1、液压气动与密封年第期 多级内啮合摆线泵结构设计和优化王亚飞，赵 亮，刘 伟，王 轩，焦文华，李争彪，李明明（河南航天液压气动技术有限公司，河南 郑州）摘 要：针对单级摆线泵流量范围小，单个泵体可供使用的吸排油回路少，提出一种多级摆线泵的设计方法，阐述了多级内啮合摆线齿轮泵的结构原理，给出了多级内啮合摆线泵关键参数设计方法和结构设计方法，并对内部结构进行优化。试验结果表明，该产品满足客户技术要求。关键词：多级内啮合摆线泵；结构设计；关键参数设计；结构优化中图分类号：文献标志码：文章编号：（）o o o Y，g，g，gg（o oo o，o，）：o o o o o o o o o o，o o o o
2、 o o o o o o o：o；oo收稿日期：作者简介：王亚飞（），男，河南新郑人，工程师，硕士，现从事特种泵的研发设计和试验研究。前言摆线泵工作原理与内啮合齿轮泵类似，内外转子存在一定的偏心距，以各自中心进行转动，与配流盘组合形成一定的容积腔。由于有着结构紧凑、运转平稳、噪音低、不易产生“气蚀”等优点，加工和装配工艺不断发展，被越来越广泛地应用于航空、航天、汽车、农机等领域。摆线泵关键零部件包括内外转子、配流盘、偏心壳体，其理论设计、建模和加工方法相对完善。本文在此基础上，针对单级摆线泵流量范围小，单个泵体可供使用的吸排油回路少，出口压力低，设计一种多级摆线泵。多级摆线泵的工作原理多级摆线
3、泵是将多级内外转子装配在同一主轴上串联而形成的组合泵。从结构方面分析：如图 所示，该摆线泵分成两个部分，回油级和增压级。由四级组成，回油级又包括 个部分。每一级有单独的进油口，回油级共用一个出油口，增压级一个出油口；从流量调节方面分析：三级可以单独通入介质，也可组合通入介质，由一个出口流出。使得多级集成在一个泵体上，减小产品的尺寸，节约安装空间，此种设计是一种很好的选择。另外增压级又可以满足一定压力的要求。图 多级摆线泵的工作原理 多级摆线齿轮泵结构设计2.1 偏心壳体的设计偏心壳体使内外转子的中心不在同一条中心线上，形成偏心距，内外转子和偏心壳体的位置关系如图 所示，内转子由主轴带动进行转动
4、，外转子跟随内转子进行转动，内外转子分别以、为中心进行转动。2.2 单级摆线泵结构设计摆线泵属于容积泵，与齿轮泵工作原理一致，通过内外转子转动，形成吸、排油腔的容积变化进行工作。o摆线泵主要由泵体、偏心壳体及内外转子组成。两个配流盘装配在内外转子两侧，主要作用是将吸油和排油腔分开。图 偏心壳体与内外转子位置关系2.3 多级摆线泵结构设计多级摆线泵是将厚度不同，其余参数都相同的内外转子装配在同一根主轴上，如图 所示，各级之间互不干扰，可同时工作，也可组合工作。多级摆线泵由增压级和回油级组成，被油封分开，这样可以承受一定的压力。主轴将各级内外转子、偏心壳体和配流盘串联在一起，共同装配在壳体内。摆线
5、泵是由主轴带动内外转子转动，偏心壳体和配流盘的位置是固定的，这就需要销轴将偏心壳体、配流盘和泵盖串联在一起，泵盖通过螺钉和泵体固定在一起，这样就使得只有内外转子转动，其他零部件都与泵体固定在一起。碟簧和垫片将配流盘和偏心壳体压紧，消除它们之间的装配间隙，提高容积效率。图 变量摆线齿轮泵内部结构 零部件关键参数设计及优化除了零部件的形位公差和尺寸公差外，零部件装配的相对位置也是影响容积效率和工作寿命。3.1 外转子与偏心壳体的径向间隙零部件的相对运动一般都存在各种形式的运动副，运动副之间的间隙是保证运动稳定性的主要因素，这些间隙主要由于制造和装配误差造成。合理的间隙不但使运动平稳，而且能够形成油
6、膜，减小磨损，延长使用寿命。外转子和偏心壳体之间存在相对转动，偏心壳体静止，外转子转动，其运动类似于轴和轴套的配合关系，存在运动副间隙。如图 所示，如果配合间隙选择不当，就会使得磨损加剧。图 磨损后的外转子与偏心壳体3.2 外转子与内转子的径向啮合间隙内外转子的运动类似于齿轮内啮合传动，由于齿侧间隙的存在，使得齿轮运动不平稳，齿轮之间发生冲击，对齿轮的啮合产生不良影响。如图 所示，内外转子齿侧间隙过小而导致磨损严重。图 磨损后的内转子与外转子3.3 外转子或内转子与配流盘或偏心壳体的端面间隙内外转子和配流盘的端面间隙类似于齿轮泵中两齿轮与端面的间隙。端面泄漏占总泄漏的 ，由于端面泄漏正比于端面
7、间隙的 次方，因此，尽量减小端面间隙是控制泄漏的最有效的办法。但过小的端面间隙将引起摩擦，造成功率损失，磨损严重，如图 所示。图 端面磨损根据实际使用情况，泵体与外转子的径向配合间隙为 ，内外转子齿侧间隙大约为 ，外转子或内转子与配流盘或偏心壳体的端面间隙大约为 。另外，合理的选择各个零部件的材料也是保证产品性能的关键，尤其是液压气动与密封年第期相对运动部分。选择内外转子的材料时，应该存在一定的硬度差。偏心壳体不做运动，只是外转子在内部进行转动，可以选择相对耐磨的材料。配流盘只是分开吸油和排油腔，不参与运动，可以选择质量且易加工的材料。结语本文对多级摆线泵的设计、工作原理和关键参数的选择进行了
8、详细的介绍。多回路集成在同一泵体上，可以减少泵的使用数量和安装空间，降低成本，为多性能泵的设计提供了参考。参考文献 李炳辉 摆线泵的设计 北京：第五届中国航空学会青年科技论坛，毛华永，李国祥，胡云萍，等 摆线转子泵进、排油腔的设计计算 山东大学学报（工学版），（）：康理茂，许玲滨 基于 的摆线齿轮参数化设计 现代机械，（）：刘昶，石万凯，韩振华，等 基于插齿刀具运动控制的复合摆线齿轮加工方法 华南理工大学学报（自然科学版），（）：俞武勇，季林红 含间隙机构运动副的动力学模型 机械科学与技术，（）：杜坤 齿侧间隙对渐开线齿轮啮合冲击的影响分析太原：太原理工大学，李玉龙，孙付春 中高压外啮合齿轮泵
9、端面间隙的理论计算 排灌机械工程学报，（）：薛永宁 考虑啮合间隙的摆线泵动力学研究 天津：天津科技大学，引用本文：王亚飞，赵亮，刘伟，等 多级内啮合摆线泵结构设计和优化 液压气动与密封，（）：，o o o ，（）：（上接第 页）均采用进口，其采购存在着不确定性。国产化研究可以解决卡脖子问题。本文从国产化的背景出发，阐述了国产化项目的意义。介绍了设备的结构与原理，为国产化研制试验提供了理论依据，说明活塞密封圈的摩擦力对阀门定值有较大影响。故活塞密封圈试验主要考虑密封性能和摩擦力性能。对活塞密封圈的结构进行分析，设计国产化样件的结构，并优化工艺，成功加工了样件。根据设备原理与工况，设计和加工了相应
10、的试验工装，并进行试验。试验结果表明，国产化样件的密封性能良好，与原有备件基本一致。无介质压力下的摩擦力相对于原有备件较大，但在线整定试验，有介质压力情况下的摩擦力较小，有较为优良的摩擦力性能，同时密封性也满足要求。说明国产化样件的研制成功。国产化的活塞密封圈其采购成本降低，可降低密封件备件库存，减少核电厂的备件库存压力，减低机组运行生产成本。最为重要的是活塞密封圈国产化的成功研制填补了国内核电领域密封件技术空白，打破了国外垄断，拓宽了核级设备密封件应用范围，确保了核电机组的安全、稳定运行。参考文献 罗志远，李晓钟 核电站稳压器先导式安全阀技术综述 通用机械，（）：姜圣翰 核级先导式安全阀可靠性分析与设计研究核标准计量与质量，（）：刘强 稳压器先导式安全阀的应用及两向分配器故障判断 中国核科学技术进展报告：第六卷 北京：中国原子能出版社，马少亮 稳压器安全阀压力定值调整与超标处理，中国核科学技术进展报告：第五卷 北京：中国原子能出版社，管线阀门技术条件引用本文：马少亮，卢祺，赵冬冬，等 先导式安全阀活塞密封圈国产化研制 液压气动与密封，（）：，o，oo，oo o o ，（）：，