一种提高摆线泵内外转子加工精度的工艺研究_王亚飞.pdf

o 一种提高摆线泵内外转子加工精度的工艺研究王亚飞，刘 伟，赵 亮，付 静，王 轩，焦文华（河南航天液压气动技术有限公司，河南 郑州）摘 要：针对目前摆线泵内外转子加工精度不高，造成容积效率降低的情况，结合目前摆线泵内外转子的加工方法，并对其相对运动过程进行研究，通过改善加工工艺和设计合理的工装，提高了摆线泵内外转子重要尺寸和形位公差的精度。试验结果表明，摆线泵的容积效率明显提高。关键词：摆线泵；内外转子；建模；加工工艺中图分类号：文献标志码：文章编号：（）o oo o o o oo o o Y，g，g，（o oo o，o，）：，o o oo o o o，o o o o o o o oo o o，oo o o o oo o oo，o o o o o o o oo o o o o o o o o：o；o oo；o；o oo收稿日期：作者简介：王亚飞（），男，河南新郑人，工程师，硕士，现从事特种泵的研发设计和试验研究。前言内啮合摆线泵由于噪声小，结构紧凑，性能相对稳定，被广泛应用于各类供油系统中，其缺点为核心零件加工精度要求较高，主要包括通过主轴转动形成容积腔的内外转子。近年来，国内外对摆线泵的工作原理、结构设计和加工方面进行大量研究。摆线泵工作原理与内啮合齿轮泵类似，内外转子存在一定的偏心距，以各自中心进行转动，与配流盘组合形成一定的容积腔。其主要由内外转子、偏心壳体和配流盘组成。内外转子为主要的运动部分，加工精度要求较高。内转子的加工存在一定难度，其主要加工方法和齿轮加工类似，包括磨齿、插齿及线切割等，每种方法都存在优缺点。本文通过对摆线泵工作原理进行分析，针对内外转子重要尺寸和形位公差进行工艺改进，提高了加工精度，进而保证摆线泵的工作效率。国内外发展现状摆线泵内外转子的设计可以参照齿轮，一般内转子比外转子少一个齿，除了设计时应注意根切、宽径比、弧径系数、创成系数等之间的优化，加工时更应该注意工艺。加工工艺保证了零件理论公差，决定产品的最终装配和性能。因此国内外学者对内外转子的加工工艺进行了大量研究，郭万泉采用磨削的加工方法提高内转子的加工精度。丁金福利用磨料流的抛光方法对内转子表面实现均匀化加工。姚艳对摆线齿形面的磨削工序及专用工装进行了阐述。目前针对内外转子齿形加工工艺的研究很充分，但对内外转子之间相互配合的加工工艺相对较少。本文通过一种新的加工工艺，提高内外转子的加工精度，最终提高了整泵的效率。重要尺寸和形位公差摆线泵内外转子及偏心壳体的装配结构如图 所示，其主要相对运动零件为内外转子及偏心壳体。主轴带动内转子转动，内转子与外转子产生啮合，由于内外转子存在一定的偏心距，在啮合过程中会形成容腔液压气动与密封年第期变化的封闭空间，空间变大造成吸油，空间变小则挤压介质，端面与配流盘配合，在连续运转的情况下，介质不断地从吸油腔到压油腔。外转子外圆在偏心壳体内孔中转动，偏心壳体固定，相当于滑动轴承。通过摆线泵的工作原理分析，形位公差在以下配合面对摆线泵的性能起决定性作用：内转子与外转子径向啮合间隙；内转子与内孔配合；外转子与偏心壳体径向配合间隙；外转子、内转子、偏心壳体和配流盘之间的端面间隙；外转子、内转子、偏心壳体和配流盘之间端面平行度等。图 内外转子的转配（）直接与内转子存在相对运动的零件包括外转子、两侧的配流盘。内转子与外转子存在啮合运动，产生齿侧间隙，其直接影响内外转子能否正常啮合运动及容积效率。各个零件在运动过程中会产生一定量的磨损，产生的多余物难免通过齿侧间隙，另外介质不一定纯净，所以对纳污能力也有一定要求，齿侧间隙小，对多余物敏感，容易产生卡死现象。齿侧间隙大，容积效率明显下降，内外转子齿侧间隙大约为.。（）内外转子啮合运动，存在摩擦副，零件表面应该保证一定的粗糙度，可以降低因摩擦产生多余的功率，另外容易产生油膜，降低零件的磨损，延长使用寿命。一般情况下，表面的粗糙度应达到 左右。（）内外转子、偏心壳体端面与配流盘应该存在一定的间隙。配流盘、内外转子、偏心壳体依靠碟簧将端面配合压紧，一方面保证端面间隙最小，另一方面保证压力较大时，可以减少端面泄漏量。一把情况下，内外转子的高度差不大于 ，比偏心壳体厚度小 。如果内外转子的厚度大于偏心壳体厚度，则配流盘将碟簧力直接作用在内外转子端面，内外转子转动和配流盘端面摩擦，大大降低了机械效率。四种零件需要对端面间隙进行严格的控制。内外转子和配流盘形成端面滑动轴承，控制间隙可以形成有效的油膜，不仅提高机械效率，且降低端面磨损，增加使用寿命。（）为使得啮合过程中的线接触充分，就要保证啮合表面与端面的垂直度以及轮廓度，其直接影响内外转子在安装和啮合过程中的同轴度，应达到.。（）传动轴通过平键传递扭矩，带动内转子进行转动，内转子内孔和传动轴进行配合，需要保证内转子内孔和传动轴的同轴度，内孔和端面还应具有一定的垂直度。建模过程内转子的轮廓需要通过参数方程生成，按照需要厚度拉伸后完成建模，如图 所示。图 内、外转子模型外转子则根据创成圆半径、圆弧齿形半径及设计的外圆半径创建三维模型，如图 所示内外转子的三维模型为理论尺寸，在加工过程中应注意各个尺寸的公差。加工工艺通过对内外转子重要尺寸及形位公差的作用及影响分析，零件的大部分尺寸及形位公差需要一次装夹完成。内外转子的加工工艺主要包含平面磨和线切割，平面磨主要针对零件端面的形位公差，线切割加工零件的轮廓和内孔、槽等。机加采用较大的毛坯，平面磨留量后进行热处理，由钳工在轮廓外部打穿丝孔。铜丝所走路径应为实际尺寸，包含公差。需要对 模型转换为二维图后，进行公差的调整。如图 所示，选中需要调整的轮廓，根据实际公差进行缩放。线切割工序完成后，将内外转子进行配磨，保证内外转子的厚度差。o图 调整尺寸公差采用线切割加工摆线泵的内、外转子，主要加工思路为：将零件的进行平面磨到图纸尺寸及形位公差，装夹找正后进行线切割，其中线切割分两次进行，先加工其余部分，如图 所示，在缝隙中插入薄铁片，滴入 胶待其完全固定，后加工连接部分，如图 所示工艺：下料热处理数控车钳清洗热处理平面磨（留余量）线切割（分两次进行）清洗平面磨（内外转子配磨）清洗。线切割将接刀部分留在外转子的齿顶圆、内转子的齿根圆。通过此加工工艺解决提高摆线泵内、外转子加工的尺寸及形位公差，其中最主要的问题为线切割过程中产生的接刀痕问题。如果线切割一次完成加工将导致内外传转子轮廓上产生接刀痕，如图 所示，零件无法使用。图 线切割加工内转子及插入薄铁片图 内外转子轮廓上的接刀痕 结论本文通过对摆线泵工作原理进行分析，优化摆线泵内外转子的加工工艺，提高了摆线泵的性能，其中主要包括：（）零件端面采用平面磨，能够保证两个平面的平面度和平行度，减小产品安装后的端面间隙误差。（）键槽、轴孔和外形尺寸一次装夹切割完成，最大程度保证轴孔与端面的垂直度、轴孔和外表面的同轴度等。（）由于加工后零件脱落，分两次进行线切割，先将其余部分进行多次反复切割，在缝隙中插入薄铁片，滴入 胶，能够将零件固定在毛坯上，切割连接部分时，防止零件脱落，消除因接刀痕的存在而导致零件无法使用。（）线切割加工的零件表面粗糙度 ，尺寸和形位公差可以控制在 个 内，使得内、外转子的径向公差和齿向公差得到很好的控制，对产品容积效率和寿命有很大的提升。参考文献 李炳辉 摆线泵的设计 北京：第五届中国航空学会青年科技论坛，俞武勇，季林红 含间隙机构运动副的动力学模型 机械科学与技术，（）：杜坤 齿侧间隙对渐开线齿轮啮合冲击的影响分析太原：太原理工大学，李玉龙，孙付春 中高压外啮合齿轮泵端面间隙的理论计算 排灌机械工程学报，（）：薛永宁 考虑啮合间隙的摆线泵动力学研究 天津：天津科技大学，郭万泉 摆线齿轮泵内转子加工工艺分析 科技创新与应用，（）：张良，夏春林，徐立，等 基于转换机构法的摆线齿轮泵齿廓曲线计算 机床与液压，（）：赵娜，姚艳，付移风 摆线齿轮泵外转子的加工工艺及工装设计研究 山东工业技术，（）：钱小红，张东敏 摆线齿轮泵内转子参数化设计 现代制造工程，（）：王振 内啮合齿轮泵啮合特性分析及 技术研究北京：机械科学研究总院，引用本文：王亚飞，刘伟，赵亮，等 一种提高摆线泵内外转子加工精度的工艺研究 液压气动与密封，（）：，o oo o o o oo oo ，（）：