CN105844045A - 一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，在一维仿真软件平台上，为每个主齿槽容腔、每个从齿槽容腔、吸油口容腔和排油口容腔建立对应的容腔模拟元件来模拟各容腔的容积变化；并根据各容腔之间的连通关系在各容腔模拟元件之间设置通流面模拟元件；由此，本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法能够建立合理的模型，与机油泵的工作特性高度吻合，利用本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法能够模拟机油泵工作过程的动态流体特性。

Description

一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法

技术领域

本发明涉及一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法。

背景技术

提高发动机燃油经济性已成为各大车企追求的目标，这不仅可提高企业竞争力，也将对全球环境保护起到积极作用。为实现此目标，发动机零部件在轻量化、减小摩擦和智能控制等方面不断改进，可变涡轮增压、缸内直喷等技术得到广泛应用，能源利用率有较大提升。机油泵作为发动机润滑系统的核心部件，其在发动机能耗方面占有重要比例。研究表明，1.0L排量的发动机在50％负载下，在高转速时机油泵机械功率约占发动机总功率的2.5％。在传统机油泵设计过程中，泵的排量确定标准是发动机热怠速时所需机油量，这将导致机油泵在高转速时所提供机油流量超出发动机所需流量，超出部分将通过溢流阀流回油底壳，造成发动机功率损失。因此，实现机油泵排量尤其是高转速时的可控变化，匹配发动机内部实际需要，减少溢流损失，对提高发动机燃油经济性有重要作用。在传统机油泵基础上加以电控闭环控制实现机油泵的变量，是目前研究开发热点。研究表明，发动机使用变排量机油泵后，最多可减少3％的能源消耗与CO₂排放量。

在现有技术中，齿轮式机油泵一般包括泵体及设于泵体内腔的主动齿轮、从动齿轮，如图1所示，主动齿轮与从动齿轮相互啮合，在机油泵运转时，主动齿轮带动从动齿轮转动将油液从机油泵的吸油口吸入并从排油口排出，从排油口排出的压力较高的油液通过一些附件，比如单向阀、滤清器等进入发动机为发动机提供润滑的机油。现有技术中还有齿轮式变量机油泵，在齿轮式变量机油泵中，从动齿轮可以轴向移动而改变其与主动齿轮的啮合宽度，从而改变机油泵的每转排量；在从动齿轮的两端可以连接一恒压阀，如图1所示，恒压阀的进油口5连接在发动机的机油进口处，恒压阀的两个出油口4、6连接在从动齿轮的两端，恒压阀能够使进油口5择一地与其两个出油口4、6中的一个连通，从而控制从动齿轮的轴向移动。

对机油泵进行仿真分析有多中方法，对于机油泵流体特性(空化、压力波动、流量大小等)的分析，可使用三维流体(Pumplinx、Fluent)和一维流体(AMESim、Flowmaster)仿真软件。现有技术中，利用Pumplinx分析定排量的叶片泵、转子泵等的压力、流量、空化、波动等，并与实验结果对比，充分验证了此方法的精度，但由于变排量机油泵在不同转速时，其控制机构是在运动的，直接利用Pumplinx很难进行直接分析，有人通过对变量叶片泵进行受力分析，得到其控制机构运动方程，得到不同压力下偏心距大小，将此与Pumplinx结合实现了对机油泵流量、压力波动和空化的仿真分析，实验结果表明此方法较有效，从而提供了一种对变量泵三维流通分析的思路，但此方法仍无法获得变量泵动态过程中的特性。一维仿真工具LMS.AMESim作为多领域交叉仿真平台可有效解决此类问题。一维仿真较三维仿真能够突破其只能对流体仿真的局限，且可大幅减少仿真时间，近年来被广泛应用于各类泵类的流体仿真。

对于变量泵流体研究，控制机构运动过程中的流量、压力变化情况研究有难度，虽然叶片式变量泵此方面的研究已有相应模型作参考，但转子式和齿轮式尚未在相关文献中出现。基于此需要一种能够较完整的分析电磁开关齿轮式变量机油泵(机电液联合控制)的建模方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，能够在一维仿真平台上建立合理的模型来模拟齿轮式机油泵工作过程的流体特性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，基于一维仿真软件平台；所述机油泵包括吸油口、排油口、相互啮合的主动齿轮和从动齿轮；包括如下步骤：

1)划分机油泵的内部容腔并设置容腔模拟元件：

主动齿轮的每个齿槽对应一个主齿槽容腔，并设置对应的主齿槽容腔模拟元件；

从动齿轮的每个齿槽对应一个从齿槽容腔，并设置对应的从齿槽容腔模拟元件；

吸油口处对应有吸油口容腔，并设置对应的吸油口容腔模拟元件；

排油口处对应有排油口容腔，并设置对应的排油口容腔模拟元件；

各容腔模拟元件模拟所对应的容腔的容积变化；

相配对的主齿槽容腔和从齿槽容腔能够围合成困油腔；

2)建立通流面模型：

在相邻的两个主齿槽容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、相邻的两个从齿槽容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、各能够配对围合成困油腔的主齿槽容腔与从齿槽容腔所对应的主齿槽容腔模拟元件与从齿槽容腔模拟元件之间设置通流面模拟元件来模拟各容腔之间的通流面变化。

进一步地，所述仿真软件平台为AMESim仿真软件。

进一步地，在吸油口容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间设置有节流口模拟元件来模拟机油泵的轴向泄漏特性。

进一步地，所述排油口容腔模拟元件与一阻尼孔元件连接，阻尼孔元件模拟机油泵的负载特性。

进一步地，所述主齿槽容腔模拟元件、从齿槽容腔模拟元件、吸油口容腔模拟元件和排油口容腔模拟元件均为活塞元件；所述活塞元件的模拟计算公式为式中，B为主动齿轮与从动齿轮啮合宽度；A_d为从主动齿轮轴向测得的主齿槽容腔/从齿槽容腔/吸油口容腔/排油口容腔的截面面积；D为活塞元件的活塞端面直径；x为活塞元件的活塞位移；所述主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B、所述沿主动齿轮轴向测得的主齿槽容腔/从齿槽容腔/吸油口容腔/排油口容腔的截面面积A_d为活塞元件的输入参数。

进一步地，所述从动齿轮可轴向移动从而改变与主动齿轮的啮合宽度，主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B为动态变化值。

进一步地，主齿槽容腔/从齿槽容腔/吸油口容腔/排油口容腔的截面面积A_d为动态变化值，由CAD软件根据机油泵模型的旋转测得。

进一步地，所述通流面模拟元件为双变量可变节流口元件；所述双变量可变节流口元件的模拟计算公式为Area＝B×L；式中，Area为通流面的面积，B为主动齿轮与从动齿轮啮合宽度，L为通流面宽度；主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B和通流面宽度L为双变量可变节流口元件的输入参数。

进一步地，所述通流面宽度L为通流面模拟元件两侧的容腔模拟元件所对应的两个容腔之间的最小间隙的宽度。

进一步地，所述通流面宽度L为动态变化值，由CAD软件根据机油泵模型的旋转测得。

如上所述，本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，具有以下有益效果：在一维仿真软件平台上，为每个主齿槽容腔、每个从齿槽容腔、吸油口容腔和排油口容腔建立对应的容腔模拟元件来模拟各容腔的容积变化；机油泵在运转过程中，每个主齿槽容腔会与相邻的两个主齿槽容腔、吸油口容腔、排油口容腔之间产生连通关系，每个从齿槽容腔会与相邻的两个从齿槽容腔、吸油口容腔、排油口容腔之间产生连通关系，各能够配对围合成困油腔的主齿槽容腔与从齿槽容腔之间会产生连通关系，所以，在相邻的两个主齿槽容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、相邻的两个从齿槽容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、各能够配对围合成困油腔的主齿槽容腔与从齿槽容腔所对应的主齿槽容腔模拟元件与从齿槽容腔模拟元件之间设置通流面模拟元件来模拟各容腔之间的通流面变化；由此可见，本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法能够建立合理的模型，与机油泵的工作特性高度吻合，利用本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法能够模拟机油泵工作过程的流体特性。

附图说明

图1显示为机油泵的油路连接示意图。

图2显示为机油泵的齿轮容腔结构示意图。

图3显示为一个主齿槽容腔及与其有连通关系的主齿槽容腔、从齿槽容腔、吸油口容腔、排油口容腔的连接关系示意图。

图4显示为活塞元件的示意图。

图5显示为主动齿轮的轮齿与从动齿轮的轮齿啮合时，轮齿两侧的容腔之间的通流面示意图。

图6显示为双变量可变节流口元件的示意图。

图7显示为用吸油口容腔模拟元件、排油口容腔模拟元件及节流口模拟元件来模拟机油泵轴向泄漏的模型示意图。

图8显示为从动齿轮移动单元、恒压阀、电磁阀的搭建的机油泵控制模块的模型示意图。

图9为用超级元件搭建出的机油泵模型。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

图2显示为机油泵的齿轮容腔结构示意图，请参见图2，机油泵的主动齿轮和从动齿轮设置在机油泵的泵体的内部容腔中，主动齿轮上各个齿槽对应的容腔为主齿槽容腔(C1.1、C1.2、C1.3……C1.10)，从动齿轮上各个齿槽对应的容腔为从齿槽容腔(C2.1、C2.2、C2.3……C2.10)，在齿轮泵运转过程中，始终有一个主齿槽容腔和一个配对的从齿槽容腔围合成困油腔(例如，在图2中，C1.1和配对的C2.2围合成困油腔)，每个主齿槽容腔都会在主动齿轮与从动齿轮的中心连线处与一个配对的从齿槽容腔围合成困油腔，当主齿槽容腔旋转至主动齿轮与从动齿轮的中心连线处，与其相配对的从齿槽容腔也刚好旋转至主动齿轮与从动齿轮的中心连线处，这样，主齿槽容腔与相配对的从齿槽容腔围合形成困油腔。吸油口处对应的主动齿轮和从动齿轮的齿顶圆以外的部分为吸油口固定容腔(吸油口处的网格区域)，在齿轮泵运转过程中，形成困油腔的主齿槽容腔(例如，图2中的C1.1)的靠近吸油口一侧的第一个轮齿(例如，图2中的T1.1)的齿顶与配对从齿槽容腔(例如，图2中的C2.2)的靠近吸油口一侧的第二个轮齿(例如，图2中的T2.10)的侧面之间形成一通流面，这个通流面与吸油口固定容腔之间为吸油口可变容腔(图2中靠近吸油口一侧的阴影区域)；在齿轮泵运转过程中，吸油口可变容腔的容积是变化的，吸油口固定容腔与吸油口可变容腔合在一起称为吸油口容腔。排油口处对应的主动齿轮和从动齿轮的齿顶圆以外的部分为吸油口固定容腔(排油口处的网格区域)，在齿轮泵运转过程中，形成困油腔的从齿槽容腔(例如，图2中的C2.2)的靠近排油口一侧的第一个轮齿的齿顶(例如，图2中的T2.2)与配对主齿槽容腔(例如，图2中的C1.1)的靠近排油口一侧的第二个轮齿(例如，图2中的T1.3)的侧面之间最小间隙形成一通流面，这个通流面与排油口固定容腔之间为排油口可变容腔(图2中靠近排油口一侧的阴影区域)；在齿轮泵运转过程中，排油口可变容腔的容积是变化的，排油口固定容腔与排油口可变容腔合在一起称为排油口容腔。

为了便于在一维仿真软件平台上对齿轮式机油泵进行建模并模拟分析齿轮式机油泵的流体特性，我们对机油泵的内部容腔进行划分并建立划分后的各个容腔之间的连接关系，在一维仿真平台上为划分后的各个容腔设置容腔模拟元件、根据各个容腔之间的连接关系设置模拟元件，最终建立起齿轮式机油泵的仿真模型；建模过程包括如下步骤：

1)划分机油泵的内部容腔并设置容腔模拟元件：

主动齿轮的每个齿槽对应一个主齿槽容腔，并设置对应的主齿槽容腔模拟元件；

从动齿轮的每个齿槽对应一个从齿槽容腔，并设置对应的从齿槽容腔模拟元件；

吸油口处对应有吸油口容腔，并设置对应的吸油口容腔模拟元件；

排油口处对应有排油口容腔，并设置对应的排油口容腔模拟元件；

各容腔模拟元件模拟所对应的容腔的容积变化；

相配对的主齿槽容腔和从齿槽容腔能够围合成困油腔；

2)建立通流面模型：

在相邻的两个主齿槽容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、相邻的两个从齿槽容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、各能够配对围合成困油腔的主齿槽容腔与从齿槽容腔所对应的主齿槽容腔模拟元件与从齿槽容腔模拟元件之间设置通流面模拟元件来模拟各容腔之间的通流面变化。

基于上述技术方案，每个主齿槽容腔会与相邻的两个主齿槽容腔、吸油口容腔、排油口容腔之间产生连通关系，每个从齿槽容腔会与相邻的两个从齿槽容腔、吸油口容腔、排油口容腔之间产生连通关系，各能够配对围合成困油腔的主齿槽容腔与从齿槽容腔之间会产生连通关系，在本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法中，每个主齿槽容腔对应一个主齿槽容腔模拟元件，每个从齿槽容腔对应一个从齿槽容腔模拟元件，吸油口容腔对应一个吸油口容腔模拟元件，排油口容腔对应一个排油口容腔模拟元件；在相邻的两个主齿槽容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、相邻的两个从齿槽容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、各能够配对围合成困油腔的主齿槽容腔与从齿槽容腔所对应的主齿槽容腔模拟元件与从齿槽容腔模拟元件之间设置通流面模拟元件来模拟各容腔之间的通流面变化；由此可见，本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法能够建立合理的模型，与机油泵的工作特性高度吻合，利用本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法能够模拟机油泵工作过程的流体特性。

当主动齿轮和从动齿轮的齿数相等时，在机油泵运转过程中，每个主齿槽容腔会与两个从齿槽容腔分别形成困油腔，每个从齿槽容腔也会与两个主齿槽容腔分别形成困油腔。以图2中的主齿槽容腔C1.1为例，齿轮泵运转过程中，在主齿槽容腔C1.1从排油口附近旋转至吸油口附近的过程中，主齿槽容腔C1.1的靠近吸油口一侧的部分先与从齿槽容腔C2.1的靠近排油口一侧的部分配对围合成困油腔(此状态在图中未示出)，主动齿轮和从动齿轮继续旋转，主齿槽容腔C1.1和从齿槽容腔C2.1形成的困油腔打开，而主齿槽容腔C1.1的靠近排油口一侧的部分先与从齿槽容腔C2.2的靠近吸油口一侧的部分配对围合成困油腔(如图2中所示的状态)；同理，从齿槽容腔C2.2会与主齿槽容腔C1.1和主齿槽容腔C1.2分别形成困油腔。所以，如图3所示，在齿轮泵的运转过程中，每个主齿槽容腔与相邻的两个主齿槽容腔、相邻的两个从齿槽容腔、吸油口容腔及排油口容腔之间发生连通关系，各从齿槽容腔与其他容腔的连接关系与图3中所示原理相同，不再赘述。在一维仿真软件平台上按照图3所示的连接关系建立各容腔之间连接模型。由上面对图2中的主齿槽容腔与其他容腔的连接关系的分析，我们可以得出，当主动齿轮和从动齿轮的齿数相等时，每个主齿槽容腔能够与两个从齿槽容腔配对围合成困油腔，每个从齿槽容腔能够与两个主齿槽容腔配对围合成困油腔。当主动齿轮和从动齿轮的齿数不相等时，每个主齿槽容腔对应的配对从齿槽容腔会更多，每个从齿槽容腔对应的配对主齿槽容腔也会更多；关于主动齿轮和从动齿轮的齿数不相等时对主齿槽容腔或从齿槽容腔的配对关系的具体分析，此处不作详述。

AMESim仿真软件是一款优秀的机电液联合仿真软件，是一种一维仿真软件平台，有丰富的液压元件模拟库，最早由法国Imagine公司于1995年推出。本发明的模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法优选地基于AMESim仿真软件上实施。

在仿真软件中，一般都内嵌有液压元件模拟库，在液压元件模拟库中一般都有活塞元件，活塞元件可以模拟容积变化，所以，在本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法中，主齿槽容腔模拟元件、从齿槽容腔模拟元件、吸油口容腔模拟元件和排油口容腔模拟元件均可以是活塞元件；如图4所示，所述活塞元件的模拟计算公式为：

$A_{d}B=\frac{{\mathrm{\πD}}^2}{4}x---(1-1)$

式(1-1)中，B为主动齿轮与从动齿轮啮合宽度；A_d为从主动齿轮轴向测得的主齿槽容腔/从齿槽容腔/吸油口容腔/排油口容腔的截面面积；D为活塞元件的活塞端面直径；x为活塞元件的活塞位移；在活塞元件中，可以将主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B、所述沿主动齿轮轴向测得的主齿槽容腔/从齿槽容腔/吸油口容腔/排油口容腔的截面面积A_d作为活塞元件的输入参数，通过活塞元件的运算将输入的啮合宽度B、各容腔的截面面积A_d转换成活塞杆的位移x，从而以活塞腔的容积变化来模拟各容腔的容积变化。各容腔的截面面积A_d为动态变化值，为了便于获得各容腔的截面面积A_d的动态变化值，可以利用CAD软件在CAD模型中测量各容腔的截面面积A_d,可以将机油泵的旋转信号转换成0至360°的循环角度信号，在0至360°范围内测量各容腔的截面面积A_d，每隔0.5°测量一个值。对于齿轮式变量泵，从动齿轮可轴向移动从而改变与主动齿轮的啮合宽度，主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B为动态变化值，为了便于获得啮合宽度B的动态变化值，可以利用CAD软件在CAD模型中测量啮合宽度B,可以将机油泵的旋转信号转换成0至360°的循环角度信号，在0至360°范围内测量啮合宽度B，每隔0.5°测量一个值，这样能够保证获得准确的测量值。

在本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法中，各容腔所对应的容腔模拟元件之间设有通流面模拟元件以模拟各容腔之间的通流面流体特性。为了提高仿真模型的准确性，可以取各容腔之间的最小间隙为通流面，通流面可以等效成一个矩形，如图5所示，以主动齿轮的轮齿与从动齿轮的轮齿啮合时的轮齿两侧的容腔之间的通流面为例，通流面为一个矩形，长度为主动齿轮和从动齿轮的啮合宽度B，随着从动齿轮的轴向移动而变化；L为通流面模拟元件两侧的容腔模拟元件所对应的两个容腔之间的最小间隙(即通流面)的宽度，随着机油泵的运转而变化。各容腔之间的通流面的长度和宽度均为变量，这就需要向通流面模拟元件中输入两个变量参数，这就需要用到双变量可变节流口元件，一般的仿真软件中没有现成的双变量可变节流口元件，但是仿真软件中一般有元件创建模块，可以创建一些特殊的元件，可以用元件创建模块创建双变量可变节流口元件以使用在本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法中。图6所示为在AMESim仿真软件中创建的双变量可变节流口元件，端口1”和端口2”用于与容腔模拟元件相连，端口3”和端口4”用于输入参数变量，本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法中利用此双变量可变节流口元件作为通流面模拟元件，此双变量可变节流口元件的模拟计算公式为：

Area＝B×L (1-2)

式(1-2)中，Area为通流面的面积，B为主动齿轮与从动齿轮啮合宽度，L为通流面宽度；主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B和通流面宽度L为双变量可变节流口元件的输入参数。

还可以通过通流面的面积Area，主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B，通流面宽度L来确定水力直径h_d，以能够为通流面取一个合适的特征长度来计算其雷诺数，水力直径h_d的计算公式如下：

$h_d=\frac{2Area}{B+L}---(1-3)$

这样，此双变量可变节流口元件可以模拟出各通流面的宽度和长度同时变化的情况下的流体特性。通流面宽度L也是动态变化值，为了便于获得通流面宽度L的动态变化值，可以利用CAD软件在CAD模型中测量通流面宽度L,可以将机油泵的旋转信号转换成0至360°的循环角度信号，在0至360°范围内测量通流面宽度L，每隔0.5°测量一个值，这样能够保证获得准确的测量值。

齿轮式机油泵的泄露主要包括轴向和径向泄露，为了进一步提高仿真模拟的准确性，在本发明的一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法中考虑这两种泄露，径向泄露为油液经过主动齿轮的轮齿顶部与泵体侧壁之间的通流面、以及从动齿轮的轮齿顶部与泵体侧壁之间的通流面在吸油口容腔与排油口容腔之间流通，通过前面的描述可知，主动齿轮的相邻主齿槽容腔所对应的容腔模拟元件之间、以及从动齿轮的相邻从齿槽容腔所对应的容腔模拟元件之间已经设置有通流面模拟元件，所以径向泄漏可以通过这些通流面模拟元件模拟出来，不用再单独设置模拟径向泄漏的模拟元件。轴向泄漏为油液经过主动齿轮和从动齿轮的端面在吸油口容腔与排油口容腔之间流通，齿轮式变量机油泵在主动齿轮和从动齿轮的两端各有两处轴向泄露点，但从动齿轮两端有移动单元，移动单元的端部设有弹簧，在弹簧作用下，从动齿轮与移动单元间隙较小，可忽略。对于主动齿轮两端的轴向泄露，如图7所示，可通过在吸油口容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间设置节流口模拟元件来模拟轴向泄漏的特性，吸油口容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间的节流口模拟元件的模拟计算公式如下：

$D=0.998{\left(\mathrm{\Δ}P\right)}^{\frac{1}{4}}---(1-5)$

式(1-4)和式(1-5)中，r_f为主动齿轮的齿根圆半径；r_zf为主动齿轮的齿轮轴半径；h为主动齿轮的端面与泵体之间的间隙；μ为油液的动力粘度；C_d为流量系数；ΔP为排油口与吸油口油压之差。

齿轮式机油泵的控制模块主要包括恒压阀、电磁阀、从动齿轮轴向移动单元、滤清器、冷却器、滤清器及安全阀等附件，电磁阀及滤清器、冷却器、滤清器及安全阀等附件可直接使用液压库中元件，恒压阀与从动齿轮两端相连，其本质为阀控缸系统，再加上质量块、活塞、位移传感器等元件搭建出齿轮式机油泵的控制模块的仿真模型，搭建出的齿轮式机油泵的控制模块的仿真模型如图8所示。将机油泵的控制模块的仿真模型与机油泵的主体模型连接起来组建成一个如图9所示的整体模型，为简化起见，可将各容腔模拟元件及通流面模拟元件创建成超级元件。

机油泵为发动机等设备提供润滑油，发动机等设备的润滑系统是机油泵的负载，为了模拟机油泵的负载特性，可以在排油口容腔模拟元件上连接一阻尼孔元件，用阻尼孔元件模拟机油泵的负载特性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，基于一维仿真软件平台；所述机油泵包括吸油口、排油口、相互啮合的主动齿轮和从动齿轮；其特征是，包括如下步骤：

1)划分机油泵的内部容腔并设置容腔模拟元件：

主动齿轮的每个齿槽对应一个主齿槽容腔，并设置对应的主齿槽容腔模拟元件；

从动齿轮的每个齿槽对应一个从齿槽容腔，并设置对应的从齿槽容腔模拟元件；

吸油口处对应有吸油口容腔，并设置对应的吸油口容腔模拟元件；

排油口处对应有排油口容腔，并设置对应的排油口容腔模拟元件；

各容腔模拟元件模拟所对应的容腔的容积变化；

相配对的主齿槽容腔和从齿槽容腔能够围合成困油腔；

2)建立通流面模型：

在相邻的两个主齿槽容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个主齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、相邻的两个从齿槽容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与吸油口容腔模拟元件之间、每个从齿槽容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间、各能够配对围合成困油腔的主齿槽容腔与从齿槽容腔所对应的主齿槽容腔模拟元件与从齿槽容腔模拟元件之间设置通流面模拟元件来模拟各容腔之间的通流面变化。

2.如权利要求1所述模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，其特征是:

所述仿真软件平台为AMESim仿真软件。

3.如权利要求1所述模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，其特征是:

在吸油口容腔模拟元件与排油口容腔模拟元件之间设置有节流口模拟元件来模拟机油泵的轴向泄漏特性。

4.如权利要求1所述模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，其特征是:

所述排油口容腔模拟元件与一阻尼孔元件连接，阻尼孔元件模拟机油泵的负载特性。

5.如权利要求1所述模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，其特征是:

所述主齿槽容腔模拟元件、从齿槽容腔模拟元件、吸油口容腔模拟元件和排油口容腔模拟元件均为活塞元件；

所述活塞元件的模拟计算公式为式中，B为主动齿轮与从动齿轮啮合宽度；A_d为从主动齿轮轴向测得的主齿槽容腔/从齿槽容腔/吸油口容腔/排油口容腔的截面面积；D为活塞元件的活塞端面直径；x为活塞元件的活塞位移；所述主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B、所述沿主动齿轮轴向测得的主齿槽容腔/从齿槽容腔/吸油口容腔/排油口容腔的截面面积A_d为活塞元件的输入参数。

6.如权利要求5所述模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，其特征是:

所述从动齿轮可轴向移动从而改变与主动齿轮的啮合宽度，主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B为动态变化值。

7.如权利要求5所述模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，其特征是:

主齿槽容腔/从齿槽容腔/吸油口容腔/排油口容腔的截面面积A_d为动态变化值，由CAD软件根据机油泵模型的旋转测得。

8.如权利要求1所述模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，其特征是:

所述通流面模拟元件为双变量可变节流口元件；

所述双变量可变节流口元件的模拟计算公式为Area＝B×L；式中，Area为通流面的面积，B为主动齿轮与从动齿轮啮合宽度，L为通流面宽度；主动齿轮与从动齿轮啮合宽度B和通流面宽度L为双变量可变节流口元件的输入参数。

9.如权利要求8所述模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，其特征是:

所述通流面宽度L为通流面模拟元件两侧的容腔模拟元件所对应的两个容腔之间的最小间隙的宽度。

10.如权利要求8所述模拟齿轮式机油泵流体特性的建模方法，其特征是:

所述通流面宽度L为动态变化值，由CAD软件根据机油泵模型的旋转测得。