卜艷亮，宋子平，于貴芙，單保琴，張治國，王雷

（華晨汽車工程研究院，動(dòng)力總成設(shè)計(jì)處，遼寧 沈陽 110141）

前言

機(jī)油泵是發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的心臟，機(jī)油泵從油底殼吸取機(jī)油，向整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)摩擦部件持續(xù)提供壓力潤滑油。如果機(jī)油泵的供油量不足，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)缺乏足夠的潤滑壓力，造成發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重磨損。但如果一直保持非常高的供油量，勢必會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部損耗，造成不必要的浪費(fèi)。所以，需要機(jī)油泵最好能夠按發(fā)動(dòng)機(jī)的需求提供供油量，故隨著科技的發(fā)展衍生出按發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)油壓的實(shí)際需求而提供的機(jī)油泵，即為可變機(jī)油泵，而可變機(jī)油泵的代表產(chǎn)品即為葉片泵，優(yōu)點(diǎn)為成本低，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，能夠按照發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作需求，保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠的運(yùn)行。

1 葉片泵核心部件結(jié)構(gòu)方案介紹

我們所設(shè)計(jì)的葉片泵核心部件如下圖：該款葉片泵由滑塊1、定位環(huán)2，內(nèi)轉(zhuǎn)子3，葉片5組成的緊密系統(tǒng)，可變泵內(nèi)轉(zhuǎn)子直接安裝在曲軸上，通過曲軸的旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子，為機(jī)油泵提供動(dòng)力，滑塊以旋轉(zhuǎn)銷孔4為中心進(jìn)行變量擺動(dòng)，由7個(gè)葉片構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)進(jìn)行吸油排油工作。

1-滑塊、2-定位環(huán)×2（前后各一個(gè)）、3-內(nèi)轉(zhuǎn)子、4-滑塊旋轉(zhuǎn)銷孔、5-葉片×7（共7個(gè)葉片）

圖1

2 磨損問題介紹

下圖為某機(jī)型葉片泵滑塊磨損照片，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行耐久試驗(yàn)時(shí)，葉片泵滑塊出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，葉片材料是工具鋼材質(zhì)，而滑塊材料是粉末冶金材質(zhì)，葉片硬度約是滑塊硬度3倍，一旦出現(xiàn)問題，滑塊必先損壞，滑塊磨損后，葉片不受系統(tǒng)控制，將內(nèi)轉(zhuǎn)子掰斷，機(jī)油泵功能性失效，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)拉缸報(bào)廢。

圖2

3 葉片受力分析

3.1 最大偏心距位置的受力分析

3.1.1 下圖為單個(gè)葉片旋轉(zhuǎn)2周的受力曲線

葉片旋轉(zhuǎn)由吸油區(qū)到封閉區(qū)，到排油區(qū)，到封閉區(qū)，再到吸油區(qū)如此循環(huán)，橫坐標(biāo)為時(shí)間，每個(gè)葉片經(jīng)過4個(gè)截面突然變化的位置，均會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大的力值的波動(dòng)，這會(huì)對(duì)該位置滑塊造成巨大的沖擊，易導(dǎo)致該位置產(chǎn)生磨損。

圖 3

3.1.2 下圖為單個(gè)葉片運(yùn)動(dòng)到個(gè)點(diǎn)的力值大小

可以看出葉片運(yùn)行到15ms時(shí)，該位置的受力突變較大，這與發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)的故障相吻合，說明該位置確實(shí)存在里的突變，導(dǎo)致該位置先進(jìn)行磨損。

圖4

3.1.3 下圖為7個(gè)葉片的整體受力圖

小滑塊質(zhì)量0.0017kg，半徑33mm，角速度460.8rad/s，根據(jù)基本物理公式，離心力F=m*r*ω2，計(jì)算得出F=11.9N，與分析結(jié)果吻合。

圖5

3.2 最小偏心距位置的受力分析

3.2.1 下圖為單個(gè)葉片的受力曲線

同樣每個(gè)葉片經(jīng)過4個(gè)截面突然變化的位置，均會(huì)出現(xiàn)一個(gè)的力值的波動(dòng)，但相對(duì)于最大偏心距位置的力值減小，原因是該位置的機(jī)油泵泵油量為 0，故該位置也不是導(dǎo)致滑塊磨損的主要位置狀態(tài)，但還是存在力的峰值突變。

圖6

3.2.2 下圖為7個(gè)葉片的整體受力圖

小滑塊質(zhì)量0.0017kg，半徑33mm，角速度460.8rad/s，根據(jù)基本物理公式，離心力F=m*r*ω2，計(jì)算得出F=11.9N，與分析結(jié)果吻合。

圖7

3.3 單個(gè)葉片的最大、最小偏心距狀態(tài)受力對(duì)比圖

從下圖對(duì)比結(jié)果上看，藍(lán)色線為最大偏心距位置，紅色為最小偏心距位置，從0.0025ms開始，最大偏心距位置整體突變較最小偏心距位置大，還是說明只要機(jī)油泵處于工作狀態(tài)，力的峰值就會(huì)存在較大的突變，易造成滑塊的磨損。

圖8

4 優(yōu)化方案

4.1 滑塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化

吸油區(qū)域、排油區(qū)域處厚度增加1.1mm，考慮到該位置需要雙面進(jìn)油，權(quán)衡利弊將該位置增加到1.1mm即為極限位置，這樣降低葉片運(yùn)動(dòng)到該位置的力峰值，保證葉片運(yùn)行平穩(wěn)，同時(shí)在進(jìn)油區(qū)域，滑塊增加雙向倒角，有利于吸油腔雙面進(jìn)油。

圖9

4.2 內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化

內(nèi)轉(zhuǎn)子是由曲軸直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，而曲軸必然存在曲軸跳動(dòng)，該機(jī)型曲軸跳動(dòng)為0.03，曲軸與內(nèi)轉(zhuǎn)子間隙為0.25，這樣導(dǎo)致內(nèi)轉(zhuǎn)子隨曲軸的跳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)間隙而產(chǎn)生巨大的激勵(lì)沖擊，進(jìn)而導(dǎo)致葉片與滑塊之間產(chǎn)生激勵(lì)沖擊，也是造成滑塊磨損的一個(gè)因素，將內(nèi)轉(zhuǎn)子增加止口定位后，曲軸對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)時(shí)，不受曲軸跳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)公差影響，會(huì)沿著內(nèi)轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，大大地降低內(nèi)轉(zhuǎn)子對(duì)葉片的激勵(lì)沖擊，從而使葉片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，避免滑塊磨損。

圖10

5 結(jié)論

通過對(duì)以上方案的優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行兩輪 400h耐久試驗(yàn)，未出現(xiàn)滑塊磨損問題，該優(yōu)化方案得到有效的驗(yàn)證，下圖為耐久試驗(yàn)后的照片，滑塊磨損情況完好：

圖11