專利名稱：一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種實驗裝置，尤其是涉及一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置。
背景技術：
前浮動側板、后浮動側板、月牙塊、摩擦套是內嚙合齒輪泵中除小齒輪和內齒輪以外的重要零部件。其中，月牙塊將小齒輪和內齒輪嚙合運動所形成的工作容腔分隔成高壓腔和低壓腔，形成內嚙合齒輪泵的徑向密封，防止高壓腔的油液泄漏到低壓腔；前浮動側板、后浮動側板分別布置在小齒輪和內齒輪的兩側，形成內嚙合齒輪泵的軸向密封，防止高壓腔的油液通過齒輪端面泄漏到低壓腔；摩擦套與內齒輪形成靜壓軸承，摩擦套中的均載槽能夠減小內齒輪所受的徑向不平衡力，保證內齒輪的高轉速、低摩擦運轉。由上述可知，前浮動側板_齒輪、后浮動側板-齒輪、月牙塊-齒輪和內齒輪-摩擦套等運動副是內嚙合齒輪泵中的主要運動副，也是比較容易發(fā)生磨損失效的運動副。前浮動側板、后浮動側板、月牙塊和摩擦套的結構以及材料配對和表面處理工藝等方面的設計， 直接影響運動副的摩擦磨損特性和內嚙合齒輪泵的效率與工作壽命。前浮動側板_齒輪、后浮動側板_齒輪、月牙塊_齒輪和內齒輪_摩擦套等運動副在內嚙合齒輪泵工作時的受多種負載力/力矩作用，涉及動力學、接觸力學、流體力學和摩擦學，單純的理論分析難以獲得上述運動副摩擦磨損特性的準確分析結果，而利用實驗手段輔助分析則成為一種著實可行的手段。目前國內外針對內嚙合齒輪泵的研究主要集中在齒輪副的結構設計上，尚未有關于內嚙合齒輪泵運動副的分析和測試見諸文獻報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置，通過模擬不同工況條件，實驗研究在油介質或者水介質環(huán)境中內嚙合齒輪泵中前浮動側板_齒輪、后浮動側板_齒輪、月牙塊_齒輪和內齒輪_摩擦套等運動副的摩擦磨損特性，為優(yōu)化前浮動側板、后浮動側板、月牙塊和摩擦套的結構以及材料配對和表面處理工藝提供評價依據。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是
一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置包括安裝基體、加載系統(tǒng)和調速系統(tǒng)。加載系統(tǒng)包括定量泵、高壓過濾器、壓力表、溢流閥、單向閥、開關閥、低壓過濾器和油箱；定量泵輸出的油液，經高壓過濾器過濾后，一路與調定壓力的溢流閥輸入端連接， 另一路經單向閥和開關閥后分別與安裝基體的第一高壓口和第二高壓口連接，安裝基體的低壓口經低壓過濾器與溢流閥輸出端接到油箱。調速系統(tǒng)包括變頻器、變頻電機、第一聯(lián)軸器、轉速轉矩儀和第二聯(lián)軸器；由變頻器控制的變頻電機經第一聯(lián)軸器、轉速轉矩儀和第二聯(lián)軸器與安裝基體的主動軸連接。
安裝基體包括殼體、摩擦套和蓋板；被測元件包括前浮動側板、后浮動側板、月牙塊、小齒輪和內齒輪；位于殼體內的主動軸上裝有小齒輪，小齒輪與內齒輪偏心嚙合，內齒輪與安裝在殼體內的摩擦套間隙配合，摩擦套安裝在殼體上，前浮動側板和后浮動側板分別安裝在小齒輪和內齒輪的兩側，前浮動側板固定在蓋板上，后浮動側板固定在殼體上，前浮動側板、后浮動側板和主動軸為間隙配合，月牙塊通過固定銷安裝在殼體上，月牙塊的內凹面與小齒輪的齒頂轉動配合，月牙塊的外凸面與內齒輪的齒頂轉動配合，蓋板固定在殼體上；殼體和摩擦套的端面之間、蓋板和摩擦套的端面之間均安裝有密封件，主動軸和殼體的之間安裝有密封件。摩擦套上開有均載槽、高壓通孔、兩個半圓形銷孔和兩個0型圈密封槽；均載槽開在摩擦套的內環(huán)面上，均載槽橫截面的上邊緣與小齒輪和內齒輪的中心連線成25°夾角， 均載槽橫截面的下邊緣與均載槽橫截面的上邊緣成45°夾角，均載槽橫截面的外圓弧半徑等于內齒輪的外環(huán)面半徑的1. 1倍；高壓通孔開在摩擦套的外環(huán)面上，與均載槽相通；兩個半圓銷形孔開在摩擦套端面上，均為通孔，兩個半圓形銷孔的中心線與均載槽的上邊緣成 70°夾角；兩個0型圈密封槽分別開在摩擦套的上、下端面上。 殼體側壁上開有與摩擦套的高壓通孔相通的第一高壓口，第一高壓口與摩擦套的高壓通孔同心且直徑相等，第一高壓口與加載系統(tǒng)的高壓管相連；殼體底部開有低壓口， 低壓口的圓心位于小齒輪圓心和內齒輪圓心的連線的延長線上，且與內齒輪圓心的距離為 0.6倍的內齒輪半徑；低壓口與加載系統(tǒng)的低壓管相連；殼體的端面上開有兩個半圓形銷孔，該兩個半圓形銷孔與摩擦套的兩個半圓形銷孔同心且直徑相等。蓋板上開有與前浮動側板的背壓腔相通的第二高壓口，且與加載系統(tǒng)的高壓管相連。本發(fā)明具有的有益效果是
(1)安裝基體為前浮動側板-齒輪、后浮動側板-齒輪、月牙塊-齒輪和內齒輪-摩擦套等運動副提供了內嚙合齒輪泵的工作環(huán)境，能夠準確模擬上述運動副的實際受載工作狀態(tài)。(2)加載系統(tǒng)和調速系統(tǒng)能夠為運動副提供調定方便的壓力負載和工作轉速，從而模擬不同的工作狀態(tài)，且能夠獲得運動副工作時的功率損失特性。(3)實驗裝置可采用液壓油、純水和海水等多種液體作為工作介質，能夠測試不同工作介質下內嚙合齒輪泵運動副的摩擦磨損特性。(4)安裝基體安裝接口簡單，被測元件的裝拆十分方便。


圖1是本發(fā)明的液壓原理示意圖。圖2是本發(fā)明中安裝基體的主視剖面圖。圖3是本發(fā)明中安裝基體的左視剖面圖。圖4是本發(fā)明中摩擦套的結構示意圖。 圖中1、定量泵，2、高壓過濾器，3、壓力表，4、溢流閥，5、單向閥，6、開關閥，7、低壓過濾器，8、安裝基體，9、轉速轉矩儀，10、變頻電機，11、變頻器，8. 1、殼體，8. 2、固定銷，8. 3、 摩擦套，8. 4、內齒輪，8. 5、螺栓，8. 6、鍵，8. 7、主動軸，8. 8、小齒輪，8. 9、密封件，8. 10、后浮動側板，8. 11、月牙塊，8. 12、固定銷，8. 13、密封件，8. 14、前浮動側板，8. 15、蓋板。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明的實驗裝置由安裝基體8、加載系統(tǒng)和調速系統(tǒng) 組成。加載系統(tǒng)包括定量泵1、高壓過濾器2、壓力表3、溢流閥4、單向閥5、開關閥6、低壓過濾器7和油箱12。定量泵1輸出恒定流量的油液，經高壓過濾器2過濾后，由溢流閥4 調定所需的壓力，壓力表3起監(jiān)測系統(tǒng)壓力的作用；高壓油經單向閥5和開關閥6后分別與安裝基體8的第一高壓口 a和第二高壓口 b連接，為實驗裝置提供壓力負載；安裝基體8的低壓口 c與低壓管相連，經低壓過濾器7過濾后，與溢流閥4輸出端相連后回到油箱12。調速系統(tǒng)包括變頻器11、變頻電機10、第一聯(lián)軸器、轉速轉矩儀9和第二聯(lián)軸器。 變頻電機10通過第一聯(lián)軸器、轉速轉矩儀9和第二聯(lián)軸器與安裝基體8的主動軸8. 7連接， 主動軸8. 7通過鍵8. 6帶動小齒輪8. 8轉動。變頻器11輸出變頻信號驅動變頻電機10以設定轉速運轉，從而實現(xiàn)實驗裝置以設定轉速的轉動；同時，轉速轉矩儀9能夠獲取實驗裝置在設定壓力負載和設定轉速下的轉速、扭矩信號，從而能夠獲取運動副工作時的功率特性，為運動副的摩擦磨損特性分析提供參考依據。如圖2和圖3所示，安裝基體8包括殼體8. 1、摩擦套8. 3和蓋板8. 15。殼體8. 1 內安裝有被測試的前浮動側板8. 14、后浮動側板8. 10、月牙塊8. 11、小齒輪8. 8和內齒輪 8.4。小齒輪8. 8通過鍵8. 6與殼體8. 1內的主動軸8. 7連接，小齒輪8. 8與內齒輪8. 4偏心嚙合，兩者構成內嚙合齒輪副，實現(xiàn)內嚙合齒輪泵的流體輸運；內齒輪8. 4與安裝在殼體 8. 1內的摩擦套8. 3間隙配合，兩者構成靜壓軸承；摩擦套8. 3和殼體8. 1的端面上開有同心的兩對半圓形銷孔，該兩對半圓形銷孔關于摩擦套8.3的圓心中心對稱，兩個半圓形銷孔的中心線與均載槽d的上邊緣成70°夾角，采用該種結構可以通過兩個固定銷8. 2實現(xiàn)摩擦套8. 3和殼體8. 1的固聯(lián)；月牙塊8. 11通過固定銷8. 12安裝在殼體8. 1上，將小齒輪 8. 8和內齒輪8. 4嚙合運動所形成的工作容腔分隔成高壓腔和低壓腔，形成內嚙合齒輪泵的徑向密封，防止高壓腔的油液泄漏到低壓腔；前浮動側板8. 14和后浮動側板8. 10分別安裝在小齒輪8. 8和內齒輪8. 4的兩側，形成內嚙合齒輪泵的軸向密封，防止高壓腔的油液通過齒輪端面泄漏到低壓腔；前浮動側板8. 14固定在蓋板8. 15上，后浮動側板8. 10固定在殼體8. 1上，前浮動側板8. 14、后浮動側板8. 10和主動軸8. 7為間隙配合；蓋板8. 15由四個螺栓8. 5與殼體8. 1相連；兩個0型圈密封槽分別開在摩擦套8. 3的上、下端面，從而利用兩個密封件8. 13實現(xiàn)殼體8. 1和摩擦套8. 3的端面之間、蓋板8. 15和摩擦套8. 3的端面之間的密封，同時主動軸8. 7和殼體8. 1的之間利用密封件8. 9實現(xiàn)密封，這三處密封能夠減少實驗裝置內工作介質的外泄漏。如圖4所示，摩擦8. 3的內環(huán)面上開有均載槽d，均載槽d通過摩擦套8. 3的外環(huán)面上的高壓通孔與殼體8. 1的側壁上的第一高壓口 a相連，第一高壓口 a與加載系統(tǒng)的高壓管相連；均載槽d橫截面的上邊緣與小齒輪8. 8和內齒輪8. 4的中心線成25°夾角，均載槽d橫截面的下邊緣與均載槽d橫截面的上邊緣成45°夾角，均載槽d橫截面的外圓弧半徑等于內齒輪外環(huán)面半徑的1. 1倍；采用上述結構和方法，摩擦套8. 3中的均載槽d可以利用加載系統(tǒng)提供的高壓油液來平衡內齒輪8. 4所受的徑向不平衡力。
殼體8. 1底部開有低壓口 c，低壓口 c的圓心位于小齒輪8. 8圓心和內齒輪8. 4 圓心的連線的延長線上，且與內齒輪8. 4圓心的距離為0. 6倍的內齒輪8. 4半 徑，低壓口 c 與加載系統(tǒng)的低壓管相連，實現(xiàn)實驗裝置低壓油液流回油箱12 ；蓋板8. 15上開有與前浮動側板8. 14的背壓腔e相通的第二高壓口 b，且與加載系統(tǒng)的高壓管相連，為前浮動側板 8. 14和后浮動側板8. 10的壓緊力生成提供高壓油液。根據上述描述，安裝基體8與被測元件構成內嚙合齒輪泵工作環(huán)境，能夠準確模擬內嚙合齒輪泵中運動副的實際工作狀態(tài)。加載系統(tǒng)提供由溢流閥4調定的壓力負載，為運動副提供可調壓力負載。調速系統(tǒng)由變頻器11驅動變頻電機10，通過主動軸8. 7帶動小齒輪8. 8以調定轉速運轉，為運動副提供可調轉速，并由轉速轉矩儀9獲取轉速信號和轉矩信號，經過分析處理可獲得運動副的摩擦功率特性。經過一定時間的實驗后，通過對被測元件的稱重，可以獲得其磨損量數(shù)據；通過對被測元件磨損區(qū)域的觀察，可以獲得其磨損失效分布及模式。綜合上述實驗數(shù)據，可以對前浮動側板、后浮動側板、月牙塊和摩擦套等零部件的結構以及材料配對和表面處理工藝的設計和優(yōu)化提供評價依據。
權利要求
1.一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置，其特征在于包括安裝基體 (8)、加載系統(tǒng)和調速系統(tǒng)，其中1)加載系統(tǒng)包括定量泵(1)、高壓過濾器O)、壓力表(3)、溢流閥0)、單向閥(5)、開關閥(6)、低壓過濾器(7)和油箱(12)；定量泵⑴輸出的油液，經高壓過濾器⑵過濾后， 一路與調定壓力的溢流閥(4)輸入端連接，另一路經單向閥( 和開關閥(6)后分別與安裝基體(8)的第一高壓口(a)和第二高壓口(b)連接，安裝基體(8)的低壓口(c)經低壓過濾器⑵與溢流閥⑷輸出端接到油箱(12)；2)調速系統(tǒng)包括變頻器(11)、變頻電機(10)、第一聯(lián)軸器、轉速轉矩儀(9)和第二聯(lián)軸器；由變頻器(11)控制的變頻電機(10)經第一聯(lián)軸器、轉速轉矩儀(9)和第二聯(lián)軸器與安裝基體(8)的主動軸(8. 7)連接。
2.根據權利要求1所述的一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置，其特征在于所述的安裝基體(8)包括殼體(8. 1)、摩擦套(8. 3)和蓋板(8. 15)；被測元件包括前浮動側板(8. 14)、后浮動側板(8. 10)、月牙塊(8. 11)、小齒輪(8. 8)和內齒輪(8. 4)；位于殼體(8. 1)內的主動軸(8.7)上裝有小齒輪(8. 8)，小齒輪(8.8)與內齒輪(8.4)偏心嚙合，內齒輪(8. 4)與安裝在殼體(8. 1)內的摩擦套(8. 3)間隙配合，摩擦套(8. 3)安裝在殼體(8. 1)上，前浮動側板(8. 14)和后浮動側板(8. 10)分別安裝在小齒輪(8.8)和內齒輪(8.4)的兩側，前浮動側板(8. 14)固定在蓋板(8. 15)上，后浮動側板(8. 10)固定在殼體(8. 1)上，前浮動側板(8. 14)、后浮動側板(8. 10)和主動軸(8. 7)為間隙配合，月牙塊 (8. 11)通過固定銷(8. 12)安裝在殼體(8. 1)上，月牙塊(8. 11)的內凹面與小齒輪(8.8) 的齒頂轉動配合，月牙塊(8. 11)的外凸面與內齒輪(8.4)的齒頂轉動配合，蓋板(8. 15)固定在殼體(8. 1)上；殼體(8. 1)和摩擦套(8. 3)的端面之間、蓋板(8. 15)和摩擦套(8. 3)的端面之間均安裝有密封件(8. 9)，主動軸(8. 7)和殼體(8. 1)的之間安裝有密封件(8. 13)。
3.根據權利要求2所述的一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置，其特征在于所述的摩擦套(8. 3)上開有均載槽(d)、高壓通孔、兩個半圓形銷孔和兩個0型圈密封槽；均載槽(d)開在摩擦套(8. 的內環(huán)面上，均載槽(d)橫截面的上邊緣與小齒輪 (8.8)和內齒輪(8.4)的中心連線成25°夾角，均載槽(d)橫截面的下邊緣與均載槽(d) 橫截面的上邊緣成45°夾角，均載槽(d)橫截面的外圓弧半徑等于內齒輪的外環(huán)面半徑的 1. 1倍；高壓通孔開在摩擦套(8. 3)的外環(huán)面上，與均載槽(d)相通；兩個半圓形銷孔開在摩擦套(8. 的端面上，均為通孔，兩個半圓形銷孔關于摩擦套(8. 的圓心中心對稱，兩個半圓形銷孔的中心線與均載槽(d)的上邊緣成70°夾角；兩個0型圈密封槽分別開在摩擦套(8.3)的上、下端面上。
4.根據權利要求2所述的一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置，其特征在于所述的殼體(8. 1)的側壁上開有與摩擦套(8.3)的高壓通孔相通的第一高壓口(a)， 第一高壓口(a)與摩擦套(8.3)的高壓通孔同心且直徑相等，第一高壓口(a)與加載系統(tǒng)的高壓管相連；殼體(8. 1)底部開有低壓口(c)，低壓口(c)的圓心位于小齒輪(8. 8)圓心和內齒輪(8.4)圓心的連線的延長線上，且與內齒輪(8.4)圓心的距離為0.6倍的內齒輪 (8. 4)半徑，低壓口(c)與加載系統(tǒng)的低壓管相連；殼體(8. 1)的端面上開有兩個半圓形銷孔，該兩個半圓形銷孔與摩擦套(8.3)的兩個半圓形銷孔同心且直徑相等。
5.根據權利要求2所述的一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置，其特征在于所述的蓋板(8. 15)上開有與前浮動側板(8. 14)的背壓腔(e)相通的第二高壓口 (b)，且與加載系統(tǒng)的高壓管相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內嚙合齒輪泵運動副摩擦磨損特性的實驗裝置。定量泵輸出的油液，經高壓過濾器后，一路與調定壓力的溢流閥輸入端連接，另一路經單向閥和開關閥后分別與安裝基體的第一高壓口和第二高壓口連接，安裝基體的低壓口經低壓過濾器與溢流閥輸出端接到油箱。由變頻器控制的變頻電機經第一聯(lián)軸器、轉速轉矩儀和第二聯(lián)軸器與安裝基體的主動軸連接。安裝基體用來實驗不同工況下內嚙合齒輪泵中前浮動側板-齒輪、后浮動側板-齒輪、月牙塊-齒輪和內齒輪-摩擦套等運動副的摩擦磨損特性，提供內嚙合齒輪泵的工作環(huán)境，準確模擬運動副的實際受載工作狀態(tài)。為優(yōu)化前浮動側板、后浮動側板、月牙塊和摩擦套的結構以及材料配對和表面處理工藝提供依據。
文檔編號F04B51/00GK102297122SQ20111022809
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權日2011年8月10日
發(fā)明者周華, 宋偉 申請人:浙江大學