凸轮转子泵1.1 国内外发展概况1. 国内发展概况：近年来，我国在泵行业得到了迅速的发展，但是我国大多数泵制造企业规模不大，产品更新不够快，质量不够高，在许多方面和国外泵还有较大差距。

目前工业泵普通产品供大于求，高水平、高质量的特殊产品供不应求，还需从国外进口，产品的水平与用户要求差距较大。

产业结构和产品结构不合理的现象尤为明显，产品达到当代世界先进水平极少，大部分仅达到80年代末90年代初的水平，不能适应市场需求结构的变化。

一方面产品积压严重，另一方面市场急需的产品试制太慢或短缺，冲不出传统产品的格局。

与国外的动态差距并没有缩小，形势不容乐观。

在泵站设计时，只能选用性能差不多的有限几种定型产品，这样不但降低了泵站效率，而且还留下很多不安全隐患。

我国大多数水泵制造企业规模不大，缺乏高精度加工、检测等工艺设备。

新工艺、新材料、新技术 (包括CAD、CAM等)未能得到普遍的推广和应用2.国外发展概况：国外泵的发展速度较快，技术也更为先进。

国外大型水泵生产企业制造出来的泵，一般具有转速高、体积小、重量轻等优点，其流量是我国同口径水泵流量的1.5~2倍。

尤其是荷兰、日本、美国、原苏联等国家，水泵的性能指标明显优于国内。

荷兰较注重科研的投入，其科研力量很强，设施较为完善，对水泵及其进出水流道均有比较系统的研究。

国外尤其是工业水平较为发达的国家，他们在水泵的设计和制造方面和对水泵研究的重视程度，的确值得我们学习和借鉴，但并不是说他们在水泵设计和制造领域是尽善尽美的，也同样需要在泵的扬程和流量等重要参数上作出进一步突破，这就需要在水泵机械结构改进上投入力量。

随着科学技术的发展，国内外泵行业向大型化、高速化、高强度、高压力、高可靠性、长寿命、系统控制和机、电、仪一体化等高科技方向发展，其中，寿命、可靠性及自动化已成为选择泵时的主要考虑因素。

1.2 凸轮泵发展趋势凸轮转子泵是容积式泵的一种，也是出现较晚的一个类型，此泵结构简单、设计合理、体积小、重量轻、拆装维修非常方便，它即具备了离心泵的优点，又发挥了齿轮泵的优点，是目液、含固体杂前比较理想的化工、食品、医药卫生泵。

具有极强的自吸能力，可输送多种液体。

如含气的泡沫质的多种液体和具有较高粘度的液体。

有很好的发展前景。

另一方面由于该泵的转子形状较为特殊而精度要求又很高,故国内少有成功制造的厂家,众多的用户只能购买进口。

转子泵的研究和应用是泵行业又一次具有突破性、实用性和开拓性的技术发明，将给工业生产和人民生活带来巨大的经济和使用价值。

同时，多项新技术、新材料在特种转子泵中的应用，使其具有了现有泵类无法达到的技术水平。

可以学习了解国外先进技术，更可以结合国内情况，研制适合国内市场的转子泵新类型，为泵产业提供新的“血液”。

随着科学技术的发展和材料的更新，转子泵会在以后的更多行业中得到广泛应用，也会给社会和工业生产带来不可小看的新变化。

2.1 凸轮转子泵的工作原理TLB型凸轮转子泵的结构见凸轮泵装配图TLB-00。

两个互成90°的凸轮转子由轴代带动转动。

凸轮转子长径和定子内孔系滑动配合。

定子上开有两个柱塞槽，柱塞能在槽内滚动。

在重力作用下，柱塞紧压在转子表面上，保证初始密封。

转子外表面曲线由两个大圆弧、两个小圆弧和四段过度曲线组成。

转子转动时，柱塞一边自转一边沿转子作相对运动。

油泵工作时，输出压力油，这时，柱塞就在重力和液压力的作用下，紧紧压在凸轮转子表面上，将泵的吸、压油腔隔开。

浮动挡板将两个定子、两个凸轮转子隔开，形成密封容积。

这样，定子、转子、柱塞、浮动挡板、泵体和泵盖就构成了径向对称分布的吸、压油腔各两个。

轴带动转子转一转，就完成吸、压油各两次。

2.2 凸轮转子泵的特点1.噪声低TLB型凸轮转子泵，它的基本频率（基本频率=油腔数目 每秒的转数）与其它形式的液压泵相比为最低。

TLB型凸轮转子泵，在定子的内部铣出两个柱塞槽，如图2-2所示，从而完全消除了困油现象。

泵的轴承又采用了精度较高的D级滚动轴承，可使泵的噪音降低。

凸轮转子长径和定子内孔的滑动配合，既起密封作用，又增加了辅助支承，凸轮转子和轴不易振动。

同时，转子受力平衡，这样就减少了转子高速转动时产生的机械噪声，因此，该泵噪声很小。

图2-22.寿命长TIB型凸轮转子泵有两个吸油腔和两个压油腔，且吸、压油腔时径向对称分布的，因此，凸轮转子承受的径向力是平衡的，轴承不承受径向负荷，寿命很长。

凸轮转子直径较小，线速度不高，接触应力小，磨损小，所以凸轮转子的寿命很长。

3.流量均匀泵的两个凸轮转子的相位角为90°，只要转子四段过渡曲线设计合理，泵的输出流量脉动可以显著减小。

4.造价低、互换性好。

5.泵的安装连接尺寸完全符合国家标准和ISO标准。

3.1 型号公称排量（ml/r）额定工作压力，E:（Mpa）凸轮转子叶片泵3.2 系列参数表3-13.3 凸轮泵的合理几何参数（图3-1）图3—13.3.1 凸轮曲线凸轮转子泵，为了流量均匀通常使凸轮大圆弧段的范围角等于凸轮小圆弧段的范围角，令其为β，过渡曲线的范围角用α表示，则 式中 x - 凸轮的凸起数。

凸轮过渡曲线通常采用等加速曲线，当凸轮顺时针转动时，柱塞1相对于凸轮的角位移为θ时，则凸轮曲线矢径ρ以θ为变量的表达式如下（参考叶片泵的等加速定子曲线方程）：当02αθ≤≤时22()R r R ρα-=-2θ当2αθα≤≤时222()()R r r ραθα-=+-当αθαβ≤≤+时r ρ=当32αβθβα+≤≤+时222()[()]R r r ρθαβα-=+-+当322βαθβα+≤≤+时222()[(2)]R r R ραβθα-=-+-当22()βαθβα+≤≤+时βχπα-=R ρ=3.3.2 凸起数x 、柱塞数z 、和凸起数m分析可知，一个柱塞的流量时间断的，而全部柱塞流量的叠加，也只有当凸起数x 、柱塞数z 、和凸起数m 选择排列恰当时，才能使泵的流量脉动最小。

实验证明双凸起或四凸起必须采用交错（αβ+）的双凸轮四凸起轮结构，才能使流量曲线叠加为最佳形状。

本课题设计中取x=2,z=2,m=2。

3.4 凸轮泵的转子曲线在凸轮泵中，转子曲线的形状和凸轮泵的性能（如噪声、效率、流量的均匀性等）及寿命关系很大。

除加工质量外，转子曲线长短半径比、过渡曲线的形状以及各区段的范围角，都对泵的性能有影响。

3.4.1 过渡曲线确定原则1. 使泵不产生“脱空”现象。

“脱空”即柱塞短时离开定子的现象。

“脱空”会使柱塞和定子撞坏并产生噪声，甚至会破坏密封造成流量严重脉动，使泵无法工作，因此必须保证足够的转速不产生“脱空”现象。

2. 使柱塞各部分受力良好 在凸轮转子转动中，为保证柱塞与定子的良好接触，过渡曲线法线与矢径ρ之夹角要保证合理。

同时还希望柱塞与转子的压紧力不要产生突然变化，即不发生软冲，所以曲线要避免跳点。

3. 使瞬时几何流量均匀。

3.4.2 过渡曲线及其特点综合上面过渡曲线选择的三个原则，本次设计采用的使等加速曲线，它的优点是在柱塞不“脱空”的条件下，可以得到最大的R/r 值，此外因d d ρθ曲线使斜直线（见图3-3），容易组合成()i d d ρθ∑=常数的情形，即容易实现瞬时流量均匀。

其缺点使最大压力角偏大，在02αθθθα===、和三点存在“软冲点”。

等加速修正的阿基米德螺线，当12ε=时，即变成等加速曲线。

1. “圆修”阿基米德螺线阿基米德螺线，其首、尾的连接点要产生“硬冲”，故必须进行修正。

在α角范围内用阿基米德螺线设计，然后将靠模拟曲线进行适当“圆修”，消除拐点。

令 d d ρθ=c ，其“圆修”前的理论方程导出如下：由d d ρθ=c 和0r d θρρ=+⎰得r c ρθ=+ （1）由,R θαρ==的边界条件得R rc α-=（2） 故 R rr ρα-=+d d ρθ=R rα-=c （3） 220d d ρθ= ρ、d d ρθ、22d d ρθ的变化如图3-4所示，其中虚线段是表示“圆修”过以后的修正段。

2. 解析修正的阿基米德螺线“圆修”后的阿基米德螺线，过渡段的范围角比“圆修”前的分别向两端延伸了一个'''θθ∆∆和；为保证修正后的范围角不变，并有效的控制2max 2()d d ρθ的值，可人为的给修正段的大小即曲线方程。

修正段的曲线方程，可由给定之22d d ρθ的变化规律积分并通过边界条件当(1)θεαθεα==-或时(1)d R rc d ρθεα-==- （4） 当0θ=时0d d ρθ= r ρ= （5） 当θα=时0d d ρθ= R ρ= （6） 得出结果如下：等加速修正曲线（22d d ρθ=常数）方程（见图3-5）令22d d ρθ=1c ，积分并利用边界条件（4）、（5）得 22()2(1)R rR ραθεεα-=---，则 当0θεα≤≤时22d d ρθ2(1)R r εεα-=- （7） 2(1)d R rd ρθθεεα-=- （8） 222(1)R r r ρθεεα-=+- （9） 当(1)εαθα-≤≤时2122()2(1)d R r c d ρθεεα--=-=- （10） 积分并利用边界条件（4）、（6）得2()(1)d R rd ραθθεεα-=-- （11） 22()2(1)R r R ραθεεα-=--- （12） 修正后的2max 2()d d ρθ值和最大压力角为2max 122()(1)d R r c d ρθεεα-==- （13） max (1)c R rtg r r ψεα-≈=- （14） 令12ε=，由式（7）至（12）得等加速曲线为 当02αθ≤≤时2224()d R r d ρθα-=24()d R r d ρθθα-= 222()R r r ρθα-=+当2αθα≤≤时2224()d R r d ρθα-=- 224()()d R r d ραθθα-=- 222()()R r R ραθα-=--其中2max 2()d d ρθ和最大压力角分别为2max 224()()d R r d ρθα-= max 4()()R r tg R r ψα-=+max 2()R r tg r ψα-≈3.5 凸轮泵几何尺寸的确定3.5.1 凸轮转子尺寸计算由给定参数 n = 1000r/min Q= 400L/min 来确定有关尺寸：流量 Q = 400L/min 转速 n = 1000r/min 可得 排量V = Q/n = 400ml/r设凸轮小半径为r ，大半径为R ，宽为B 。

取r = 70mm 。

据统计资料在系列设计中可取（查文献[2]146页）1.06~1.15Rr= 取 1.1Rr=，则R = 1.1r = 77mm 取 R=77mm查文献【1】15页公式 B r R V )(222-=π,得)(222r R V B -=π= 62 mm 验算：在系列设计中，据统计资料可略取（查文献【2】149页）r B )1~45.0(=则B / r = 0.88 ∈ （0.45~1），故B 满足条件。