一種新型類橢圓齒廓轉(zhuǎn)子機(jī)油泵及其轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)油栗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型類橢圓齒廓轉(zhuǎn)子機(jī)油栗及其轉(zhuǎn) 子，以及轉(zhuǎn)子的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)油栗按結(jié)構(gòu)主要分為外嚙合齒輪式機(jī)油栗、內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)子式機(jī)油栗和柱塞栗等， 其作用為提高機(jī)油壓力，廣泛應(yīng)用于車輛及工程機(jī)械的潤滑系統(tǒng)，保證機(jī)油在潤滑系統(tǒng)內(nèi) 的不斷循環(huán)。汽車和工程機(jī)械中所采用的轉(zhuǎn)子式機(jī)油栗多采用橢圓齒廓。
[0003] 現(xiàn)有橢圓轉(zhuǎn)子機(jī)油栗的外轉(zhuǎn)子在齒廓上某處存在嚙合界線點(diǎn)，嚙合界線點(diǎn)附近滑 動率很大，磨損較高。嚙合界線點(diǎn)前的外轉(zhuǎn)子齒廓參與嚙合，嚙合界線點(diǎn)后的外轉(zhuǎn)子齒廓不 參與嚙合。如圖1所示，外轉(zhuǎn)子的齒廓為橢圓，A'為現(xiàn)有技術(shù)橢圓齒廓外轉(zhuǎn)子齒頂點(diǎn)，B'為 現(xiàn)有技術(shù)橢圓齒廓外轉(zhuǎn)子齒底頂點(diǎn)，C'為現(xiàn)有技術(shù)橢圓齒廓齒底圓弧段與圓弧倒角切點(diǎn)， D'為現(xiàn)有技術(shù)橢圓齒廓圓弧倒角與橢圓段切點(diǎn)，F(xiàn)'為現(xiàn)有技術(shù)橢圓齒廓嚙合界限點(diǎn)。內(nèi)外 轉(zhuǎn)子在嚙合過程中，外轉(zhuǎn)子的齒廓段只有、段參與嚙合，段不參與嚙合。為了保證 內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間Zl (外轉(zhuǎn)子齒數(shù)）個區(qū)域的密封性能，內(nèi)外轉(zhuǎn)子每對齒均需要參與嚙合。
[0004] 隨著流量、磨損以及噪聲性能等要求的提高，普通的橢圓轉(zhuǎn)子栗已經(jīng)不能滿足現(xiàn) 有的需求。而決定以上性能的關(guān)鍵影響因素之一，就是轉(zhuǎn)子的線形。內(nèi)外轉(zhuǎn)子的齒廓線形 不僅決定了機(jī)油栗的嚙合平穩(wěn)性和連續(xù)性，其齒間形成的密封腔體積以及間隙也決定了其 流量性能。因此，研究轉(zhuǎn)子式機(jī)油栗的轉(zhuǎn)子齒廓線型對這些性能的提升非常重要。同時，為 了盡可能降低開發(fā)與改型成本，開發(fā)的新型齒廓線形必須具有與普通橢圓齒廓相同的基本 設(shè)計參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對當(dāng)前橢圓齒廓轉(zhuǎn)子機(jī)油栗存在的不足，提出一 種新型類橢圓齒廓轉(zhuǎn)子機(jī)油栗及其轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子設(shè)計方法。本發(fā)明的機(jī)油栗內(nèi)外轉(zhuǎn)子采用全 共輒多齒嚙合，栗體可采用現(xiàn)有技術(shù)橢圓齒廓機(jī)油栗體。低速流量大、嚙合界限點(diǎn)處磨損量 小于現(xiàn)有技術(shù)橢圓轉(zhuǎn)子，并降低了內(nèi)轉(zhuǎn)子上油液產(chǎn)生的扭矩。
[0006] 本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是：一種新型類橢圓齒廓轉(zhuǎn)子，包括相互嚙合的內(nèi)轉(zhuǎn) 子和外轉(zhuǎn)子，外轉(zhuǎn)子的齒數(shù)比內(nèi)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)多一個，外轉(zhuǎn)子的每半個齒的齒廓由一段類橢 圓弧、一段齒底圓弧以及與類橢圓弧和齒底圓弧同時相切的圓弧倒角組成；
[0007] 所述類橢圓弧弧長從齒頂點(diǎn)A至橢圓-圓弧倒角切點(diǎn)D，所述圓弧倒角弧長從橢 圓-圓弧倒角切點(diǎn)D至圓弧倒角-齒底圓切點(diǎn)C，所述齒底圓弧弧長從圓弧倒角-齒底圓切 點(diǎn)C至齒底頂點(diǎn)B ;
[0008] 所述類橢圓弧的橢圓率隨齒廓角呈平方根遞增；
[0009] 所述內(nèi)轉(zhuǎn)子的每個齒的齒廓為外轉(zhuǎn)子類橢圓段齒廓的共輒曲線，嚙合過程中內(nèi)外 轉(zhuǎn)子的每一對齒均參與嗤合，嗤合線封閉。
[0010] 相應(yīng)的，還提供了該新型類橢圓齒廓轉(zhuǎn)子的設(shè)計方法，包括如下步驟：
[0011] 步驟（1)，確定外轉(zhuǎn)子類橢圓理論齒廓；
[0012] 以具有相同基本設(shè)計參數(shù)的橢圓外轉(zhuǎn)子的其中一個齒廓中心化為類橢圓外轉(zhuǎn)子 的齒廓中心，構(gòu)造其理論齒廓；在以外轉(zhuǎn)子中心為圓心，固連在外轉(zhuǎn)子上的直角坐標(biāo)系 內(nèi)，類橢圓外轉(zhuǎn)子的齒廓方程為：
[0014] 式（1)中，b為原橢圓齒廓的短半軸長；Ri為齒廓中心0T到外轉(zhuǎn)子中心心的距離； α為過外轉(zhuǎn)子理論齒廓上任意點(diǎn)與齒廓中心(\的連線與yji的夾角（齒廓角）；
[0015] a。為與齒廓角α有關(guān)的系數(shù)，a。的表達(dá)式如式（2)所示：
[0017] 式⑵中，a為原橢圓齒廓的長半軸長；當(dāng)α從0增至31 /2時，a。從b按平方根 增至a ;
[0018] 步驟（2)，確定外轉(zhuǎn)子類橢圓理論齒廓嚙合界限角與類橢圓-圓弧倒角切點(diǎn)角，并 由此構(gòu)造外轉(zhuǎn)子實(shí)際齒廓；
[0019] 由式（3)，可求得為外轉(zhuǎn)子理論齒廓上過任意點(diǎn)的切線與^軸的夾角γ ;
[0021] 當(dāng)過類橢圓外轉(zhuǎn)子齒廓上某點(diǎn)的法線與外轉(zhuǎn)子節(jié)圓的交點(diǎn)數(shù)目為1時，外轉(zhuǎn)子圓 心到該線的距離等于外轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑，如式（4)所示：
[0023] 式⑷中，為外轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑；
[0024] 聯(lián)立求解式（3)-(4)，求得的齒廓角α即為類橢圓齒廓外轉(zhuǎn)子嚙合界限角af，
[0025] 式（5)-(6)分別為坐標(biāo)系Oi-Oq，yi)內(nèi)圓弧倒角與齒底圓的齒廓方程，
[0028] 式（5)-(6)中，β為圓弧倒角任意點(diǎn)與圓弧倒角中心0。的連線與Xl負(fù)半軸之間 的夾角；rd為圓弧倒角半徑；Xc]。與yc]。分別為圓弧倒角的中心點(diǎn)橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)；r lb為外轉(zhuǎn) 子齒底圓半徑；Θ為齒底圓上任意點(diǎn)與外轉(zhuǎn)子中心連線與71軸之間的夾角；
[0029] 圓弧倒角段中兩個特殊的角度如式（7)-(8)所示：
[0030] β d= cot (tan (γ d)) (7)
[0031] βε= θ c+jt/2 (8)
[0032] 式（7)-(8)中，i3d為與類橢圓段相切的圓弧倒角起點(diǎn)與圓弧倒角中心的連線與 Xl軸之間的夾角；yd為過外轉(zhuǎn)子理論齒廓上對應(yīng)類橢圓-圓弧倒角切點(diǎn)角a d的點(diǎn)的切線與 Xi軸的夾角；β。為與齒底圓段相切的圓弧倒角終點(diǎn)與圓弧倒角中心的連線與之間的 夾角；Θ。為與圓弧倒角段相切的齒底圓起點(diǎn)與外轉(zhuǎn)子中心連線與y :軸之間的夾角；
[0033] 將式（7)代入式⑶與式（5)，求得X。。與y。。以a d表示的解析表達(dá)式；將得到的 X。。與y。。以及式⑶代入式（5)_(6)，分別得到~與71以a d表示的Θ當(dāng)兩Θ。相等時， 此時表達(dá)式內(nèi)類橢圓-圓弧倒角切點(diǎn)角a d即為所求；
[0034] 比較af與a d的大小，僅當(dāng)a a f時才能生成正確的齒廓；根據(jù)計算得到的 a f與a d，計算對應(yīng)的β d、β。與Θ。，由此生成外轉(zhuǎn)子的實(shí)際齒廓；
[0035] 步驟（3)，根據(jù)外轉(zhuǎn)子齒廓設(shè)計內(nèi)轉(zhuǎn)子齒廓；
[0036] 內(nèi)轉(zhuǎn)子齒廓為外轉(zhuǎn)子理論齒廓0彡α彡af段的共輒曲線，在以內(nèi)轉(zhuǎn)子中心0 2為 圓心，固連在內(nèi)轉(zhuǎn)子上的直角坐標(biāo)系〇2_(x2，y2)內(nèi)，內(nèi)轉(zhuǎn)子齒廓可由式（9)-(12)計算，
[0041] 式（9)-(11)中，奶為過外轉(zhuǎn)子任意點(diǎn)上法線與外轉(zhuǎn)子節(jié)圓的交點(diǎn)與外轉(zhuǎn)子中心 的連線與7:軸的夾角，同時也為外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度為內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度；z#外轉(zhuǎn)子齒數(shù)； 知為內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)；Φ為W與γ之間的夾角；e為偏心距；
[0042] 步驟（4)，計算轉(zhuǎn)子嚙合的滑動率與流量性能，驗證設(shè)計的可行性。
[0043] 滑動率是兩齒廓相對滑過的弧長與齒面滑過的全弧長之比的極限值，是衡量嚙合 傳動質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。在其它條件相同時，滑動率的絕對值大，齒面的磨損就大，因此 應(yīng)盡量減少滑動率。
[0044] 與此同時，本發(fā)明還提供一種新型類橢圓齒廓轉(zhuǎn)子機(jī)油栗，其特征在于：該機(jī)油栗 的轉(zhuǎn)子為權(quán)利要求1所述的新型類橢圓齒廓轉(zhuǎn)子。
[0045] 本發(fā)明的顯著效果是：
[0046] 1.本發(fā)明的類橢圓齒廓轉(zhuǎn)子，相對于原有齒廓轉(zhuǎn)子，具有相同的基本設(shè)計參數(shù)，所 以可采用原有的栗體，降低了改型成本。相同的基本設(shè)計參數(shù)如外轉(zhuǎn)子齒頂圓半徑rlt、外 轉(zhuǎn)子齒底圓半徑:rlb、外轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑、內(nèi)轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑1*2、齒廓中心距外轉(zhuǎn)子中心的距離 &、偏心距e以及圓弧倒角半徑rd等。
[0047] 2.本發(fā)明