三種擺線轉子的嚙合特性及成型原理

三種擺線轉子的嚙合特性及成型原理摘要:擺線轉子常用被應用于液壓泵或擺線馬達中。一齒差的擺線轉子在設計手冊中已有成熟的技術文獻介紹，兩齒差的擺線適合中高轉速的大排量轉子泵。而技術成熟的一齒差擺線受結構形式限制，當偏心距增大時，會導致齒形出現(xiàn)尖角而運轉異常。本文描述的新型高速修型擺線是一種通過對齒廓進行修形后，使其更適用于高速工況的新型擺線。關鍵詞：擺線轉子、一齒差、兩齒差、高速修型擺線1.引言擺線轉子泵是液壓泵中常見的類型。應用最多的是內外轉子是一齒差結構型式的擺線，即外轉子齒數(shù)是N齒，內轉子齒數(shù)即為N-1齒。這種類型的擺線轉子是最常見的，但應用也有較多局限性。在該類型基本上衍生出來的兩齒差擺線轉子及新型高速修形擺線轉子，這兩型擺線轉子有著它們自身的技術優(yōu)勢。但受限于沒有成熟的文獻資料推廣，這兩型一直未能廣泛地應用在工程實例上。2．基本理論擺線轉子在油泵中具有廣泛的應用。它的外轉子的齒廓是圍繞中心均布的圓弧，而內轉子的齒廓是在滾圓外切于基圓并沿其圓周純滾動時,在滾圓內的任一點的運動軌跡的等距線[1]。3．常規(guī)一齒差擺線轉子常規(guī)一齒差擺線轉子廣泛用于擺線轉子泵、馬達、擺線針輪減速機等。其中擺線泵中，通過粉末冶金成型工藝，可大幅降低零件的制造成本、提高生產效率，適用汽車、工程機械等大批量生產的應用場合。常規(guī)型的擺線（圖1）的成型參數(shù)主要取決于外轉子齒數(shù)Z1、內轉子齒數(shù)Z2、創(chuàng)成圓半徑R創(chuàng)、齒形半徑Ri、中心距e,通過這5個參數(shù)可得到完整的擺線轉子的齒形參數(shù)。圖1常規(guī)一齒差擺線轉子外轉子的嚙合齒廓是在創(chuàng)成圓上均布分布的圓弧。內轉子的齒廓是基圓純滾動的短幅外擺線的等距線，它的成型原理已在各類文獻中有詳實地描述，有圖解法和坐標點兩種繪制方法。目前也不乏如MathCAD、ETAGEAR等第三方軟件，均可通過參數(shù)的輸入直接成型。內轉子齒廓的坐標參數(shù)方程式是：式中,R外轉子創(chuàng)成圓半徑e中心距Z1內轉子齒數(shù)Z2外轉子齒數(shù)根據擺線的成型原理，轉子的中心距e與內轉子齒形波高的關系：M—DF￡_ 4另外，當我們將擺線轉子應用于液壓泵時，擺線轉子泵的理論排量也與中心距參數(shù)有關。擺線轉子的理論近似排量計算如下：1000式中，q擺線轉子理論排量ml/rDa內轉子齒頂外切圓直徑mmaDf內轉子齒根內切圓直徑mmB轉子厚度mm當e越大時，由式1可知，D與Df的差值越大，的差值也越大，f理論排量q也越大。因此，中心距e越大，便能得到更大的輸出流量。但當e增大超過允許值時，齒廓便會出現(xiàn)圖2的交叉情況，此時轉子副無法正常嚙合，這種現(xiàn)象是不被允許的。圖2齒廓交叉情況常規(guī)擺線轉子在運轉時，每旋轉一周，它的每個齒都參與嚙合，齒面的滑動系數(shù)是較高的，也容易磨損，機械效率也低［2］。4．兩齒差擺線轉子兩齒差的擺線轉子（圖3），因為缺乏文獻資料對其成型原理的說明，實際的工程應用較少。但兩齒差擺線的嚙合特性和內嚙合漸開線齒輪高度相似，具有齒面的滑對率小、磨損小、噪音低的性能特點。它的齒廓側面是運轉嚙合面，齒頂是封油面，通過削去了擺線的非正常嚙合段，保留正常嚙合段，使轉子副能夠正常運轉。轉子間還設置封油板以分離進出油路。因為更大的中心距及封油板結構，使得兩齒差擺線相對于一齒差，需要占用的空間更大。圖3兩齒差擺線轉子齒廓的成型原理和常規(guī)型的擺線是一致的，但在參數(shù)計算時有所區(qū)別。外轉子的齒廓是在創(chuàng)成圓上均布的圓弧裁剪后得到。內轉子的齒廓坐標的計算公式仍和常規(guī)擺線相同，但內外轉子的齒數(shù)需按實際數(shù)的1/2進行計算，計算所得的齒廓樣條曲線為一半的齒廓曲線,經過對稱鏡像后得到另一半齒廓曲線，并根據齒頂齒根的封油需要形成齒頂圓和齒根圓直徑尺寸。5．新型高速擺線轉子新型的高速修形擺線轉子（圖4），是在常規(guī)擺線轉子的基礎上改進而來的一齒差轉子。它具有兩齒差相近的齒面滑動系數(shù)，具有一齒差結構簡單的特點同時在相同的空間下，它比一齒差的擺線轉子具有更大的輸出排量。圖4新型高速修形擺線轉子新型高速修形擺線轉子，它的齒廓具有不同的功能，如圖5所示，外轉子的CD段和內轉子的de段用于傳動嚙合，外轉子的AB、BC分別與內轉子的ab、be段進行封油配合，而外轉子的DE、EF、FG段則是內轉子cd、be、ab段的等距間隙偏移段[3]。內轉子的齒根段成型原理相同。正因為這個傳動嚙合特性，使得轉子的運轉過程中，并非所有的齒廓均處于嚙合狀態(tài)，即保證了齒廓的傳動特

性，又滿足了轉子泵的封油要求，使其性能遠優(yōu)于常規(guī)型的擺線轉子，在高轉速工況下，這類新型擺線轉子是最佳選擇。號序零件齒廓段線型1外轉子ABab長幅內擺線的外側等距線2外轉子BC圓弧3外轉子CD圓弧4外轉子DE圓弧ed的等距線5外轉子EFbe的等距線6外轉子FGab的等距線7內轉子ab圓弧8內轉子beBC的長幅外擺線的內側等距線9內轉子ed圓弧01內轉子deCD的短幅外擺線11內轉子efBC的等距線21內轉子fgAB的等距線其中線段AB為ab長幅內擺線的外側等距線，齒廓成型涉及參數(shù)為Z「Rf、an、e。坐標計算方程式為：1s-e*odsEj* +R規(guī)廣cos單】y= *日力巧*爭廠廣slh巴線段be為BC的長幅外擺線的內側等距線，齒廓成型涉及參數(shù)為Z2、Rf、a、2wfw、e。sVix=R眉牢監(jiān)心$(疋—05)十巴事coseg—芒y=1?^-ps(n(z-陽+e*sinv)2線段de為CD的短幅外擺線，齒廓成型涉及參數(shù)為Z「Z2、R、R、e,1 2ex其坐標計算方程式與一齒差的計算方式相同。5．結束語擺線泵中應用的擺線轉子就本文中所述的三處類型，仍是以一齒差擺線轉子為主，二齒差及高速修型擺線轉子盡管有它的技術優(yōu)勢，因缺乏文獻描述它的成型原理，也使得在工程應用中較少出現(xiàn)。本文對三種擺線轉子的技術特點及成型原理作了簡要說明。一齒差適合用小排量、中等轉速的擺線泵，兩齒差適用于大排量、中高轉速的擺線泵。高速修型擺線適用于中小排量、高轉速下的擺線泵。三型擺線因其齒面滑動特性的原因，一齒差的更容易出現(xiàn)磨損，修型擺線次之，兩齒差最佳，但具體應用還需根據產品的結構、工況來判定。因此在設計擺線轉子泵時，要充分考慮工程項目的工況來選擇合適的擺線類型。參考文獻毛華永，擺