CN102297122A - 一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置。定量泵输出的油液，经高压过滤器后，一路与调定压力的溢流阀输入端连接，另一路经单向阀和开关阀后分别与安装基体的第一高压口和第二高压口连接，安装基体的低压口经低压过滤器与溢流阀输出端接到油箱。由变频器控制的变频电机经第一联轴器、转速转矩仪和第二联轴器与安装基体的主动轴连接。安装基体用来实验不同工况下内啮合齿轮泵中前浮动侧板-齿轮、后浮动侧板-齿轮、月牙块-齿轮和内齿轮-摩擦套等运动副的摩擦磨损特性，提供内啮合齿轮泵的工作环境，准确模拟运动副的实际受载工作状态。为优化前浮动侧板、后浮动侧板、月牙块和摩擦套的结构以及材料配对和表面处理工艺提供依据。

Description

一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置
技术领域
本发明涉及一种实验装置，尤其是涉及一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置。
背景技术
前浮动侧板、后浮动侧板、月牙块、摩擦套是内啮合齿轮泵中除小齿轮和内齿轮以外的重要零部件。其中，月牙块将小齿轮和内齿轮啮合运动所形成的工作容腔分隔成高压腔和低压腔，形成内啮合齿轮泵的径向密封，防止高压腔的油液泄漏到低压腔；前浮动侧板、后浮动侧板分别布置在小齿轮和内齿轮的两侧，形成内啮合齿轮泵的轴向密封，防止高压腔的油液通过齿轮端面泄漏到低压腔；摩擦套与内齿轮形成静压轴承，摩擦套中的均载槽能够减小内齿轮所受的径向不平衡力，保证内齿轮的高转速、低摩擦运转。
由上述可知，前浮动侧板-齿轮、后浮动侧板-齿轮、月牙块-齿轮和内齿轮-摩擦套等运动副是内啮合齿轮泵中的主要运动副，也是比较容易发生磨损失效的运动副。前浮动侧板、后浮动侧板、月牙块和摩擦套的结构以及材料配对和表面处理工艺等方面的设计，直接影响运动副的摩擦磨损特性和内啮合齿轮泵的效率与工作寿命。
前浮动侧板-齿轮、后浮动侧板-齿轮、月牙块-齿轮和内齿轮-摩擦套等运动副在内啮合齿轮泵工作时的受多种负载力/力矩作用，涉及动力学、接触力学、流体力学和摩擦学，单纯的理论分析难以获得上述运动副摩擦磨损特性的准确分析结果，而利用实验手段辅助分析则成为一种着实可行的手段。目前国内外针对内啮合齿轮泵的研究主要集中在齿轮副的结构设计上，尚未有关于内啮合齿轮泵运动副的分析和测试见诸文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置，通过模拟不同工况条件，实验研究在油介质或者水介质环境中内啮合齿轮泵中前浮动侧板-齿轮、后浮动侧板-齿轮、月牙块-齿轮和内齿轮-摩擦套等运动副的摩擦磨损特性，为优化前浮动侧板、后浮动侧板、月牙块和摩擦套的结构以及材料配对和表面处理工艺提供评价依据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置包括安装基体、加载系统和调速系统。
加载系统包括定量泵、高压过滤器、压力表、溢流阀、单向阀、开关阀、低压过滤器和油箱；定量泵输出的油液，经高压过滤器过滤后，一路与调定压力的溢流阀输入端连接，另一路经单向阀和开关阀后分别与安装基体的第一高压口和第二高压口连接，安装基体的低压口经低压过滤器与溢流阀输出端接到油箱。
调速系统包括变频器、变频电机、第一联轴器、转速转矩仪和第二联轴器；由变频器控制的变频电机经第一联轴器、转速转矩仪和第二联轴器与安装基体的主动轴连接。
安装基体包括壳体、摩擦套和盖板；被测元件包括前浮动侧板、后浮动侧板、月牙块、小齿轮和内齿轮；位于壳体内的主动轴上装有小齿轮，小齿轮与内齿轮偏心啮合，内齿轮与安装在壳体内的摩擦套间隙配合，摩擦套安装在壳体上，前浮动侧板和后浮动侧板分别安装在小齿轮和内齿轮的两侧，前浮动侧板固定在盖板上，后浮动侧板固定在壳体上，前浮动侧板、后浮动侧板和主动轴为间隙配合，月牙块通过固定销安装在壳体上，月牙块的内凹面与小齿轮的齿顶转动配合，月牙块的外凸面与内齿轮的齿顶转动配合，盖板固定在壳体上；壳体和摩擦套的端面之间、盖板和摩擦套的端面之间均安装有密封件，主动轴和壳体的之间安装有密封件。
摩擦套上开有均载槽、高压通孔、两个半圆形销孔和两个O型圈密封槽；均载槽开在摩擦套的内环面上，均载槽横截面的上边缘与小齿轮和内齿轮的中心连线成25°夹角，均载槽横截面的下边缘与均载槽横截面的上边缘成45°夹角，均载槽横截面的外圆弧半径等于内齿轮的外环面半径的1.1倍；高压通孔开在摩擦套的外环面上，与均载槽相通；两个半圆销形孔开在摩擦套端面上，均为通孔，两个半圆形销孔的中心线与均载槽的上边缘成70°夹角；两个O型圈密封槽分别开在摩擦套的上、下端面上。
壳体侧壁上开有与摩擦套的高压通孔相通的第一高压口，第一高压口与摩擦套的高压通孔同心且直径相等，第一高压口与加载系统的高压管相连；壳体底部开有低压口，低压口的圆心位于小齿轮圆心和内齿轮圆心的连线的延长线上，且与内齿轮圆心的距离为0.6倍的内齿轮半径；低压口与加载系统的低压管相连；壳体的端面上开有两个半圆形销孔，该两个半圆形销孔与摩擦套的两个半圆形销孔同心且直径相等。
盖板上开有与前浮动侧板的背压腔相通的第二高压口，且与加载系统的高压管相连。
本发明具有的有益效果是：
（1）安装基体为前浮动侧板-齿轮、后浮动侧板-齿轮、月牙块-齿轮和内齿轮-摩擦套等运动副提供了内啮合齿轮泵的工作环境，能够准确模拟上述运动副的实际受载工作状态。
（2）加载系统和调速系统能够为运动副提供调定方便的压力负载和工作转速，从而模拟不同的工作状态，且能够获得运动副工作时的功率损失特性。
（3）实验装置可采用液压油、纯水和海水等多种液体作为工作介质，能够测试不同工作介质下内啮合齿轮泵运动副的摩擦磨损特性。
（4）安装基体安装接口简单，被测元件的装拆十分方便。
附图说明
图1是本发明的液压原理示意图。
图2是本发明中安装基体的主视剖面图。
图3是本发明中安装基体的左视剖面图。
图4是本发明中摩擦套的结构示意图。
图中：1、定量泵，2、高压过滤器，3、压力表，4、溢流阀，5、单向阀，6、开关阀，7、低压过滤器，8、安装基体，9、转速转矩仪，10、变频电机，11、变频器，8.1、壳体，8.2、固定销，8.3、摩擦套，8.4、内齿轮，8.5、螺栓，8.6、键，8.7、主动轴，8.8、小齿轮，8.9、密封件，8.10、后浮动侧板，8.11、月牙块，8.12、固定销，8.13、密封件，8.14、前浮动侧板，8.15、盖板。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的实验装置由安装基体8、加载系统和调速系统组成。
加载系统包括定量泵1、高压过滤器2、压力表3、溢流阀4、单向阀5、开关阀6、低压过滤器7和油箱12。定量泵1输出恒定流量的油液，经高压过滤器2过滤后，由溢流阀4调定所需的压力，压力表3起监测系统压力的作用；高压油经单向阀5和开关阀6后分别与安装基体8的第一高压口a和第二高压口b连接，为实验装置提供压力负载；安装基体8的低压口c与低压管相连，经低压过滤器7过滤后，与溢流阀4输出端相连后回到油箱12。
调速系统包括变频器11、变频电机10、第一联轴器、转速转矩仪9和第二联轴器。变频电机10通过第一联轴器、转速转矩仪9和第二联轴器与安装基体8的主动轴8.7连接，主动轴8.7通过键8.6带动小齿轮8.8转动。变频器11输出变频信号驱动变频电机10以设定转速运转，从而实现实验装置以设定转速的转动；同时，转速转矩仪9能够获取实验装置在设定压力负载和设定转速下的转速、扭矩信号，从而能够获取运动副工作时的功率特性，为运动副的摩擦磨损特性分析提供参考依据。
如图2和图3所示，安装基体8包括壳体8.1、摩擦套8.3和盖板8.15。壳体8.1内安装有被测试的前浮动侧板8.14、后浮动侧板8.10、月牙块8.11、小齿轮8.8和内齿轮8.4。小齿轮8.8通过键8.6与壳体8.1内的主动轴8.7连接，小齿轮8.8与内齿轮8.4偏心啮合，两者构成内啮合齿轮副，实现内啮合齿轮泵的流体输运；内齿轮8.4与安装在壳体8.1内的摩擦套8.3间隙配合，两者构成静压轴承；摩擦套8.3和壳体8.1的端面上开有同心的两对半圆形销孔，该两对半圆形销孔关于摩擦套8.3的圆心中心对称，两个半圆形销孔的中心线与均载槽d的上边缘成70°夹角，采用该种结构可以通过两个固定销8.2实现摩擦套8.3和壳体8.1的固联；月牙块8.11通过固定销8.12安装在壳体8.1上，将小齿轮8.8和内齿轮8.4啮合运动所形成的工作容腔分隔成高压腔和低压腔，形成内啮合齿轮泵的径向密封，防止高压腔的油液泄漏到低压腔；前浮动侧板8.14和后浮动侧板8.10分别安装在小齿轮8.8和内齿轮8.4的两侧，形成内啮合齿轮泵的轴向密封，防止高压腔的油液通过齿轮端面泄漏到低压腔；前浮动侧板8.14固定在盖板8.15上，后浮动侧板8.10固定在壳体8.1上，前浮动侧板8.14、后浮动侧板8.10和主动轴8.7为间隙配合；盖板8.15由四个螺栓8.5与壳体8.1相连；两个O型圈密封槽分别开在摩擦套8.3的上、下端面，从而利用两个密封件8.13实现壳体8.1和摩擦套8.3的端面之间、盖板8.15和摩擦套8.3的端面之间的密封，同时主动轴8.7和壳体8.1的之间利用密封件8.9实现密封，这三处密封能够减少实验装置内工作介质的外泄漏。
如图4所示，摩擦8.3的内环面上开有均载槽d，均载槽d通过摩擦套8.3的外环面上的高压通孔与壳体8.1的侧壁上的第一高压口a相连，第一高压口a与加载系统的高压管相连；均载槽d横截面的上边缘与小齿轮8.8和内齿轮8.4的中心线成25°夹角，均载槽d横截面的下边缘与均载槽d横截面的上边缘成45°夹角，均载槽d横截面的外圆弧半径等于内齿轮外环面半径的1.1倍；采用上述结构和方法，摩擦套8.3中的均载槽d可以利用加载系统提供的高压油液来平衡内齿轮8.4所受的径向不平衡力。
壳体8.1底部开有低压口c，低压口c的圆心位于小齿轮8.8圆心和内齿轮8.4圆心的连线的延长线上，且与内齿轮8.4圆心的距离为0.6倍的内齿轮8.4半径，低压口c与加载系统的低压管相连，实现实验装置低压油液流回油箱12； 盖板8.15上开有与前浮动侧板8.14的背压腔e相通的第二高压口b，且与加载系统的高压管相连，为前浮动侧板8.14和后浮动侧板8.10的压紧力生成提供高压油液。
根据上述描述，安装基体8与被测元件构成内啮合齿轮泵工作环境，能够准确模拟内啮合齿轮泵中运动副的实际工作状态。加载系统提供由溢流阀4调定的压力负载，为运动副提供可调压力负载。调速系统由变频器11驱动变频电机10，通过主动轴8.7带动小齿轮8.8以调定转速运转，为运动副提供可调转速，并由转速转矩仪9获取转速信号和转矩信号，经过分析处理可获得运动副的摩擦功率特性。经过一定时间的实验后，通过对被测元件的称重，可以获得其磨损量数据；通过对被测元件磨损区域的观察，可以获得其磨损失效分布及模式。综合上述实验数据，可以对前浮动侧板、后浮动侧板、月牙块和摩擦套等零部件的结构以及材料配对和表面处理工艺的设计和优化提供评价依据。

Claims (5)

1.一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置，其特征在于：包括安装基体(8)、加载系统和调速系统，其中：
1）加载系统：包括定量泵(1)、高压过滤器(2)、压力表(3)、溢流阀(4)、单向阀(5)、开关阀(6)、低压过滤器(7)和油箱(12)；定量泵(1)输出的油液，经高压过滤器(2)过滤后，一路与调定压力的溢流阀(4)输入端连接，另一路经单向阀(5)和开关阀(6)后分别与安装基体(8)的第一高压口(a)和第二高压口(b)连接，安装基体(8)的低压口(c)经低压过滤器(7)与溢流阀(4)输出端接到油箱(12)；
2）调速系统：包括变频器(11)、变频电机(10)、第一联轴器、转速转矩仪(9)和第二联轴器；由变频器(11)控制的变频电机(10)经第一联轴器、转速转矩仪(9)和第二联轴器与安装基体(8)的主动轴(8.7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置，其特征在于：所述的安装基体(8)包括壳体(8.1)、摩擦套 (8.3)和盖板(8.15)；被测元件：包括前浮动侧板(8.14)、后浮动侧板(8.10)、月牙块(8.11)、小齿轮(8.8)和内齿轮(8.4)；位于壳体(8.1)内的主动轴(8.7)上装有小齿轮(8.8)，小齿轮(8.8)与内齿轮(8.4)偏心啮合，内齿轮(8.4)与安装在壳体(8.1)内的摩擦套(8.3)间隙配合，摩擦套(8.3)安装在壳体(8.1)上，前浮动侧板(8.14)和后浮动侧板(8.10)分别安装在小齿轮(8.8)和内齿轮(8.4)的两侧，前浮动侧板(8.14)固定在盖板(8.15)上，后浮动侧板(8.10)固定在壳体(8.1)上，前浮动侧板(8.14)、后浮动侧板(8.10)和主动轴(8.7)为间隙配合，月牙块(8.11)通过固定销(8.12)安装在壳体(8.1)上，月牙块(8.11)的内凹面与小齿轮(8.8)的齿顶转动配合，月牙块(8.11)的外凸面与内齿轮(8.4)的齿顶转动配合，盖板(8.15)固定在壳体(8.1)上；壳体(8.1)和摩擦套(8.3)的端面之间、盖板(8.15)和摩擦套(8.3)的端面之间均安装有密封件(8.9)，主动轴(8.7)和壳体(8.1)的之间安装有密封件(8.13)。
3.根据权利要求2所述的一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置，其特征在于：所述的摩擦套(8.3)上开有均载槽(d)、高压通孔、两个半圆形销孔和两个O型圈密封槽；均载槽(d)开在摩擦套(8.3)的内环面上，均载槽(d)横截面的上边缘与小齿轮(8.8)和内齿轮(8.4)的中心连线成25°夹角，均载槽(d)横截面的下边缘与均载槽(d)横截面的上边缘成45°夹角，均载槽(d)横截面的外圆弧半径等于内齿轮的外环面半径的1.1倍；高压通孔开在摩擦套(8.3)的外环面上，与均载槽(d)相通；两个半圆形销孔开在摩擦套(8.3)的端面上，均为通孔，两个半圆形销孔关于摩擦套(8.3)的圆心中心对称，两个半圆形销孔的中心线与均载槽(d)的上边缘成70°夹角；两个O型圈密封槽分别开在摩擦套(8.3)的上、下端面上。
4.根据权利要求2所述的一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置，其特征在于：所述的壳体(8.1)的侧壁上开有与摩擦套(8.3)的高压通孔相通的第一高压口(a)，第一高压口(a)与摩擦套(8.3)的高压通孔同心且直径相等，第一高压口(a)与加载系统的高压管相连；壳体(8.1)底部开有低压口(c)，低压口(c)的圆心位于小齿轮(8.8)圆心和内齿轮(8.4)圆心的连线的延长线上，且与内齿轮(8.4)圆心的距离为0.6倍的内齿轮(8.4)半径，低压口(c)与加载系统的低压管相连；壳体(8.1)的端面上开有两个半圆形销孔，该两个半圆形销孔与摩擦套(8.3)的两个半圆形销孔同心且直径相等。
5.根据权利要求2所述的一种内啮合齿轮泵运动副摩擦磨损特性的实验装置，其特征在于：所述的盖板(8.15)上开有与前浮动侧板(8.14)的背压腔(e)相通的第二高压口(b)，且与加载系统的高压管相连。
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