外啮合凸轮泵的结构分析

1、武汉轻工大学科研训练论文 2015届论文题目：外啮合凸轮泵的结构分析姓 名 学 号 院 系 机械工程学院 专 业 包装工程 指导教师 唐 善 华 2014 年 12 月外啮合凸轮泵的结构分析摘要：阐述了外啮合凸轮泵的工作原理与结构特点，分析了其转子曲线、轴封及同步传动齿轮的无键联接等几个关键问题的设计思想和注意事项，介绍了外啮合凸轮泵的使用范围及应用前景。关键词：凸轮泵；外啮合；转子式；机械密封；无键联接；Abstract：Keywords：外啮合凸轮转子泵是容积式泵的一种，也是出现较晚的一个类型，此泵结构简单、设计合理、体积小、重量轻、拆装维修非常方便，它即具备了离心泵的优点，又发挥了齿轮泵

2、的优点，是目液、含固体杂前比较理想的化工、食品、医药卫生泵。具有极强的自吸能力，可输送多种液体。如含气的泡沫质的多种液体和具有较高粘度的液体。有很好的发展前景。另一方面由于该泵的转子形状较为特殊而精度要求又很高,故国内少有成功制造的厂家,众多的用户只能购买进口。转子泵的研究和应用是泵行业又一次具有突破性、实用性和开拓性的技术发明，将给工业生产和人民生活带来巨大的经济和使用价值。同时，多项新技术、新材料在特种转子泵中的应用，使其具有了现有泵类无法达到的技术水平。可以学习了解国外先进技术，更可以结合国内情况，研制适合国内市场的转子泵新类型，为泵产业提供新的“血液”。随着科学技术的发展和材料的更新，

3、转子泵会在以后的更多行业中得到广泛应用，也会给社会和工业生产带来不可小看的新变化。1 外啮合凸轮转子泵的工作原理 凸轮泵主要由泵体、凸轮转子、泵盖、密封装置、传动装置和驱动装置组成，如图1。凸轮泵由电动机驱动，依靠一对传动比为1：1的同步齿轮分别带动各自轴上的凸轮转子同步反向啮合转动。随着两转子的同步转动，流体通过泵入口吸入转子腔，并在转子腔内获得一定能量后在泵的出口处以一定的速度排出，从而产生一定的压力和流量。泵的理论流量Q=60ABn。 式中：Q泵的理论排量(m3/h)，A转子凸叶间回转一圈扫过的面积(m2)，B转子轴向宽度(m)，n转子转速 (rpm)。2 外啮合凸轮转子泵的特点 凸轮泵

4、属于回转式容积泵，主要由泵体、转子、泵盖、密封装置、同步齿轮传动装置和驱动装置组成。泵体内两个凸轮转子同步反向啮合转动。随 着两个转子的转动，流体通过泵入口吸入转子腔，并在转子腔内获得一定能量后在泵的出口处以一定的速度排出。从而产生一定的压力和流量。 图1 外啮合凸轮转子泵原理1.噪声低 外啮合凸轮转子泵，它的基本频率（基本频率=油腔数目每秒的转数）与其它形式的液压泵相比为最低。 泵的轴承又采用了精度较高的D级滚动轴承，可使泵的噪音降低。凸轮转子长径和定子内孔的滑动配合，既起密封作用，又增加了辅助支承，凸轮转子和轴不易振动。同时，转子受力平衡，这样就减少了转子高速转动时产生的机械噪声，因此，该

5、泵噪声很小。 2.寿命长外啮合凸轮转子泵有两个吸油腔和两个压油腔，且吸、压油腔时径向对称分布的，因此，凸轮转子承受的径向力是平衡的，轴承不承受径向负荷，寿命很长。凸轮转子直径较小，线速度不高，接触应力小，磨损小，所以凸轮转子的寿命很长。3.流量均匀泵的两个凸轮转子的相位角为90，只要转子四段过渡曲线设计合理，泵的输出流量脉动可以显著减小。4.造价低、互换性好。5.泵的安装连接尺寸完全符合国家标准和ISO标准。 3 外啮合凸轮泵的转子曲线在凸轮泵中，转子曲线的形状和凸轮泵的性能（如噪声、效率、流量的均匀性等）及寿命关系很大。除加工质量外，转子曲线长短半径比、过渡曲线的形状以及各区段的范围角，都对

6、泵的性能有影响。处于理论廓线下的转子是相互啮合的。实际工作中，为保证泵的正常运转，防止凸轮泵转子相互摩擦磨损，以及根据所泵送的流体介质不同，在两转子之间、转子与转子腔内壁间都设计有一定的间隙。也就是说，两转子是非接触式的啮合转动。间隙会影响泵的工作效率、引起泵的内泄，一般间隙为0.150.451。转子间的间隙x确定之后，即可在理论廓线的基础上，求出理论廓线上各点的法线方向，再在法线方向向理论廓线内侧偏移x/2，所得廓线即为工作廓线（或实际廓线）。4 外啮合凸轮泵的结构分析4.1泵轴的密封凸轮泵能否正常运转在很大程度上取决于泵轴密封的可靠性。泵工作时转子轴旋转而泵体静止，泵内流体的压力较高（有时

7、泵送的流体还具有高温、粘稠或含磨蚀性颗粒等特性）。为防止所泵送的流体泄漏，必须采用动密封装置。过去常用的填料盒等传统密封方式已经不能很好地适应凸轮泵的需求，人们必须根据所泵送流体的特性及工作要求来设计合理的动密封装置。实际应用中以机械密封代替填料密封的情况已经越来越多。4.2 同步齿轮的无键联接 同步传动齿轮是一对啮合齿轮，同时这两根轴上的凸轮转子也是相互啮合的关系，齿轮与轴的联接、凸轮转子与轴的联接必须同时满足周向相位要求，否则机器无法安装。无键联接是指不采用传统的键、销等进行机械的扭矩传递和运动传递的联接。无键联接的基本原理是在轴与轮毂之间采用带有锥面的弹性环套类零件，通过施加一定的轴向力

8、，使锥形结合面产生压力，从而产生摩擦力传递扭距。4.3 凸轮泵联轴器凸轮的联轴器是联接凸轮和同步齿轮的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。4.4 凸轮的同步反向传动特点 双面同步齿轮综合了齿轮传动、链传动和带传动的优点，克服了其他传动带打滑、伸长等缺点，构成了种独特的传动方式，而且以恒定的速比、速化范围大、结构紧凑、可以多轴传动、耐油、耐潮、不需润滑等诸多优点。双面同步齿轮拥有超强的曲绕性能，超高的拉伸强度，精确的

9、啮合，低信噪比。5 结论1、凸轮泵转子与转子之间保持一定间隙、无摩擦系数，使用寿命长。凸轮泵装拆简单，维护、清洗方便，易损件少。凸轮泵高效节能，输送平稳，故障率低，密封可靠，噪音低。凸轮泵能确保连续性运转的可靠性和无泄漏事件。2、凸轮泵具有容积利用系数高、转子非接触式啮合转动、转子曲线平滑，空间大，无死角等特点，具有广阔的应用前景。参考文献1 张铁柱，张洪信非接触式转子泵理论型线与实际型线设计J机械工程学报，2002年，No.3：152-155.2 陈伟，曹文辉转子泵的选用J化工设备与管道，2000年，No.4：43-49.3孙桓，陈作模机械原理M北京：高等教育出版社，2001年4 成大先机械设计手册第2卷M北京：化学工业出版社，1993年5 唐善华. 凸轮泵转子型线设计与性能分析论文，2007年6月.6 齿轮手册编委会. 齿轮手册(上册) M . 北京：机械工业出版社，1990年7 彭国勋，肖正阳. 自动机械凸轮机构 M . 北京：机械工业出版社，1990年8 王利，赵铁南. 进口油泵的机械密封改进J，粮油加工与食品机械，2002年，No.1：38-39 .9 哈鼎文，张继玲卫生型凸轮泵的设计分析J天津纺织工学院学报，1989，（2）：80-83.10徐学忠，管建峰. 摆线泵排量的