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提高內齧合圓弧擺線齒輪泵容積效率的措施

2018-12-21 21:13:31
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內齧合圓弧泛擺線齒輪泵(亦稱轉子機油泵)與外齧合漸開線齒輪泵相比,具有結構緊湊、體積小,單位體積排量大,零件少,成本低廉等顯著特點。內齧合圓弧泛擺線齒輪泵現已廣泛地用作內燃機、汽車潤滑系統的“心髒”,它的性能好壞直接影響內燃機的可靠性和耐久性。因此,設計性能好、效率高的內齧合圓弧一泛擺線齒輪泵就顯得非常重要。

一般外齧合齒輪泵均爲徑向進油,容積效率較低。而內齧合圓弧泛擺線齒輪泵的結構形狀,決定了它只能軸向進油,由于軸向進油,泵高速運轉所産生的離心力不但不會妨礙油液的充填,相反卻幫助和加強了齒間的油液充填,避免氣蝕現象的産生,容積效率高。從油液的填充性來看,內齧合圓弧泛擺線齒輪泵較外齧合泵有先天的長處。但油槽設計不合理,油液填充不良,容積效率則會隨泵轉速上升而呈下降趨勢,還會産生氣蝕現象。

設計內齧合圓弧泛擺線齒輪泵時,泵容積效率的高低影響泵的體積尺寸,對同輸油量的泵來講,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面:一是高壓區油液通過泵相對運動件間的間隙返回到油槽。但爲了保證泵正常地工作,內外齒輪之間,內外齒輪與泵體、泵蓋之間,必須有一定的間隙。因此,高壓區的出油油槽就有一部分油液通過間隙返回進油槽,這部分油液的損失是不可避免的。只有靠提高泵的精度將間隙盡量減小,從而將損失油量降低到較低的程度;二是油液進不去,油液不能填充滿泵進油腔的較大體積。這是造成泵容積效率低的主要原因。嚴重的不但會影響容積效率,而且高轉速時會在泵中形成氣蝕現象,造成供油量明顯不足,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中出現,輕則燒軸瓦,重則使整機報廢。因此,要解決好這個問題,就應采取以下的設計措施。

影響內齧合圓弧泛擺線齒輪泵容積效率的主要因素是進油槽。此前,我國設計的內齧合圓弧泛擺線齒輪泵都采用對稱形狀的進、出油槽。由于其泵齒薄,充油時間短,對泵容積效率影響不明顯。現在許多大中型內燃機也較普遍采用內齧合圓弧泛擺線齒輪泵,這就要求泵供油量大,因此泵尺寸也大,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、出油槽的內齧合圓弧泛擺線齒輪泵高轉速時容積效率明顯偏低,若在制造中稍有誤差,便會出現氣蝕現象。爲了消除這些不良現象,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。

新設計進油槽的一般原則是:應當保證在齒輪轉動過程,內外齒輪開成較大體積前,齒間體積腔始終與進油槽相通,而且要盡量延長充填油時間,使齒間體積腔充滿油液。當內外齒輪形成較大體積時,齒間體積腔與進油槽不能相通。

內齧合圓弧泛擺線齒輪泵高轉速時仍有高的容積效率。因而許多設計都是通過大幅度提高轉速來獲得大的供油量,同時又可使泵更爲緊湊。但是,當泵轉速過高或齒輪厚度太大時,容積效率也會下降。其原因並不是離心力破壞油液的填充,也不是改進後的進油槽不合理,而是向齒間進腔體積充油時間太短。因爲,齒輪在泵體裏轉動很快,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,若填充油液所需時間大于齒間體積在進油槽區域的逗留時間,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,甚至出現有破壞力的氣蝕現象。但只要增加進油點,將單面軸向進油改爲雙面進油,油液填充齒間體積的時間就增加1倍,容積效率就不會因轉速過高、齒輪厚度大而減小。