内啮合摆线齿轮泵的简化设计

内啮合圆弧—摆线齿轮泵设计方法的优化单彩侠;刘韵;李小雷;康小丽;江国彪【摘要】通过分析应用于涡旋压缩机的内啮合圆弧—摆线转子泵的供油特点,介绍摆线式油泵的组成、工作原理及设计要点.重点分析降低摆线式油泵容积效率的因素为:供油量不足及内泄漏,并提出优化方向,明确摆线式油泵在工程应用过程中的核心设计方法.【期刊名称】《家电科技》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】3页(P64-66)【关键词】摆线齿轮油泵;工作原理;结构设计【作者】单彩侠;刘韵;李小雷;康小丽;江国彪【作者单位】珠海格力电器股份有限公司机电技术研究院广东珠海 519070;珠海格力电器股份有限公司机电技术研究院广东珠海 519070;珠海格力电器股份有限公司机电技术研究院广东珠海 519070;珠海格力电器股份有限公司机电技术研究院广东珠海 519070;珠海格力电器股份有限公司机电技术研究院广东珠海519070【正文语种】中文涡旋压缩机具有效率高、转矩变化小、可靠性高、噪音低、运转平稳、结构简单、运动部件少等优点，被广泛应用在空调制冷系统。

近年来，随着家用、商用中央空调的飞速发展，特别是多联机空调在商场、餐馆、娱乐等场所的广泛运用，为应用在空调上的直流变频涡旋压缩机带来了更大的需求。

随着家用、商用中央空调市场占有率的提高，变频涡旋压缩机的可靠性决定着空调系统的故障率。

由于变频涡旋压缩机运行范围较宽，其整机油路润滑结构设计需确保各频率下，各摩擦副润滑充足。

压缩机内部曲轴端的供油方式，将直接影响整机可靠性。

本文针对直流变频涡旋压缩机供油特点，重点介绍摆线齿轮泵组成结构、工作原理、设计要点及影响油泵泵油效率的关键因素，探讨了内啮合圆弧—摆线齿轮泵的优化设计方法。

涡旋压缩机轴系及泵体零部件的充足润滑是压缩机可靠运行的前提条件，润滑油不仅能对轴承等相对滑动面起到润滑作用，还起着导热及密封的作用。

根据涡旋压缩机运行情况分析，低频时，压缩机易出现润滑不足、各摩擦副异常磨损、功耗高的现象；高频时，压缩机容易出现供油过多，导致压缩机排油率高，影响系统效率。

第二章 内啮合齿轮泵的分析电机泵用内啮合齿轮泵主要是利用和发挥内啮合齿轮泵的高效、低噪音、高压力、小惯性的优点，因此设计该专用内啮合齿轮泵时，需要对其结构参数进行优化，使得和电机的参数能够尽量匹配，充分发挥电机泵的整体性能。

2.1 内啮合齿轮泵工作原理内啮合齿轮泵（Internal Gear Pump ）是由一对偏心的内外齿轮相互啮合而构成的液压泵，其结构较普通的外啮合齿轮泵更为紧凑、流量脉动小、噪声低，具有更好的综合性能。

其结构原理见图(2-1)所示。

内啮合齿轮泵结构上由相互啮合的内外齿轮和两者之间填充的月牙块及前后泵盖组成。

工作过程中两个齿轮的转向相同，月牙块固定不动。

在图(2-1)中，小齿轮为主动齿轮，大的内齿轮为从动齿轮，按照图示小齿轮的旋向，在左上角吸油腔齿轮脱离啮合，使吸油腔容积增大，形成真空，油液在大气压作用下被吸入；图中右上角压油腔齿轮进入啮合，齿间空间容积减小，油液被挤出，完成排油过程。

2.2 传统内啮合齿轮泵流量分析一般地，对泵的流量分析包含了泵的瞬时流量分析和排量分析，以了解泵的流量和结构、性能方面的关系，为泵的结构参数选择和设计提供基础的理论指导。

2.2.1 瞬时流量分析齿轮泵在工作过程中，由于齿轮啮合点在不断变化，导致泵的瞬时流量也在不断变化，且存在定的不均匀性，导致液压系统传动的不平稳性和噪声等一系列不利因素，因此合理的参数选择对泵乃至系统的性能有着明显的影响。

泵的瞬时流量可以根据齿轮泵的啮合原理及能量守恒定律来推导。

假如不考虑任何损失，主动齿轮每转过一个微小角度1θd ，两个齿轮所做的机械功dW 等于泵所排出液体体积dV 和进出口压差P ∆的乘积。

设泵的进口压力为0，则压差P ∆就等于泵的排油压力g P ，根据能量守恒定律有dV P dW d T d T g ==+2211θθ （2-1）式中 1T 、2T —主动、从动齿轮上的转矩； 1θd 、2θd —主动、从动齿轮的旋转角，且有1221R R d d =θθ。

一种内啮合摆线齿轮泵的设计与试验摘要：本文开发研制一种内啮合摆线齿轮泵，应用型线设计、实验流量分析等方法进行开发。

同时根据齿轮泵的关键结构参数, 按经验公式进行了输油量的计算校核，通过齿轮泵性能测试,对齿轮流量进行预测。

此油泵具有结构紧凑、重量轻、成本低廉等优点，经过实验验证，性能稳定，可靠性极高，具有很好的推广应用前景。

关键词：内啮合齿轮泵油箱齿轮转子Design and test of an internal cycloidal gear pumpL inWeiJunGree Electric Appliances Lnc of Zhuhai Zhuhai Guangdong 519000Abstract: In this paper, an internal cycloid gear pump isdeveloped by the application of profile design, experimental flow analysis and other methods. At the same time, according to the key structural parameters of the gear pump, according to the empirical formula for the calculation of oil delivery, through the performanceof the gear pump test, the gear flow prediction. This oil pump has the advantages of compact structure, light weight, low cost, etc. After experimental verification, the performance is stable, high reliability, has a good prospect of popularization and application.Key words: internal gear pump oil tank gear rotor0、前言润滑系统是制冷设备的重要组成系统，内啮合摆线齿轮泵是润滑系统的核心部件，其功能是将润滑油从油箱抽出，并送到各润滑点，实现润滑和冷却的功能。

渐开线内啮合齿轮泵的设计摘要齿轮泵由于结构紧凑、体积小、重量轻、转速范围大、自吸性能好和对油液的污染部敏感等优点而广泛应用在机床工业、航天工业、造船工业及工程机械等各种机械的液压系统中。

流量脉动、噪声和效率是评价齿轮泵性能的三大指标，它们之间互相联系，互相作用。

齿轮泵的流量脉动引起压力脉动，而压力脉动是引起齿轮泵流体噪声的主要因素，在降低噪声和流体脉动的同时，应防止齿轮泵溶积效率的降低。

因此，在齿轮泵的设计中，应综合考虑这三者的影响。

本论文以渐开线内啮合齿轮泵为研究对象，从其工作原理出发以及内啮合齿轮泵的齿轮几何参数上对其进行较为详细的分析和计算。

从内啮合齿轮泵的设计要点出发，计算出内啮合齿轮泵齿轮副的几何参数，推导出其轮齿啮合时不发生渐开线干涉、齿廓重迭干涉和径向干涉的条件，并代入各参数进行验证，最终确定其几何参数。

在此基础上，对渐开线内啮合齿轮泵的总体结构进行研究设计，并选取合适的零部件材料。

参考何存兴老师的《液压元件》教材进行内啮合齿轮泵排量的计算公式的推导。

关键词：内啮合齿轮泵几何参数干涉排量The design of involute internal pumpAbstractGear pumps are widely used in hydraulic systems of machine tool, aviation, shipbuilding and engineering machinesetc, because of their virtues, such as simple and compact structure,lighter weight, wide range of rotate speed, better capability of self-suck and not having a thick skin with the oil’s polluting.Flow pulsation, noise and efficiency, which effect on each other, are three primary criterions that evaluate the performance of gear pumps. The hydro-noise is primary causedby pressure pulsation, and pressure pulsation is caused by flow pulsation.. The cubage efficiency should be prevented to reduced when noise and flow pulsation are reduced. So, their effect should be considered when gear pumps are designed.The research object of this dissertation are involute internal gear pumps . On the basis of their working principle , analyses and calculates the geometry parameters of the internal gear pumps. From the designing mainpoint of the geometry parameters of the internal gear pumps, a new desire is called for. Which worked out in the gear pump gears meshing of the geometric parameters, derived its tooth meshing not to interfere in involute line, tooth overlap intervention and interference in the radial conditions, And into the various parameters to verify, ultimately determine their geometric parameters. On this basis, to gradually open lines mesh gear pump to study the overall structure design, and select the appropriate parts materials.Consulting with the mechanical design textbook written by He CunXing, this dissertation deduce diaplacemeng of internal gear pumps.Key Words: Internal Gear Pump; Gear Parameters ; Interference; delivery capacity目录1.绪论 (1)1.1 内啮合齿轮泵的概述 (1)1.2内啮合齿轮泵的研究现状 (1)1.3内啮合齿轮泵的发展趋势 (2)1.4本论文研究的主要内容及意义 (2)2. 渐开线内啮合齿轮泵工作原理及结构特点 (4)2.1内啮合齿轮泵的工作原理 (4)2.2内啮合齿轮泵的结构特点 (4)2.3内啮合齿轮泵的设计要求 (5)3. 内啮合齿轮泵总体结构设计的思路和设计注意事项 (6)3.1结构设计思路 (6)3.2设计注意事项 (6)3.2.1防止干涉的发生 (6)3.2.2重合度 (7)3.2.3 降低内啮合齿轮泵的噪声 (7)4. 渐开线内啮合齿轮泵的总体结构设计 (9)4.1内啮合齿轮泵中采用变位齿轮的必要性 (9)4.1.1 渐开线标准齿轮传动的局限性 (9)4.1.2齿轮变位理论 (9)4.2 齿轮副设计基本参数及主要尺寸 (10)4.2.1设计基本参数 (10)4.2.2齿轮副几何计算 (10)4.3 运用MATLAB软件进行齿轮副几何计算 (13)4.3.1编写相关程序段 (13)4.3.2运行计算程序 (16)4.3.3精确计算齿轮副的几何参数 (17)4.4 零件材料的选用 (19)4.5 绘制总装图以及各零件图 (20)5. 内啮合齿轮泵的主要性能参数 (21)5.1内啮合齿轮泵主要性能参数 (21)5.2内啮合齿轮泵排量的计算 (22)5.3内啮合齿轮泵瞬时排量的计算 (22)结束语 (24)参考文献 (25)致谢 (26)1. 绪论随着现代技术的发展，液压传动在越来越多的场合取代了机械传动，然而液压传动在向高压、高速、大功率的方向发展的同时，噪声问题也显得越来越突出。

专利名称：一种内啮合摆线齿轮泵专利类型：实用新型专利
发明人：陈杰余
申请号：CN00216717.4
申请日：20000306
公开号：CN2413061Y
公开日：
20010103
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种内啮合摆线齿轮泵,尤其是小功率内燃机润滑系统中使用的内啮合摆线齿轮泵。

它包括呈盘形内凹状的泵体,在泵体内分别装有内、外转子和轴,配油盘套在轴上并连接在泵体上,在配油盘和泵体之间装有调压垫圈。

使用时,内燃机带动轴使内、外转子转动,即可吸入润滑油、输出压力油。

本实用新型的优点是:解决了原来漏油的问题,且通过调整调压垫圈的厚度,调节输出油压。

此外,还具有结构简单、成本低之优点。

申请人：陈杰余
地址：224001 江苏省盐城市三医院宿舍90号
国籍：CN
代理机构：上海第二工业大学专利事务所
代理人：董巧新
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第三章 电机泵用内啮合齿轮泵的分析与设计电机泵很大的一个优点是噪音低，内啮合齿轮泵自身噪音很低，成为电机泵的理想动力源。

国内目前内啮合齿轮泵还没有完整的设计理论和体系，本章内容结合目前国内的现状，参考国外先进产品的结构，力图在内啮合齿轮泵的设计理论方面做一些深入探讨，以提高国内内啮合齿轮泵的设计制造水平。

本章内容根据前述基本理论，参考外啮合齿轮泵的设计理论，主要分析内啮合齿轮泵关键零部件的受力分析，并给出基本设计依据。

内啮合齿轮泵的关键部件主要有内外齿轮、补偿侧板等零部件，主要的结构受力分析主是确定在工作过程中内外齿轮的受力大小和方向，为齿轮泵的结构设计和材料选择提供基本的理论依据。

3.1工作过程中齿轮所受径向力分析内啮合齿轮泵工作过程中，齿轮主要受到液压径向力、啮合力、支承反力和驱动力矩。

其中径向力对齿轮泵的性能影响最大，针对内啮合齿轮泵，外齿轮上的径向力会引起齿轮轴的弯曲变形，很大程度上决定了轴承的寿命；内齿轮上的径向力决定了内齿轮外圈的磨损；啮合力是齿轮泵工作过程中主从动齿轮啮合过程中产生，不仅影响齿轮表面的强度，并附加到径向力上，也影响到了泵的寿命；由于上述力合力的影响，对齿轮泵的寿命和性能影响很大，必须进行详细的分析，并采取合理的措施予以平衡解决。

作用在外齿轮轴承上的径向力R1F ，由沿齿轮圆周液体压力产生的径向力1P F 和由齿轮啮合产生的径向力1T F 所组成。

对外齿轮而言，沿圆周分布着三个压力区域，如图3-1所示，即对应吸油口的低压区域、对应排油口的高压区域，其包角为1α；两者之间的压力过渡区域，其包角为1β。

这三个区域的大小随着齿轮啮合角度的变化而变化，因此形成的径向合力方向也在变化。

从现在高压内啮合齿轮泵常采用的结构分析，考虑到齿顶的泄漏，过渡区一般由3个齿槽构成，压力排油区包含3到4个齿，其余范围对应着吸油低压区。

这三个区域随着齿轮啮合部位的变化在变化，计算比较复杂。

为了计算简化，设：（1）过渡区所有液压力作用在齿顶圆上；（2）泵在工作过程中两个齿轮及中间填充月牙块中严格保持图示的几何位置，不发生机械变形；（3）径向方向各处间隙均匀；（4）在压力过渡区域压力成线性降低。

摆线机油泵转子齿廓画法由哈尔滨东安机电制造有限责任公司制，图纸，是指导我公司生产机油泵内、外转子的。

本着“持续改进，追求卓越”的指导思想，我认真学习，研读了设计图纸与相关设计手册。

一、摆线转子式内啮合齿轮啮合状态分析外转子齿廓由Z2个等分均布的圆弧组成；内转子齿数为Z1=Z2-1，齿廓式与外转子在保持一定的偏心距e的条件下，按固定传动比啮合运动的圆弧齿廓的共轭曲线，此曲线式一条短幅外摆线的内等距线。

内外转子的结构参数：图1是内外转子啮合图。

外转子的参数有：a—齿形圆半径（即针齿圆半径），R—创成圆半径(即针轮中心圆半径)，L—限制圆半径，r—内切圆半径，D—外径，Z2—齿数(圆弧齿轮齿数)。

内转子的参数有：ρ1—长径(摆线齿轮长径)，ρ2—短径(摆线齿轮短径)，Z1—齿数(摆线齿轮齿数)。

内外转子的偏心距为e。

其中决定转子形状和大小的原始参数是Z1，Z2，e，R和a，其余参数可通过内外转子啮合的几个特殊啮合位置简单进行求算：ρ1=R-a+eρ2=R-a-eL=ρ1+e=R-a+2er=ρ2+e=R-a图1 内外转子啮合图内转子齿廓方程：22222cos 2a ϕγe R e R -+-= 222222ecos 2e esin sin ϕϕθR R -+= 2222222ecos 2e ecos -cos ϕϕθR R R -+= 222ecos esin tan ϕϕθ-=R )sin(sin ]18090[cos sin 111111ϕθγϕθϕγϕχ-+=++-+=R R ）（）（)cos(cos )]180()90sin[(cos 111111ϕθγϕθϕγϕ--=++-+=R R y 其中:啮合半径为γ ，啮合余角为θ ，传动比211221R R i ==ϕϕ，，(ρ1)的理论节圆半径1111Z Z R R +∙=，(ρ2)的理论节圆半径1211Z R R +∙=。

注:方程式来源于陆严清，岑继平，刘殿亭编著，«摆线齿轮滚刀原理与设计»，国防工业出版社，1978年6月，第30页.其严格理论推导可参看«花键滚刀理论与设计»第一章“圆族法则”，国防工业出版社，1977年8月，第一版。

四川省宜宾普什驱动有限责任公司大流量内啮合齿轮泵的设计2012年6 月1摘要内啮合齿轮泵具有结构紧凑、对油液污染不敏感、噪音低、流量压力脉动小、寿命长等特点，在一些场合具有不可替代的作用，具有广阔的发展前景。

但目前国产的内啮合齿轮泵排量小，限制了内啮合齿轮泵的适用范围。

本课题以大流量内啮合齿轮泵为设计目标。

渐开线内啮合齿轮泵的排量主要由一对啮合的齿轮副决定。

首先完成一对内啮合齿轮副的设计，不仅要保证齿轮副正确传动，还要考虑齿轮副的各种干涉以及强度要求。

接着顺序完成月牙板、浮动侧板、泵体、前后泵盖及连接法兰的设计。

浮动侧板能够轴向移动，浮动侧板上背压室的大小、进出油孔的位置及孔径是设计的重点。

设计完成的内啮合齿轮泵流量达到350L/min，额定工作压力3.5MPa，具有轴向间隙自动补偿，提高了泵的容积效率。

关键字：渐开线内啮合齿轮泵，设计，内啮合齿轮副，浮动侧板AbstractInternal gear pumps have significant advantages over other types of pumps, such as, compact structure, less sensitive to contaminants, little flow pulsation, low noise level and long durability. Internal gear pumps have a bright prospect. However the displacement of domestic internal gear pumps is small, which makes its use limited.This research aims to design a internal gear pump in large displacement. The displacement of involute internal gear pumps is determined by internal gear. During the designing of internal gear ,we not only should make gears run right, but also take the interference and strength into account. Then a crescent, floating plate, Pump case, pump cover and connecting flange are designed. It is important to make the area of back pressure chamber, the position and diameter of oilholes right for floating plate, which can move in the axial direction. This pump capacity is 350L/min, which can work in the pressure of 3.5MPa and have axial clearance self-compensation.Keywords: involute internal gear pump, design, internal gear, floating plate目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................................. I I 目录 . (3)1绪论 (1)1.1 液压泵概述 (1)1.2 齿轮泵的分类 (3)1.2.1 按齿轮的啮合形式分类 (3)1.2.2 按齿形曲线分类 (4)1.2.3 按齿面形式分类 (4)1.2.4 按啮合齿轮的个数分类 (4)1.2.5按级数分类 (4)1.3 齿轮泵的研究现状 (5)1.4 齿轮泵的发展趋势 (7)1.5 本课题的研究内容和方法 (8)2 内啮合齿轮泵的工作原理 (9)2.1 内啮合齿轮泵的分类 (9)2.2 内啮合齿轮泵的工作原理 (11)2.3 内啮合齿轮泵的性能特点 (13)3 内啮合齿轮泵的设计 (14)3.1 内啮合齿轮副的设计 (14)3.1.1内啮合齿轮副正确啮合及连续传动条件 (14)3.1.2内啮合齿轮副的参数选择及计算 (15)本章小结 (23)3.2 月牙板的设计 (24)3.3 浮动侧板的设计 (25)3.3.1浮动侧板的结构分析 (26)3.3.2进出油孔的位置及大小 (27)3.4 泵体的设计 (29)3.5 前泵盖、后泵盖的设计 (32)3.6 连接法兰的设计 (34)4 总结 (35)致谢 (36)参考文献 (36)1 绪论1.1 液压泵概述液压技术作为现代工业技术的一个重要方面，在各种工业设备、行走机械以及船舶、航空航天上都得到了广泛应用。