CN110953150A - 一种11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于旋板泵设计领域，涉及一种11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法。该方法通过11次幂曲线公式定义定子过渡曲线矢径ρ与夹角θ之间的函数关系，以及过渡曲线夹角α范围，从而计算出定子曲线小圆弧到大圆弧的过渡曲线。采用该11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法设计旋板泵的定子，旋板运动过程中具有较好速度特性、加速度特性，能够改善旋板运动过程中的受力情况和泵的抽吸性能，降低噪音、提高高空性和寿命。同时可在减少刚性冲击的前提下实现定子长短半径最大比，从而使泵的结构更加紧凑。

Description

一种11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法

技术领域

本发明属于旋板泵技术领域，具体涉及一种11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法。

背景技术

旋板泵定子过渡曲线的型式决定了旋板运动的动力特性及泵的输出特性，是影响泵噪声和寿命的主要因素，传统旋板泵定子内廓曲线一般为六段圆弧曲线、阿基米德螺旋线、等加速等减速曲线等。传统的旋板泵定子内廓曲线，旋板运动过程中在过渡曲线与大圆弧、小圆弧衔接位置存在速度或加速度突变，即硬冲或软冲，会产生振动和噪声，导致旋板泵的高空性较差，寿命较低。

发明内容

本发明的目的是：

提供一种11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，以解决旋板泵的旋板在运动过程中因存在硬冲或软冲，会产生振动和噪声的问题，同时提高旋板泵的高空性和寿命。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

旋板泵由定子、转子、旋板等零件组成，一种11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，该方法通过11次幂曲线公式定义定子过渡曲线矢径ρ与夹角θ的函数关系，夹角θ为矢径ρ所在位置和对称线之间夹角，定义过渡曲线夹角α的范围，从而计算出定子曲线小圆弧到大圆弧的过渡曲线。具体过程如下：旋板泵定子内廓曲线由大圆弧AB、小圆弧CD、两段过渡曲线BC、DA组成，以直线MN为分界线，将定子内廓曲线分为左侧曲线、右侧曲线对称的两部分，右侧曲线包括小圆弧NB、过渡曲线BC、大圆弧CM三段曲线，令小圆弧NB半径值为r，大圆弧CM半径值为R，过渡曲线BC通过11次幂曲线公式计算出夹角θ与矢径ρ之间的函数关系。所述11次幂曲线函数公式如下：

ρ＝r+(R-r)(462Φ⁶-1980Φ⁷+3465Φ⁸-3080Φ⁹+1386Φ¹⁰-252A_1LΦ¹¹)

11次幂曲线函数公式中，过渡曲线行程系数Φ＝φ/α，α为过渡曲线BC的夹角，φ为夹角θ减去小圆弧夹角的一半。经过计算仿真得出小圆弧NB，大圆弧CM，过渡曲线BC的夹角参数，如表1所示：

表1各圆弧夹角设计参数

夹角	∠NOB(小圆弧)	∠BOC(过渡曲线)	∠NOB(过渡曲线)
				度数	24°～26°	128°～132°	24°～26°

根据小圆弧NB、过渡曲线BC、大圆弧CM三段曲线的计算结果，每0.1°取一个点，将定子内廓曲线的右侧曲线由极坐标值转化为三坐标值，输入到Solidworks软件中得到拟合的右侧曲线。再利用Solidworks软件的对称特征将旋板泵右侧曲线关于直线MN对称，即可得到旋板泵定子的左侧曲线。

本发明的技术效果是：通过本发明的方法设计定子内廓曲线的旋板泵可以解决旋板泵的旋板在运动过程中因存在硬冲或软冲，产生振动和噪声的问题，提高旋板泵的寿命。同时可使旋板在运动过程中无需靠离心力作用就能一直紧贴定子内壁，有效防止旋板脱空，减小泄漏，提高旋板泵的高空性和寿命。

附图说明

图1定子曲线组成图；

图2旋板泵组成结构图；

图311次幂过渡曲线矢径变化图；

图411次幂过渡曲线旋板距离示意图。

具体实施方式

旋板泵定子内廓曲线由大圆弧AB、小圆弧CD、两段过渡圆弧BC、DA组成。大圆弧、小圆弧之间过渡曲线的形状决定了旋板的运动状态，对旋板泵的性能和寿命影响很大。以直线MN为分界线，将定子内廓曲线分为左侧曲线、右侧曲线对称的两部分，右侧曲线包括小圆弧NB、过渡曲线BC、大圆弧CM三段曲线。令小圆弧NB半径值为r，大圆弧CM半径值为R。在过渡曲线BC区域旋板沿周向走完r到R路程的方式由很多种，11次幂曲线是从数学的角度考虑定义的一种过渡曲线型式，11次幂曲线函数公式如下：

ρ＝r+(R-r)(A₆Φ⁶+A₇Φ⁷+A₈Φ⁹+A₉Φ⁹+A₁₀Φ¹⁰+A₁₁Φ¹¹)

具有较好速度特性，较好加速度特性的曲线能够避免旋板运动过程中出现硬冲击和软冲击，为了保证过渡曲线在与小圆弧、大圆弧衔接的B、C位置不产生冲击，要求在衔接位置B(或C)处矢径ρ的值等于r(或R)，曲线的速度和加速度为0，曲线的速度是矢径ρ的一阶导数，加速度是过渡曲线矢径ρ的二阶导数，加速度变化率是矢径ρ的三阶导数，因此要避免激振就要要求定子曲线三阶导数最大值尽可能小且在过渡曲线内连续，不发生突变。令矢径ρ的一阶倒数、二阶倒数、三阶倒数、四阶倒数、五阶倒数均为0。

R-r+(R-r)(A₆+A₇+A₈+A₉+A₁₀+A₁₁)

0＝(R-r)×(6A₆+7A₇+8A₈+9A₉+10A₁₀+11A₁₁)

0＝(R-r)×(30A₆+42A₇+56A₈+72A₉+90A₁₀+110A₁₁)

0＝(R-r)×(120A₆+210A₇+336A₈+504A₉+720A₁₀+990A₁₁)

0＝(R-r)×(720A₆+2520A₇+6720A₈+15120A₉+30240A₁₀+55440A₁₁)

0＝(R-r)×(720A₆+5040A₇+20160A₈+60480A₉+151200A₁₀+332640A₁₁)

解六元一次方程组得出各次幂的系数A₆＝462、A₇＝-1980、A₈＝3465、A₉＝-3080、A₁₀＝1386、A₁₁＝-252。所述的11次幂曲线函数公式如下：

ρ-r+(R-r)(462Φ⁶-1900Φ⁷+3465Φ⁹-3000Φ⁹+1306Φ¹⁰-252A₁₁Φ¹¹)

式中行程系数Φ＝φ/α，α为过渡曲线BC的夹角，φ为夹角θ减去小圆弧夹角的一半，不同的过渡曲线夹角α会得到不同的11次幂曲线函数公式求解结果，如图2所示，旋板泵工作时，转子旋转，转子的4个相互对称的旋板槽中装有四块旋板，把月牙形状的空腔分成随转动变化的容积腔。当转子带动旋板转动时，四块相互垂直的旋板所形成的四个容积腔逐渐发生变化，即有两部分容积由小变大形成真空而将油液从进口吸入，同时另两部分容积不断减小，对容积腔内的油液产生挤压作用，使油液流出旋板泵而形成一定流量。若过渡曲线夹角α过小，会导致矢径从r变化到r过渡角度太短，平均加速度太大，若过渡曲线夹角α过大，会导致大圆弧与小圆弧的密封区域内有容积变化，容易造成气蚀。如图3所示，11次幂过渡曲线在内廓曲线B点向C点运动过程中在靠近B点和C点时会出现短暂的一段矢径不变，计算仿真得出过渡曲线夹角α取128°～132°左右时定子内廓曲线为最优曲线。

根据定子曲线的计算结果，每0.1°取一个点，将定子内廓曲线的右侧曲线由极坐标值转化为三坐标值，输入到Solidworks中得到拟合的定子过渡曲线。由图4可知某11次幂曲线定子曲线φ从0到α的过程中，两块旋板之间的距离L先变大再变小，11次幂定子曲线φ从0到α的过程中，两块旋板之间的距离L最大为到0.19mm，由此可见旋板在运动过程中无需靠离心力作用就能一直紧贴定子内壁，有效防止旋板脱空，减小泄漏，提高旋板泵的高空性。

Claims (8)

1.一种11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，其特征在于：该方法通过11次幂曲线公式定义定子过渡曲线矢径ρ与夹角θ的函数关系，夹角θ为矢径ρ所在位置和对称线之间夹角，定义过渡曲线夹角α的范围，从而计算出定子曲线小圆弧到大圆弧的过渡曲线。

2.如权利要求1所述的11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，其特征在于，所述方法包括：旋板泵定子内廓曲线由大圆弧AB、小圆弧CD、两段过渡曲线BC、DA组成，以直线MN为分界线，将定子内廓曲线分为左侧曲线、右侧曲线对称的两部分，右侧曲线包括小圆弧NB、过渡曲线BC、大圆弧CM三段曲线，令小圆弧NB半径值为r，大圆弧CM半径值为R，过渡曲线BC通过11次幂曲线公式计算出夹角θ与矢径ρ之间的函数关系。

3.如权利要求2所述的11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，其特征在于，所述11次幂曲线函数公式如下：

ρ＝r+(R-r)(462Φ⁶-1980Φ⁷+3465Φ⁸-3080Φ⁹+1386Φ¹⁰-252A₁₁Φ¹¹) 。

4.如权利要求3所述的11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，其特征在于，11次幂曲线函数公式中，过渡曲线行程系数Φ＝φ/α，α为过渡曲线BC的夹角，φ为夹角θ减去小圆弧夹角的一半。

5.如权利要求4所述的11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，其特征在于，经过计算仿真得出小圆弧NB，大圆弧CM，过渡曲线BC的夹角参数，如表1所示：

表1各圆弧夹角设计参数

夹角 ∠NOB(小圆弧) ∠BOC(过渡曲线) ∠NOB(过渡曲线) 度数 24°～26° 128°～132° 24°～26°

6.如权利要求5所述的11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，其特征在于，根据小圆弧NB、过渡曲线BC、大圆弧CM三段曲线的计算结果，每0.1°取一个点，将定子内廓曲线的右侧曲线由极坐标值转化为三坐标值，输入到制图软件中得到拟合的右侧曲线。

7.如权利要求6所述的11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，其特征在于，利用制图软件的对称特征将旋板泵定子右侧曲线关于直线MN对称，即可得到旋板泵定子的左侧曲线。

8.如权利要求6所述的11次幂旋板泵定子内廓曲线设计方法，其特征在于，所述制图软件为Solidworks。

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