增大轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵流量的改進(jìn)設(shè)計(jì)劉玉亭朱桂香（上海紐荷蘭農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司，上海200433）泵體泵蓋關(guān)鍵尺寸研究，試圖對(duì)轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵基于流量增大改進(jìn)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)和關(guān)鍵過程進(jìn)行深一步研究。
來稿日期：2008-06- 1前言轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵以其結(jié)構(gòu)緊湊、外形小、重量輕、噪音低、不易產(chǎn)生“氣穴”容積效率較高等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛運(yùn)用。我國(guó)的柴油機(jī)轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵，最早見于1962年前后的485柴油機(jī)上。隨后其他的一些機(jī)型也相繼采用。但直至70年代末才形成BZ系列型譜的初步方案。這些轉(zhuǎn)子型譜的推出，大大方便了轉(zhuǎn)子泵的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)機(jī)型的所需流量，在標(biāo)準(zhǔn)中尋找相適用的轉(zhuǎn)子，再配上相關(guān)泵體、泵蓋既可。然而近年來隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)越來越多樣化，轉(zhuǎn)子機(jī)油泵的規(guī)格、品種也隨之曰益增多，故相關(guān)部門取消了機(jī)油泵型譜的推薦參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際情況來獲得較大自由度的設(shè)計(jì)。因此如何提高機(jī)油泵的流量，轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇，繪制轉(zhuǎn)子輪廓線就變得尤為重要。本文對(duì)本公司新開發(fā)的4102Z增壓柴油機(jī)油泵設(shè)計(jì)，試圖對(duì)轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵改進(jìn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過程提出合理的解決方案。
2機(jī)油泵流量校孩推薦發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)所需循環(huán)機(jī)油機(jī)標(biāo)定功率為59kW，標(biāo)定轉(zhuǎn)速為2取較為保險(xiǎn)的47L/kWh代入計(jì)算得：而轉(zhuǎn)子機(jī)油泵供油量為：外轉(zhuǎn)子之間所形成的面積的最大值與最小值之差）。
其中，內(nèi)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)半徑（mm）；內(nèi)轉(zhuǎn)子短半徑（mm）；內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)（通常為4―8齒，常用4齒）；內(nèi)轉(zhuǎn)子寬度（mm）；――內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（r/min）；―容積效率（一般取07―0 9，本設(shè)計(jì)選又因?yàn)閆i——機(jī)油泵驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)；nd——機(jī)油泵驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速；nr——柴油機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速。
由于機(jī)油泵驅(qū)動(dòng)齒輪與曲軸同軸，所以兩者轉(zhuǎn)速相同可得40，叫=2400r/min代入公式（3），可計(jì)算原機(jī)油流量Vp=39L/min，低于Ricardo推薦值，顯然不能滿足4102Z柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)需要。
3提高流量的改進(jìn)設(shè)計(jì)可根據(jù)自身發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，選用特別參數(shù)的轉(zhuǎn)子。
根據(jù)本公司柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，受限制于齒輪罩，齒輪系大小，第1和第2這兩種方法均不適合本機(jī)油泵改進(jìn)設(shè)計(jì)，只采用改變內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廓線尺寸的方法。P1與P2的選擇將直接影響轉(zhuǎn)子的工作面積，P與P2兩者之間也不能相差太小，否則會(huì)影響工作面積，將不利于流量的提高；相反P1與P2兩者間也不能相差太大，太大時(shí)會(huì)加速轉(zhuǎn)子的磨損，對(duì)機(jī)油泵的可靠性不利。設(shè)計(jì)時(shí)一般選擇P1/P2=1.31.8（小值適合高速泵），根據(jù)理論所需流量，并考慮機(jī)油泵整體布置合理性，選擇P1 115，保持內(nèi)轉(zhuǎn)子寬度b不變，計(jì)算得Vp=51.2L/min，理論值滿足設(shè)計(jì)需要，同時(shí)可補(bǔ)償機(jī)油泵因長(zhǎng)時(shí)間工作后容積效率下降的流量損失。
4機(jī)油泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子齒型參數(shù)設(shè)計(jì)與輪廓畫法目前，國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)子齒型曲線多采用短幅擺線的等距線，而外轉(zhuǎn)子是由幾段圓弧組成。其中設(shè)計(jì)的參數(shù)主要有：a為外轉(zhuǎn)子齒形圓半徑（mm），R為創(chuàng)成圓半徑（mm），L為外轉(zhuǎn)子限制圓半徑，r為外轉(zhuǎn)子內(nèi)切圓半徑，D為外轉(zhuǎn)子外徑。K為短幅系數(shù)（0.5~0.75最佳，本設(shè)計(jì)取0 65），Z和Z2分別為內(nèi)外轉(zhuǎn)子的齒數(shù)（本設(shè)計(jì)使用Z=4，乙=5）。其相互關(guān)系為：內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廓線常采用作圖法，具體畫法參見。從短幅外擺線上一點(diǎn)C，以a為半徑作原弧，一定與內(nèi)轉(zhuǎn)子廓線相切于某一點(diǎn)。根據(jù)共軛嚙合原理，切點(diǎn)的法線一定通過C點(diǎn)，同時(shí)通過此時(shí)滾動(dòng)的節(jié)點(diǎn)B.于是連直線QB，量取CA=a，就可得Ai點(diǎn)，它就是內(nèi)轉(zhuǎn)子廓線上的一點(diǎn)，實(shí)際作圖只要作出Q從0.~45.一段就可以了。
在確定了一段后其余均為相同，然后可根據(jù)AutoCAD，使用極坐標(biāo)標(biāo)點(diǎn)的方法，對(duì)Q從0.~轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廊線畫法45°―段中p的值進(jìn)行測(cè)量標(biāo)注。一般來說內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廓線應(yīng)保留2~3位小數(shù)，從而保證內(nèi)轉(zhuǎn)子的精確，見和表1.而外轉(zhuǎn)子的輪廓線在前文計(jì)算的參數(shù)中都可得到。關(guān)于內(nèi)外轉(zhuǎn)子徑向齒頂間隙，內(nèi)外轉(zhuǎn)子的公差范圍選擇則和油液粘度、壓力、轉(zhuǎn)速均有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選01~015之間較多。外轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)見。
5泵體與泵蓋的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵有三片式和二片式2種結(jié)構(gòu)。所謂三片式是指泵由前蓋、泵體和后蓋3部分組成，而二片式則是將泵體與后蓋做成一體。前者便于加表1內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廓線參數(shù)工，后者有利于保證內(nèi)外轉(zhuǎn)子偏心的安裝精度。其中泵體的進(jìn)排油道的形狀是否合理對(duì)容積效率有很大影響4氣如果進(jìn)油腔設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)造成機(jī)油泵容積效率急劇下降，以至于在高速情況下不能滿足內(nèi)燃機(jī)的要求。若出油阻力較大，要保證主油道壓力就必須提高機(jī)油泵壓力，這樣將消耗較大功率，而且不利于機(jī)油泵的可靠性。設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)保證進(jìn)油速度23m/s，出油速度35m/s.常見的油腔形狀有2種形式，見。相比較而言，（a）形腔進(jìn)油面積大，對(duì)高速時(shí)容積效率有利，因此通常情況下優(yōu)先選用（a）形；有時(shí)為了改善油液的流動(dòng)性和便于加工會(huì)采用（b）形。
關(guān)于油腔中參數(shù)B，G和A，F(xiàn)的選擇，可以是對(duì)稱的。但為了更好的油泵性能，一般都設(shè)計(jì)成B進(jìn)排油腔結(jié)構(gòu)形式或G適當(dāng)略小，這樣有利于慣性進(jìn)油，提高容積效率。而A或巧適當(dāng)加大，以增加進(jìn)排油腔間的密封寬度。此外B，G和A，F(xiàn)具體數(shù)值如何選擇與創(chuàng)成圓半徑R內(nèi)外轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z和轉(zhuǎn)子大小p進(jìn)排油腔設(shè)計(jì)表2機(jī)油泵流量對(duì)比機(jī)油泵轉(zhuǎn)速機(jī)油溫度機(jī)油泵流量/Lmin-1實(shí)測(cè)值計(jì)算值P2都有關(guān)。本設(shè)計(jì)采用（b）形結(jié)構(gòu)，油腔參數(shù)見。
改進(jìn)后的機(jī)油泵供油量明顯提高，且實(shí)際工況測(cè)量值與理論計(jì)算值較為接近，機(jī)油泵流量的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值參見表2.經(jīng)2 000h耐久試驗(yàn)后運(yùn)行良好，芫全能夠滿足4102Z柴油機(jī)各種工況下潤(rùn)滑系統(tǒng)的需要。
6結(jié)論本文結(jié)合本公司新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子機(jī)油泵，對(duì)提高機(jī)油泵流量的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法、關(guān)鍵參數(shù)的選擇和內(nèi)外轉(zhuǎn)子輪廓線繪制進(jìn)行了詳細(xì)的說明。通過實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證表明，采用的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法能有效增大轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵的流量，滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。
來稿日期：2008-06- 1前言轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵以其結(jié)構(gòu)緊湊、外形小、重量輕、噪音低、不易產(chǎn)生“氣穴”容積效率較高等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛運(yùn)用。我國(guó)的柴油機(jī)轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵，最早見于1962年前后的485柴油機(jī)上。隨后其他的一些機(jī)型也相繼采用。但直至70年代末才形成BZ系列型譜的初步方案。這些轉(zhuǎn)子型譜的推出，大大方便了轉(zhuǎn)子泵的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)機(jī)型的所需流量，在標(biāo)準(zhǔn)中尋找相適用的轉(zhuǎn)子，再配上相關(guān)泵體、泵蓋既可。然而近年來隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)越來越多樣化，轉(zhuǎn)子機(jī)油泵的規(guī)格、品種也隨之曰益增多，故相關(guān)部門取消了機(jī)油泵型譜的推薦參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際情況來獲得較大自由度的設(shè)計(jì)。因此如何提高機(jī)油泵的流量，轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇，繪制轉(zhuǎn)子輪廓線就變得尤為重要。本文對(duì)本公司新開發(fā)的4102Z增壓柴油機(jī)油泵設(shè)計(jì)，試圖對(duì)轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵改進(jìn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過程提出合理的解決方案。
2機(jī)油泵流量校孩推薦發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)所需循環(huán)機(jī)油機(jī)標(biāo)定功率為59kW，標(biāo)定轉(zhuǎn)速為2取較為保險(xiǎn)的47L/kWh代入計(jì)算得：而轉(zhuǎn)子機(jī)油泵供油量為：外轉(zhuǎn)子之間所形成的面積的最大值與最小值之差）。
其中，內(nèi)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)半徑（mm）；內(nèi)轉(zhuǎn)子短半徑（mm）；內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)（通常為4―8齒，常用4齒）；內(nèi)轉(zhuǎn)子寬度（mm）；――內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（r/min）；―容積效率（一般取07―0 9，本設(shè)計(jì)選又因?yàn)閆i——機(jī)油泵驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)；nd——機(jī)油泵驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速；nr——柴油機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速。
由于機(jī)油泵驅(qū)動(dòng)齒輪與曲軸同軸，所以兩者轉(zhuǎn)速相同可得40，叫=2400r/min代入公式（3），可計(jì)算原機(jī)油流量Vp=39L/min，低于Ricardo推薦值，顯然不能滿足4102Z柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)需要。
3提高流量的改進(jìn)設(shè)計(jì)可根據(jù)自身發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，選用特別參數(shù)的轉(zhuǎn)子。
根據(jù)本公司柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，受限制于齒輪罩，齒輪系大小，第1和第2這兩種方法均不適合本機(jī)油泵改進(jìn)設(shè)計(jì)，只采用改變內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廓線尺寸的方法。P1與P2的選擇將直接影響轉(zhuǎn)子的工作面積，P與P2兩者之間也不能相差太小，否則會(huì)影響工作面積，將不利于流量的提高；相反P1與P2兩者間也不能相差太大，太大時(shí)會(huì)加速轉(zhuǎn)子的磨損，對(duì)機(jī)油泵的可靠性不利。設(shè)計(jì)時(shí)一般選擇P1/P2=1.31.8（小值適合高速泵），根據(jù)理論所需流量，并考慮機(jī)油泵整體布置合理性，選擇P1 115，保持內(nèi)轉(zhuǎn)子寬度b不變，計(jì)算得Vp=51.2L/min，理論值滿足設(shè)計(jì)需要，同時(shí)可補(bǔ)償機(jī)油泵因長(zhǎng)時(shí)間工作后容積效率下降的流量損失。
4機(jī)油泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子齒型參數(shù)設(shè)計(jì)與輪廓畫法目前，國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)子齒型曲線多采用短幅擺線的等距線，而外轉(zhuǎn)子是由幾段圓弧組成。其中設(shè)計(jì)的參數(shù)主要有：a為外轉(zhuǎn)子齒形圓半徑（mm），R為創(chuàng)成圓半徑（mm），L為外轉(zhuǎn)子限制圓半徑，r為外轉(zhuǎn)子內(nèi)切圓半徑，D為外轉(zhuǎn)子外徑。K為短幅系數(shù)（0.5~0.75最佳，本設(shè)計(jì)取0 65），Z和Z2分別為內(nèi)外轉(zhuǎn)子的齒數(shù)（本設(shè)計(jì)使用Z=4，乙=5）。其相互關(guān)系為：內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廓線常采用作圖法，具體畫法參見。從短幅外擺線上一點(diǎn)C，以a為半徑作原弧，一定與內(nèi)轉(zhuǎn)子廓線相切于某一點(diǎn)。根據(jù)共軛嚙合原理，切點(diǎn)的法線一定通過C點(diǎn)，同時(shí)通過此時(shí)滾動(dòng)的節(jié)點(diǎn)B.于是連直線QB，量取CA=a，就可得Ai點(diǎn)，它就是內(nèi)轉(zhuǎn)子廓線上的一點(diǎn)，實(shí)際作圖只要作出Q從0.~45.一段就可以了。
在確定了一段后其余均為相同，然后可根據(jù)AutoCAD，使用極坐標(biāo)標(biāo)點(diǎn)的方法，對(duì)Q從0.~轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廊線畫法45°―段中p的值進(jìn)行測(cè)量標(biāo)注。一般來說內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廓線應(yīng)保留2~3位小數(shù)，從而保證內(nèi)轉(zhuǎn)子的精確，見和表1.而外轉(zhuǎn)子的輪廓線在前文計(jì)算的參數(shù)中都可得到。關(guān)于內(nèi)外轉(zhuǎn)子徑向齒頂間隙，內(nèi)外轉(zhuǎn)子的公差范圍選擇則和油液粘度、壓力、轉(zhuǎn)速均有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選01~015之間較多。外轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)見。
5泵體與泵蓋的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵有三片式和二片式2種結(jié)構(gòu)。所謂三片式是指泵由前蓋、泵體和后蓋3部分組成，而二片式則是將泵體與后蓋做成一體。前者便于加表1內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廓線參數(shù)工，后者有利于保證內(nèi)外轉(zhuǎn)子偏心的安裝精度。其中泵體的進(jìn)排油道的形狀是否合理對(duì)容積效率有很大影響4氣如果進(jìn)油腔設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)造成機(jī)油泵容積效率急劇下降，以至于在高速情況下不能滿足內(nèi)燃機(jī)的要求。若出油阻力較大，要保證主油道壓力就必須提高機(jī)油泵壓力，這樣將消耗較大功率，而且不利于機(jī)油泵的可靠性。設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)保證進(jìn)油速度23m/s，出油速度35m/s.常見的油腔形狀有2種形式，見。相比較而言，（a）形腔進(jìn)油面積大，對(duì)高速時(shí)容積效率有利，因此通常情況下優(yōu)先選用（a）形；有時(shí)為了改善油液的流動(dòng)性和便于加工會(huì)采用（b）形。
關(guān)于油腔中參數(shù)B，G和A，F(xiàn)的選擇，可以是對(duì)稱的。但為了更好的油泵性能，一般都設(shè)計(jì)成B進(jìn)排油腔結(jié)構(gòu)形式或G適當(dāng)略小，這樣有利于慣性進(jìn)油，提高容積效率。而A或巧適當(dāng)加大，以增加進(jìn)排油腔間的密封寬度。此外B，G和A，F(xiàn)具體數(shù)值如何選擇與創(chuàng)成圓半徑R內(nèi)外轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z和轉(zhuǎn)子大小p進(jìn)排油腔設(shè)計(jì)表2機(jī)油泵流量對(duì)比機(jī)油泵轉(zhuǎn)速機(jī)油溫度機(jī)油泵流量/Lmin-1實(shí)測(cè)值計(jì)算值P2都有關(guān)。本設(shè)計(jì)采用（b）形結(jié)構(gòu)，油腔參數(shù)見。
改進(jìn)后的機(jī)油泵供油量明顯提高，且實(shí)際工況測(cè)量值與理論計(jì)算值較為接近，機(jī)油泵流量的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值參見表2.經(jīng)2 000h耐久試驗(yàn)后運(yùn)行良好，芫全能夠滿足4102Z柴油機(jī)各種工況下潤(rùn)滑系統(tǒng)的需要。
6結(jié)論本文結(jié)合本公司新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子機(jī)油泵，對(duì)提高機(jī)油泵流量的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法、關(guān)鍵參數(shù)的選擇和內(nèi)外轉(zhuǎn)子輪廓線繪制進(jìn)行了詳細(xì)的說明。通過實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證表明，采用的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法能有效增大轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵的流量，滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。