機油泵設(shè)計指南-倪偉

奇瑞汽車股份發(fā)二院設(shè)計指南一、總成說明機油泵總成的功用機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。機油泵在整個發(fā)動機潤滑系統(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)，機油泵就是潤滑系統(tǒng)的心臟，各個油道支路就是血管，機油泵在發(fā)動機的運轉(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)動機在各個工況下正常運行。1.2各種類別的機油泵輪廓圖以下是實際產(chǎn)品外形NEF1立的三維模型，機油泵是安裝在曲軸前端，靠曲軸來帶動機油泵泵油。NEFV發(fā)動機機油泵是安裝在油底殼內(nèi)，靠鏈條來驅(qū)動。二、機油泵總成設(shè)計1設(shè)計原那么。滿足發(fā)動機的正常運行，提供一定的機油壓力。2設(shè)計參數(shù)確定設(shè)計參數(shù)：機油散熱量和機油流量理論上，發(fā)動機中機油循環(huán)流量〔機油體積流量〕可以根據(jù)兩種方法來確定：一種方法是根據(jù)發(fā)動機的機油散熱量來確定；另一種方法是用統(tǒng)計方法，即比擬同類型的機器，再相同的工作條件下的機油流量，選擇一個適當?shù)牧髁孔鳛樵摍C器的設(shè)計機油流量。這里介紹用機油散熱量決定機油流量的方法。機油散熱量由下式確定：〔kJ/h〕〔1〕式中―――機油帶走的熱量〔kJ/h〕;―――發(fā)動機中每一小時燃料燃燒生成的熱量；―――機油散熱量占發(fā)熱量的百分比，對于現(xiàn)代汽車拖拉機用發(fā)動機可?。?.015~0.025,對于活塞用機油冷卻的柴油機需由機油帶走的熱量要大的多，可到達＝0.06。由于〔2〕所以＝〔3〕式中P――內(nèi)燃機有效功率〔kW〕；――有效效率，對汽油機可取＝0.25；對柴油機可?。?.35。確定了機油所帶走的熱量后，就可以求出在發(fā)動機中所需要的機油循環(huán)量：＝〔L/h〕(4)式中：－機油的比重，一般可?。?.85kg/L,也可以根據(jù)機油平均溫度查表得到；－機油的比重，一般可取c＝1.7~2.1kJ/(kg.K),也可根據(jù)機油平均溫度查表求得。－機油在完成一次循環(huán)過程中的溫升，一般可?。?0～15℃。實際上，機油泵實際流量〔〕要根據(jù)發(fā)動機所需機油循環(huán)流量〔〕決定，但是它要比機油的循環(huán)量為大，這是因為考慮到機油泵本身和內(nèi)燃機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，機油泵排量需要有足夠的富裕量。機油泵本身通常裝有調(diào)節(jié)機油壓力的調(diào)壓閥，以保證機油壓力在允許的范圍內(nèi)，因此從機油泵排出的機油只是一局部輸入到主油道，其余的經(jīng)過調(diào)壓閥流掉了?？紤]到所設(shè)計的內(nèi)燃機，今后可能要進一步強化，需要更大的機油流量，所以＝K〔L/h〕(5)式中K――儲藏系數(shù)，一般選取K＝1.5~2.0，有時為了系列化尺寸的油泵，K可以取到3.5。3機油的工作壓力和溫度現(xiàn)代內(nèi)燃機主油路的機油原來〔表壓〕一般是在下述范圍內(nèi)：汽油機和高速柴油機0.2~0.5Mpa;強化發(fā)動機0.6~0.9Mpa;低速柴油機0.08~0.18Mpa;在最低轉(zhuǎn)速下，機油壓力不應低于0.05~0.18Mpa;為了可靠地將機油送至各潤滑外表，在潤滑系的主油道必須建立起一定的機油壓力，一般汽油機主油道的機油壓力為200~400kpa,高速柴油機為300~600kpa。采用離心式機油濾清器，應采用較大的機油壓力。汽油機怠速時不低于70Kpa,柴油機以不低于100Kpa為宜，應該注意的，發(fā)動機的油壓必須保證在一定的范圍內(nèi)，否那么會造成發(fā)動機的抱瓦，損害發(fā)動機。當然，發(fā)動機的機油壓力確實定與很多因素有關(guān)，給出的是大概的范圍，不同的發(fā)動機，對機油壓力要求也不同。機油的工作溫度視機油的品質(zhì)而有所不通，通常在75～90℃，個別的可以到達110℃。這里所指的是油箱中的機油溫度。機油溫度如果過高，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。假設(shè)油箱中的機油溫度超過95～100℃，應當安裝機油冷卻器。為了保證軸承等摩擦副正常工作，必須控制機油的溫升溫度，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20~50℃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，環(huán)境溫度每上升1℃，油底殼內(nèi)的溫度上升0.8~0.9℃，在環(huán)境溫度為30℃，汽車高速行駛時，油底殼內(nèi)的溫度可到達125~140℃，這么高的機油溫度將影響機油的抗氧化能力，近年來，國外大力研究機油高溫添加劑，用以提高機油的工作溫度，目前已遠遠超過170℃以上。4機油泵設(shè)計概述在內(nèi)燃機中，采用外嚙合齒輪式機油泵〔簡稱齒輪泵〕和內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)子式機油泵〔簡稱轉(zhuǎn)子泵〕。齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護方便、在內(nèi)燃機中廣泛被采用。轉(zhuǎn)子泵較前者結(jié)構(gòu)緊湊，供油均勻，目前在國外發(fā)動機上已獲得普遍應用。我國現(xiàn)在已有轉(zhuǎn)子泵的系列標準設(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，本錢低，為轉(zhuǎn)子泵的推廣創(chuàng)造了條件。因此，近年來在新設(shè)計的和經(jīng)改良設(shè)計了的中小功率內(nèi)燃機新機型中被采用。5機油泵總成零件設(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)，齒輪所帶入的機油從進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，價格廉價〔2〕自吸性能好，無論轉(zhuǎn)速上下都能可靠地實現(xiàn)自吸?！?〕不容易咬死，因為油液中的污物對其工作影響不嚴重，可用來輸送粘度比擬大的液體?！?〕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〕工作時流量脈動較大，引起壓力脈動較大，導致噪聲較大。5．1.3齒輪泵的主要設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)確實定齒輪泵計算主要是根據(jù)泵的實際流量〔〕確定齒輪的根本尺寸〔模數(shù)m，齒數(shù)z，齒寬b〕和轉(zhuǎn)速〔〕，并按以下順序進行計算?！?〕確定齒輪泵的實際排量：設(shè)機油泵的轉(zhuǎn)速為r/min,且假定齒輪的齒間容積與齒的體積相等，那么齒輪泵的理論排油量為：〔6〕而實際排油量為：＝〔7〕式中，－分別表示齒頂圓和齒根圓直徑〔mm〕；－機油泵的容積效率，一般?。?.7~0.8，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，因此〔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〕,那么。這時考慮到d=mz,所以：〔8〕〔2〕選定齒輪輪緣速度：現(xiàn)在的允許值為6～8m/s。假設(shè)過大，那么在離心力作用下，進油腔的齒輪間容積中的機油填充情況會惡化，致使油泵的容積效率下降。為了改善機油填充情況，油泵進油腔所占據(jù)的圓周尺寸應不小于每個齒輪圓周長度的1/8?！?〕根據(jù)輪緣速度，確定齒輪外園直徑之后，按此式：〔9〕〔4〕選定m、z；因為道D之后，按此式選取m和z。因為〔參看式7〕，所以選用較大的m值是有利的；同時按照關(guān)系，中選用較大的m值時，z就要減小，這樣做可以使機油泵結(jié)構(gòu)緊湊。確定m值時，可以借助于經(jīng)驗公式：〔10〕可以根據(jù)上式和國標選取m值，一般為m＝2.5~5.一般是取齒數(shù)z＝6～14。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?！?〕齒寬b：〔mm〕〔11〕一般b=〔6～10〕m＝20～50mm。b越大，要求齒輪的加工精度越高?！?〕在汽油機中通常為＝0.5〔――發(fā)動機轉(zhuǎn)速〕，對于柴油機一般內(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)重新進行計算，直到各參數(shù)調(diào)整適宜為止。齒輪設(shè)計的細節(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：〔kW〕〔12〕式中、――機油泵油出口和進口的壓力表〔Mpa〕，一般取；――油泵實際排量〔L/h〕;――油泵的機械效率，它考慮了克服摩擦和液力阻力的功率損失，通常?。?.85~0.90.油泵的進油管和出油管的直徑，保證管中的機油流量在以下范圍內(nèi)〔m/s〕:進油管0.3~0.6;出油管0.8~1.5.在強化發(fā)動機中可以取較大的值：進油管1~3;出油管3~4.主油道中的計算速度在1.5~2.5m/s范圍內(nèi)選取。齒輪泵的端面間隙和徑向間隙，對機油泵的壓頭和供油量有較大影響。當間隙大時，機油會從出油腔流回進油腔，特別是端面間隙影響更大，因此阻擋機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?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，大致可取齒輪的端面間隙可?。?.05～0.20mm，兩齒輪的齒間側(cè)隙可取＝0.12~0.36mm。當齒輪進入嚙合時，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。為了防止產(chǎn)生過高壓力，在油泵殼體的端面上銑有泄荷槽，這槽齒輪輪間的高壓油區(qū)與油腔連通。機油泵在機器中的位置及驅(qū)動方式，決定于發(fā)動機的總體布置。此外，由于齒輪泵的吸油能力較小，所以泵的安裝高度應當盡量接近油面。在高速柴油機中，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體面上，或調(diào)掛在主軸承蓋下，由曲軸前端面的齒輪或鏈條驅(qū)動。在汽油機中，機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，還應注意本身的潤滑。在泵的主動軸荷從動軸上都要有油孔進行潤滑。5.2轉(zhuǎn)子泵設(shè)計5.2．1奇瑞公司NEF1系列轉(zhuǎn)子機油泵外形圖上圖為我公司目前用于發(fā)動機的機油泵，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，機油吸入空腔內(nèi)。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，機油被帶到出油道一側(cè)，這時轉(zhuǎn)子進入嚙合，油腔容積逐漸減小，機油壓力升高并從齒間擠出，受擠壓的機油那么從出油道送出。轉(zhuǎn)子機油泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積供油量大，轉(zhuǎn)速可高達上萬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，因而進油充分，并且轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，不但不會阻礙充油，相反加強了齒間的充填，防止了氣蝕現(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，壓力波動比擬厲害。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)子存在一定的偏心距e。如上圖所示，展示了一般的轉(zhuǎn)子機油泵的嚙合圖，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),其它參數(shù)可以通過e、a、R等參數(shù)求出?！獌?nèi)轉(zhuǎn)子長徑之半=R-a+e〔13〕——內(nèi)轉(zhuǎn)子短徑之半=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=+e=R-a+2e〔16〕在選定后，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：當機油泵的供油量一定時，轉(zhuǎn)子的外廓尺寸決定了不得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n、限制圓半徑L和轉(zhuǎn)子確實半徑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行。〔1〕決定內(nèi)轉(zhuǎn)子一個齒所掃過的面積AA=/hn