《摆线转子泵的工作原理及特点.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《摆线转子泵的工作原理及特点.pdf（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、?零部件? 摆线转子泵的工作原理及特点 毛华永, 李国祥, 徐秀兰, 杨 ? 滨 ( 山东大学, 山东 济南 ? 250061) ? ? 摘要: 简述了摆线转子泵的基本工作原理, 特点及内转子齿数对流量、 容积效率等性能参 数的影响。 关键词: 转子泵; 摆线原理 中图分类号:TK414. 1? 文献标识码: B? 文章编号: 1647- 2471( 2002) 03- 0033- 03 作者简介: 毛华永(1951-) , 男, 山东省青岛人, 高级工程师, 毕业于上海大学治金系, 主要研究方向: 汽油机工作过 程。 ? ? 通常将齿廓为各种摆线及其等距线的圆柱齿 轮统称为摆线齿轮。虽然早在
2、十七世纪末, 比渐 开线还早半个多世纪就提出了以圆的摆线作为齿 廓, 而且这种齿的上半部分( 节圆以外) 为外摆线、 齿的下半部分( 节圆以内) 为内摆线的摆线齿轮具 有重迭系数大、 传动平稳、 磨损小且均匀等优点, 但终因制造困难、 互换性差、 不具可分性等诸多原 因而很少被用于动力传动。只是在精密仪器仪表 及其派生型式的摆线针轮和摆线转子泵中应用较 多。 1? 摆线转子泵工作原理 摆线泵有三片式结构和二片式结构之分。所 谓三片式是指泵由前盖、 泵体、 后盖三部分组成; 而二片式则是将后盖与泵体做成一体。前者便于 加工, 后者有利于保证内、 外转子偏心的安装精 度。对于较小排量的油泵, 常采
3、用二片式。内、 外 转子是以偏心距 e 装入泵体的圆柱腔中。内转子 具有 Z1个齿, 其齿廓为短幅外摆线内等距线, 而 外转子有 Z2= ( Z1+ 1) 个齿, 其齿型为圆弧, 内、 外 转子分别按处自的圆心O1、 O2以速比 i= Z1/ Z2同 向旋转。因有相对运动, 内、 外转子齿间空腔不断 发生变化, 这些变化着的空腔与泵盖上的两个月 牙状进、 排油腔( 配流窗) 相对应( 见摆线泵工作原 理示意图中月牙状虑线) , 从而形成吸、 排油路。 从工作原理示意图( 见图 1) 可以看出, 内、 外 转子的每一个齿都始终处于啮合状态, 这就形成 了苦干个密封的空间。从图( a) 起, 以处
4、于下方的 最小密封空间Amin为起点, 当内、 外转子反时针转 到图( b) 位置时, 该空间与右侧月牙状进油腔相对 应, 由于此时该空间容积的增大而造成了一定的 真空, 油液便经与月牙状进油腔相连的进油管吸 入; 随着转子的旋转, 该密封空间不断扩大, 油液 不断被吸入, 直到图( d) 位置该密封腔达到最大 Amax, 吸油过程结束。当内、 外转子继续旋转, 该 密封腔容积逐渐缩小, 并与其相对应的左侧月牙 状排油腔相通; 此后, 随密封腔的逐渐缩小, 受压 缩的油液便经与月牙状排油腔相连接的排油管被 不断地挤出; 当转到图( f) 位置时, 该腔又达到最 小, 排油过程结束。继续旋转将重
5、复以上过程。 由上述可知, 在内转子的一个齿转过1 周时, 该齿便吸、 排油各一次, 即完成一个工作循环。对 于具有Z1个齿的内转子, 其内转子每转一周, 便 完成 Z1个与上述单腔相同的工作循环。 2002年第 3 期(总第 73期) ? ? ? ? ? ? ? ? ? 山东内燃机? SHANDONG I. C. E. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2002年 9 月 图 1? 摆线转子泵工作原理示意图 2? 内转子齿数 摆线泵的几何流量Qo为 Qo= AoBZ1n110 -6 ( 1) 式中: Qo? 几何排量( l? min) B ? 转子的宽度(mm) Z1? 内转子齿数;
6、n1? 内转子转速( r? min) ; Ao? 内转子一齿扫过面积( Ao= Amax- Amin) ( mm 2) 。 因Ao难以精确计算, 可近似地用下式求得Qo Qo= ?( d 2 1- d 2 2) Bn110 - 6/ 4( l/ min) ( 2) 式中: ? 圆周率; d1? 内转子齿顶圆直径( mm) ; d2? 内转子齿根圆直径( mm) 。 在考虑到内外转子齿间和转子与泵盖间的油 液泄漏后, 其泵的实际流量为 Q= Qo?v( 3) 式中: Q? 实际流量( l? min) ; ?v ? 容积效率( 一般取 0. 80 0. 85) 。 从式 1 看似增加内转子的齿数
7、Z1可增大摆 线泵的几何流量 Qo, 但实际上若内转子的直径不 变, 增加齿数 Z1就意味着内转子一齿扫过面积 Ao即泵油腔容积减少, 只有在保持 Ao不变时增 大Z1( 实际是增大了内转子直径) 才会使 Qo增 大。通常内转子为 4 8 齿, 齿数少时容积效率 高, 但流量脉动要变大; 而齿数多时流量脉动小, 但容积效率会降低。内转子的齿数为偶数齿时, 其脉动要小于奇数齿。虽然摆线内转子的齿数通 常少于渐开线外啮合齿轮的齿数, 但因工作时受 压缩的密封腔是被慢慢逐渐压缩的, 且有两个以 上( 与 Z1多少有关) 受压程度不同的密封腔同时 与月牙状排油腔相通, 从而使脉动小于渐开线齿 轮泵。
8、3? 摆线转子泵的特点 与外啮合渐开线齿轮泵相比, 摆线转子泵体 积小、 结构紧凑、 零件少、 重量轻; 因内、 外转子同 向旋转, 两转子相对滑动速度小, 且只相差一个 齿, 故磨损少、 运转平稳、 噪音小、 寿命长。另外, ?34? ? ? ? ? ? 山东内燃机? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2002 年 9月 摆线转子泵流体进、 出窗口的面积及角度范围较 大, 使流体吸、 排充分。又因流体是轴向吸入, 在 流体离心力的作用下有利于吸入流体充满齿间, 不易产生? 气穴?现象, 且该特点在一定转速范围 内, 转速越高, 吸入特性越好, 容积效率越高。但
9、摆线泵内、 外转子中心的不可分性也给制造和装 配精度提出了更高的要求; 另外, 摆线转子齿廓的 机加工难度要比渐开线大的多, 不过随着粉末冶 金新工艺、 新技术的不断发展, 这已不是太大的问 题。由于摆线转子泵具有上述诸多优点, 使摆线 转子泵被广泛用作汽车、 拖拉机、 摩托车润滑油 泵。作为燃油泵, 在电喷汽油机和燃用柴油的燃 烧机上及精密机床和工程机械的液压系统中也有 应用。 ( 上接第 14页) 图 4? 紊流动能等值线图图 3? 三维速度场分布 ? ? ( 2) 紊流动能与流速的平方成正比, 从紊流动 能的等值线云图( 见图 4) 来看, 紊流动能的最大 值在进气阀的附近, 大小为 5
10、1639 焦耳。这里正 是流速较高, 压差也较大的区域。在高速旋流区, 动能明显增加, 能量值也达到了近 45000 焦耳。 ( 3) 燃烧室形状对缸内紊流, 尤其是对压缩行 程中产生的缸内急流有重要作用。计算结果表 明, 由于采用了增压技术使得进气门前后的压差 增大, 进气时空气的流速迅速增大, 从而使缸内空 气的运动非常剧烈, 这种剧烈运动不利于燃烧的 稳定性和燃烬, 所以对于高速增压柴油机, 一般都 采用较浅的? ?形燃烧室。 ( 4) 计算结果表明, ANSYS? FLOTRAN 具备了 很强的计算流体动力学能力, 能为柴油机的燃烧 室设计提供许多有价值的信息。 参考文献 1 王国强.
11、 实用工程数值模拟技术及其在 ANSYS 上的实 践. 西安: 西北工业大学出版社, 1998. 2 美国ANSYS 公司北京办事处. ANSYS 计算流体动力学 分析指南, 1998. 3 J. H. 郝洛克, D. E. 温特伯恩. 内燃机的热力学和空 气动力学(卷二) . 北京: 机械工业出版社, 1992. 4R. S. 本森. 内燃机的热力学和空气动力学( 卷一) . 北 京: 机械工业出版社, 1986. 5 曲哲, 荀柏秋等. 三维湍流燃烧室流场的数值计算. 热 力动力工程, Vol. 16(2), 2001. ?35?2002年第 3 期? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 毛华永, 等: 摆线转子泵的工作原理及特点