机油泵齿轮参数对流量影响的试验研究

【摘 要】车用发动机系统中机油泵齿轮参数对机油泵流量有较大影响。通过改变齿轮齿宽、齿轮压力角研究齿轮参数对流量的影响程度。结果表明：（1）随着齿宽加大，机油泵流量随之增加，但是并没有与齿宽成正比；（2）当低转速时，齿轮压力角20o和25o两种压力角对流量波动的影响不大。但是随着转速的增加，压力角对流量的影响增大，压力角为25°的流量波动比压力角20°要大；（3）压力角增大可以增加流量，即增大压力角，流量稍微有所增大，但是增加效果不显著。

【关键词】汽车工程；机油泵；齿宽；压力角；流量

1.前言

齿轮式机油泵的特点是工作可靠，结构简单，制造方便和泵油压力较高，所以得到广泛采用。当发动机工作时，凸轮轴上的驱动齿轮带动机油泵的传动齿轮，使固定在主动齿轮轴上的主动齿轮旋转，从而带动从动齿轮作反方向的旋转，将机油从进油腔沿齿隙与泵壁送至出油腔。这样，进油腔处便形成低压而产生吸力，把油底壳内的机油吸进油腔。由于主、从动齿轮不断地旋转，机油便不断地被压送到需要的部位。

机油泵流量的提高，方法有很多，但不改变泵体其他尺寸和油泵油道结构的情况下，通过改变齿部参数，改变齿顶圆大小，增大齿宽，从而提高排量。

齿轮泵的理论流量：

简单计算实际流量方法为。

其中V是齿轮泵的排量，应为两个齿轮所有齿槽容积之和，其计算公式是：

从上式可以看出，增加齿轮厚度B，增大齿顶圆直径da，加大齿轮压力角，都可以达到增加排量的目的。

2.试验系统

本研究试验系统如图1所示。

实验开始前由油箱中油温加热器将油温加热至80oC，机油泵通过调速电机直接带动，机油泵限压阀安装在机油泵出口处，接下来的管道中分别安装有压力传感器、主油路限压阀、流量计和调压阀等组成。

3.齿轮参数变化对流量影响分析

3.1改变齿轮宽度

在设定油温T=90±5℃时，将压力调节到0.120Mp左右，试验台转速调整到600转/分时，通过数显仪看到流量的变化情况如下：

从以上试验结果可以看出流量随齿宽的增长而增长。由于齿宽变化，具体流量波动情况是：齿宽45mm，转速为600r/min时，其流量均值38.125L/min，偏差为0.0078；齿宽48mm，同样转速时其流量均值为39.475L/min，偏差为0.0073。齿宽45mm，转速为2240r/min时，其流量均值140.5438L/min，偏差为0.0333；齿宽48mm，同样转速时其流量均值为141.8938L/min，偏差为0.0353。但在设计中一般不能为了一味追求大流量而加大齿轮的宽度，因为齿宽受机油泵外形结构尺寸的限制，如果加宽了齿宽对泵体的强度有影响，同时也将增加泵体的厚度，发生毛坯装配干涉的可能大为增加。因此在设计机油泵时尽量不要设计过大的齿宽尺寸，对产品的加工和材料成本会上升，工艺路线难度也会增加。尤其是齿宽的增加对机械加工的精度也有影响，在滚齿和磨齿过程中滚刀与砂轮的宽度是受一定条件限制的，而在机械加工过程中一般的原则是以经济加工精度的标准执行，当然随着现代设计手段CAD与数控加工CAM的发展，加工手段越来越完善，在成本和精度控制过程也会加强。

3.2改变齿轮的压力角

齿轮式机油泵在齿槽中机油受到挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困机油若无油道与出油口相接，机油将从侧隙中被挤出，导致机油发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；若密封容积增大时，无机油的补偿，又会造成局部真空，使溶于机油中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵的困油现象。优化齿轮参数过程，就是消除机油泵困油的影响，同时又要提高机油泵的流量，目前机油泵齿轮优化的方式有很多[7]-[8]，通过本人大量的试验，采用增加齿轮压力角来提高流量是最有效的途径。齿轮泵的流量：。其中V是齿轮泵的排量，应为两个齿轮所有齿槽容积之和。从公式（2）可知，增加齿轮压力角，就能提高流量，这样在不改变泵体结构，也不降低泵体强度，是提高流量的最佳途径，通过试验进一步验证该结论的正确性。

从以上试验数据可以看出，增加齿轮压力角，在怠速情况下（600转/分）机油泵流量就有所提高，随着转速的增加，流量提高就越明显。

压力角对流量的影响可以直观从图3和图4可以看出，当转速低时，两种压力角对流量波动的影响差别不大，可以从图4得出这个结论，但是随着转速的增加，压力角对流量的影响加剧，这可以从图4看出，压力角为25°的流量波动比压力角20°要明显。压力角为20°，转速为600r/min时，其流量均值为37.127L/min，方差为0.0073，而压力角为25°，转速为600r/min时，其流量均值为39.745L/min，方差为0.0073；压力角为20°，转速为2240r/min时，其流量均值为140.5438L/min，方差为0.0333，压力角为25°，转速为2240r/min时，其流量均值为144.6688L/min，方差为0.093，方差大说明流量数据离散些，从而也有利的论证了压力角增大，流量波动也随之加剧。

4.结论

采用实验研究方法方法，对齿轮式机油泵齿轮参数变化对流量影响进行了研究。通过改变啮合齿轮齿宽、压力角、转速等参数，采集了很多流量的实验数据，经过详细深入分析，试验结果表明：

（1）理论上机油泵流量与齿宽成正比，但是试验数据表明实际并不成正比，实际上设计机油泵时尽量不要对齿宽的尺寸设计过大，因为齿宽过大会导致产品的成本会上升，工艺路线难度加大；

（2）当转速低时，齿轮压力角20o和25o两种压力角对流量波动的影响不大。但是随着转速的增加，压力角对流量的影响加剧，压力角为25°的流量波动比压力角20°要明显；

（3）压力角为20°，转速为600r/min时，其流量均值为37.127L/min，而压力角为25°，转速为其流量均值为39.745L/min，流量增加了2.618L/min；压力角为20°，转速为2240r/min时，其流量均值为140.5438L/min，压力角为25°，转速为2240r/min时，其流量均值为144.6688L/min，流量增加了4.125L/min，即增大压力角，流量稍微有所增加大，但是增加不明显。

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