擺線轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

1、2006年2月農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第37卷第2期擺線轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定毛華永李國祥劉海濤胡云萍王偉【摘要】介紹了在擺線轉(zhuǎn)子泵的設(shè)計(jì)中,如何較準(zhǔn)確地選擇內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的各種參數(shù),以及選擇這些參數(shù)的步驟和判定方法,并對外轉(zhuǎn)子齒根圓和齒面的過渡圓弧與齒面相切之點(diǎn)所應(yīng)處的正確位置進(jìn)行了分析研究。為避免設(shè)計(jì)過程中因過渡圓弧半徑r 0選擇的隨意性而導(dǎo)致r 0過大出現(xiàn)干涉,或r 0過小而降低圓弧的過渡效果,給出了正確選擇該參數(shù)值的求解公式。關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)子泵擺線結(jié)構(gòu)參數(shù)中圖分類號:TH 326文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AD eterm i na tion of Rotor Structura l Param eters of Cy

2、clo ida l Rotor Pu m pM ao H uayong L i Guox iang L iu H aitao H u Yunp ing W ang W ei(S hand ong U n iversity AbstractV ari ou s p aram eters in terrelati on of in ter and ou ter ro to rs w ere in troduced fo r the indep enden t design of cyclo idal ro to r p um p .T he p rinci p les of determ in i

3、ng structu ral p aram eters and the deducti on of fo rm u lati on fo r determ in ing certain p aram eters w ere also given ,such as ro tate sp eed and too th num ber .T he tangen t po siti on of roo t circle of the ou ter ro to r ,too th flanks gyrati on of tran siti on and the too th flank of ou te

4、r ro to r w ere analyzed .T he fo rm u lati on of calcu lating gyrati on radiu s r 0of the tran siti on w as in troduced fo r the first ti m e ,and then the random determ inati on of r 0w as natu rally avo ided .A t last ,a design tem p late of the ro to rs of cyclo idal ro to r p um p w as p u t fo

5、 rw ard .Key words Ro to r p um p ,Cyclo id ,Structu re ,Param eter收稿日期:20041021毛華永山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院研究員,250061濟(jì)南市李國祥山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院教授博士生導(dǎo)師劉海濤山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院碩士生胡云萍山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院碩士生王偉山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院碩士生引言擺線轉(zhuǎn)子泵因其內(nèi)、外轉(zhuǎn)子中心接近重合,故結(jié)構(gòu)比較緊湊;又因內(nèi)、外轉(zhuǎn)子同向旋轉(zhuǎn),每轉(zhuǎn)嚙合齒數(shù)少,且轉(zhuǎn)子齒間的每個(gè)油腔在工作循環(huán)過程中相互重疊,因此運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、脈動小、噪聲低;另因軸向進(jìn)油,不易產(chǎn)生“氣穴”、容積效率較高等諸多

6、優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用作中、小型四沖程內(nèi)燃機(jī)潤滑油泵。目前國內(nèi)已有的JZS 、JB Z 型等轉(zhuǎn)子系列型譜,雖為轉(zhuǎn)子泵的設(shè)計(jì)提供了借助,但對型譜之外或欲滿足特別要求而需對型譜參數(shù)適當(dāng)調(diào)整的自行設(shè)計(jì)尚缺少系統(tǒng)介紹。為此本文討論了自行設(shè)計(jì)時(shí),轉(zhuǎn)子參數(shù)的確定原則,并給出了確定相應(yīng)參數(shù)的判定式。1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)相互關(guān)系圖1a 、1b 為內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖,圖1c 為內(nèi)、外轉(zhuǎn)子嚙合關(guān)系,其內(nèi)、外轉(zhuǎn)子各參數(shù)間的關(guān)系為e =(1-2 2=r 2-r 1=r 1 z 1=r 2 z 2(1R =a +1-e =a +2+e =a +L -2e =a +r (2L =1+e =2+3e (3式中e 偏心距1內(nèi)轉(zhuǎn)子齒頂圓

7、半徑(亦稱長半徑2內(nèi)轉(zhuǎn)子齒根圓半徑(亦稱短半徑r 1內(nèi)轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑,r 1=z 1e 1r 2外轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑,r 2=z 2e 1z 1內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)z 2外轉(zhuǎn)子齒數(shù),z 2=z 1+1a 外轉(zhuǎn)子齒形圓半徑R 創(chuàng)成圓(外轉(zhuǎn)子齒形均布圓半徑r 外轉(zhuǎn)子齒頂(內(nèi)切圓半徑L 外轉(zhuǎn)子齒根圓(亦稱限制圓半徑另有參數(shù)D 外轉(zhuǎn)子外徑d 0內(nèi)轉(zhuǎn)子驅(qū)動軸孔徑b 內(nèi)轉(zhuǎn)子最小壁厚,b =2-d 0 2圖1轉(zhuǎn)子示意圖F ig .1D iagram of ro to rs(a 內(nèi)轉(zhuǎn)子(b 外轉(zhuǎn)子(c 嚙合關(guān)系2參數(shù)的確定211幾何流量油泵的最大供油量應(yīng)是設(shè)計(jì)油泵時(shí)已知的,該值確定后便可估算出幾何流量為Q 0=Q v =(21

8、-22B n 1×10-6(4式中Q 實(shí)際流量,L m inv 容積效率B 轉(zhuǎn)子寬度,mmn 1內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,r m in容積效率v 約為01800190,v 的高低受工作油壓、油溫(粘度、轉(zhuǎn)速、制造精度等諸多因素的影響。可根據(jù)最大工作油壓、油溫、轉(zhuǎn)速等預(yù)估v值,其原則是高壓、高溫、低速、低精度取小值,反之取大值。212轉(zhuǎn)速油泵轉(zhuǎn)速可根據(jù)發(fā)動機(jī)驅(qū)動情況而定,如無特殊要求,轉(zhuǎn)速可適當(dāng)高些,這是因?yàn)閹缀瘟髁縌 0與內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n 1成正比,在同樣的Q 0值下,通過提高n 1可減小轉(zhuǎn)子的幾何尺寸,使油泵體積縮小。同時(shí),在同樣的轉(zhuǎn)子配合間隙下,n 1的提高會因節(jié)流作用的加強(qiáng)而使泄漏減弱,有利于

9、容積效率的提高。當(dāng)然,若油腔設(shè)計(jì)不合理或進(jìn)油管道阻力較大,在n 1高到一定數(shù)值后,會因充不進(jìn)油液而有可能使容積效率下降,甚至產(chǎn)生較大的噪聲。故一般油液流速應(yīng)控制在115215m s 之內(nèi)。對于流量大的泵可適當(dāng)高些,但也不宜超過315m s 2。進(jìn)油流速過高還有可能引起“空穴”現(xiàn)象,故石油類流體進(jìn)油側(cè)真空度一般不宜超過17kPa 3。另外還可通過雷諾數(shù)R e 2320,其油流型式為層流來判定油液流速是否合適4,即R e =vd=4Qd 2320(5式中v 油液流速,m sd 管徑,m 運(yùn)動粘度,m 2s Q 實(shí)際流量,m 3s213齒數(shù)增加轉(zhuǎn)子齒數(shù),對降低齒面磨損、減小流量和油壓脈動等都有好處。

10、如將z 1由6齒增至8齒后,其脈動率將由314%418%降至2%215%5。但減少齒數(shù)可使單位體積排量增大,并且功率消耗也相對較小2。故對脈動要求不高的場合可采用齒數(shù)較少的轉(zhuǎn)子。另外內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為偶數(shù)時(shí),其脈動低于奇數(shù)齒6,所以z 1應(yīng)盡可能采用偶數(shù)值。214內(nèi)轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)泵的驅(qū)動功率為P i =pQ t(6式中P i 油泵驅(qū)動功率,Wp 油泵進(jìn)出口壓差,Pat 總效率(機(jī)械效率與容積效率之積作為機(jī)油泵,其總效率t 為01600180,對油液粘度小、加工精度低者取小值,反之取大值。取值后,將其與已知油泵的名義油壓和流量代入式(6就可估算出驅(qū)動功率,由驅(qū)動功率、受力及所用材料情況算出內(nèi)轉(zhuǎn)子軸孔徑d

11、 0,然后再根據(jù)受力算出內(nèi)轉(zhuǎn)子最小壁厚b ,即可導(dǎo)出短半徑2。長半徑1及轉(zhuǎn)子寬度B ,可通過式(4及寬徑比=B (21選取,比較集中的取值范圍為012064農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)2006年0180,小值適合于高速工況7。1、2值一旦確定,便可由式(1求出內(nèi)、外轉(zhuǎn)子偏心距e 。215外轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)創(chuàng)成圓半徑R 可由短幅系數(shù)k =z 2 (R e 確定。k 值較佳的范圍為01500175,在此范圍內(nèi)其齒廓的承載能力高、磨損小。同樣齒數(shù)時(shí),在上述范圍內(nèi)k 取小值,齒的彎曲強(qiáng)度較好;k 取大值,即R e 減小,其齒形變瘦,油泵的平均排量增大,但齒的彎曲強(qiáng)度下降、脈動率增大5,8。R 值的大小也表示為9e 2+R

12、 2(1-i 3eR (1-i (2-i =(01750188<1(7式中i 傳動比,i =z 1 z 2=n 2 n 1初步確定了R 值之后可通過式(2求出齒形圓半徑a ,然后再代入a <32-i3R 2(1-i 2-e 2i(8進(jìn)行判定9另有一描述齒形圓直徑與齒形圓分布圓(創(chuàng)成圓直徑相對尺寸及分布間距的系數(shù)k 2,它是位于創(chuàng)成圓上的兩相鄰齒形圓間距與齒形圓直徑之比10,即k 2=R sin ( z 2 a 。在z 2不變的情況下,k 2越小,意味著兩齒形圓靠得越近;當(dāng)k 2=1時(shí),其兩相鄰齒形圓呈相切狀靠在一起,此時(shí)齒形圓無間隙地布滿在整個(gè)創(chuàng)成圓上;一般k 2=11131160

13、,k 2值增大脈動率變小,反之則變大5。限制圓半徑L 可根據(jù)已求知參數(shù)由式(3求出。L 與a 相交處形成尖角和較大無用空間,現(xiàn)一般用一半徑為r 0的圓弧進(jìn)行過渡,以減小油壓的波動和延長轉(zhuǎn)子的使用壽命2。圖2是內(nèi)轉(zhuǎn)子一齒兩側(cè)同時(shí)與外轉(zhuǎn)子兩齒對稱嚙合的位置,兩對稱嚙合點(diǎn)為W 1、W 2。由圖示轉(zhuǎn)子圖2r 0求解示意圖F ig .2So lu ti on schem e of r 0旋轉(zhuǎn)方向可看出,若繼續(xù)旋轉(zhuǎn),內(nèi)轉(zhuǎn)子左側(cè)的實(shí)際嚙合點(diǎn)位置W 1將沿外轉(zhuǎn)子齒面弧W 1J 1向前(左移動,是遠(yuǎn)離W 1向J 1方向移動的;而內(nèi)轉(zhuǎn)子將要實(shí)際參與嚙合的相應(yīng)部位,是由W 1處沿內(nèi)轉(zhuǎn)子齒面弧W 1W 2向后(右變化

14、的。內(nèi)轉(zhuǎn)子右側(cè)實(shí)際嚙合點(diǎn)位置W 2是沿外轉(zhuǎn)子齒面弧W 2J 2向后(右移動,是離開W 2向J 2方向移動的;此時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)子右側(cè)實(shí)際參與嚙合的相應(yīng)部位是由W 2處沿內(nèi)轉(zhuǎn)子齒面弧W 2W 2向后(右變化的。由此可知,外轉(zhuǎn)子齒面上的弧面W 1J 1和W 2J 2以及弧J 1J 2是不與內(nèi)轉(zhuǎn)子齒面相接觸的,所以半徑為r 0的過渡圓弧只能與這些非接觸弧相切,其切點(diǎn)的極限位置為W 1(或W 2,即W 1E =r 0m ax 。由圖2應(yīng)用余弦定理可得=arcco s R -r 2co sz 2R 2+r 22-2R r 2co s z 2=arcco sR -ez 2co sz 2R 2+(ez 22-2ez

15、2R co sz 2(9r 0m ax =2aR co s +L 2-a 2-R 22(L +a -R co s (10考慮到嚙合的安全可靠及加工精度的波動性,其過渡圓弧半徑r 0(即J 1E 應(yīng)小于r 0m ax ,亦即過渡圓弧與外轉(zhuǎn)子齒面的實(shí)際切點(diǎn)(如圖2中點(diǎn)J 1應(yīng)離開W 1(或W 2少許,一般應(yīng)使所離開的弧長W 1J 1=l =a 180°>015mm 。當(dāng)選擇了適當(dāng)?shù)膌 值后,便可將=180°l (a 代入下式求出r 0值r 0=2aR co s (+L 2-a 2-R 22L +a -R co s (+(11確定了L 、r 0后,在確保強(qiáng)度及徑向密封帶寬度

16、的前提下,以使油泵具有最小外廓尺寸為原則,確定其外轉(zhuǎn)子外徑D 的尺寸。3結(jié)束語雖然我國已在測繪國外產(chǎn)品的基礎(chǔ)上推出了JZS 和JB Z 型等轉(zhuǎn)子系列型譜,但對于型譜不能滿足要求的或作某些改進(jìn)性的自行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)如何選取轉(zhuǎn)子的各種參數(shù),尚缺少系統(tǒng)詳盡的介紹?；诖?本文較詳細(xì)地介紹了轉(zhuǎn)子各種參數(shù)的選擇判定法,分析了外轉(zhuǎn)子齒根圓和齒面的過渡圓弧與齒面相切之點(diǎn)所應(yīng)處的位置,并推導(dǎo)出過渡圓弧半徑r 0的求解公式,防止了r 0選擇的隨意性,從而避免了r 0選擇過小而降低圓弧過渡效果,或選擇過大而出現(xiàn)干涉等不良后果。(下轉(zhuǎn)第66頁74第2期毛華永等:擺線轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定好,F3排序第一,這和飼料加工企

17、業(yè)大型化發(fā)展的現(xiàn)狀緊密相關(guān)。產(chǎn)品需求的大型化客觀要求供給企業(yè)的大型化,這有助于作為產(chǎn)品供給方的飼料工業(yè)專用設(shè)備制造業(yè)進(jìn)行有組織、有規(guī)模的專業(yè)化分工和協(xié)作,并將新技術(shù)運(yùn)用到規(guī)模生產(chǎn)中,充分發(fā)揮各項(xiàng)資產(chǎn)的使用效益。同時(shí),由于飼料加工企業(yè)市場競爭激烈、飽和度較高、利潤率較低(為015%等原因?qū)е碌脑撔袠I(yè)生產(chǎn)能力利用嚴(yán)重不足(2003年平均利用率為50%,遼寧和貴州兩省僅為26%和25%,使飼料工業(yè)專用設(shè)備制造業(yè)產(chǎn)品銷售率只有4816%,制約了企業(yè)資本周轉(zhuǎn)和效益提高(利潤指標(biāo)2001年僅為第7位。通過與農(nóng)用運(yùn)輸車制造行業(yè)和排灌機(jī)械制造業(yè)的比較,也應(yīng)該看到,該行業(yè)的發(fā)展?jié)摿凸芾硭讲]有達(dá)到最優(yōu),因此

18、還需要轉(zhuǎn)換經(jīng)營思想,抓住當(dāng)前機(jī)遇,謀劃資本運(yùn)營,提高資產(chǎn)負(fù)債率,積極融資并引進(jìn)人才和先進(jìn)技術(shù),提高規(guī)模效益和技術(shù)含量,降低生產(chǎn)成本,研發(fā)新產(chǎn)品,避開該行業(yè)現(xiàn)存的價(jià)格惡性競爭局面,擴(kuò)大市場占有率,改變現(xiàn)狀。3結(jié)束語農(nóng)機(jī)行業(yè)的優(yōu)劣狀況基于行業(yè)企業(yè)內(nèi)在發(fā)展?jié)撡|(zhì)、管理水平、新技術(shù)采用及我國產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整、市場環(huán)境和經(jīng)營機(jī)制的轉(zhuǎn)換等因素。農(nóng)機(jī)行業(yè)效益的評價(jià)由因子分析法可以簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),分析各行業(yè)的綜合影響因素,還可以根據(jù)計(jì)算的結(jié)果,找出各行業(yè)相對競爭優(yōu)勢之所在,取長補(bǔ)短,發(fā)揮企業(yè)特長,提高行業(yè)競爭力。參考文獻(xiàn)1中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會,中國農(nóng)業(yè)機(jī)械年鑒編輯委員會.2002中國農(nóng)業(yè)機(jī)械年鑒J.北京:中國農(nóng)業(yè)機(jī)械年鑒編輯部,2002.