外嚙合凸輪泵的結(jié)構(gòu)分析

1、武漢輕工大學(xué)科研訓(xùn)練論文 2015屆論文題目：外嚙合凸輪泵的結(jié)構(gòu)分析姓 名 學(xué) 號 院 系 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 包裝工程 指導(dǎo)教師 唐 善 華 2014 年 12 月外嚙合凸輪泵的結(jié)構(gòu)分析摘要：闡述了外嚙合凸輪泵的工作原理與結(jié)構(gòu)特點，分析了其轉(zhuǎn)子曲線、軸封及同步傳動齒輪的無鍵聯(lián)接等幾個關(guān)鍵問題的設(shè)計思想和注意事項，介紹了外嚙合凸輪泵的使用范圍及應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：凸輪泵；外嚙合；轉(zhuǎn)子式；機械密封；無鍵聯(lián)接；Abstract：Keywords：外嚙合凸輪轉(zhuǎn)子泵是容積式泵的一種，也是出現(xiàn)較晚的一個類型，此泵結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、體積小、重量輕、拆裝維修非常方便，它即具備了離心泵的優(yōu)點，又發(fā)揮了齒輪泵

2、的優(yōu)點，是目液、含固體雜前比較理想的化工、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生泵。具有極強的自吸能力，可輸送多種液體。如含氣的泡沫質(zhì)的多種液體和具有較高粘度的液體。有很好的發(fā)展前景。另一方面由于該泵的轉(zhuǎn)子形狀較為特殊而精度要求又很高,故國內(nèi)少有成功制造的廠家,眾多的用戶只能購買進口。轉(zhuǎn)子泵的研究和應(yīng)用是泵行業(yè)又一次具有突破性、實用性和開拓性的技術(shù)發(fā)明，將給工業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來巨大的經(jīng)濟和使用價值。同時，多項新技術(shù)、新材料在特種轉(zhuǎn)子泵中的應(yīng)用，使其具有了現(xiàn)有泵類無法達(dá)到的技術(shù)水平?？梢詫W(xué)習(xí)了解國外先進技術(shù)，更可以結(jié)合國內(nèi)情況，研制適合國內(nèi)市場的轉(zhuǎn)子泵新類型，為泵產(chǎn)業(yè)提供新的“血液”。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和材料的更新，

3、轉(zhuǎn)子泵會在以后的更多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，也會給社會和工業(yè)生產(chǎn)帶來不可小看的新變化。1 外嚙合凸輪轉(zhuǎn)子泵的工作原理 凸輪泵主要由泵體、凸輪轉(zhuǎn)子、泵蓋、密封裝置、傳動裝置和驅(qū)動裝置組成，如圖1。凸輪泵由電動機驅(qū)動，依靠一對傳動比為1：1的同步齒輪分別帶動各自軸上的凸輪轉(zhuǎn)子同步反向嚙合轉(zhuǎn)動。隨著兩轉(zhuǎn)子的同步轉(zhuǎn)動，流體通過泵入口吸入轉(zhuǎn)子腔，并在轉(zhuǎn)子腔內(nèi)獲得一定能量后在泵的出口處以一定的速度排出，從而產(chǎn)生一定的壓力和流量。泵的理論流量Q=60ABn。 式中：Q泵的理論排量(m3/h)，A轉(zhuǎn)子凸葉間回轉(zhuǎn)一圈掃過的面積(m2)，B轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾?m)，n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 (rpm)。2 外嚙合凸輪轉(zhuǎn)子泵的特點 凸輪泵

4、屬于回轉(zhuǎn)式容積泵，主要由泵體、轉(zhuǎn)子、泵蓋、密封裝置、同步齒輪傳動裝置和驅(qū)動裝置組成。泵體內(nèi)兩個凸輪轉(zhuǎn)子同步反向嚙合轉(zhuǎn)動。隨 著兩個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，流體通過泵入口吸入轉(zhuǎn)子腔，并在轉(zhuǎn)子腔內(nèi)獲得一定能量后在泵的出口處以一定的速度排出。從而產(chǎn)生一定的壓力和流量。 圖1 外嚙合凸輪轉(zhuǎn)子泵原理1.噪聲低 外嚙合凸輪轉(zhuǎn)子泵，它的基本頻率（基本頻率=油腔數(shù)目每秒的轉(zhuǎn)數(shù)）與其它形式的液壓泵相比為最低。 泵的軸承又采用了精度較高的D級滾動軸承，可使泵的噪音降低。凸輪轉(zhuǎn)子長徑和定子內(nèi)孔的滑動配合，既起密封作用，又增加了輔助支承，凸輪轉(zhuǎn)子和軸不易振動。同時，轉(zhuǎn)子受力平衡，這樣就減少了轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的機械噪聲，因此，該

5、泵噪聲很小。 2.壽命長外嚙合凸輪轉(zhuǎn)子泵有兩個吸油腔和兩個壓油腔，且吸、壓油腔時徑向?qū)ΨQ分布的，因此，凸輪轉(zhuǎn)子承受的徑向力是平衡的，軸承不承受徑向負(fù)荷，壽命很長。凸輪轉(zhuǎn)子直徑較小，線速度不高，接觸應(yīng)力小，磨損小，所以凸輪轉(zhuǎn)子的壽命很長。3.流量均勻泵的兩個凸輪轉(zhuǎn)子的相位角為90，只要轉(zhuǎn)子四段過渡曲線設(shè)計合理，泵的輸出流量脈動可以顯著減小。4.造價低、互換性好。5.泵的安裝連接尺寸完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)和ISO標(biāo)準(zhǔn)。 3 外嚙合凸輪泵的轉(zhuǎn)子曲線在凸輪泵中，轉(zhuǎn)子曲線的形狀和凸輪泵的性能（如噪聲、效率、流量的均勻性等）及壽命關(guān)系很大。除加工質(zhì)量外，轉(zhuǎn)子曲線長短半徑比、過渡曲線的形狀以及各區(qū)段的范圍角，都對

6、泵的性能有影響。處于理論廓線下的轉(zhuǎn)子是相互嚙合的。實際工作中，為保證泵的正常運轉(zhuǎn)，防止凸輪泵轉(zhuǎn)子相互摩擦磨損，以及根據(jù)所泵送的流體介質(zhì)不同，在兩轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子腔內(nèi)壁間都設(shè)計有一定的間隙。也就是說，兩轉(zhuǎn)子是非接觸式的嚙合轉(zhuǎn)動。間隙會影響泵的工作效率、引起泵的內(nèi)泄，一般間隙為0.150.451。轉(zhuǎn)子間的間隙x確定之后，即可在理論廓線的基礎(chǔ)上，求出理論廓線上各點的法線方向，再在法線方向向理論廓線內(nèi)側(cè)偏移x/2，所得廓線即為工作廓線（或?qū)嶋H廓線）。4 外嚙合凸輪泵的結(jié)構(gòu)分析4.1泵軸的密封凸輪泵能否正常運轉(zhuǎn)在很大程度上取決于泵軸密封的可靠性。泵工作時轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)而泵體靜止，泵內(nèi)流體的壓力較高（有時

7、泵送的流體還具有高溫、粘稠或含磨蝕性顆粒等特性）。為防止所泵送的流體泄漏，必須采用動密封裝置。過去常用的填料盒等傳統(tǒng)密封方式已經(jīng)不能很好地適應(yīng)凸輪泵的需求，人們必須根據(jù)所泵送流體的特性及工作要求來設(shè)計合理的動密封裝置。實際應(yīng)用中以機械密封代替填料密封的情況已經(jīng)越來越多。4.2 同步齒輪的無鍵聯(lián)接 同步傳動齒輪是一對嚙合齒輪，同時這兩根軸上的凸輪轉(zhuǎn)子也是相互嚙合的關(guān)系，齒輪與軸的聯(lián)接、凸輪轉(zhuǎn)子與軸的聯(lián)接必須同時滿足周向相位要求，否則機器無法安裝。無鍵聯(lián)接是指不采用傳統(tǒng)的鍵、銷等進行機械的扭矩傳遞和運動傳遞的聯(lián)接。無鍵聯(lián)接的基本原理是在軸與輪轂之間采用帶有錐面的彈性環(huán)套類零件，通過施加一定的軸向力

8、，使錐形結(jié)合面產(chǎn)生壓力，從而產(chǎn)生摩擦力傳遞扭距。4.3 凸輪泵聯(lián)軸器凸輪的聯(lián)軸器是聯(lián)接凸輪和同步齒輪的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。4.4 凸輪的同步反向傳動特點 雙面同步齒輪綜合了齒輪傳動、鏈傳動和帶傳動的優(yōu)點，克服了其他傳動帶打滑、伸長等缺點，構(gòu)成了種獨特的傳動方式，而且以恒定的速比、速化范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、可以多軸傳動、耐油、耐潮、不需潤滑等諸多優(yōu)點。雙面同步齒輪擁有超強的曲繞性能，超高的拉伸強度，精確的

9、嚙合，低信噪比。5 結(jié)論1、凸輪泵轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間保持一定間隙、無摩擦系數(shù)，使用壽命長。凸輪泵裝拆簡單，維護、清洗方便，易損件少。凸輪泵高效節(jié)能，輸送平穩(wěn)，故障率低，密封可靠，噪音低。凸輪泵能確保連續(xù)性運轉(zhuǎn)的可靠性和無泄漏事件。2、凸輪泵具有容積利用系數(shù)高、轉(zhuǎn)子非接觸式嚙合轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)子曲線平滑，空間大，無死角等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1 張鐵柱，張洪信非接觸式轉(zhuǎn)子泵理論型線與實際型線設(shè)計J機械工程學(xué)報，2002年，No.3：152-155.2 陳偉，曹文輝轉(zhuǎn)子泵的選用J化工設(shè)備與管道，2000年，No.4：43-49.3孫桓，陳作模機械原理M北京：高等教育出版社，2001年4 成大先機械設(shè)計手冊第2卷M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993年5 唐善華. 凸輪泵轉(zhuǎn)子型線設(shè)計與性能分析論文，2007年6月.6 齒輪手冊編委會. 齒輪手冊(上冊) M . 北京：機械工業(yè)出版社，1990年7 彭國勛，肖正陽. 自動機械凸輪機構(gòu) M . 北京：機械工業(yè)出版社，1990年8 王利，趙鐵南. 進口油泵的機械密封改進J，糧油加工與食品機械，2002年，No.1：38-39 .9 哈鼎文，張繼玲衛(wèi)生型凸輪泵的設(shè)計分析J天津紡織工學(xué)院學(xué)報，1989，（2）：80-83.10徐學(xué)忠，管建峰. 擺線泵排量的