1、2005年第2期液壓與氣動13提高內嚙合圓弧泛擺線齒輪泵容積效率的設計楊元模，黃春英,萬曼華Design on Improving the Volume Efficiency of Internal MeshingArc-cycloid Gear PumpYANG Yuan-n)o, HUANG Chun-ying, WAN Man-hua(井岡山學院，江西吉安343000)摘 要：文章根據多年對內嚙合関弧泛擺線齒輪泵的設計開發經驗，從設計和制造兩方血探討提高容2005年第2期液壓與氣動15定分別為50%200°的實驗結果。穩態偏S < e o實際轉處 設定轉角-實際轉角設定轉

2、角4«1216時間a) PlrtM20S 60*4020°0481216 20時間”Sb) PID控制出(動輔助限位一實際轉角 儀定轉角70-60 50*402010°04812 16 20250200護"00500*048一實際轉角 沒定轉列時間"sc) 50A給定1 12 16 20 時間r/sd) 200°給念實驗結果可以看出，采用PID控制+氣動輔助限位的復合控 制算法，可以在一定和度e范圍內實現箱確控制。6結束語針對擺動缸位宜伺服系統采用PID控制時，系統在 期職值附近存在振蕩現象的問題，本文提出了一種新的 控制方法，即PI

3、D控制+氣動輔助限位的復合控制算 法。該方法消除了系統振蕩，加快了系統響應速度，提 高了系統剛度，達到了較高的控制箱度。控制算法簡單 方便，容易調節，實用性強。參考文獻：1 陸鑫盛.氣動新技術講座一氣動伺服定位控制系統J. 液壓氣動與密封，1999(5).2 徐元昌.流體傳動與控制M.上海：同濟大學出版社, 1998.3 陳維山，趙杰.機電系統汁算機控制M.哈爾濱：哈爾濱 工業大學出版111.1999.萬方數據積效率的途徑，以期提高內咽合泵的技術水平。關鍵詞：內啾合；関弧泛擺線齒輪泵：容枳效率中圖分類號:TH12文獻標識碼：B1引言內嚙合圓弧.泛擺線齒輪泵(亦稱轉子機汕泵)與 外嚙合漸開線齒輪

4、泵和比，具仃結構緊湊、體枳小，單 位體積排屋人,零件少，成本低廉等顯苕特點。內嚙合 圜弧泛擺線齒輪泵現C廣泛地用作內燃機、汽午潤滑 系統的“心臟”,它的性能好壞ri接影響內燃機的可靠 性和耐久性。囚此，設計性能好、效率高的內嚙合圜弧 泛擺線齒輪泵就顯得非常重要。文章編號：1000-4858( 2005 )02-0013-03一般外嚙合齒輪泵均為徑向進汕，容積效率較低。 而內嚙介圓弧泛擺線齒輪泵的結構形狀，決定了它只 能軸向進汕，由于軸向進油，泵高速運轉所產生的離心 力不但不會妨礙汕液的充填，相反卻幫助和加強了齒 間的油液充填，避免氣蝕現象的產生,容枳效率高。從收稿 LI IW: 2004-08

5、-09作者簡介：楊元模(1961)，男，江西吉安人，副教授，主耍從 審液壓技術方面的科研和教學工作.油液的填充性來看,內嚙合関弧泛擺線齒輪泵較外嚙 介泵冇先天的長處C但油槽設計不介理，油液填充不 良，容積效率則會隨泵轉速上升而呈下降趨勢,還會產 生氣蝕現象。2提髙內嚙合関弧泛擺線齒輪泵容積效率的措施 設計內嚙介101孤泛擺線齒輪泵時，泵容積效率的 高低影響泵的體積尺寸，對同輸油帚的泵來講,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 壓區油液通過泵相對運動件間的間隙返冋到油槽。但 為了保證泵正常地工作，內外齒輪Z間，內外齒輪與泵 體、

6、泵蓋Z間，必須仃一定的間隙。蟲此，高壓區的出 油油槽就仃一部分油液通過間隙返I叫進油槽，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 是油液進不去，油液不能填充滿泵進油腔的最大體積。 這是造成泵容積效率低的主要原因。嚴匝的不但會影 響容積效率，而且高轉速時會在泵屮形成氣蝕現象，造 成供油帚明顯不足，供油泵振動劇烈，且易損壞泵的內 外齒。這種情況一經在內燃機屮出現，輕則燒軸瓦，取 則使帑機報廢。因此，要解決好這個問題，就應采取以 下的設計措施。1）設計合理的進油槽影響內嚙合関弧泛擺線齒輪泵容積效率的主要 因素是進油槽。此前，我國設計的內嚙合

7、圓弧泛擺 線齒輪泵都采用對稱形狀的進、出油槽（如圖1“所 示），主要用于潤滑需求最不大的小熨內燃機。由于 其泵齒薄，充油時間短，對泵容積效率影響不明顯。 現在許多大屮型內燃機也較卄遍采用內嚙合関弧-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，油液填滿泵進油腔的時間也要更長。 采用對稱形狀進、出油槽的內嚙合関弧泛擺線齒輪 泵髙轉速時容積效率明顯偏低，若在制造中稍仃誤 差，便會出現氣蝕現象。為了消除這些不良現彖，原 設計思路是對泵齒形狀進行改進，或加大、加厚泵齒 尺寸，但效果都不太好。新設計進油椚的一般原則是：應當保證在齒輪轉 動過程，內外齒輪開成最大體枳前，齒間體枳腔始終

8、與 進油槽相通，而目.要盡最延長充填油時間，使齒間體積 腔充滿油液。當內外齒輪形成茲人體積時，齒間體枳 腔與進油槽不能相通（如圖lb所示）。為提仙轍株枳S油液的充填性能，應按以下兒圖1進、出汕槽形狀點設計進油ffl,并對出油槽作*11應的改進設計。（1）進油槽要盡雖使油液充填進油腔的時間達到 M長,出油槽要盡量使排油腔在排油結束時也能順利 地將油液排出（如圖lc所示）。其中尺寸a、b、e、f、 L、厶2是根據流體力學和內嚙合関弧泛擺線齒輪運 動原理推算并經試驗得出。不同系列的泵其尺寸“、 b、e、/是不一樣的。（2）進出油槽尺寸I）應人于2倍外齒輪的長半徑 «（即 D>2R）,

9、以。二2R +（1 2）mm 為宜。（3）進出油槽尺寸“應不大于2倍內齒輪的短半 徑 /（即 d <2r）» 以 d = 2r （0 1）mm 為宜。（4）進出油槽的確定。根據流體力學原理，一般 進出油通道截血積應保證進油道速度為2 3 ni/so M 此，設計油槽應確定油槽深度厶（如圖2所示。據內嚙合関弧一泛擺線齒輪泵的流常公式：Q - sbzti（ cm'/s）式屮5內外齒輪形成的故人面枳,cm2/s b齒輪的厚度,cmz內齒輪的齒數n內齒輪的轉速為使進出油槽有足夠的油液填充齒間，應保證單 位時間內從進油管經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進出汕榊改進后的機油泵cni/s; H為油槽節流斷面的油槽寬。2）增加進油點一雙而進油前血C談到到內嚙合関弧泛擺線齒輪泉iUj轉速 時仍何高的容積效率。肉而許多設計都是通過人幅度 提高轉速來獲得人的供油量，同時又可便泵更為緊湊。 但是，當泵轉速過高或齒輪厚度A人時，容枳效率也會 下降。其原肉并不是離心力破壞油液的填充，也不是 改進后的進油槽不合理,而是向齒間進腔體積充油時 間太短。因為，齒輪在泵體里轉動很快，每個齒間在進 油槽區域的逗留時間有限，而油液填充齒間進油腔需 要一定時間，若

11、填充油液所需時間人于齒間體積在進 油槽區域的逗冊時間，油液來不及填充，齒間便轉過進 油槽區域，就會出現油液填充不良，甚至出現仃破壞力 的氣蝕現象。但只要增加進油點,將單面軸向進油改 為雙面進油,油液填充齒間體枳的時間就增加1倍，容 積效率就不會肉轉速過高、齒輪厚度人而減小（如圖3 所示）。出油槓進油槽圖3雙而進油的內嚙合圓弧-泛擺線齒輪泵3應用實例我國選用標準的JZX系列內外轉子，設il 了 4種 系列的內嚙合関弧泛擺線齒輪式機油泵，若采用前述 經改進的油槽結構形狀，泵的容積效率提髙明顯。以下是選用外轉子系列型譜第四檔的JZX2535轉 子設計的內嚙合IM1狐泛擺線齒輪泵的試驗結果。（1）原觀

12、糧犧槽尺寸設計成圖X所示形狀，a = b=10 mm, e - f - 6 mm。當機油泵轉速為 3400 r/min> 油溫80弋,背壓0.7 MPa時,容積效率應為0.76：（2）若將進出油槽尺寸改為a = 5 mm,0 = 11 mm, e = 8 nun*/ = 4 nun*其尺寸不變，如圖2所不。進油槽 加大了，也延長了充油時間，提髙了容積效率，供油帚 增大。出油槽形狀也延長了排油時間，排油時更順暢, 降低了泵的軸功率；當機油泵轉速為3400 r/min,油溫80弋，背壓0.7 MPa時，容積效率應提髙到0.85。（3）若將單而軸向進油改成雙向軸向進油（即從 齒輪兩端而同時進油

13、），其結構如圖3。由于增加了進 汕點，相対地延長了汕液充項肉間的時間，改善了汕液 填充性能：當機油泵轉速為3400 r/min,油溫80弋,背壓0.7 MPa時，容積效率應提髙到7）= 0.94o（4）將JZX2535與以上3種不同形狀和結構的油 槽相配，可測得如圖4所示的容積效率特性曲線。從 圖4可看出，不同形狀結構的油槽對泵容枳效率的 影響。圖4容積效率特性曲線100%4結論對進出油槽（特別是進油槽）的形狀和結構進行暇 新設計與制造后，內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，現已在我國內 燃機屮普遍接受并采用。這對用作汽乍、內燃機潤滑 系統心臟的泵是非常暇要的，也為今后設計出體枳小 而輸油就人、容枳效率高的內嚙合IWI弧泛擺線齒輪泵 提供了依據。參考文獻：1 蔣德明.內燃機原理M.北京:機械工業出版社,1991.2 王明華.內燃機節能F冊M.北京:化學工業出版社,1987.潘秀明柴油機節能M.南昌:江西高校出版社，1991.提高內嚙合圓弧-泛擺線齒輪泵容積效率的設計作者： 作者單位: 刊名：暢元模. 如存英， 力曼華.YANG YuaiLMO. HUANG Chunying, IAN Manhua 井岡山學院，江西，吉安,343000液壓與氣動卩STICPKU|英文刊名： 年,卷(期): 被引用次數：CHINESE HYDRAULICS &