1、2005年第2期液壓與氣動(dòng)13提高內(nèi)嚙合圓弧泛擺線齒輪泵容積效率的設(shè)計(jì)楊元模，黃春英,萬(wàn)曼華Design on Improving the Volume Efficiency of Internal MeshingArc-cycloid Gear PumpYANG Yuan-n)o, HUANG Chun-ying, WAN Man-hua(井岡山學(xué)院，江西吉安343000)摘 要：文章根據(jù)多年對(duì)內(nèi)嚙合関弧泛擺線齒輪泵的設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)和制造兩方血探討提高容2005年第2期液壓與氣動(dòng)15定分別為50%200°的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。穩(wěn)態(tài)偏S < e o實(shí)際轉(zhuǎn)處 設(shè)定轉(zhuǎn)角-實(shí)際轉(zhuǎn)角設(shè)定轉(zhuǎn)

2、角4«1216時(shí)間a) PlrtM20S 60*4020°0481216 20時(shí)間”Sb) PID控制出(動(dòng)輔助限位一實(shí)際轉(zhuǎn)角 儀定轉(zhuǎn)角70-60 50*402010°04812 16 20250200護(hù)"00500*048一實(shí)際轉(zhuǎn)角 沒定轉(zhuǎn)列時(shí)間"sc) 50A給定1 12 16 20 時(shí)間r/sd) 200°給念實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用PID控制+氣動(dòng)輔助限位的復(fù)合控 制算法，可以在一定和度e范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)箱確控制。6結(jié)束語(yǔ)針對(duì)擺動(dòng)缸位宜伺服系統(tǒng)采用PID控制時(shí)，系統(tǒng)在 期職值附近存在振蕩現(xiàn)象的問題，本文提出了一種新的 控制方法，即PI

3、D控制+氣動(dòng)輔助限位的復(fù)合控制算 法。該方法消除了系統(tǒng)振蕩，加快了系統(tǒng)響應(yīng)速度，提 高了系統(tǒng)剛度，達(dá)到了較高的控制箱度。控制算法簡(jiǎn)單 方便，容易調(diào)節(jié)，實(shí)用性強(qiáng)。參考文獻(xiàn)：1 陸鑫盛.氣動(dòng)新技術(shù)講座一氣動(dòng)伺服定位控制系統(tǒng)J. 液壓氣動(dòng)與密封，1999(5).2 徐元昌.流體傳動(dòng)與控制M.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社, 1998.3 陳維山，趙杰.機(jī)電系統(tǒng)汁算機(jī)控制M.哈爾濱：哈爾濱 工業(yè)大學(xué)出版111.1999.萬(wàn)方數(shù)據(jù)積效率的途徑，以期提高內(nèi)咽合泵的技術(shù)水平。關(guān)鍵詞：內(nèi)啾合；関弧泛擺線齒輪泵：容枳效率中圖分類號(hào):TH12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B1引言內(nèi)嚙合圓弧.泛擺線齒輪泵(亦稱轉(zhuǎn)子機(jī)汕泵)與 外嚙合漸開線齒輪

4、泵和比，具仃結(jié)構(gòu)緊湊、體枳小，單 位體積排屋人,零件少，成本低廉等顯苕特點(diǎn)。內(nèi)嚙合 圜弧泛擺線齒輪泵現(xiàn)C廣泛地用作內(nèi)燃機(jī)、汽午潤(rùn)滑 系統(tǒng)的“心臟”,它的性能好壞ri接影響內(nèi)燃機(jī)的可靠 性和耐久性。囚此，設(shè)計(jì)性能好、效率高的內(nèi)嚙合圜弧 泛擺線齒輪泵就顯得非常重要。文章編號(hào)：1000-4858( 2005 )02-0013-03一般外嚙合齒輪泵均為徑向進(jìn)汕，容積效率較低。 而內(nèi)嚙介圓弧泛擺線齒輪泵的結(jié)構(gòu)形狀，決定了它只 能軸向進(jìn)汕，由于軸向進(jìn)油，泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心 力不但不會(huì)妨礙汕液的充填，相反卻幫助和加強(qiáng)了齒 間的油液充填，避免氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生,容枳效率高。從收稿 LI IW: 2004-08

5、-09作者簡(jiǎn)介：楊元模(1961)，男，江西吉安人，副教授，主耍從 審液壓技術(shù)方面的科研和教學(xué)工作.油液的填充性來看,內(nèi)嚙合関弧泛擺線齒輪泵較外嚙 介泵冇先天的長(zhǎng)處C但油槽設(shè)計(jì)不介理，油液填充不 良，容積效率則會(huì)隨泵轉(zhuǎn)速上升而呈下降趨勢(shì),還會(huì)產(chǎn) 生氣蝕現(xiàn)象。2提髙內(nèi)嚙合関弧泛擺線齒輪泵容積效率的措施 設(shè)計(jì)內(nèi)嚙介101孤泛擺線齒輪泵時(shí)，泵容積效率的 高低影響泵的體積尺寸，對(duì)同輸油帚的泵來講,容積效 率高，泵的體積尺寸就小：容積效率低，泵的體積尺寸 就大。造成容積效率低的原因不外乎兩方而：一是髙 壓區(qū)油液通過泵相對(duì)運(yùn)動(dòng)件間的間隙返冋到油槽。但 為了保證泵正常地工作，內(nèi)外齒輪Z間，內(nèi)外齒輪與泵 體、

6、泵蓋Z間，必須仃一定的間隙。蟲此，高壓區(qū)的出 油油槽就仃一部分油液通過間隙返I叫進(jìn)油槽，這部分 油液的損失是不町避免的。只仃您提高泵的精度將間 隙盡減小，從而將損失油M降低到M低的程度：二 是油液進(jìn)不去，油液不能填充滿泵進(jìn)油腔的最大體積。 這是造成泵容積效率低的主要原因。嚴(yán)匝的不但會(huì)影 響容積效率，而且高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)在泵屮形成氣蝕現(xiàn)象，造 成供油帚明顯不足，供油泵振動(dòng)劇烈，且易損壞泵的內(nèi) 外齒。這種情況一經(jīng)在內(nèi)燃機(jī)屮出現(xiàn)，輕則燒軸瓦，取 則使帑機(jī)報(bào)廢。因此，要解決好這個(gè)問題，就應(yīng)采取以 下的設(shè)計(jì)措施。1）設(shè)計(jì)合理的進(jìn)油槽影響內(nèi)嚙合関弧泛擺線齒輪泵容積效率的主要 因素是進(jìn)油槽。此前，我國(guó)設(shè)計(jì)的內(nèi)嚙合

7、圓弧泛擺 線齒輪泵都采用對(duì)稱形狀的進(jìn)、出油槽（如圖1“所 示），主要用于潤(rùn)滑需求最不大的小熨內(nèi)燃機(jī)。由于 其泵齒薄，充油時(shí)間短，對(duì)泵容積效率影響不明顯。 現(xiàn)在許多大屮型內(nèi)燃機(jī)也較卄遍采用內(nèi)嚙合関弧-泛 擺線齒輪泵，這就要求泵供油最大，I人I此泵尺寸也 大，泵齒也厚，油液填滿泵進(jìn)油腔的時(shí)間也要更長(zhǎng)。 采用對(duì)稱形狀進(jìn)、出油槽的內(nèi)嚙合関弧泛擺線齒輪 泵髙轉(zhuǎn)速時(shí)容積效率明顯偏低，若在制造中稍仃誤 差，便會(huì)出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。為了消除這些不良現(xiàn)彖，原 設(shè)計(jì)思路是對(duì)泵齒形狀進(jìn)行改進(jìn)，或加大、加厚泵齒 尺寸，但效果都不太好。新設(shè)計(jì)進(jìn)油椚的一般原則是：應(yīng)當(dāng)保證在齒輪轉(zhuǎn) 動(dòng)過程，內(nèi)外齒輪開成最大體枳前，齒間體枳腔始終

8、與 進(jìn)油槽相通，而目.要盡最延長(zhǎng)充填油時(shí)間，使齒間體積 腔充滿油液。當(dāng)內(nèi)外齒輪形成茲人體積時(shí)，齒間體枳 腔與進(jìn)油槽不能相通（如圖lb所示）。為提仙轍株枳S油液的充填性能，應(yīng)按以下兒圖1進(jìn)、出汕槽形狀點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)油ffl,并對(duì)出油槽作*11應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。（1）進(jìn)油槽要盡雖使油液充填進(jìn)油腔的時(shí)間達(dá)到 M長(zhǎng),出油槽要盡量使排油腔在排油結(jié)束時(shí)也能順利 地將油液排出（如圖lc所示）。其中尺寸a、b、e、f、 L、厶2是根據(jù)流體力學(xué)和內(nèi)嚙合関弧泛擺線齒輪運(yùn) 動(dòng)原理推算并經(jīng)試驗(yàn)得出。不同系列的泵其尺寸“、 b、e、/是不一樣的。（2）進(jìn)出油槽尺寸I）應(yīng)人于2倍外齒輪的長(zhǎng)半徑 «（即 D>2R）,

9、以。二2R +（1 2）mm 為宜。（3）進(jìn)出油槽尺寸“應(yīng)不大于2倍內(nèi)齒輪的短半 徑 /（即 d <2r）» 以 d = 2r （0 1）mm 為宜。（4）進(jìn)出油槽的確定。根據(jù)流體力學(xué)原理，一般 進(jìn)出油通道截血積應(yīng)保證進(jìn)油道速度為2 3 ni/so M 此，設(shè)計(jì)油槽應(yīng)確定油槽深度厶（如圖2所示。據(jù)內(nèi)嚙合関弧一泛擺線齒輪泵的流常公式：Q - sbzti（ cm'/s）式屮5內(nèi)外齒輪形成的故人面枳,cm2/s b齒輪的厚度,cmz內(nèi)齒輪的齒數(shù)n內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)速為使進(jìn)出油槽有足夠的油液填充齒間，應(yīng)保證單 位時(shí)間內(nèi)從進(jìn)油管經(jīng)油槽流到齒間油腔的流量等于泵 的額定流量。即：Hhc =仙

10、i/HC（cm）.油槽深度h =血n/HC（cm）式屮"為油液在油槽甲.的流速,一般取400600圖2進(jìn)出汕榊改進(jìn)后的機(jī)油泵cni/s; H為油槽節(jié)流斷面的油槽寬。2）增加進(jìn)油點(diǎn)一雙而進(jìn)油前血C談到到內(nèi)嚙合関弧泛擺線齒輪泉iUj轉(zhuǎn)速 時(shí)仍何高的容積效率。肉而許多設(shè)計(jì)都是通過人幅度 提高轉(zhuǎn)速來獲得人的供油量，同時(shí)又可便泵更為緊湊。 但是，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速過高或齒輪厚度A人時(shí)，容枳效率也會(huì) 下降。其原肉并不是離心力破壞油液的填充，也不是 改進(jìn)后的進(jìn)油槽不合理,而是向齒間進(jìn)腔體積充油時(shí) 間太短。因?yàn)椋X輪在泵體里轉(zhuǎn)動(dòng)很快，每個(gè)齒間在進(jìn) 油槽區(qū)域的逗留時(shí)間有限，而油液填充齒間進(jìn)油腔需 要一定時(shí)間，若

11、填充油液所需時(shí)間人于齒間體積在進(jìn) 油槽區(qū)域的逗冊(cè)時(shí)間，油液來不及填充，齒間便轉(zhuǎn)過進(jìn) 油槽區(qū)域，就會(huì)出現(xiàn)油液填充不良，甚至出現(xiàn)仃破壞力 的氣蝕現(xiàn)象。但只要增加進(jìn)油點(diǎn),將單面軸向進(jìn)油改 為雙面進(jìn)油,油液填充齒間體枳的時(shí)間就增加1倍，容 積效率就不會(huì)肉轉(zhuǎn)速過高、齒輪厚度人而減小（如圖3 所示）。出油槓進(jìn)油槽圖3雙而進(jìn)油的內(nèi)嚙合圓弧-泛擺線齒輪泵3應(yīng)用實(shí)例我國(guó)選用標(biāo)準(zhǔn)的JZX系列內(nèi)外轉(zhuǎn)子，設(shè)il 了 4種 系列的內(nèi)嚙合関弧泛擺線齒輪式機(jī)油泵，若采用前述 經(jīng)改進(jìn)的油槽結(jié)構(gòu)形狀，泵的容積效率提髙明顯。以下是選用外轉(zhuǎn)子系列型譜第四檔的JZX2535轉(zhuǎn) 子設(shè)計(jì)的內(nèi)嚙合IM1狐泛擺線齒輪泵的試驗(yàn)結(jié)果。（1）原觀

12、糧犧槽尺寸設(shè)計(jì)成圖X所示形狀，a = b=10 mm, e - f - 6 mm。當(dāng)機(jī)油泵轉(zhuǎn)速為 3400 r/min> 油溫80弋,背壓0.7 MPa時(shí),容積效率應(yīng)為0.76：（2）若將進(jìn)出油槽尺寸改為a = 5 mm,0 = 11 mm, e = 8 nun*/ = 4 nun*其尺寸不變，如圖2所不。進(jìn)油槽 加大了，也延長(zhǎng)了充油時(shí)間，提髙了容積效率，供油帚 增大。出油槽形狀也延長(zhǎng)了排油時(shí)間，排油時(shí)更順暢, 降低了泵的軸功率；當(dāng)機(jī)油泵轉(zhuǎn)速為3400 r/min,油溫80弋，背壓0.7 MPa時(shí)，容積效率應(yīng)提髙到0.85。（3）若將單而軸向進(jìn)油改成雙向軸向進(jìn)油（即從 齒輪兩端而同時(shí)進(jìn)油

13、），其結(jié)構(gòu)如圖3。由于增加了進(jìn) 汕點(diǎn)，相対地延長(zhǎng)了汕液充項(xiàng)肉間的時(shí)間，改善了汕液 填充性能：當(dāng)機(jī)油泵轉(zhuǎn)速為3400 r/min,油溫80弋,背壓0.7 MPa時(shí)，容積效率應(yīng)提髙到7）= 0.94o（4）將JZX2535與以上3種不同形狀和結(jié)構(gòu)的油 槽相配，可測(cè)得如圖4所示的容積效率特性曲線。從 圖4可看出，不同形狀結(jié)構(gòu)的油槽對(duì)泵容枳效率的 影響。圖4容積效率特性曲線100%4結(jié)論對(duì)進(jìn)出油槽（特別是進(jìn)油槽）的形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行暇 新設(shè)計(jì)與制造后，內(nèi)嚙合関弧泛擺線齒輪泵的容枳效 率仃了明顯的提髙，收到了滿意的效果，現(xiàn)已在我國(guó)內(nèi) 燃機(jī)屮普遍接受并采用。這對(duì)用作汽乍、內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑 系統(tǒng)心臟的泵是非常暇要的，也為今后設(shè)計(jì)出體枳小 而輸油就人、容枳效率高的內(nèi)嚙合IWI弧泛擺線齒輪泵 提供了依據(jù)。參考文獻(xiàn)：1 蔣德明.內(nèi)燃機(jī)原理M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991.2 王明華.內(nèi)燃機(jī)節(jié)能F冊(cè)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1987.潘秀明柴油機(jī)節(jié)能M.南昌:江西高校出版社，1991.提高內(nèi)嚙合圓弧-泛擺線齒輪泵容積效率的設(shè)計(jì)作者： 作者單位: 刊名：暢元模. 如存英， 力曼華.YANG YuaiLMO. HUANG Chunying, IAN Manhua 井岡山學(xué)院，江西，吉安,343000液壓與氣動(dòng)卩STICPKU|英文刊名： 年,卷(期): 被引用次數(shù)：CHINESE HYDRAULICS &