機(jī)油泵設(shè)計指南倪偉

1、奇瑞汽車股份有限公司發(fā)二院設(shè)計指南編制:審核:批準(zhǔn):、總成說明1.1 機(jī)油泵總成的功用機(jī)油泵是潤滑系中最重要的部件，其功能是為潤滑系提供足夠壓力和流量的機(jī)油，油壓必須保證在一定的范圍，以保證每一個摩擦件得到充分的潤滑而且不損壞相關(guān)的承壓 件。 機(jī)油泵在整個發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的開發(fā)中具有決定性的作用，我們可以把整個潤滑系統(tǒng)比喻成人體的血液循環(huán)系統(tǒng)，機(jī)油泵就是潤滑系統(tǒng)的心臟，各個油道支路就是血管，機(jī) 油泵在發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)過程中源源不斷地為各個零部件提供血液的循環(huán)，保證發(fā)動機(jī)在各個工況下正常運行。1.2各種類別的機(jī)油泵輪廓圖以下是實際產(chǎn)品外形NEF1立的三維模型，機(jī)油泵是安裝在曲軸前端，靠曲軸來帶動機(jī)油泵

2、泵油。NEFV發(fā)動機(jī)機(jī)油泵是安裝在油底殼內(nèi)，靠鏈條來驅(qū)動。、機(jī)油泵總成設(shè)計1設(shè)計原則。滿足發(fā)動機(jī)的正常運行，提供一定的機(jī)油壓力。2設(shè)計參數(shù)確定設(shè)計參數(shù)：機(jī)油散熱量j和機(jī)油流量qv理論上，發(fā)動機(jī)中機(jī)油循環(huán)流量qv （機(jī)油體積流量）可以根據(jù)兩種辦法來確定:一種方法是根據(jù)發(fā)動機(jī)的機(jī)油散熱量來確定；另一種方法是用統(tǒng)計方法，即比較同類 型的機(jī)器，再相同的工作條件下的機(jī)油流量，選擇一個適當(dāng)?shù)牧髁孔鳛樵摍C(jī)器的設(shè)計 機(jī)油流量。這里介紹用機(jī)油散熱量決定機(jī)油流量的方法。機(jī)油散熱量 j由下式確定：式中機(jī)油帶走的熱量（kJ/h）(1)0 i( kJ/h)發(fā)動機(jī)中每一小時燃料燃燒生成的熱量;機(jī)油散熱量占發(fā)熱量的百分比，

3、對于現(xiàn)代汽車拖拉機(jī)用發(fā)動機(jī)可取 0 = 0.0150.025,對于活塞用機(jī)油冷卻的柴油機(jī)需由機(jī)油帶走的熱量要大的多，可達(dá)到0 = 0.06。由于所以3600Pie3600Pj =0e(2)(3)式中P內(nèi)燃機(jī)有效功率（kW）;e 有效效率，對汽油機(jī)可取e = 0.25；對柴油機(jī)可取e = 0.35。確定了機(jī)油所帶走的熱量后，就可以求出在發(fā)動機(jī)中所需要的機(jī)油循環(huán)量:qv式中：機(jī)油的比重，一般可取=0.85 kg/L,也可以根據(jù)機(jī)油平均溫度查表得到;Cj 機(jī)油的比重，一般可取c= 1.72.1 kJ/（kg.K）,也可根據(jù)機(jī)油平均溫度查表求得。t機(jī)油在完成一次循環(huán)過程中的溫升，一般可取t = 101

4、5C。實際上，機(jī)油泵實際流量（qva ）要根據(jù)發(fā)動機(jī)所需機(jī)油循環(huán)流量（ qv）決定，但是它要比機(jī)油的循環(huán)量為大，這是因為第一，考慮到機(jī)油泵本身和內(nèi)燃機(jī)的各摩擦副零件在工作中都有磨損，因此他們的配合間隙和機(jī)油的泄漏都會逐漸增加，為了保證在這種情況下在系統(tǒng)中還能保證足夠的油壓，機(jī)油泵排量需要有足夠的富裕量。第二，機(jī)油泵本身通常裝有調(diào)節(jié)機(jī)油壓力的調(diào)壓閥，以保證機(jī)油壓力在允許的范圍內(nèi)，因此從機(jī)油泵排出的機(jī)油只是一部分輸入到主油道，其余的經(jīng)過調(diào) 壓閥流掉了。第三，考慮到所設(shè)計的內(nèi)燃機(jī)，今后可能要進(jìn)一步強化，需要更大的機(jī)油流量，(5)所以 qva = Kqv (L/h)式中K儲備系數(shù)，一般選取K = 1.

5、52.0,有時為了系列化尺寸的油泵，K可以取到 3.5。3 機(jī)油的工作壓力和溫度現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)主油路的機(jī)油原來（表壓）一般是在下述范圍內(nèi)：汽油機(jī)和高速柴油機(jī)0.20.5Mpa;強化發(fā)動機(jī)0.60.9Mpa;低速柴油機(jī)0.080.18Mpa;在最低轉(zhuǎn)速下，機(jī)油壓力不應(yīng)低于0.050.18 Mpa;為了可靠地將機(jī)油送至各潤滑表面，在潤滑系的主油道必須建立起一定的機(jī)油壓力，一般汽油機(jī)主油道的機(jī)油壓力為200400kpa,高速柴油機(jī)為300600kpa。采用離心式機(jī)油濾清器，應(yīng)采用較大的機(jī)油壓力。汽油機(jī)怠速時不低于70Kpa,柴油機(jī)以不低于lOOKpa為宜，應(yīng)該注意的， 發(fā)動機(jī)的油壓必須保證在一定的范圍內(nèi)

6、， 否則會造成發(fā)動機(jī)的抱瓦， 損害發(fā)動機(jī)。 當(dāng)然，發(fā)動機(jī)的機(jī)油壓力的確定與很多因素有關(guān)，給出的是大概的范圍，不同的發(fā)動機(jī)，對 機(jī)油壓力要求也不同。機(jī)油的工作溫度視機(jī)油的品質(zhì)而有所不通，通常在7590 C,個別的可以達(dá)到 110C。這里所指的是油箱中的機(jī)油溫度。 機(jī)油溫度如果過高， 由于粘度下降， 將不能保證軸承間隙 內(nèi)形成可靠的承載油膜。若油箱中的機(jī)油溫度超過95100C，應(yīng)當(dāng)安裝機(jī)油冷卻器。為了保證軸承等摩擦副正常工作， 必須控制機(jī)油的溫升溫度， 軸承的溫度可用油膜的平 均溫度來評定，一般潤滑油流過軸承的溫升在2050 C的范圍內(nèi)，而油底殼內(nèi)的溫度是隨著車速線性變化的，同時也受環(huán)境溫度的影響

7、，環(huán)境溫度每上升1C,油底殼內(nèi)的溫度上升0.80.9 C,在環(huán)境溫度為 30C，汽車高速行駛時，油底殼內(nèi)的溫度可達(dá)到125140 C,這么高的機(jī)油溫度將影響機(jī)油的抗氧化能力， 近年來， 國外大力研究機(jī)油高溫添加劑， 用以提 高機(jī)油的工作溫度，目前已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過170 C以上。4 機(jī)油泵設(shè)計概述在內(nèi)燃機(jī)中，采用外嚙合齒輪式機(jī)油泵（簡稱齒輪泵）和內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵（簡稱轉(zhuǎn) 子泵）。齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)方便、在內(nèi)燃機(jī)中廣泛被采用。轉(zhuǎn)子泵較前者結(jié)構(gòu)緊湊，供油均勻，目前在國外發(fā)動機(jī)上已獲得普遍應(yīng)用。我國現(xiàn)在已有轉(zhuǎn)子泵的系列標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，并已生產(chǎn)由粉末冶金壓制成的轉(zhuǎn)子泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子，省工省料，成本低，為轉(zhuǎn)子

8、泵的推廣創(chuàng)造了條件。因此，近年來在新設(shè)計的和經(jīng)改進(jìn)設(shè)計了的中小功率內(nèi)燃機(jī)新機(jī)型中被采用。5 機(jī)油泵總成零件設(shè)計5. 1齒輪泵設(shè)計5.1 . 1齒輪泵簡述它是由兩個相互嚙合的齒輪所組成。一個為主動齒輪，通過傳動齒輪由曲軸驅(qū)動；而另一個為從動齒輪。齒輪在密封泵殼中旋轉(zhuǎn)，齒輪所帶入的機(jī)油從進(jìn)油腔被壓送到出油腔。5. 1.2齒輪泵的優(yōu)缺點(1) 結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，價格便宜(2) 自吸性能好，無論轉(zhuǎn)速高低都能可靠地實現(xiàn)自吸。(3) 不容易咬死，因為油液中的污物對其工作影響不嚴(yán)重，可用來輸送粘度比較大的液體。(4) 工作時齒輪受的不平衡徑向液壓力大，限制了壓力的提高，故目前主要用于中低壓系統(tǒng)。(5) 工

9、作時流量脈動較大，引起壓力脈動較大，導(dǎo)致噪聲較大。5. 1.3齒輪泵的主要設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)的確定齒輪泵計算主要是根據(jù)泵的實際流量(qv)確定齒輪的基本尺寸(模數(shù) m,齒數(shù)z齒寬b)和轉(zhuǎn)速(np),并按下列順序進(jìn)行計算。(1)確疋齒輪泵的頭際排量：設(shè)機(jī)油泵的轉(zhuǎn)速為np r/min,且假定齒輪的齒間容積與齒的體積相等，則齒輪泵的理論排油量為:(6)(7)2 2(df dK )bnp,4而實際排油量為：2 2qv= (df dK )bnp p4式中d f , dK 一分別表示齒頂圓和齒根圓直徑( mm)；p-機(jī)油泵的容積效率，一般取=0.70.8,或者根據(jù)試驗值選定。未經(jīng)修正的齒輪的齒頂高等于模數(shù)m，

10、因此df d 2m(d 齒輪節(jié)圓直徑)如假定齒根高也等于模數(shù)m (實際上為1.2m),則dK 至U d=mz,所以:qV2 m2zb pnp 胃(L/h)d-2m。這時 d： dK 8dm,考慮(8)(2)選定齒輪輪緣速度 ur :現(xiàn)在ur的允許值為6 8m/s。若Ur過大，則在離心力作用下，進(jìn)油腔的齒輪間容積中的機(jī)油填充情況會惡化,致使油泵的容積效率下降。為了改善機(jī)油填充情況，油泵進(jìn)油腔所占據(jù)的圓周尺寸應(yīng)不小于每個齒輪圓周長度的1/8。(3)根據(jù)輪緣速度，確定齒輪外園直徑Dr之后，按此式:60000 / 、 u( mm) np(9)(4)選定 m、z;因為Dr= m (z+ 2),已知道Dr

11、之后，按此式選取因為qv m2?z (參看式7)，所以選用較大 的m值是有利的；同時按 照D = m (z+ 2)關(guān)系，當(dāng)選用較大的 m值時，z就要減小，這樣做可以使機(jī)油泵結(jié)構(gòu)緊湊。 確定m值時，可以借助于經(jīng)驗公式：m (0.031 0.057). qv(10)可以根據(jù)上式和國標(biāo)選取 m值，一般為 m= 2.55.一般是取齒數(shù) z = 614。為了減少齒數(shù)，在油泵設(shè)計中盡量采用修正齒輪，但是z過少，會使油泵所輸出的油中有較大的油壓脈動。(5)齒寬b:qv2 m2zPnP6010- 6(mm)(11)10般b= (610) m= 2050mm。b越大，要求齒輪的加工精度越高。(6) nP：在汽油

12、機(jī)中通常為nP = 0.5ne ( ne發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速)，對于柴油機(jī)一般 nP = 20003500r/min 內(nèi)選用。按照上述計算程序估算出有關(guān)值（m、z、b等），不一定能完全滿足設(shè)計要求。這時，可以改選別的參數(shù)重新進(jìn)行計算，直到各參數(shù)調(diào)整合適為止。齒輪設(shè)計的細(xì)節(jié)， 可以參考有關(guān)齒輪的專門書籍。驅(qū)動齒輪泵所需的功率可按下式計算：6Pp=0.28 10 qv （Pout- Pn）（kW）（12）式中Pout、Pin 機(jī)油泵油出口和進(jìn)口的壓力表（Mpa）, 般取PP1n = 0 ； qv 油泵實際排量（L/h ） ; m 油泵的機(jī)械效率，它考慮了克服摩擦和液力阻力的功率損失， 通常取 m = 0.8

13、50.90.油泵的進(jìn)油管和出油管的直徑，保證管中的機(jī)油流量在下列范圍內(nèi)（m/s）:進(jìn)油管 0.30.6;出油管 0.81.5.在強化發(fā)動機(jī)中可以取較大的值：進(jìn)油管 13;出油管 34.主油道中的計算速度在 1.52.5m/s范圍內(nèi)選取。齒輪泵的端面間隙和徑向間隙，對機(jī)油泵的壓頭和供油量有較大影響。當(dāng)間隙大時，機(jī)油會從出油腔流回進(jìn)油腔，特別是端面間隙影響更大，因此阻擋機(jī)油從端面間隙滲漏的，只限于一條窄縫的阻力，所以端面間隙要比徑向間隙小。自然間隙過小也是不適當(dāng)?shù)?。齒輪外徑與殼體的徑向間隙， 根據(jù)齒輪的外徑尺寸， 按動配合的公差來選取， 但其間隙 需大于軸承中的徑向間隙，大致可取=0.15 0.3

14、0mm;齒輪的端面間隙可取 ：=0.050.20mm，兩齒輪的齒間側(cè)隙可取=0.120.36mm。當(dāng)齒輪進(jìn)入嚙合時， 一個齒輪的齒正好遮蓋住另一個齒輪的齒間時，在齒輪和齒輪之間的密閉齒間中的機(jī)油受到劇烈擠壓，這種高壓油能使油泵軸彎曲、軸承磨損、齒輪變形以及在其傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生符合。為了避免產(chǎn)生過高壓力，在油泵殼體的端面上銃有泄荷槽，這槽 齒輪輪間的高壓油區(qū)與油腔連通。機(jī)油泵在機(jī)器中的位置及驅(qū)動方式，決定于發(fā)動機(jī)的總體布置。此外，由于齒輪泵的吸油能力較小，所以泵的安裝高度應(yīng)當(dāng)盡量接近油面。在高速柴油機(jī)中，為了降低泵的吸油高度，油泵是放在油底殼內(nèi)的。為此一般是把泵裝在機(jī)體面上，或調(diào)掛在主軸承蓋下，由

15、曲軸 前端面的齒輪或鏈條驅(qū)動。在汽油機(jī)中，機(jī)油泵有的由凸輪軸上的螺旋驅(qū)動，使結(jié)構(gòu)緊湊、 布置簡單。設(shè)計齒輪泵時，還應(yīng)注意本身的潤滑。在泵的主動軸荷從動軸上都要有油孔進(jìn)行潤滑。5.2轉(zhuǎn)子泵設(shè)計5.2 . 1奇瑞公司NEF1系列轉(zhuǎn)子機(jī)油泵外形圖上圖為我公司目前用于發(fā)動機(jī)的機(jī)油泵，轉(zhuǎn)子泵由內(nèi)轉(zhuǎn)子，為轉(zhuǎn)子，油泵殼體等組成。油 泵工作時，內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動外轉(zhuǎn)子向同一個方向轉(zhuǎn)動。它們可以看作是一對只差一個齒的內(nèi)嚙合齒輪傳動。無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到任何角度，內(nèi)外轉(zhuǎn)子各齒型之間總有觸點，分隔成8個空腔。進(jìn)油道一側(cè)的空腔，由于轉(zhuǎn)子脫開嚙合，容積逐漸增大，產(chǎn)生真空度，機(jī)油吸入空腔內(nèi)。轉(zhuǎn)子繼 續(xù)旋轉(zhuǎn)，機(jī)油被帶到出油道一側(cè)，這時轉(zhuǎn)子

16、進(jìn)入嚙合，油腔容積逐漸減小，機(jī)油壓力升高并 從齒間擠出，受擠壓的機(jī)油則從出油道送出。轉(zhuǎn)子機(jī)油泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積供油量大，轉(zhuǎn)速可高達(dá)上萬R /min，零件數(shù)目少等優(yōu)點，另外，由于是軸向供油，近排油槽的角度位置很大，因而進(jìn)油充分，并且轉(zhuǎn)子高速運 轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，不但不會妨礙充油，相反加強了齒間的充填，避免了氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，氣 蝕現(xiàn)象對于外嚙合齒輪泵來說是一種很大的障礙。然而轉(zhuǎn)子泵由于齒數(shù)少，在轉(zhuǎn)速低于1000r/min時，壓力波動比較厲害。內(nèi)外轉(zhuǎn)子嚙合圖內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的齒廓 可以有不同的曲線 形狀，轉(zhuǎn)子泵的外 轉(zhuǎn)子的齒廓是一段 等半徑正弧，內(nèi)轉(zhuǎn) 子為其共軛曲線， 即短輻外擺線的等 距線。內(nèi)外轉(zhuǎn)子

17、存 在一定的偏心距 e。如上圖所示，展示了一般的轉(zhuǎn)子機(jī)油泵的嚙合圖，從圖中可以看出，決定外轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)為:偏心距e（內(nèi)外轉(zhuǎn)子軸距）、總成半徑R、齒形圓半徑a外轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z2,其它參數(shù)可以通過 e、a、R等參數(shù)求出。1內(nèi)轉(zhuǎn)子長徑之半i = R-a+ e（13）2內(nèi)轉(zhuǎn)子短徑之半2 = R-a- e（14）r外轉(zhuǎn)子齒內(nèi)切圓半徑r= R-a（15）L 外轉(zhuǎn)子限制圓半徑L =1 +e= R-a+2 e（16）在乙選定后，內(nèi)轉(zhuǎn)子廓線可以通過作圖或者計算的方法求出。內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算和選擇如下：n限制圓半徑 L和當(dāng)機(jī)油泵的供油量 Qo 一定時，轉(zhuǎn)子的外廓尺寸決定了不得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)子的確半徑h。內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇可以按照下述步驟進(jìn)行。（1）決定內(nèi)轉(zhuǎn)子一個齒所掃過的面積A式中：h轉(zhuǎn)子厚度乙內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)n內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Q(mào)o 機(jī)油泵理論供油量h和n根據(jù)發(fā)動機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)和傳動的可能性和合理性來選取，齒數(shù)乙在考慮加工和使用的合理性之后，在一定程度上是不是可以自由選取的。（2）根據(jù)轉(zhuǎn)子的確固定方式及軸和壁厚的強度來選取內(nèi)轉(zhuǎn)子軸的大小和內(nèi)轉(zhuǎn)子軸孔的確 最小壁厚b。（3）求內(nèi)轉(zhuǎn)子齒廓短徑之半(18)（4）決定內(nèi)外轉(zhuǎn)子偏心距e(19)（5 ）求1= 2+2e5. 2.2轉(zhuǎn)子泵的主要設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)的確定轉(zhuǎn)子泵的供油量，按