提高外啮合齿轮泵容积效率的创新设计
《机床与液压》20061No1
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提高外啮合齿轮泵容积效率的创新设计
杨元模
(井冈山学院机械系,江西吉安343009)
摘要:根据多年对外啮合齿轮泵的设计开发经验,利用流体力学和理论力学原理,创新设计出外啮合齿轮泵的进油槽,它能解决齿轮泵高速旋转时因油液离心力而使齿槽间充油不足的问题,提高了容积效率。为提高外啮合齿轮泵的制造水平探讨出一条新的途径。
关键词:创新设计;外啮合齿轮泵;进油槽;容积效率中图分类号:TH12 文献标识码:B 文章编号:1001-3881(2006)10-107-2
NewDesignforImprovingVolumetricFlowRateofOuter-engagedGearPump
YANGYuanmo
(MechanicsSchoolofJinggangshanCollege,JianJiangxi343009,China)
Abstract:Basedonseveralyears’experienceofdesigninganddevelopingouter-engagedgearpump,byapplyingtheprinciplesoffluidmechanicsandtheoreticalmechanics,theoilentrytroughstructureofouter-engagedgearpumpwasputforward,whichcansolvetheoildeficiencyundertheconditionofoilcentrifugalforcecausedbyhigh-speedturninggearpumpsoastoenhancethevolu2metricflowrate.Thisisanewapproachwhichcanimprovethelevelofmanufacturingouter-engagedmp1
Keywords:Newdesign;Outer-engagedgearpump;Oiltrough;Volumetricflowrate
0 引言
外啮合齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵,它与柱塞式、叶片式等其它形式的液压泵相比,不但具有结构最简单、零件少,抗振能力强,价格低廉等显著特点液压系统的“,、振动大的汽车内燃机来说,效率高的外啮合齿轮泵就显得非常重要。
外啮合齿轮泵均为径向进油,泵高速运转时,油液产生的离心力会影响齿槽中的油液充填,加上外啮合齿轮泵不能消除的泄漏现象,容积效率低是外啮合齿轮泵的一个最大缺点,也是影响外啮合齿轮泵没有得到进一步发展和广泛应用的主要原因。因此,如何设计容积效率高的外啮合齿轮泵是提高外啮合齿轮泵制造水平的一个主要问题。1
提高外啮合齿轮泵容积效率的措施
外啮合齿轮泵的工作原理如图1所示。从泵的工作原理图可分析出,造成外啮合齿轮泵容积效率低的原因不外乎两个方面:一是高压区油液通过泵相对运动件间的间隙返回进油区。但为了保证泵正
外啮合齿轮泵工作原理常地工作,齿轮外径图1
与泵体之间,齿轮端面与泵体、泵盖之间,必须有一,从而;二是外啮合齿轮泵的,油液产生的离心力使油液不能填充满泵齿槽中的最大体积,这是造成外啮合齿轮泵容积效率低的主要原因。严重的不但会影响泵的容积效率,而且高转速时会在泵中形成气蚀现象。造成泵供油明显不足,流量脉动加大,噪声加重。这种情况若在高速运转的汽车发动机中出现,轻则磨损加剧甚至烧轴瓦,重则使整机报废。因此,要解决好这个问题就应采取以下的设计措施:
(1)设计合理的补充填进油槽
影响外啮合齿轮泵容积效率的主要因素是旋转产生离心力使油液不能充填满齿槽中。此前,我国设计的外啮合齿轮泵是采用提高泵制造精度来解决这个问题。但这种靠提高泵制造精度来提高容积效率的方法,不但大大增加了制造成本而且提高容积率的效果有限。为此,笔者设计了一条补充填油液的进油槽,在几乎不增加成本的情况下,可显著地提高容积效率。
新设计补充填进油槽的一般原则是:泵高速旋转时产生的离心力使油液甩向齿顶部处,而齿根处产生负压使油液稀薄,如不及时补充油,严重时甚至产生气蚀。因此,在齿根处设计一条补充填进油槽如图2所示。及时将油液补充填进齿槽中,而且要尽量延长充填油时间,使齿槽中充满油液。为提高齿槽中油液的充填性能,使泵的容积效率达到最佳,应按以下几点设计补充填油液进油槽。
①补充填油液进油槽要能将油液及时补充填到齿槽中,且要尽量使油液充填齿槽的时间达到最长。经
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当机油泵转速为1500r/min时,理论流量为:
π2π2-32
(da-a-(45-Q=Pb)×b×n×10=
2
3
2
39-2
-6
×81856)×116×1500×10=171887(L/min)3
图2 增加补充填进油槽的泵体
多次试验反复探究,有了理论依据后,笔者选用一
批精度等级相当的2105柴油发动机机油泵做试验,在2105机油泵的泵体中增加一条补充填油液的进油槽形状如图2所示,进油槽的长度不等,从25°开始每隔5°做一件,第一批一共做了21件。经过试验的结果是,增加了进油槽,容积效率都有提高。进油槽长度在115°时机油泵的容积效率达到最大值。η=0186,超过115°后,进油槽长度增加容积效率不再上升,过长时反而降低。
②进油槽尺寸d应不大于齿根圆,以d=df-116为宜。
③进油槽尺寸DD为宜。
④,尺寸,以h(2)———双面补充填油槽
,在外啮合齿轮泵中增加一条补充填进油槽能有效地提高泵的容积效率,但在实验中也发现一个问题,当泵转速过高或齿轮厚度太大时,容积效率提高不是很多,其原因是向齿间补充填进油时间太短。因为齿轮在泵体里转动很快,每个齿槽在进油槽区域的逗留时间有限,油液来不及填充,齿槽便转过进油槽区域,造成油液填充不足,甚至出现有破坏力的气蚀现象。但只要增加进油点,也就是在外啮合齿轮泵泵盖增加一条与泵体对称的补充填进油槽,油液充填齿槽间体积的时间就增加了1倍,容积效率可提高到0192。并且还不会因转速过高齿轮厚度增大而使容积效率减小。2 应用实例
我们分别在2105柴油发动机的机油泵和液压站用高压齿轮泵增加补充填进油槽,泵的容积效率都有明显提高。
以下是在2105柴油发动机机油泵增加补充填进油槽前后的试验结果。
(1)2105机油泵的齿轮选用的是JB/T6010-92机油泵齿轮JBC03系列号,其参数为:模数m=3,齿数z=12,齿形角α,变位系数x=016392。o=20°
+1
式中:da为齿顶圆直径;
a为齿轮中心距;
α Pb为基圆齿距(Pb=π・m・cosο);
α ο为齿形角; b为齿轮宽度; n为齿轮泵转速。
当机油泵转速为1500r/min,背压p=0126MPa时测得流量Q=12167L/min,容积效率η=017083。
(2)2105机油泵体中增加一补充填进油槽,其
它尺寸及精度不变,如图2所示。d=32-116mm,D=
380mm,h=3mm1500r/min,背
+1
压p=0126MPa时测得流量Q=/min,容积效率为η=0。
(3)。当机油泵转速为1500r/p时,测得流量Q=161456L/mη=0192
。
(4)将以上3种形式的机油泵进行特性测试,测得容积效率特性曲线如图3所示,从容积效率特性曲线图上可看出增加补充填进油槽前后对泵
图3 容积效率特性曲线
容积效率的影响。3 结论
在外啮合齿轮
泵中增加补充填进油槽后,其容积效率有了明显提高,收到了满意的效果,找到了解决外啮合齿轮泵容积效率低的一条途径,也为今后设计出体积小、而输油量大、容积效率高的外啮合齿轮泵提供了依据。
参考文献
【1】盛敬超1液压流体力学[M]1北京:机械工业出版
社,19801【2】胡玉兴1液压传动[M]1北京:中国铁道出版社,
19801【3】蒋德明1内燃机原理[M]1北京:机械工业出版社,
19911
作者简介:杨元模(1961—),男,江西吉安人,副教授,主要从事液压技术方面的科研和教学工作。电话:[1**********],E-mail:yangxr6789@yahoo1com1cn。
收稿日期:2005-08-04