转子式机油泵参数化设计与流体特性分析

论文摘要

内啮合摆线齿轮泵具有体积小、重量轻、自吸性好、噪声低、流量脉动小等优点，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。另外，流量脉动和容积效率是评价机油泵的两个重要指标，高品质机油泵应该具有高容积效率和低流量脉动的特点，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。根据以上问题，本文采用理论分析与试验仿真相结合的方法进行了较为深入的研究，为机油泵设计提供了新方法。首先分析了摆线泵转子齿廓曲线的形成原理，确定了转子基本结构参数，基于三维建模软件UG开发转子参数化建模模块，并详细介绍了采用VB.NET语言进行UG二次开发的过程。影响容积效率的主要因素是泄露问题，本文根据流体力学缝隙泄露理论建立了转子泵端面泄露和径向泄露的数学模型，从理论上了分析了转子泵间隙泄露现象。同时，根据转子泵瞬时流量分析了转子泵流量脉动的产生机理以及影响因素。根据理论分析，编制了机油泵设计软件，通过输入排量等基本参数可以方便得出内外转子所有相关设计参数，在界面中实现转子轮廓的可视化，结合开发的UG模块可完全实现机油泵参数化设计。以机油泵单位体积排量最小为目标对本文开发的机油泵进行优化设计，根据优化结果采用开发的UG模块建立模型，进而得到油泵内部流体三维模型，采用泵用软件Pumplinx对转子泵进行了流体特性分析，根据结果分析得到了转子泵内部的压力波动变化，间隙泄露的原因及影响因素。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，试验结果表明设计的设计完全达到标准规定的使用寿命，从而验证了设计程序与开发方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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 研究背景及意义
• 1.4 论文主要研究内容及构思
• 第二章 摆线泵转子生成原理
• 2.1 摆线泵工作原理概述
• 2.2 摆线形成的原理及参数化方程
• 2.3 内转子齿廓线方程
• 2.4 外转子齿廓曲线
• 2.5 基本结构参数
• 2.6 曲率半径的确定
• 2.7 本章小结
• 第三章 摆线泵流量特性及泄露分析
• 3.1 转子式摆线泵瞬时流量
• 3.2 转子式摆线泵的排量
• 3.3 流量不均匀系数
• 3.4 流量脉动的影响因素
• 3.5 摆线泵的间隙泄露
• 3.5.1 间隙泄露途径
• 3.5.2 端面泄漏
• 3.5.3 径向泄露
• 3.5.4 啮合间隙泄露
• 3.6 间隙泄漏的影响因素
• 3.7 程序设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 摆线泵转子参数建模与优化设计
• 4.1 参数化设计概述
• 4.2 UG二次开发技术
• 4.2.1 UG参数化设计方法
• 4.2.2 UG二次开发工具
• 4.3 菜单制作
• 4.3.1 系统环境变量设置
• 4.3.2 菜单创建
• 4.4 对话框制作
• 4.5 内外转子开发
• 4.5.1 内转子开发
• 4.5.2 外转子开发
• 4.6 摆线泵优化设计
• 4.6.1 设计变量
• 4.6.2 目标函数
• 4.6.3 约束条件
• 4.6.4 优化计算结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 仿真与试验研究
• 5.1 计算流体力学理论基础
• 5.2 软件概述
• 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
• 5.5.1 出口压力分析
• 5.5.2 流量脉动分析
• 5.5.3 容积效率分析
• 5.6 实验研究
• 5.6.1 主要实验仪器设备
• 5.6.2 实验台架搭建注意事项
• 5.6.3 实验过程实现
• 5.6.4 实验结果分析
• 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