提高内啮合圆弧-泛摆线齿轮泵容积效率的设计

1、2005年第2期液压与气动13提高内啮合圆弧泛摆线齿轮泵容积效率的设计杨元模，黄春英,万曼华Design on Improving the Volume Efficiency of Internal MeshingArc-cycloid Gear PumpYANG Yuan-n)o, HUANG Chun-ying, WAN Man-hua(井冈山学院，江西吉安343000)摘 要：文章根据多年对内啮合関弧泛摆线齿轮泵的设计开发经验，从设计和制造两方血探讨提高容2005年第2期液压与气动15定分别为50%200°的实验结果。稳态偏S < e o实际转处 设定转角-实际转角设定转

2、角4«1216时间a) PlrtM20S 60*4020°0481216 20时间”Sb) PID控制出(动辅助限位一实际转角 仪定转角70-60 50*402010°04812 16 20250200护"00500*048一实际转角 没定转列时间"sc) 50A给定1 12 16 20 时间r/sd) 200°给念实验结果可以看出，采用PID控制+气动辅助限位的复合控 制算法，可以在一定和度e范围内实现箱确控制。6结束语针对摆动缸位宜伺服系统采用PID控制时，系统在 期职值附近存在振荡现象的问题，本文提出了一种新的 控制方法，即PI

3、D控制+气动辅助限位的复合控制算 法。该方法消除了系统振荡，加快了系统响应速度，提 高了系统刚度，达到了较高的控制箱度。控制算法简单 方便，容易调节，实用性强。参考文献：1 陆鑫盛.气动新技术讲座一气动伺服定位控制系统J. 液压气动与密封，1999(5).2 徐元昌.流体传动与控制M.上海：同济大学出版社, 1998.3 陈维山，赵杰.机电系统汁算机控制M.哈尔滨：哈尔滨 工业大学出版111.1999.万方数据积效率的途径，以期提高内咽合泵的技术水平。关键词：内啾合；関弧泛摆线齿轮泵：容枳效率中图分类号:TH12文献标识码：B1引言内啮合圆弧.泛摆线齿轮泵(亦称转子机汕泵)与 外啮合渐开线齿轮

4、泵和比，具仃结构紧凑、体枳小，单 位体积排屋人,零件少，成本低廉等显苕特点。内啮合 圜弧泛摆线齿轮泵现C广泛地用作内燃机、汽午润滑 系统的“心脏”,它的性能好坏ri接影响内燃机的可靠 性和耐久性。囚此，设计性能好、效率高的内啮合圜弧 泛摆线齿轮泵就显得非常重要。文章编号：1000-4858( 2005 )02-0013-03一般外啮合齿轮泵均为径向进汕，容积效率较低。 而内啮介圆弧泛摆线齿轮泵的结构形状，决定了它只 能轴向进汕，由于轴向进油，泵高速运转所产生的离心 力不但不会妨碍汕液的充填，相反却帮助和加强了齿 间的油液充填，避免气蚀现象的产生,容枳效率高。从收稿 LI IW: 2004-08

5、-09作者简介：杨元模(1961)，男，江西吉安人，副教授，主耍从 审液压技术方面的科研和教学工作.油液的填充性来看,内啮合関弧泛摆线齿轮泵较外啮 介泵冇先天的长处C但油槽设计不介理，油液填充不 良，容积效率则会随泵转速上升而呈下降趋势,还会产 生气蚀现象。2提髙内啮合関弧泛摆线齿轮泵容积效率的措施 设计内啮介101孤泛摆线齿轮泵时，泵容积效率的 高低影响泵的体积尺寸，对同输油帚的泵来讲,容积效 率高，泵的体积尺寸就小：容积效率低，泵的体积尺寸 就大。造成容积效率低的原因不外乎两方而：一是髙 压区油液通过泵相对运动件间的间隙返冋到油槽。但 为了保证泵正常地工作，内外齿轮Z间，内外齿轮与泵 体、

6、泵盖Z间，必须仃一定的间隙。虫此，高压区的出 油油槽就仃一部分油液通过间隙返I叫进油槽，这部分 油液的损失是不町避免的。只仃您提高泵的精度将间 隙尽减小，从而将损失油M降低到M低的程度：二 是油液进不去，油液不能填充满泵进油腔的最大体积。 这是造成泵容积效率低的主要原因。严匝的不但会影 响容积效率，而且高转速时会在泵屮形成气蚀现象，造 成供油帚明显不足，供油泵振动剧烈，且易损坏泵的内 外齿。这种情况一经在内燃机屮出现，轻则烧轴瓦，取 则使帑机报废。因此，要解决好这个问题，就应采取以 下的设计措施。1）设计合理的进油槽影响内啮合関弧泛摆线齿轮泵容积效率的主要 因素是进油槽。此前，我国设计的内啮合

7、圆弧泛摆 线齿轮泵都采用对称形状的进、出油槽（如图1“所 示），主要用于润滑需求最不大的小熨内燃机。由于 其泵齿薄，充油时间短，对泵容积效率影响不明显。 现在许多大屮型内燃机也较卄遍采用内啮合関弧-泛 摆线齿轮泵，这就要求泵供油最大，I人I此泵尺寸也 大，泵齿也厚，油液填满泵进油腔的时间也要更长。 采用对称形状进、出油槽的内啮合関弧泛摆线齿轮 泵髙转速时容积效率明显偏低，若在制造中稍仃误 差，便会出现气蚀现象。为了消除这些不良现彖，原 设计思路是对泵齿形状进行改进，或加大、加厚泵齿 尺寸，但效果都不太好。新设计进油椚的一般原则是：应当保证在齿轮转 动过程，内外齿轮开成最大体枳前，齿间体枳腔始终

8、与 进油槽相通，而目.要尽最延长充填油时间，使齿间体积 腔充满油液。当内外齿轮形成兹人体积时，齿间体枳 腔与进油槽不能相通（如图lb所示）。为提仙辙株枳S油液的充填性能，应按以下儿图1进、出汕槽形状点设计进油ffl,并对出油槽作*11应的改进设计。（1）进油槽要尽虽使油液充填进油腔的时间达到 M长,出油槽要尽量使排油腔在排油结束时也能顺利 地将油液排出（如图lc所示）。其中尺寸a、b、e、f、 L、厶2是根据流体力学和内啮合関弧泛摆线齿轮运 动原理推算并经试验得出。不同系列的泵其尺寸“、 b、e、/是不一样的。（2）进出油槽尺寸I）应人于2倍外齿轮的长半径 «（即 D>2R）,

9、以。二2R +（1 2）mm 为宜。（3）进出油槽尺寸“应不大于2倍内齿轮的短半 径 /（即 d <2r）» 以 d = 2r （0 1）mm 为宜。（4）进出油槽的确定。根据流体力学原理，一般 进出油通道截血积应保证进油道速度为2 3 ni/so M 此，设计油槽应确定油槽深度厶（如图2所示。据内啮合関弧一泛摆线齿轮泵的流常公式：Q - sbzti（ cm'/s）式屮5内外齿轮形成的故人面枳,cm2/s b齿轮的厚度,cmz内齿轮的齿数n内齿轮的转速为使进出油槽有足够的油液填充齿间，应保证单 位时间内从进油管经油槽流到齿间油腔的流量等于泵 的额定流量。即：Hhc =仙

10、i/HC（cm）.油槽深度h =血n/HC（cm）式屮"为油液在油槽甲.的流速,一般取400600图2进出汕榊改进后的机油泵cni/s; H为油槽节流断面的油槽宽。2）增加进油点一双而进油前血C谈到到内啮合関弧泛摆线齿轮泉iUj转速 时仍何高的容积效率。肉而许多设计都是通过人幅度 提高转速来获得人的供油量，同时又可便泵更为紧凑。 但是，当泵转速过高或齿轮厚度A人时，容枳效率也会 下降。其原肉并不是离心力破坏油液的填充，也不是 改进后的进油槽不合理,而是向齿间进腔体积充油时 间太短。因为，齿轮在泵体里转动很快，每个齿间在进 油槽区域的逗留时间有限，而油液填充齿间进油腔需 要一定时间，若

11、填充油液所需时间人于齿间体积在进 油槽区域的逗冊时间，油液來不及填充，齿间便转过进 油槽区域，就会出现油液填充不良，甚至出现仃破坏力 的气蚀现象。但只要增加进油点,将单面轴向进油改 为双面进油,油液填充齿间体枳的时间就增加1倍，容 积效率就不会肉转速过高、齿轮厚度人而减小（如图3 所示）。出油槓进油槽图3双而进油的内啮合圆弧-泛摆线齿轮泵3应用实例我国选用标准的JZX系列内外转子，设il 了 4种 系列的内啮合関弧泛摆线齿轮式机油泵，若采用前述 经改进的油槽结构形状，泵的容积效率提髙明显。以下是选用外转子系列型谱第四档的JZX2535转 子设计的内啮合IM1狐泛摆线齿轮泵的试验结果。（1）原观

12、粮牺槽尺寸设计成图X所示形状，a = b=10 mm, e - f - 6 mm。当机油泵转速为 3400 r/min> 油温80弋,背压0.7 MPa时,容积效率应为0.76：（2）若将进出油槽尺寸改为a = 5 mm,0 = 11 mm, e = 8 nun*/ = 4 nun*其尺寸不变，如图2所不。进油槽 加大了，也延长了充油时间，提髙了容积效率，供油帚 增大。出油槽形状也延长了排油时间，排油时更顺畅, 降低了泵的轴功率；当机油泵转速为3400 r/min,油温80弋，背压0.7 MPa时，容积效率应提髙到0.85。（3）若将单而轴向进油改成双向轴向进油（即从 齿轮两端而同时进油

13、），其结构如图3。由于增加了进 汕点，相対地延长了汕液充項肉间的时间，改善了汕液 填充性能：当机油泵转速为3400 r/min,油温80弋,背压0.7 MPa时，容积效率应提髙到7）= 0.94o（4）将JZX2535与以上3种不同形状和结构的油 槽相配，可测得如图4所示的容积效率特性曲线。从 图4可看出，不同形状结构的油槽对泵容枳效率的 影响。图4容积效率特性曲线100%4结论对进出油槽（特别是进油槽）的形状和结构进行暇 新设计与制造后，内啮合関弧泛摆线齿轮泵的容枳效 率仃了明显的提髙，收到了满意的效果，现已在我国内 燃机屮普遍接受并采用。这对用作汽乍、内燃机润滑 系统心脏的泵是非常暇要的，也为今后设计出体枳小 而输油就人、容枳效率高的内啮合IWI弧泛摆线齿轮泵 提供了依据。参考文献：1 蒋德明.内燃机原理M.北京:机械工业出版社,1991.2 王明华.内燃机节能F册M.北京:化学工业出版社,1987.潘秀明柴油机节能M.南昌:江西高校出版社，1991.提高内啮合圆弧-泛摆线齿轮泵容积效率的设计作者： 作者单位: 刊名：畅元模. 如存英， 力曼华.YANG YuaiLMO. HUANG Chunying, IAN Manhua 井冈山学院，江西，吉安,343000液压与气动卩STICPKU|英文刊名： 年,卷(期): 被引用次数：CHINESE HYDRAULICS &