基于CFD的摆线泵进出油腔对容积效率影响的分析

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摆线泵是-种内啮合齿轮泵，内转子齿廓为短幅外摆线的等距曲线，外转子采用与其共轭的圆弧作为齿廓曲线.与外啮合齿轮泵相比，内啮合摆线齿轮泵的加工难度大、加工成本高，但结构紧凑、体积较孝运转平稳；流量脉动率-般较低，仅为0.05～0.20，噪声较小.因此，摆线泵在工业中的应用越来越多，尤其适用于航空、航天等对整机重量要求较高的产品。

摆线泵进、出油腔影响泵内部流场的分布，进而影响容积效率；设计合理的进、出油腔可减轻泵的重量，进而减轻整个无人机的重量，减少能源消耗.本文所研究的内啮合摆线齿轮泵用于无人机的发动机润滑系统，对泵的效率要求较高.运用数值仿真方法不仅成本低、周期短，且可有效改进泵的设计，提高收稿日期：2012-08-29 修回日期：2012-09-08基金项目：国家科技支撑计划项目(2O12BAF16G02)作者简介：薛程亮(1987-)，男，河南洛阳人，硕士研究生，研究方向为机械系统多领域建模与仿真，(E-mail)chengliangxue###163.corn2 计 算 机 辅 助 工 程 2013丘容积效率，因此在流体机械领域，CFD日益成为优化设计的重要工具.文献[2]和[3]均利用 CFD方法建立摆线泵的内部流场模型，但文献[2]重点研究卸荷槽对泵性能的影响，文献[3]研究泵的内部流动和压力分布，二者都没有对进、出油腔进行研究；文献[4]仅从理论上分析摆线泵进、 油腔的设计，并没有定量研究进、出油腔对容积效率产生的影响。

本文利用 CFD方法对内啮合摆线齿轮泵的内部流厨行仿真，定量分析进、出油腔对泵容积效率产生的影响，并提出合理的进、出油腔设计方法，为摆线泵的设计提供参考。

1 摆线齿轮泵及其进、出油腔摆线齿轮泵主要南内转子、外转子、前盖、后盖和壳体等组成，见图 1。

注：1-前盖；2-壳体；3-外转子；4-内转予；5-进、出油腔6- 定位销 ：7-后盖 ：8-进 、出油孔图 1 摆线泵结构示意前、后盖上开有月牙状的进、出油腔，分别通过油道与进、出油孑L相连.摆线泵工作时，内、外转子分别绕定轴以不同的转速啮合转动，其相对运动使内、Go t co，z2 。 1-F。- an n三/ s三 (外转子之间产生不断变化的容腔空间.将进、出油腔和不断变化的容腔适当地连接起来，泵就能完成吸、j油功能。

摆线泵的进、出油腔通常为月牙状，其内缘是以内转子回转中心 0 为圆心，以内转子齿根圆半径P，为半径的圆弧；而月牙腔的外缘则是以外转子回转中心 0，为圆心，以外转子限制圆(齿根圆)半径为半径的圆弧；月牙状进、出油腔两端封闭线为夹角式或平行线式.摆线泵进、 油腔示意见罔2。

图2 摆线泵进、出油腔示意Fig.2 Schematic diagram of inlet and ouiletcavities of cycloidal pump图2中， 和 为摆线泵内、外转子处于最悬容面积 4位置时，内转子-齿两侧同时与外转子 2个齿对称啮合的2个啮合点；而 和 为内、外转子处于最大包容面积A位置时，内转子的2个齿分别与外转子的2个齿对称啮合的2个啮合点.以上4点是月牙状进、出油腔两端封闭线与啮合线相交的理论基准位置.根据内啮合摆线齿轮泵的齿廓曲线及其啮合规律，可以计算出封闭线夹角大小的理论值。

R (ez，) 2ez，Rcos(1T/z，)azI式中：G 为啮合点 或 与 0 的连线与 轴的夹角；F。为啮合点 .或 与内转子回转中心0。

之间的连线与 轴的夹角；z，和 Z 分别为内、外转子的齿数；e为内、外转子中心距；R为摆线齿轮创成圆半径；n为外转子齿形圆半径。

式(1)和(2)计算出的夹角为理论值，实际工程中需要对理论值进行优化.优化的原则是充分利用油液的惯性：在油腔的大端(G 端)，通过晚关进油腔多进油从而提高容积效率，即G ，油腔关闭侧尺寸 F：>F。.进油腔晚关多少和出油腔早开多少与摆线泵油压的高低，转子的转速，油液的黏度以及进、出油管道的布置方式有关.本文利用专业泵阀 CFD软件 Pumplinx 对摆线泵内部流厨行仿真计算，分析进、出油腔 G。和F。的大小对摆线泵容积效率的影响。

24 计 算 机 辅 助 工 程 201 3丘生纤维的双扩散过程影响越小，得到的纤维原丝结 维的结构和性能更优越构更均匀、表面更光滑、内部缺陷更少，从而使得纤