葉片泵滑塊磨損問題優(yōu)化研究

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，動力總成設(shè)計處，遼寧 沈陽 110141）

前言

機油泵是發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的心臟，機油泵從油底殼吸取機油，向整臺發(fā)動機各個摩擦部件持續(xù)提供壓力潤滑油。如果機油泵的供油量不足，將會導(dǎo)致發(fā)動機缺乏足夠的潤滑壓力，造成發(fā)動機嚴重磨損。但如果一直保持非常高的供油量，勢必會增加發(fā)動機的內(nèi)部損耗，造成不必要的浪費。所以，需要機油泵最好能夠按發(fā)動機的需求提供供油量，故隨著科技的發(fā)展衍生出按發(fā)動機對油壓的實際需求而提供的機油泵，即為可變機油泵，而可變機油泵的代表產(chǎn)品即為葉片泵，優(yōu)點為成本低，結(jié)構(gòu)相對簡單，能夠按照發(fā)動機的實際工作需求，保證發(fā)動機可靠的運行。

1 葉片泵核心部件結(jié)構(gòu)方案介紹

我們所設(shè)計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)動內(nèi)轉(zhuǎn)子，為機油泵提供動力，滑塊以旋轉(zhuǎn)銷孔4為中心進行變量擺動，由7個葉片構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)進行吸油排油工作。

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

圖1

2 磨損問題介紹

下圖為某機型葉片泵滑塊磨損照片，發(fā)動機進行耐久試驗時，葉片泵滑塊出現(xiàn)嚴重磨損，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，機油泵功能性失效，導(dǎo)致發(fā)動機拉缸報廢。

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)，橫坐標為時間，每個葉片經(jīng)過4個截面突然變化的位置，均會出現(xiàn)一個較大的力值的波動，這會對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 下圖為單個葉片運動到個點的力值大小

可以看出葉片運行到15ms時，該位置的受力突變較大，這與發(fā)動機耐久試驗的故障相吻合，說明該位置確實存在里的突變，導(dǎo)致該位置先進行磨損。

圖4

3.1.3 下圖為7個葉片的整體受力圖

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 下圖為單個葉片的受力曲線

同樣每個葉片經(jīng)過4個截面突然變化的位置，均會出現(xiàn)一個的力值的波動，但相對于最大偏心距位置的力值減小，原因是該位置的機油泵泵油量為 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，計算得出F=11.9N，與分析結(jié)果吻合。

圖7

3.3 單個葉片的最大、最小偏心距狀態(tài)受力對比圖

從下圖對比結(jié)果上看，藍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，還是說明只要機油泵處于工作狀態(tài)，力的峰值就會存在較大的突變，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，這樣降低葉片運動到該位置的力峰值，保證葉片運行平穩(wěn)，同時在進油區(qū)域，滑塊增加雙向倒角，有利于吸油腔雙面進油。

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)動運轉(zhuǎn)，而曲軸必然存在曲軸跳動，該機型曲軸跳動為0.03，曲軸與內(nèi)轉(zhuǎn)子間隙為0.25，這樣導(dǎo)致內(nèi)轉(zhuǎn)子隨曲軸的跳動及驅(qū)動間隙而產(chǎn)生巨大的激勵沖擊，進而導(dǎo)致葉片與滑塊之間產(chǎn)生激勵沖擊，也是造成滑塊磨損的一個因素，將內(nèi)轉(zhuǎn)子增加止口定位后，曲軸對內(nèi)轉(zhuǎn)子驅(qū)動時，不受曲軸跳動及驅(qū)動公差影響，會沿著內(nèi)轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心進行旋轉(zhuǎn)，大大地降低內(nèi)轉(zhuǎn)子對葉片的激勵沖擊，從而使葉片旋轉(zhuǎn)運動平穩(wěn)，避免滑塊磨損。

圖10

5 結(jié)論

通過對以上方案的優(yōu)化，發(fā)動機進行兩輪 400h耐久試驗，未出現(xiàn)滑塊磨損問題，該優(yōu)化方案得到有效的驗證，下圖為耐久試驗后的照片，滑塊磨損情況完好：

圖11