汽车发动机机油泵性能优化研究

摘要

内啮合摆线齿轮泵具有体积小、重量轻、自吸性好、噪声低、压力脉动小等优点,广泛应用于中小功率发动机,但由于齿廓形状复杂,建模及加工存在一定困难。压力波动和容积效率是评价机油泵的两个重要指标,高品质的机油泵应具有高容积效率和低压力波动的特点,两个指标的优劣与机油泵设计参数和机油泵内部流体的流动特性密切相关。传统常用的机油泵转子为圆弧摆线式,外转子的齿根与齿顶连接处采用倒角过渡,存在一定的间隙,形成困油现象,这对容积效率和压力波动都有影响。在研究文献的基础上,发现一种转子结构,转子的齿廓由圆的外摆线与内摆线组成,相对于传统转子在结构上对于困油现象有显著改进。同时本文提出采用圆的短幅内摆线,以这种摆线为基础,进行向外偏移得到一种新的转子。
　　本文采用理论分析与试验仿真相结合的方法对两种转子进行了较为深入的研究,为机油泵的改进设计提供了新方法。
　　首先分析了普通摆线泵转子齿廓曲线的形成原理,确定了普通转子基本结构参数。根据双摆线转子齿廓的形成原理,建立一个转子的齿廓曲线方程,根据啮合原理,结合坐标变换法求得与之共轭的齿廓的方程式。基于这种齿廓方程,研究了齿廓方程中参数的可选取范围。参照普通圆弧摆线和双摆线转子的齿廓生成原理,提出以圆的短幅内摆线的外等距曲线为齿廓的转子,并求得与之共轭的齿廓。
　　基于常用的CAD软件UG开发了转子参数化建模模块,详细介绍了采用UG二次开发语言VB.NET和Grip进行开发的过程。
　　以机油泵单位体积排量最大为目标,在采用双摆线转子的基础上,对机油泵进行优化设计,结合具体的工程应用实际与现有理论制定约束条件,最终获得理想的计算结果。
　　采用UG建立机油泵泵体的三维模型,使用开发的UG二次开发模块建立转子模型,并将两者装配,得到完整的机油泵三维模型,进而得到油泵内部流体三维模型。采用泵用软件Pumplinx对采用不同转子的转子泵进行了流体特性分析,根据结果分析比对了转子泵的流量、压力波动变化及影响因素。分析了高转速下机油泵空化现象产生的条件,很好的解释了容积效率随转速变化的问题。
　　最后,搭建机油泵综合性能试验台,对试验泵进行了综合性能测试,根据试验结果分析了机油泵流量特性和容积效率的变化情况,并将数值计算结果与仿真结果进行比较,验证了仿真结果的正确性。同时在耐久性试验台上进行了耐久性试验,试验结果表明设计达到规定标准,从而验证了设计程序与开发方法的可行性。

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第一章 绪 论

1.1 机油泵概述

1.2 内啮合摆线齿轮泵的研究现状

1.3 研究背景与意义

1.4 本文主要研究内容

第二章 普通摆线泵转子的齿廓设计

2.1 普通摆线泵工作原理

2.2 摆线的参数化方程

2.3 内转子齿廓方程

2.4 曲率半径的确定

2.5 外转子的参数

2.6 基本结构参数

2.7 本章小结

第三章 双摆线转子的齿廓设计

3.1 双摆线转子泵的几何结构

3.2 用坐标变化法建立内转子齿廓方程

3.3 用齿廓法线法求共轭齿廓

3.4 双摆线转子齿廓参数的选取

3.5 采用短幅内摆线等距曲线的转子

3.6 摆线泵的排量

3.7 本章小结

第四章 摆线转子参数化建模与优化设计

4.1 参数化设计简述

4.2 UG二次开发

4.3 菜单制作

4.4 对话框制作

4.5 内外转子开发

4.6 双摆线泵的优化设计

4.7 本章小结

第五章 摆线泵仿真与试验研究

5.1 计算流体力学理论基础

5.2 软件简述

5.3 机油泵流体模型建立

5.4 边界条件

5.5 模拟结果分析

5.6 试验研究

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢