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流体在凸轮转子泵腔内运动的有限元分析
口李扬辉
张志臣
天津工业大学机械工程学院天津
摘要:以RP型三叶圆弧凸轮转子泵为例,改变转子型湫参数,设计出不同型状的转子。利用 Fluent软件,模拟流体
在转子泵腔内的流动。通过分析被模拟的数据,得出不同形状的转子对流体运动产生的影响以及优化后的性能参数。
关词:凸轮转子泵转子型状优化模拟
中图分类号:TH326;TP319
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2014)03-0032-04
凸轮转子泵的工作原理和理论计算
用Q表示,常用单位为I/s、ms或mh。
出口处的流量
1.1凸轮转子系的工作原理
Q=(14)Td2V2
从图1中可以看出,泵壳体与转子组成了许多密式中:d为出ロ直径,mm;V2为出口速度,m/s。
封工作腔,虽然转子与売体之间和转子与转子之间存1.2.2扬程计算
在间隙,但是间隙很小,可以视为密封腔的密封性能达
泵的扬程是指单位重量液体从泵进口断面至出口
标。按照图1示意,泵的几个密封腔可分为吸油腔(进断面所获得的能量增值,常以符号表示,单位为m。
口处)、运油腔(左右腔)、压油腔(出口处)。当电动机通
过传动轴带动主动凸轮和
从动凸轮同步反向转动
式中:V2为出口速度m/s,;V1为入口速度,m/s;p2为泵
时,在吸油腔,由于轮齿脱出口接管法兰处的压力,Pa;p为泵入口接管法兰处的
离啮合使齿间容积变大
压力,Pa;g为重力加速度:p为密度,kg/m2
出现真空,使油液从进口1.2.3效率计算
被吸入,吸入的油液由旋
泵输出的有效功率M与输入的轴功率Ⅳ之比称
转的运油腔携带至压油为泵的效率,用符号m表示。泵的效率是评价泵性能
腔;在压油腔,由于齿间容好坏的重要指标,7越大,能量损失越小。
图1凸轮转子疑示意图」积减小而将油液压至系
m=M=2s2=22=?2-P
统。泵轴旋转一周,每个工作腔吸、压油各一次。电动机式中:M为电动机对主动轮轴的力矩:为转子角速
带动泵连续运转时,泵便连续地、周期性地吸、压油。
1.2凸轮转子系的理论计算
度,の=2Tn-=308.92rad/s。
决定凸轮转子泵性能的参数有流量、扬程H、轴1.2.4泵轴功率计算
功率N效率η转速n,要优化转子泵就要使这几个参
泵的输人功率为
数达到最理想的值。笔者为了研究改变转子形状对转
N=Mt
(4)
子泵性能的影响,将转速n设为固定不变的常数,即
n=2950r/min,选用的流体介质为水。
2凸轮转子泵的转子型线设计2
1.2.1流量计算
2.1基本尺寸关系
单位时间内泵所输送的流体体积称为泵的流量
圆弧转子型线的叶峰为圆弧线,叶谷为圆弧包络
收稿日期:2013年9月
线。叶峰位于节圆以外,叶谷位于节圆以内,两者在节
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(2):188-190
[4]张晓莉.铝锭堆垛机械手液乐躯动系统的设计[J].液压与
2]王求.基于 MATLAB的仿人焊接机械手运动学分析和仿真
气动,2011(1):44-46.
「J].现代焊接,2011(4):26
5]冯瑞成.新型高效全自动铝锭堆垛机的设计[}.机床与液
3]赵俊天.DJ20新型全自动铝锭堆垛机的研制[J!.兰州理
压,2007(3):34-36.
工大学学报,2005(3):51-53
(编辑丁罡)
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机械制造52卷第595期式V
圆处相接。圆弧型点的公法线必定通过节点P,并经过叶峰A2B2的圆心
线的叶峰圆弧其圆O3,因此G、P、O3三点落在同一条直线上。
心位于长轴之上,
过点O1作GO3的平行线,交O2O3的延长线于点
30
圆弧型线示意图如M,OM与OAX轴成夹角B。过点O2作O1Y轴的平行
图2所
线,交OX轴于点D。过点O3作O1X轴的平行线,交
设:转子的叶O2D于点Q。过点M作OX轴的平行线交O2D的延长
数为z,转子叶顶圆线于点E,作OX轴的垂直线MF。过点G作O1Y轴的
半径为Rm,转子叶平行线,交OQ的反向延长线于点N。点P是线段
峰圆半径为r,两转O1O2的中点,它们之间存在如下关系:
子中心距为2a,转
O1F=01D-ME=011-203 0=0,02c0sa-202ocos(2
子叶峰圆弧的圆心
=2acosa-2bcos(20)
到转子中心距离为
MF=02E-02D=02msin(20)-0o2sina
b。这些参数之间的
202 sin (20)-01o2sin
し?2三叶圆孤型线示意图」关系是:
=2bsin(2&)-2asing
a+b2-2abcos[T/(22 )]=
0M=[(0, F) +(MP)212=2va-h6-2dbcos
联立式(5)、式(6),可得
所以有
R 2-02
MF bsin (20)
OM
2+b2-2ab
2(R
OA
.acosa-bcos(2a
OM
2-2abcosa
R
2ar.c
因为OM∥Gの3,所以∠GON8,啮合点
R
m CCOS
在坐标系XO1Y中的坐标为
设:节圆半径为R,叶根圆半径为R,则有
a=010-03 -/O=2ccosa-bcos(20)-rcos3
(9)
y=02 D-02q+G/N=2asinc-bsin(20)+sins
(10
啮合点G(x,y)在坐标系XOAY中的坐标轨迹即为
2.2转子型线方程
叶谷理论型线的参数方程,其中0≤≤
2.2.1理论型线方程
2.2.2实际型线方程
(1)叶峰理论型线方程。如图2所示,在坐标系
如图4所示,设:两转子之间的间隙为δ,叶峰的
XOY中,叶峰的理论型线A1B,的参数方程为
实际半径为r,形成叶谷实际型线的共轭圆弧半径为
x-bcoT)+y-bsin)=ァ
则有
r1=rー(Si2
≤y≤ R, sin
r2=r+(S2)
2)叶谷理论
参照式(11),可得出叶峰的实际型线方程:
型线方程。如图3
x-bcos(T/)]+[y-bsin(T/)P=r
所示,以转子O1为
参照式(13),可以得出叶谷实际线方程:
参照物建立坐标系
x=2acose-bcos(2)-r2cos6
XO1Y,当转子O1沿
y=2asinax-bsin(2@)+ sin
顺时针方向转过角
x「度c时,则转子O。3利用 MATLAB绘制凸轮转子型线工
o g
A
绕其轴心O2沿逆时
由于圆弧转子型线是一种复杂的曲线,所以不能
M
针方向自转角度。直接利用 AUTOCAD绘图,必须借助 MATLAB进行转
叶峰A2B2写叶子的辅助设计。根据转子型线设计方程,利用
谷C1B1相互啮合, MAT