椭圆—圆弧复合摆线转子机油泵及其转子和转子设计方法

摘要

本发明公开了一种椭圆—圆弧复合摆线转子机油泵及其转子，包括相互啮合的内转子和外转子，外转子的齿数比内转子的齿数多一个，外转子的每个齿的齿廓由一段椭圆弧和与该椭圆弧相切的一段圆弧组成，该椭圆弧弧长从齿顶点A至椭圆—圆弧复合点F，该圆弧弧长从椭圆—圆弧复合点F至齿底；内转子的每个齿的齿廓为外转子齿廓的全共轭曲线，且内、外转子为单齿啮合。同时也提供了该种机油泵转子的设计方法，克服了啮合界线点处出现的较大齿廓滑动的问题，并解决了当前椭圆弧摆线转子机油泵的外转子因只有部分齿廓段参与啮合，而容易出现的啮合冲击问题，具有内外转子之间啮合磨损小，密封性好，机油泵容积效率高的优点。

权利要求

1. 一种楠圆一圆弧复合摆线转子，包括相互晒合的内转子和外转子，其特征在于:外转 子的齿数比内转子的齿数多一个，外转子的每个齿的齿廓由一段楠圆弧和与该楠圆弧相切 的一段圆弧组成，该楠圆弧弧长从齿顶点A至楠圆一圆弧复合点F，该圆弧弧长从楠圆一圆 弧复合点F至齿底；内转子的每个齿的齿廓为外转子齿廓的全共辆曲线，且内、外转子为单 齿晒合。

2. -种如权利要求1所述的楠圆一圆弧复合摆线转子的设计方法，其特征在于包括如 下步骤： 步骤(1)，确定转子晒合间隙A与楠圆一圆弧复合点F的关系； 在已有的同尺寸楠圆弧摆线机油累转子的外转子齿廓上由齿顶点A至晒合界线点B之间 设计一段楠圆弧，并在此楠圆弧上选取任意一点F为楠圆一圆弧复合点，则楠圆一圆弧复合点 F与外转子楠圆弧段的晒合界线点B之间齿廓长度为，品为齿顶顶点A至晒合 界线点B的弧长蟲与齿顶顶点A至楠圆一圆弧复合点F的弧长:嚴的差值，即品。;; 该楠圆一圆弧复合摆线转子的外转子楠圆弧段的参数方程为：(1) 式（1)中a为楠圆弧的长半轴长，b为楠圆弧的短半轴长，R为楠圆弧中屯、到外转子中屯、 的距离，t为参变量； 在楠圆一圆弧复合点即寸，t = tF，在齿底圆弧段顶点G时，t = tc;(2) 因 F点在外转子齿廓楠圆弧段上，则F点坐标为(XF，yF)，

(63) 根据齿数等分得到的角度，过外转子几何中屯、化，作外转子对称线Z，并过楠圆一圆弧复 合点F做外转子的法线，与外转子对称线Z相交于点Oh,设Oh点坐标为沁&，乂>(4) 式(4)中η为内转子齿数； 内外转子间晒合间隙A :

(5)

式巧）中e为内外转子的偏屯、距； 联立方程（1)-(5)，即可求出品与晒合间隙Δ的关系，从而确定晒合间隙Δ的具体大 小； 步骤(2)，连接楠圆一圆弧复合点FW及步骤（1)中确定的点Oh, WOhF段长度为半径，W 点Oh为圆屯、做圆弧累赛，其中点G为齿底圆弧段顶点；则楠圆弧;巧和圆弧声g相切于楠圆一 圆弧复合点F，且楠圆弧哀和圆弧ί苗组成楠圆一圆弧复合摆线转子的外转子齿廓； 然后结合步骤(1)内确定的晒合间隙Δ来确定楠圆一圆弧复合点F的具体位置； 步骤(3 )，根据外转子齿廓设计内转子齿廓； 外转子齿廓:i家段的方程为：内转子齿廓:¾是外转子齿廓完的共辆曲线，内转子齿廓::^是外转子齿廓累瑟的共 辆曲线，内转子齿廓方程为：(8) 式(8)中：xi与yi分别为内转子齿廓的横坐标和纵坐标，与0分别为相对应的外转子和 内转子的转角； 步骤(4)，计算转子晒合的滑动率与重合度，验证设计的可行性。

3. -种楠圆一圆弧复合摆线转子机油累，其特征在于:该机油累的转子为权利要求1所 述的楠圆一圆弧复合摆线转子。

说明书

楠圆一圆弧复合摆线转子机油累及其转子和转子设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于机油累技术领域，具体设及一种楠圆一圆弧复合摆线转子机油累及其 转子，W及转子的设计方法。

背景技术

[0002] 目前常用机油累种类包括齿轮式与摆线转子式。摆线转子机油累按齿数差分可W 分为单齿差和多齿差，按外转子线型可W分成圆弧摆线转子机油累、楠圆弧摆线转子机油 累W及双摆线转子机油累等。单齿差机油累中，若内转子齿数为n，则外转子齿数为n+1。内 外转子间晒合形成n+1个区域，运n+1个区域体积由大到小，由小到大循环变化，完成吸油和 排油。

[0003] 现有的圆弧摆线和楠圆弧摆线转子机油累外转子在齿根处通常采用倒圆角的工 艺，存在晒合界线点，晒合界线点前的外转子齿廓参与晒合，晒合界线点后的外转子齿廓不 参与晒合。为了保证圆弧摆线或楠圆弧摆线转子机油累的内外转子连续传动，晒合界线点 必须参与晒合。如图1所示，外转子的齿廓为楠圆，E为现有技术外转子齿底顶点，A为外转子 齿顶点。内外转子在晒合过程中，并非外转子齿廓上所有点均参与晒合。外转子的齿廓段只 有;δ段参与晒合，其中点B为外转子的晒合界线点，点P为点B的速度瞬屯、。外转子±京5段 为一段楠圆弧，£赛段与i茫段分别为半径不同的圆弧，但是外转子齿廓上漏寮蒙段不参与 晒合传动。为了保证内外转子之间n+1个区域的密封性能，现有机油累的内外转子采用多齿 晒合的方式。

[0004] 同时，如图2所示，现有技术楠圆弧摆线转子机油累的内外转子的齿廓滑动率存在 极大值，容易出现较大的齿廓滑动，内外转子晒合过程中容易出现严重磨损的现象。

[0005] 当内外转子在外转子晒合界线点B附近进行晒合时，磨损情况较其他晒合点更为 严重，极端状况下还会导致转子失效，不能正常晒合传动。如果机油累转子磨损情况得不到 改善，则内外转子的晒合间隙增大，机油泄露量增多，机油累输送的机油量也会持续减少， 容积效率降低，影响发动机零部件的使用寿命。另外，当磨损造成内外转子齿廓的破坏时， 会导致内外转子晒合传动因不能满足晒合原理的要求，连续传动将会出现晒合冲击和速度 波动，同时会导致机油累的噪声增大。如果人长期在高噪声的环境附近中工作、生活会感到 疲劳、屯、情烦燥与注意力不集中，造成大脑反应迟纯等一系列症状，影响工作效率与生活质 量。

[0006] 虽然多齿晒合存在诸多问题，但是由于W往机油累生产厂家加工精度较低，为了 满足机油流量的要求，在设计内外转子间的传动时仍然采用多齿晒合，未对单齿晒合技术 进行研究。而随着加工工艺的发展，采用单齿晒合技术而仍然能够满足流量要求的加工技 术已经成熟，全共辆单齿晒合转子机油累将会是机油累类发展的下一个趋势。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题是，针对当前圆弧或楠圆弧摆线转子机油累存在的不 足，提出一种楠圆一圆弧复合摆线的转子机油累及其转子和转子设计方法。本发明的机油 累内外转子采用全共辆单齿晒合，磨损小，噪声低;重合度较高，动力传递性能好;密封段长 度增加，容积效率提高。

[0008] 本发明解决问题的技术方案是:一种楠圆一圆弧复合摆线转子，包括相互晒合的 内转子和外转子，外转子的齿数比内转子的齿数多一个，外转子的每个齿的齿廓由一段楠 圆弧和与该楠圆弧相切的一段圆弧组成，该楠圆弧弧长从齿顶点A至楠圆一圆弧复合点F， 该圆弧弧长从楠圆一圆弧复合点F至齿底；内转子的每个齿的齿廓为外转子齿廓的全共辆 曲线，且内、外转子为单齿晒合。

[0009] 相应的，还提供了该楠圆一圆弧复合摆线转子的设计方法，包括如下步骤：

[0010]步骤(1)，确定转子晒合间隙Δ与楠圆一圆弧复合点F的关系；

[0011] 在已有的同尺寸楠圆弧摆线机油累转子的外转子齿廓上由齿顶点A至晒合界线点 B之间设计一段楠圆弧，并在此楠圆弧上选取任意一点F为楠圆一圆弧复合点。则楠圆一圆 弧复合点F与外转子楠圆弧段的晒合界线点B之间齿廓长度为雜。令:竊^ 1;，;；为齿顶顶 点A至晒合界线点B的弧长与齿顶顶点A至楠圆一圆弧复合点F的弧长深的差值，即

[0012] 该楠圆一圆弧复合摆线转子的外转子楠圆弧段的参数方程为：

[0013] (1)

[0014] 式（1)中a为楠圆弧的长半轴长，b为楠圆弧的短半轴长，R为楠圆弧中屯、到外转子 中屯、的距离，t为参变量；[001引在楠圆一圆弧复合点F时，t = tF，在齿底圆弧段顶点G时，t = tG;

[0016]。）

[0017]因 F点在外转子齿廓楠圆弧段上，则F点坐标为(邱，yF)，[001 引
（3)

[0019]根据齿数等分得到的角度，过外转子几何中屯、〇1，作外转子对称线Z，并过楠圆一 圆弧复合点F做外转子的法线，与外转子对称线Z相交于点Oh,设Oh点坐标为(-、,，)，

[0020](4)

[0021] 式(4)中η为内转子齿数；

[0022] 内外转子间晒合间隙Δ:

[0025]式(5)中e为内外转子的偏屯、距；[00%]联立方程（1)-(5)，即可求出三与晒合间隙Δ的关系，在生产实际中越大越有 利于减少磨损，W此为依据结合加工工艺的要求，确定晒合间隙A的具体大小；

[0027] 步骤（2)，连接楠圆一圆弧复合点FW及步骤（1)中确定的点Oh, WOhF段长度为半 径，W点Oh为圆屯、做圆弧罗送，其中点G为齿底圆弧段顶点；则楠圆弧苗？和圆弧家凌相切于 楠圆一圆弧复合点F，且楠圆弧;:探和圆弧累巧组成楠圆一圆弧复合摆线转子的外转子齿 廓；[002引由于楠圆一圆弧复合点F的位置限定了圆弧段累葛形状，且圆弧段哀覆形状会影响 内外转子之间的晒合间隙A，进而会影响机油累的密封性能，因此应结合步骤(1)内确定的 晒合间隙A来确定楠圆一圆弧复合点F的具体位置。
[0029 ]步骤(3 )，根据外转子齿廓设计内转子齿廓；

[0030]外转子齿廓：拔段的方程为：

[0034]内转子齿廓是外转子齿廓呆的共辆曲线，内转子齿廓妾1焉是外转子齿廓 声妄'的共辆曲线，内转子齿廓方程为：[003引
（8)

[0036] 式(8)中：xi与yi分别为内转子齿廓的横坐标和纵坐标，跨与灼分别为相对应的外 转子和内转子的转角；

[0037] 步骤(4)，计算转子晒合的滑动率与重合度，验证设计的可行性；

[0038] 滑动率是两齿廓相对滑过的弧长与齿面滑过的全弧长之比的极限值，是衡量晒合 传动质量的一个重要指标。在其它条件相同时，滑动率的绝对值大，齿面的磨损就大，因此 应尽量减少滑动率。重合度是实际晒合线段与法向齿距的比值，是影响齿轮能否连续传动 的重要参数。为了保证连续传动，重合度一般要求大于等于1。计算本发明设及转子的滑动 率与重合度，当计算得到的转子滑动率在整个晒合过程中未出现明显突变，且重合度大于 等于1时，则表明设计得到的内外转子齿廓可行。

[0039] 与此同时，本发明还提供一种楠圆一圆弧复合摆线转子机油累，其特征在于:该机 油累的转子为权利要求1所述的楠圆一圆弧复合摆线转子。

[0040] 本发明的显著效果是：

[0041] 1.本发明的楠圆一圆弧复合摆线转子，相对于原有楠圆弧摆线和圆弧摆线转子机 油累转子晒合中的晒合界线点处，在外转子上增加了一段圆弧晒合段，使得外转子齿廓不 存在晒合界线点W及齿廓滑动率极大值部位，克服了晒合界线点处出现的较大齿廓滑动的 问题，改善了内外转子晒合过程中出现严重磨损的现象，避免了因晒合不连续性导致的冲 击;并且，提高了重合度，有利于传递动力。

[0042] 2.该楠圆一圆弧复合摆线转子解决了当前设计下楠圆弧摆线转子机油累的外转 子因只有部分齿廓段参与晒合，而容易出现的晒合冲击问题。

[0043] 本发明设计的外转子齿根段采用一段圆弧参与晒合，内转子只需与外转子单齿晒 合时即能保证内外转子连续晒合传动，有效的改善了转子的晒合连续性能。

[0044] 3.该楠圆一圆弧复合摆线转子的外转子齿根参与晒合，与现有技术楠圆弧摆线转 子机油累的转子相比，密封段长度增加，提高了转子间的密封性能与机油累的容积效率。

[0045] 4.本发明的外转子晒合段适用于圆弧、双摆线、楠圆弧、圆锥曲线W及其他线型， 均可通过在原有外转子齿廓上增加一段圆弧晒合段，避开晒合界线点或者滑动率极大部 位，避免因晒合不连续性导致的冲击。

[0046] 5.由于改善了内外转子之间的磨损，因此机油累的振动和噪声也有所降低。

附图说明

[0047] 图1为现有技术楠圆弧摆线转子机油累外转子齿廓示意图。

[0048] 图2为现有技术楠圆弧摆线转子机油累的内外转子齿廓滑动率。

[0049] 图3为本发明楠圆一圆弧复合摆线转子与现有技术楠圆弧摆线转子的外转子齿廓 对比示意图。

[0050] 图4为图2中单齿的局部放大示意图。

[0051] 图5为本发明楠圆一圆弧复合摆线转子的内外转子晒合示意图。

[0052] 图6为本发明楠圆一圆弧复合摆线转子晒合间隙与楠圆一圆弧复合点F关系曲线 图。

[0053] 图7为本发明楠圆一圆弧复合摆线转子机油累的内外转子齿廓滑动率。

[0054] 图中，1-外转子，2-内转子，3-外转子对称线Z，A-外转子齿顶点，Ai-内转子齿底圆 弧段顶点，B-现有技术外转子的晒合界线点，E-现有技术外转子齿底顶点，客d-现有技术外 转子上的一段楠圆弧，EB-现有技术外转子上的一段圆弧，fil·现有技术外转子上的另一 段圆弧，F-外转子齿廓楠圆一圆弧复合点，F1-F的共辆点，G-外转子齿底圆弧段顶点，Gi-内 转子齿顶点，P-点B的速度瞬屯、，0-外转子的瞬屯、圆，Οι-外转子的几何中屯、，〇2-内转子的几 何中屯、。

具体实施方式

[0055] 如图3~7所示，一种楠圆一圆弧复合摆线转子的设计方法，包括如下步骤：

[0056] 步骤(1)，确定转子晒合间隙Δ与楠圆一圆弧复合点F的关系；

[0057] 在已有的同尺寸楠圆弧摆线机油累转子的外转子齿廓上由齿顶点A至晒合界线点 B之间设计一段楠圆弧，并在此楠圆弧上选取任意一点F为楠圆一圆弧复合点，则楠圆一圆 弧复合点F与外转子楠圆弧段的晒合界线点B之间齿廓长度为异蓋，令策i S为齿顶顶 点A至晒合界线点B的弧长：；S与齿顶顶点A至楠圆一圆弧复合点F的弧长：ip的差值，即 么玄啤X甚戴….、·線\ »[005引该楠圆一圆弧复合摆线转子的外转子楠圆弧段的参数方程为：
[0化9]
(I)

[0060] 式（1)中a为楠圆弧的长半轴长，b为楠圆弧的短半轴长，R为楠圆弧中屯、到外转子 中屯、的距离，t为参变量；

[0061] 在楠圆一圆弧复合点F时，t = tF，在齿底圆弧段顶点G时，t = tc;[DD62]
口)
[006引因 F点在外转子齿廓楠圆弧段上，则F点坐标为(XF，yF)，

[0064](3)

[0065] 根据齿数等分得到的角度，过外转子几何中屯、化，作外转子对称线Z，并过楠圆一 圆弧复合点F做外转子的法线，与外转子对称线Z相交于点Oh,设Oh点坐标为(¾，托>

[0066](4)

[0067] 式(4)中η为内转子齿数；[006引内外转子间晒合间隙Δ:

[0071] 式(5)中e为内外转子的偏屯、距；

[0072] 联立方程（1)-(5)，即可求出As与晒合间隙Δ的关系，从而确定晒合间隙Δ的具 体大小；

[0073] 步骤（2)，连接楠圆一圆弧复合点FW及步骤（1)中确定的点Oh, WOhF段长度为半 径，W点Oh为圆屯、做圆弧豪凌，其中点G为齿底圆弧段顶点；则楠圆弧li家和圆弧寅g相切于 楠圆一圆弧复合点F，且楠圆弧：；叛和圆弧豪襄组成楠圆一圆弧复合摆线转子的外转子齿 廓；

[0074] 然后结合步骤(1)内确定的晒合间隙Δ来确定楠圆一圆弧复合点F的具体位置;外 转子齿廓圆弧段的形状和位置选取不当时，会造成总的晒合间隙过大，机油泄露严重，甚至 造成晒合干设。因此，应在晒合间隙容许的范围内，合理设计外转子齿廓圆弧段的形状和位 置。

[0075] 步骤(3)，根据外转子齿廓设计内转子齿廓；

[0076] 外转子齿廓:i梦段的方程为：

[0080] 内转子齿廓;P；是外转子齿廓梦的共辆曲线，内转子齿廓1¾是外转子齿廓巧罢 的共辆曲线，内转子齿廓方程为：

[0081]

[0082] 式(8)中：xi与yi分别为内转子齿廓的横坐标和纵坐标，與与約分别为相对应的外 转子和内转子的转角；

[0083] 步骤(4)，计算转子晒合的滑动率与重合度，验证设计的可行性。

[0084] 例如，W-款外转子直径为72mm，内转子为4齿，外转子为5齿的楠圆弧摆线转子机 油累的转子为例，其中，R = 31mm，a = 17.05mm，b = 10.945mm，e = 5.529mm。W此求得外转子 的晒合界限点坐标为（14.134，24.879)，取;；.....石声=5,5胃，据此取得F点坐标(XF， yF) = (9.523,21.921)，sin(tF) = 0.559，cos(tF) = 0.830。由式（4)得 (18.866，0310)。

[0085] 因现有技术中加工精度所限，为了防止转子卡死而将晒合间隙Δ设置在0.05mm- 0.15mm左右。根据步骤（1)所示内容进行计算，得到其晒合间隙Δ与的关系如由图6所示： 当<5>23mm时，理御齿合间隙为负值，此时内外转子为多邮齿合并且存剧齿合干 设；当;；=5,23mm时理论晒合间隙为〇讓；当三:,5.23mm时，随着S增大，理论晒合间隙与 机油泄露量增大。

[0086] 本发明设及的楠圆一圆弧复合摆线转子取；=5,5mm，对应晒合间隙为0.12mm，如 果想要满足提高精度的要求，则可通过合理降低Μ从而达到更小的晒合间隙的长度达到。 同理，其他不同尺寸的转子的，可通过比例换算求得。

[0087]根据求得的各点坐标参数，可得外转子齿廓:i?段的方程为：[008引

[0089] 寅g巧方程为：

[0090] (X-18.866)2+(厂0.31 )2 = 554.33

[0091] 内转子齿廓^是外转子齿廓_'浮的共辆曲线，内转子齿廓孩 1是外转子齿廓 ί卷的共辆曲线。

[0092] 内转子齿廓方程为：

[0093] 上式中：xi与yi分别为内转子齿廓的横坐标和纵坐标，0与巧分别为相对应的外转 子和内转子的转角。

[0094] 根据步骤(4)所计算的转子晒合的滑动率与重合度，该型号现有技术的楠圆弧摆 线转子机油累的转子W及本发明的楠圆一圆弧复合摆线转子的内外转子齿廓滑动率的比 较如图2、图7所示：[00%]本发明楠圆一圆弧复合摆线转子的内外转子的齿廓滑动率不存在极大值，因此不 会出现磨损严重的现象。

[0096] 同时，对现有楠圆弧摆线转子机油累的转子W及楠圆一圆弧复合摆线转子的内外 转子晒合接触进行了有限元分析，结果表明现有楠圆弧摆线转子在晒合间隙点处瞬时最大 应力为929.5MPa，大于屈服强度390MPa，容易出现卡死和失效现象。而本发明的楠圆一圆弧 复合摆线转子在对应现有楠圆弧摆线转子最大应力位置处的应力值为21.82MPa，且在整个 晒合过程中最大应力为235.8MPa，满足强度要求，避免了可能出现的卡死与失效现象。

[0097] 现有技术楠圆弧摆线转子W及楠圆一圆弧复合摆线转子的内外转子的重合度如 表1所示:单齿晒合时现有楠圆弧转子重合度为0.6，不能连续传动;多齿晒合时现有楠圆弧 转子重合度为2.5，能连续传动；而本发明的楠圆一圆弧复合摆线转子为单齿晒合，重合度 为1，能实现连续传动。[009引表1

[0099]

[0100] 运用上述设计方法得到的楠圆一圆弧复合摆线转子，包括相互晒合的内转子和外 转子，外转子的齿数比内转子的齿数多一个，外转子的每个齿的齿廓由一段楠圆弧和与该 楠圆弧相切的一段圆弧组成，该楠圆弧弧长从齿顶点A至楠圆一圆弧复合点F，该圆弧弧长 从楠圆一圆弧复合点F至齿底；内转子的每个齿的齿廓为外转子齿廓的全共辆曲线，且内、 外转子为单齿晒合。

[0101] 装有上述楠圆一圆弧复合摆线转子的楠圆一圆弧复合摆线转子机油累，具有磨损 小，噪声低;重合度较高，动力传递性能好;密封段长度大，容积效率高等优点。