活齿泵的结构和变量原理.pdf

5 8 煤 矿 机 械 2 0 0 2年第 l 2期 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 2 1 2 ． 0 0 5 8 - 0 2 活齿泵 的结构和 变量 原理 * 侯波 ，栾振 辉 安 徽理 工大 学 ，安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要 介 绍 了活齿 泵的工作 原理 和结构特点 ， 在此基础 上 ， 讨论 了该 泵的 变量 原理 ， 并设 计 了相应的 变量机构 ， 供 进一步研 究时参考 。 关键词 活齿泵 ；变量原理 ；流量特性 中图号 T H 3 2 5 文献标识码 A 1 结构原理 活齿泵是在活齿传动理论与 齿轮泵工作原理 相 结合的基础上提 出的一种 新型液 压动力元件⋯ 。图 l 所示为一单 相 活齿 泵 的结 构原理 ， 其 主要 由偏 心 轮转子 H、 活齿轮 G 包括 活齿 和活 齿架 、 中心轮 K 及 配流装置等组成 。活齿架是一个具有径 向等分槽 的构件 ， 活齿 由活齿 体和两 个 圆柱滚 子组 成。 中心 轮 K的理论齿廓 曲线 为半径等于 r 滚子半 径 的活 齿 按 运 动 规 律 Se c o s z [ 尺r 一e s i n 2 z ／c p ] 1 在活齿架径 向导 槽 中移 动 ， 中心 轮 K等 速转 动 时 ， 活齿外端滚 子的包 络曲线 ， 其 方程为【 2 J r SL s i n 9r s i n a { Y SL c o s 9r c o s 2 L 口a r c h o n [ d S c o s g ／ d S s i n 9 J 式 中 e 偏心轮 的偏 心距 ； 广中心轮齿数 ； r 活齿两端 圆柱滚子半径 ； 偏心轮转角 ； 尺 偏心轮几何半径 ； 活 齿 两 滚 子 中 心距 ； a 中心轮齿廓 曲线斜率 补角。 参见图 l ， 取偏 心 轮转子 H为 泵的输 入轴 。若 活齿轮 G固定不 动 ， 偏心 轮转子 H 以转 速 n H顺 时 针旋转 ， 迫使与 中心 轮齿廓 啮合 的诸 活 齿沿着 活齿 架均布 的径 向导槽 移 动 ， 与 此 同时 ， 活齿 因受 活齿 架 、 偏 心轮转子齿廓高副 的约束 。 在沿着 中心轮齿廓 运动的过 程 中 ， 推动 中心 轮 K以转速 n K顺时 针转 动 。与 中心轮 K非 工作齿廓 啮合 的诸活齿 ， 顺序地 返 回到活齿 的工 作起始位置 ， 完成 了一个工作循环 。 偏心 轮转 子 H旋 转 l周 ， 每 个 活齿往 返移 动 1次 。 运动过程 中 ， 在 图示工 作 位 置 ， 偏 心轮 转 子 H与 活 齿 轮 G的 1 2齿 、 2 3齿 、 34齿 、 45齿所形 成 的密封容积 包括 配流装 置及 端盖 ， 图 中未 示 逐 渐 减小 ， 从而形 成压 油 区 P ， 而与 其 对应 的 56齿 、 6 *安徽 省 自然科 学基 金 资助项 目 批 准 号 0 1 0 4 4 1 0 1 一 7齿 、 78齿和 8一l 齿形 成吸油区 T； 在活齿 轮 G 与 中心轮 K啮合 过 程 中 ， 各 活 齿 的前齿 面 依 中心 轮转动方 向为准 及 活齿架和 中心轮形成 压油 区 P。 而各活齿 的后 齿面 及 活齿 架和 中心 轮形 成 吸 油 区 T 。此种情况称之 为定轴 式 活齿泵。若 偏 心轮转 子 H逆时针转动 ， 则 T区与 P区倒置 。 若中心轮 K固定 ， 活 齿 轮 G转 动 ， 则构 成 行星 式活齿泵 。 若活齿轮 G及中心轮 K均 不固 定 ， 则 构成差 动 式活齿 泵。此时 ， 当中心轮 K的转速 n K可调 时 ， 则 该 泵可实现变量 。行 星式 活齿 泵及差动式 活齿泵需 采 用配流轴结构 。 ． 图 1 活齿泵结构原理 。1 S t r u c t u r a l p r i n c i p l e o f s l i d i n g - t o o l h p u mp 1 、 2 , 3 、 4、 5 、 6 、 7 、 8 ． 活齿H． 偏心轮转子G ． 活齿轮 架 K ．中心轮 2流量特性 由文献[ 1 ] 知， 活齿泵的流量包括两部分 偏心 轮转子 H与活齿轮 G所形成 的偏 心轮 泵的流量 ； 中 心轮 K与活齿轮 G所形 成的中心轮泵的流量 。 对于定轴式活齿 泵 ， 其理论流量【 1 】 Ql 4 e b R Z K Z G V ] ／ n H 2 对于差动式 活齿泵 ， 其理论 流量【 。 】 Q Z K 4 e b R n Hn K ／ z G 4 式中 G 活齿轮齿数 ； 6 偏心轮宽度 ； 中心轮单个齿间容 积 。确定方法 见 文献[ 1 ] 。 由式 4 可 知 ， 调节 中心轮 转速 n K即可 改 变活 维普资讯 2 0 0 2年第 1 2期 煤 矿 机 械 5 9 齿泵的流 量 ； 当 It KIt H时 ， Q O ； 当 It KIt H时 ， Q 0 ， 说 明此时 活齿泵 的 吸排 液 口倒置 ； 当 n K 0 时 ， Q Z K r t H 4 T t e b RV ／ z G ， 此即行星式活齿 泵的 理 论 流 量 。 3 变量原理 活 齿 泵 的变 量 原理 不 同 于 普 通 液 压 泵 的变 量 原 理 。由式 4 知 ， 当 n H一定 时 ， 要 改变 活 齿 泵的 流 量 ， 只要 改 变 n K即 可。 因此 ， 变 量 机 构 应保 证 n K 在适 当范围 内无级可调 。 3． 1液 压调 速 变量 系统 根据 以上要求而设计 的液 压调速变量系统如 图 2所示 。电动机 4经 齿轮 Z ． 、 z 2 传 动 比为 1 带 动斜 盘式轴 向柱塞 泵 2工 作 ， 其排 液通 过油 管进入 液 压 马达 3 ， 马达经齿轮 Z 3 、 z 4 z 4 与 活齿泵 l的中心轮 K 固结在一起 驱 动 中心轮 K 。 当需要 n K为最 高时 ， 可将柱塞泵 的斜盘 转到最 大位置 ； 当需要 n K变小 、 为零 ， 甚至反方 向时 ， 同样可 以通 过控制柱塞 泵 2的 斜盘倾角来实现 。 1 、 I I Z z 1 ． 1 I 三 『 ／ ‘ l l [ 图 2液 压调 速变 量 系统 r i g ． 2 F l o w c h a n g e s s y s t e m o f h y d r a u l i c o f s U d S - t o o t h p u mp 1 ． 活齿 泵2 ． 柱 塞泵3． 马达4 ． 电动 机 选定 液压 马达与液 压 泵为相 同结构 ， 液 压泵为 变量泵 ， 液压马达为定量马达 ， 则其排量分别为 q 。 7 c d f t a n p ／ 4 5 q r e d z d f t a n ／ 4 6 式中 d 柱塞 直径 ； 柱塞数 ； d 广__柱塞分布 圆直径 p p 柱塞泵 、 马达 的斜盘倾角 。 如果不计柱塞泵 、 马达及管路 的泄漏 ， 则 马达的 转速 7 n m L ， 从 而 可 得 nmZ3 Z3 n Ht a n D 将式 8 代入 式 4 ， 可得 n ， z x n H 4 n e b R 1 一 z 4 3 m t p p ． Q 8 9 由式 9 可知 ， 改 变柱塞 泵 的斜盘倾 角 。 ， 即 可 改变 活齿 泵 的 流 量 。 该 系 统 可 实 现 手 动 、 手 动 随 动 等变量操作 ， 具 体方 法 与普通轴 向柱塞泵 的变量原 理 相 同 。此 处 不 赘 述 。 3． 2微 机 调 速 变量 系统 活齿 泵的微 机调速变量系 究如 图 3所示 。活齿 泵的出 口压力经 传感 器转变 为电信 号后 ， 输 送到 微 机 ， 并 由微机控制变频调 速电机的转速 ， 从而调节 中 心轮 的转速 ， 进而达 到改变活齿泵流量 的 目的。 图 3 微 机 调速 变量 系统 ng． 3 F l o w c h a n g e s s y s t n o f e Q m0 u t e r o f s I i ld i I l 乎 m 4结语 1 由于 中心轮与活齿 轮为多齿 同时排液 ， 故与 普通齿轮泵相 比， 该 泵的流量大 ， 流量 脉动小。 2 改变 中心轮 的转 速 n K ， 可 以调 节活 齿 泵 的 流 量 。 3 中心轮与活齿 轮为多齿 同时啮合 ， 避免 了啮 入 啮出时的冲击 ， 因此该泵噪声低 。 4 采用 液压调 速变 量系 统和 微机 调速 变量 系 统均可实现活齿 泵 的变量 ， 但 以微 机调 速变 量系 统 较 为简单。 参 考 文献 ． [ 1 ] 栾振辉 ． 活齿泵的理论研究[ J ] ． 华中科技大学学报， 2 0 0 ， 7 5 75 9． [ 2 ] 曲继方 ． 活齿传动理论[ M] ． 北京 机械工 出版社． 1 9 9 3 ． 作者 简介 侯 波 1 9 5 8一 ， 安 徽淮 南人 ． 副 教授 ． 1 9 8 2 毕 业 于 合肥工业大学机械系． 现在安徽理工大学机械工程系任教． 发表了研 究 论文 多篇 。 收稿 日期 2 0 0 2 ． o 8 ． 1 7 St r u c t u r a l a nd flo w c ha n g e s pr i nc i p l e o f s l i d i n g - t o o t h pu m p HOU 1 3 o， L UAN 7 _e n - h u i A n h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e e h n o g y ， H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ， C h i n a Abs t r ac t Th e wo r k i n g p rin c i p l e o f a s l i d i n g - t o ot h pu mp i s de s c r i b e d． Af t e r a n a l y z i n g the fl o w c h a r a c t e ris t i c s o f the n e w ty p e p um p， the a u tho r s ha v e d e s i g ne d the fl o w c han g e s y s t e ms o f the d i ff e r e n t i a l s l i d i n g t oo th p um p ． Ke y wo r ds s l i di ng - t oo th p u mp；flo w c h an g e p rin c i p l e；r a t e o f fl o w c ha r a c t e ris t i c 维普资讯