合点314,316中的所述第一点包括一个齿轮齿的根部326和相对的 齿轮齿的顶部328。
3. 根据权利要求2所述的泵齿轮组300，其特征在于，所述两个 啮合点314,316中的第二点包括沿着一个齿轮齿廓318 —侧的点316， 当所述齿轮310,312可转动地接合时，所述沿着一个齿轮齿廓318 — 侧的点316在所述根部326的点314和所述顶部328的点314脱离接 合时与沿着相对的齿轮齿廓320—侧的点316相啮合，以形成用于密 封所述齿轮齿的区域322。
4. 根据权利要求3所述的泵齿轮组300,其特征在于，所述密封 区域322提供了用于当所述齿轮齿的所述第 一啮合点314脱离接合时 使流体324流体静力地溢出的方法。
5. —种与动力装置11一起使用的低噪声齿轮组300,所述动力装 置11包括发动机12，其驱动连接到低压流体源18上的泵16，以在输出 107,252和254处产生高压流体；至少一个可变排量泵/马达16，其响应所述高压流体以在输出 107,252和254处产生转动；所述排量泵/马达16包括驱动齿轮310;和与所述驱动齿轮310相啮合的空转齿轮312，其中，所述空转齿轮 312初始沿着所述相应齿轮的齿廓318,320在第一点314处与所述驱 动齿轮310相啮合；所述第一点314为一个齿轮齿的根部326，所述根部326与相对的 齿轮齿的顶部328相啮合而产生第一接触点314，以在所述根部326 和所述顶部328之间获得与所述低压流体源18的流体密封322;以及当所述齿接合时沿着所述齿廓318,320的随后的第二点316，并且 当在所述高压流体输出107,252和254处脱离接合时允许所述流体324 在所述点314,316之间流体静力地溢出。
6. 根据权利要求5所述的低噪声齿轮组300,其特征在于，所述 两个啮合点314,316的所述第二点316包括沿着一个齿轮齿廓318 — 侧的点316，所述沿着一个齿轮齿廓318 —侧的点316在所述才艮部326 的点和所述顶部328的点脱离接合时与沿着相对的齿轮齿廓320 —侧 的点316相接合，形成当所述齿轮310,312接合时用于密封所述齿轮 齿的区域322。
7. 根据权利要求6所述的低噪声齿轮300，其特征在于，所述密 封区域322提供了用于当所述齿轮齿脱离接合时使流体324流体静力 J也溢出的方法。
8. —种用于通过对齿轮300的接触表面之间的流体静力轴承施加 力而降低磨损的齿轮组，包括至少两个齿轮310,312，其中，所述齿轮310,312沿着相应齿廓 318,320的至少两个点314,316而相继地啮合，以在处于流体环境中的 所述齿轮310,312之间提供密封322。
9. 根据权利要求8所述的齿轮组300，其特征在于，所述至少两 个啮合点314,316中的一个点314包括一个齿轮齿的根部326和相对 齿4仑齿的顶部328。
10. 根据权利要求9所述的齿轮组300，其特征在于，所述至少两 个啮合点314,316中的一个点316包括沿着一个齿轮齿廓318 —侧的点316,所述沿着一个齿轮齿廓318 —侧的点316在所述根部326点 和所述顶部328点脱离接合时与沿着相对的齿轮齿廓320 —侧的点 316相啮合，以形成当所述齿轮310,312接合时用于密封所述齿轮齿 的区域322。
11. 根据权利要求10所述的齿轮组300，其特征在于，所述密封 区域322提供了用于当所述齿轮齿脱离接合时使流体324流体静力地 溢出的方法。
12. —种用于在降低齿轮磨损的同时提供低噪声齿轮泵300的方 法，所述方法包4舌a. 提供第一齿轮310;b. 使所述第一齿轮310在第一啮合点314处接合第二齿轮312， 其中，所述第一啮合点314为一个齿轮齿的根部326和相对齿轮齿的 顶部328;c. 使所述第一齿轮310在第二啮合点316处接合所述第二齿轮 312，其中，所述第二啮合点316为沿着一个齿轮齿廓318—侧的点， 所述沿着一个齿轮齿廓318 —侧的点与相对的齿轮齿廓320 —侧的点 相啮合；d. 当所述齿轮310,312在所述第二啮合点316处接合并且从所述 第一啮合点314脱离接合时，形成用于密封所述齿轮齿的区域322; 以及e. 当在所述第一啮合点314处脱离接合所述齿轮齿时，提供了用 于使流体324流体静力地溢出的方法。
全文摘要
一种通常并优选地用于动力装置11的低噪声齿轮组300，该动力装置11具有发动机12，其驱动连接到低压流体源18上的泵16，以在输出处107，252，254产生高压流体。空转齿轮312沿着相应齿轮310，312的齿廓318，320的两个点314，316与驱动齿轮310相啮合。该第一点314为一个齿轮齿的根部326，该根部与相对齿轮齿的顶部328相啮合而产生初始的第一接触点314，并且当齿轮在第一点314处脱离接合并在第二点316处接合时，沿着齿廓318，320的随后的第二点316形成密封区域322，允许流体324在点314，316之间流体静力地溢出。
文档编号F16H39/00GK101443578SQ200780016872
公开日2009年5月27日 申请日期2007年3月13日 优先权日2006年3月13日
发明者J·A·奥布赖恩二世 申请人:海布拉驱动系统有限责任公司