1、奇瑞汽車股份有限公司機油泵產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)指南編制日期：08.08.08編者：倪偉 版次：00第13 頁奇瑞汽車股份有限公司發(fā)二院設(shè)計指南編制：審核：批準：一、總成說明1.1 機油泵總成的功用機油泵是潤滑系中最重要的部件，其功能是為潤滑系提供足夠壓力和流量的機油，油壓必須保證在一定的范圍，以保證每一個摩擦件得到充分的潤滑而且不損壞相關(guān)的承壓件。 機油泵在整個發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的開發(fā)中具有決定性的作用，我們可以把整個潤滑系統(tǒng)比喻成人體的血液循環(huán)系統(tǒng)，機油泵就是潤滑系統(tǒng)的心臟，各個油道支路就是血管，機油泵在發(fā)動機的運轉(zhuǎn)過程中源源不斷地為各個零部件提供血液的循環(huán)，保證發(fā)動機在各個工況下正常運行。1.2 各種

2、類別的機油泵輪廓圖以下是實際產(chǎn)品外形 NEF1立的三維模型，機油泵是安裝在曲軸前端，靠曲軸來帶動機油泵泵油。 NEFV發(fā)動機機油泵是安裝在油底殼內(nèi)，靠鏈條來驅(qū)動。 二、機油泵總成設(shè)計1設(shè)計原則。滿足發(fā)動機的正常運行，提供一定的機油壓力。2設(shè)計參數(shù)確定設(shè)計參數(shù)：機油散熱量和機油流量 理論上，發(fā)動機中機油循環(huán)流量（機油體積流量）可以根據(jù)兩種辦法來確定：一種方法是根據(jù)發(fā)動機的機油散熱量來確定；另一種方法是用統(tǒng)計方法，即比較同類型的機器，再相同的工作條件下的機油流量，選擇一個適當?shù)牧髁孔鳛樵摍C器的設(shè)計機油流量。這里介紹用機油散熱量決定機油流量的方法。機油散熱量由下式確定：（kJ/h） （1）式中機油帶

3、走的熱量（kJ/h）; 發(fā)動機中每一小時燃料燃燒生成的熱量； 機油散熱量占發(fā)熱量的百分比，對于現(xiàn)代汽車拖拉機用發(fā)動機可取0.0150.025,對于活塞用機油冷卻的柴油機需由機油帶走的熱量要大的多，可達到0.06。由于 （2）所以 （3） 式中 P內(nèi)燃機有效功率（kW）； 有效效率，對汽油機可取0.25；對柴油機可取0.35。確定了機油所帶走的熱量后，就可以求出在發(fā)動機中所需要的機油循環(huán)量：（L/h） (4)式中：機油的比重，一般可取 0.85 kg/L,也可以根據(jù)機油平均溫度查表得到； 機油的比重，一般可取 c1.72.1 kJ/(kg.K),也可根據(jù)機油平均溫度查表求得。機油在完成一次循環(huán)過

4、程中的溫升，一般可取1015。實際上，機油泵實際流量（）要根據(jù)發(fā)動機所需機油循環(huán)流量（）決定，但是它要比機油的循環(huán)量為大，這是因為第一， 考慮到機油泵本身和內(nèi)燃機的各摩擦副零件在工作中都有磨損，因此他們的配合間隙和機油的泄漏都會逐漸增加，為了保證在這種情況下在系統(tǒng)中還能保證足夠的油壓，機油泵排量需要有足夠的富裕量。第二， 機油泵本身通常裝有調(diào)節(jié)機油壓力的調(diào)壓閥，以保證機油壓力在允許的范圍內(nèi)，因此從機油泵排出的機油只是一部分輸入到主油道，其余的經(jīng)過調(diào)壓閥流掉了。第三， 考慮到所設(shè)計的內(nèi)燃機，今后可能要進一步強化，需要更大的機油流量，所以 K（L/h） (5)式中 K儲備系數(shù)，一般選取K1.52.

5、0，有時為了系列化尺寸的油泵，K可以取到3.5。3 機油的工作壓力和溫度 現(xiàn)代內(nèi)燃機主油路的機油原來（表壓）一般是在下述范圍內(nèi)： 汽油機和高速柴油機 0.20.5 Mpa; 強化發(fā)動機 0.60.9 Mpa; 低速柴油機 0.080.18 Mpa; 在最低轉(zhuǎn)速下，機油壓力不應(yīng)低于 0.050.18 Mpa; 為了可靠地將機油送至各潤滑表面，在潤滑系的主油道必須建立起一定的機油壓力，一般汽油機主油道的機油壓力為200400kpa,高速柴油機為300600kpa。采用離心式機油濾清器，應(yīng)采用較大的機油壓力。汽油機怠速時不低于70Kpa,柴油機以不低于100Kpa為宜，應(yīng)該注意的，發(fā)動機的油壓必須保

6、證在一定的范圍內(nèi)，否則會造成發(fā)動機的抱瓦，損害發(fā)動機。當然，發(fā)動機的機油壓力的確定與很多因素有關(guān)，給出的是大概的范圍，不同的發(fā)動機，對機油壓力要求也不同。 機油的工作溫度視機油的品質(zhì)而有所不通，通常在7590，個別的可以達到110。 這里所指的是油箱中的機油溫度。機油溫度如果過高，由于粘度下降，將不能保證軸承間隙內(nèi)形成可靠的承載油膜。若油箱中的機油溫度超過95100，應(yīng)當安裝機油冷卻器。為了保證軸承等摩擦副正常工作，必須控制機油的溫升溫度，軸承的溫度可用油膜的平均溫度來評定，一般潤滑油流過軸承的溫升在2050的范圍內(nèi)，而油底殼內(nèi)的溫度是隨著車速線性變化的，同時也受環(huán)境溫度的影響，環(huán)境溫度每上升

7、1，油底殼內(nèi)的溫度上升0.80.9，在環(huán)境溫度為30，汽車高速行駛時，油底殼內(nèi)的溫度可達到125140，這么高的機油溫度將影響機油的抗氧化能力，近年來，國外大力研究機油高溫添加劑，用以提高機油的工作溫度，目前已遠遠超過170以上。4 機油泵設(shè)計概述 在內(nèi)燃機中，采用外嚙合齒輪式機油泵（簡稱齒輪泵）和內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)子式機油泵（簡稱轉(zhuǎn)子泵）。 齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護方便、在內(nèi)燃機中廣泛被采用。 轉(zhuǎn)子泵較前者結(jié)構(gòu)緊湊，供油均勻，目前在國外發(fā)動機上已獲得普遍應(yīng)用。我國現(xiàn)在已有轉(zhuǎn)子泵的系列標準設(shè)計，并已生產(chǎn)由粉末冶金壓制成的轉(zhuǎn)子泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子，省工省料，成本低，為轉(zhuǎn)子泵的推廣創(chuàng)造了條件。因此，近年來在新設(shè)

8、計的和經(jīng)改進設(shè)計了的中小功率內(nèi)燃機新機型中被采用。5 機油泵總成零件設(shè)計51齒輪泵設(shè)計5.11 齒輪泵簡述 它是由兩個相互嚙合的齒輪所組成。一個為主動齒輪，通過傳動齒輪由曲軸驅(qū)動；而另一個為從動齒輪。齒輪在密封泵殼中旋轉(zhuǎn)，齒輪所帶入的機油從進油腔被壓送到出油腔。51.2 齒輪泵的優(yōu)缺點（1）結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，價格便宜 （2）自吸性能好，無論轉(zhuǎn)速高低都能可靠地實現(xiàn)自吸。 （3）不容易咬死，因為油液中的污物對其工作影響不嚴重，可用來輸送粘度比較大的液體。（4）工作時齒輪受的不平衡徑向液壓力大，限制了壓力的提高，故目前主要用于中低壓系統(tǒng)。（5）工作時流量脈動較大，引起壓力脈動較大，導(dǎo)致噪聲較大。5

9、1.3齒輪泵的主要設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)的確定齒輪泵計算主要是根據(jù)泵的實際流量（）確定齒輪的基本尺寸（模數(shù)m，齒數(shù)z，齒寬b）和轉(zhuǎn)速（），并按下列順序進行計算。（1）確定齒輪泵的實際排量：設(shè)機油泵的轉(zhuǎn)速為 r/min,且假定齒輪的齒間容積與齒的體積相等，則齒輪泵的理論排油量為： （6）而實際排油量為： （7）式中 ，分別表示齒頂圓和齒根圓直徑（mm）； 機油泵的容積效率，一般取0.70.8，或者根據(jù)試驗值選定。 未經(jīng)修正的齒輪的齒頂高等于模數(shù)m，因此（d齒輪節(jié)圓直徑）；如假定齒根高也等于模數(shù)m（實際上為1.2m）,則。這時考慮到d=mz,所以： （8） （2）選定齒輪輪緣速度：現(xiàn)在的允許值為68m/s

10、。 若過大，則在離心力作用下，進油腔的齒輪間容積中的機油填充情況會惡化，致使油泵的容積效率下降。為了改善機油填充情況，油泵進油腔所占據(jù)的圓周尺寸應(yīng)不小于每個齒輪圓周長度的1/8。 （3）根據(jù)輪緣速度，確定齒輪外園直徑之后，按此式： （9）（4）選定m、z； 因為已知道D之后，按此式選取m和z。 因為（參看式7），所以選用較大的m值是有利的；同時按照關(guān)系，當選用較大的m值時，z就要減小，這樣做可以使機油泵結(jié)構(gòu)緊湊。確定m值時，可以借助于經(jīng)驗公式： （10）可以根據(jù)上式和國標選取m值，一般為m2.55.一般是取齒數(shù)z614。為了減少齒數(shù)，在油泵設(shè)計中盡量采用修正齒輪，但是z過少，會使油泵所輸出的油

11、中有較大的油壓脈動。 （5）齒寬b： （mm） （11）一般b=（610）m2050mm。b越大，要求齒輪的加工精度越高。 （6） 在汽油機中通常為0.5（發(fā)動機轉(zhuǎn)速），對于柴油機一般內(nèi)選用。按照上述計算程序估算出有關(guān)值（m、z、b等），不一定能完全滿足設(shè)計要求。這時，可以改選別的參數(shù)重新進行計算，直到各參數(shù)調(diào)整合適為止。齒輪設(shè)計的細節(jié)，可以參考有關(guān)齒輪的專門書籍。驅(qū)動齒輪泵所需的功率可按下式計算： （kW） （12）式中 、機油泵油出口和進口的壓力表（Mpa），一般取；油泵實際排量（L/h）;油泵的機械效率，它考慮了克服摩擦和液力阻力的功率損失，通常取0.850.90.油泵的進油管和出油管的

12、直徑，保證管中的機油流量在下列范圍內(nèi)（m/s）: 進油管 0.30.6;出油管 0.81.5. 在強化發(fā)動機中可以取較大的值：進油管 13;出油管 34. 主油道中的計算速度在1.52.5m/s范圍內(nèi)選取。 齒輪泵的端面間隙和徑向間隙，對機油泵的壓頭和供油量有較大影響。當間隙大時，機油會從出油腔流回進油腔，特別是端面間隙影響更大，因此阻擋機油從端面間隙滲漏的，只限于一條窄縫的阻力，所以端面間隙要比徑向間隙小。自然間隙過小也是不適當?shù)摹｝X輪外徑與殼體的徑向間隙，根據(jù)齒輪的外徑尺寸，按動配合的公差來選取，但其間隙需大于軸承中的徑向間隙，大致可取 齒輪的端面間隙可取 0.050.20mm，兩齒輪的齒

13、間側(cè)隙可取0.120.36mm。當齒輪進入嚙合時，一個齒輪的齒正好遮蓋住另一個齒輪的齒間時，在齒輪和齒輪之間的密閉齒間中的機油受到劇烈擠壓，這種高壓油能使油泵軸彎曲、軸承磨損、齒輪變形以及在其傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生符合。為了避免產(chǎn)生過高壓力，在油泵殼體的端面上銑有泄荷槽，這槽齒輪輪間的高壓油區(qū)與油腔連通。機油泵在機器中的位置及驅(qū)動方式，決定于發(fā)動機的總體布置。此外，由于齒輪泵的吸油能力較小，所以泵的安裝高度應(yīng)當盡量接近油面。在高速柴油機中，為了降低泵的吸油高度，油泵是放在油底殼內(nèi)的。為此一般是把泵裝在機體面上，或調(diào)掛在主軸承蓋下，由曲軸前端面的齒輪或鏈條驅(qū)動。在汽油機中，機油泵有的由凸輪軸上的螺旋驅(qū)動

14、，使結(jié)構(gòu)緊湊、布置簡單。設(shè)計齒輪泵時，還應(yīng)注意本身的潤滑。在泵的主動軸荷從動軸上都要有油孔進行潤滑。5.2 轉(zhuǎn)子泵設(shè)計5.21 奇瑞公司NEF1系列轉(zhuǎn)子機油泵外形圖 上圖為我公司目前用于發(fā)動機的機油泵，轉(zhuǎn)子泵由內(nèi)轉(zhuǎn)子，為轉(zhuǎn)子，油泵殼體等組成。油泵工作時，內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動外轉(zhuǎn)子向同一個方向轉(zhuǎn)動。它們可以看作是一對只差一個齒的內(nèi)嚙合齒輪傳動。無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到任何角度，內(nèi)外轉(zhuǎn)子各齒型之間總有觸點，分隔成8個空腔。進油道一側(cè)的空腔，由于轉(zhuǎn)子脫開嚙合，容積逐漸增大，產(chǎn)生真空度，機油吸入空腔內(nèi)。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，機油被帶到出油道一側(cè)，這時轉(zhuǎn)子進入嚙合，油腔容積逐漸減小，機油壓力升高并從齒間擠出，受擠壓的機油則從出油道送

15、出。 轉(zhuǎn)子機油泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積供油量大，轉(zhuǎn)速可高達上萬R /min，零件數(shù)目少等優(yōu)點，另外，由于是軸向供油，近排油槽的角度位置很大，因而進油充分，并且轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，不但不會妨礙充油，相反加強了齒間的充填，避免了氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，氣蝕現(xiàn)象對于外嚙合齒輪泵來說是一種很大的障礙。然而轉(zhuǎn)子泵由于齒數(shù)少，在轉(zhuǎn)速低于1000r/min時，壓力波動比較厲害。內(nèi)外轉(zhuǎn)子嚙合圖內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的齒廓可以有不同的曲線形狀，轉(zhuǎn)子泵的外轉(zhuǎn)子的齒廓是一段等半徑正弧，內(nèi)轉(zhuǎn)子為其共軛曲線，即短輻外擺線的等距線。內(nèi)外轉(zhuǎn)子存在一定的偏心距e。如上圖所示，展示了一般的轉(zhuǎn)子機油泵的嚙合圖，從圖中可以看出，決定外轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)

16、參數(shù)為：偏心距e(內(nèi)外轉(zhuǎn)子軸距)、總成半徑 R、齒形圓半徑a、外轉(zhuǎn)子齒數(shù),其它參數(shù)可以通過e 、a、 R等參數(shù)求出。內(nèi)轉(zhuǎn)子長徑之半 = R-a+ e （13）內(nèi)轉(zhuǎn)子短徑之半 = R-a- e （14）r外轉(zhuǎn)子齒內(nèi)切圓半徑 r= R-a （15）L外轉(zhuǎn)子限制圓半徑 L = +e= R-a+2 e （16）在選定后，內(nèi)轉(zhuǎn)子廓線可以通過作圖或者計算的方法求出。內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算和選擇如下：當機油泵的供油量一定時，轉(zhuǎn)子的外廓尺寸決定了不得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n、限制圓半徑L和轉(zhuǎn)子的確半徑h。 內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇可以按照下述步驟進行。（1）決定內(nèi)轉(zhuǎn)子一個齒所掃過的面積AA=/hn （17）式中： h轉(zhuǎn)子厚度內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)n內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速機油泵理論供油量h和n根據(jù)發(fā)動機整機結(jié)構(gòu)和傳動的可能性和合理性來選取，齒數(shù)在考慮加工和使用的合理性之后，在一定程度上是不是可以自由選取的。（2）根據(jù)轉(zhuǎn)子的確固定方式及軸和壁厚的強度來選取內(nèi)轉(zhuǎn)子軸的大小和內(nèi)轉(zhuǎn)子軸孔的確最小壁厚b。（3）求內(nèi)轉(zhuǎn)子齒廓短徑之半=+b （18）(4)決定內(nèi)外轉(zhuǎn)子偏心距e（5）求=+2e (19)52.2 轉(zhuǎn)子泵