某款摆线泵仿真分析与试验

图 5 油温对燃油饱和蒸汽压的影响
图 5 中，油温对柴油饱和蒸汽压的影响 较小。油温在 20~100℃，饱和蒸汽压不超过 0.0025MPa。
3 计算结果分析
3.1、背压为 0MPa 下的计算结果 计算模型中的燃油为 Bosh 柴油 4113，
油温为 40℃。摆线泵入口为自由状态，出口 直接通往油箱，故背压为 0MPa。不同转速 下的计算结果如下述所示：
压曲线波动较大。当转速继续增大时，泵的 出口流量、油压曲线波动将更大，因此摆线 泵的工作转速最好处于中低转速。 3.3、入口压力对输油泵排量的影响
设定入口压力为-0.7~0bar（表压），计算 它对输油泵排量的影响，如图 14 所示：
图 11 齿腔油压与容积的相位关系
从图 11 得知，齿腔容积由最大逐渐减 小时，齿腔向外排油，产生油压波动。齿腔 容积由最小逐渐增大时，产生负压，齿腔吸 油。
温在很大范围内（-20~90℃），对输油泵出口流量的影响较小。
关键词：摆线泵、AMESim、一维计算。
中图分类号：
Simulation and Experiment for a Cycloid Gear Pump
Chen Feihu，Xia Xinglan，Liu Min，Wang Shengli
(FAW Wuxi Fuel Injection Equipment Research Institute, Wuxi 214063, China)
参考文献:
[1] 王存堂,杨明泽,朱宏等.摆线齿轮泵低速特性 的 仿 真 与 实 验 研 究 [J]. 机 械 设 计 与 制 造,2013,(11):132-135.
[2] 伍迪.圆弧摆线齿轮泵性能参数研究[D].北京 化工大学硕士学位论文,2009.
[3] MYUNG SIK KIM, WON JEE CHUNG, CHANG DOO JUNG. One New Methodology of AMESim and CATIAV5-based Cavitation
2.1 采用 AMESim 软件建立摆线泵的计 算模型[8]，如图 2 所示。
图 4 油温对燃油密度的影响
图 2 摆线泵的 AMESim 仿真模型
摆线泵的计算模型主要由三个部分组 成：出入口固定容积和可变截面、齿腔固定 容积和可变容积、泄漏单元。泄漏分为平板 泄漏和齿间泄漏。
2.2 边界条件 输入燃油属性（密度、粘度、饱和蒸汽 压）随油温的变化曲线，如图 3~5 所示：
某款摆线泵仿真分析与试验
陈飞虎，夏兴兰，刘敏，王胜利
（中国一汽无锡油泵油嘴研究所，江苏 无锡 214063）
摘要：本文采用 AMESim 软件建立了某款摆线泵的仿真模型，计算得出摆线泵的吸油能力，以及瞬态的
出口流量和油压曲线，然后通过试验对入口负压和出口流量进行验证。在输油泵标定模型的基础上，计算
入口压力和油温对输油泵排量的影响。通过计算得知：转速越高，入口压力对输油泵排量的影响越大。油
speed. The oil temperature in large range has litter effect on theຫໍສະໝຸດ Baiduoutlet flow of oil pump.
Key words: cycloid gear pump, AMESim, one-dimensional calculate.
图 7 各转速下的齿腔入口流量
图 7 中泵的转速越低，齿腔的吸油频率 也越低。转速越高，齿腔的吸油频率也越高。 泵的转速越高，齿腔入口流量越大。当转速 上升到一定时，齿腔入口流量保持不变。
高转速下齿腔的吸油速度较快，产生的 负压比较平稳，因此入口流量波动较小。低 转速下齿腔吸油速度受齿腔旋转角度的影 响，因此入口流量波动大。
从图 12 得知，当齿腔向外排油时，腔 内油压与泵的出口油压幅值大致相同，趋势 也基本一致。
图 13 摆线泵的出口流量
从图 13 得知，摆线泵的出口流量、油
图 15 输油泵入口压力对排量的影响
从图 15 得知，转速小于 800r/min 时， 油温对输油泵排量的影响在 1.06%以内。转 速为 1150r/min 时，油温为-20℃时输油泵排 量为 7.99L/min，油温为 80℃时输油泵排量 为 8.43L/min。
Simulation for Flow Rate Control of Trochoid Hydraulic Pump[IEEE]. International Conference on Mechatronics and Automation,2-011,(8):7 -10. [4] S. NEYRAT, N. ORAND. Modeling and Analysis of an Automatic Transmission Internal Gear Oil Pump with Cavitation[J]. Société de Transmission Automatique (STA), 2005. [5] 夏少华,徐秀华,王健等. 摆线内啮合转子式输 油 泵 的 设 计 与 试 验 [J]. 现 代 车 用 动 力 , 2008,(4). [6] N. NERVEGNA, S. MANCO, M. RUNDO. Hydraulic Components Design [J]. European AMESim Users’ Conference, 2000. [7] 高强.转子式机油泵参数化设计[D].北京化工 大学硕士学位论文,2010. [8] 袁兆成.内燃机设计 [M].北京:机械工业出版 社,2008.
从计算公式（2）得知，摆线泵的精确排
量计算很繁杂，一般工程设计采用近似计算
公式。近似计算值大于理论计算值，误差在
2~5%范围内。
( ) q » pBn ra21 - rf21 1000
（3）
其中，ra1、rf1 分别为内转子的长半径和 短半径，mm；n 为内转子转速，r/min。
2 计算模型及边界条件
表 2 实测与计算的摆线泵出口流量误差
转速 实测流量 计算流量 误差
（r/min） （L/min） （L/min） （%
）
100
1.41
1.42
0.71
300
4.06
4.25
4.68
400
5.77
5.67
1.73
500
6.87
7.09
3.20
600
7.72
7.95
2.98
800
7.99
8.14
1.88
å å ( ) zi 2
zi 2
Qs = Qi = 0.5RBw1
i=1
i=1
a cosqi - R
dqi df1
å ( ) zi 2
- 0.5RBw1
i=1
a cosq1i - R
dq1i df1
å ( ) zi 2 æ d
+ 0.5aBw1 çç i=1 è
rim1 sinqim1 - rim2 sinqim2 df1
综上所述，油温在 0℃以上时，对全工 况下的输油泵排量基本无影响。油温低于 0℃ 时，高转速下输油泵的排量略有降低。
4 结论
1、在各种转速下，摆线泵出口流量的计算值 与 测 量 值 的 最 大 误 差 为 4.68% ， 表 明 AMESim 建立的摆线泵计算模型具有一定
的准确性和可靠性。 2、摆线泵的转速大于 600r/min 时，它的入 口侧气穴作用较强，此时泵的容积效率开始 大幅降低。 3、入口压力由 0bar 降低到-0.7bar 时，高转 速下输油泵出口流量降低的幅度逐渐增大。 低转速下出口流量变化不大。 4、油温在 0℃以上时，对全工况下的输油泵 排量基本无影响。油温低于 0℃时，高转速 下输油泵的排量略有降低。
上述各转速下，实测与计算的摆线泵出 口流量的最大误差为 4.68%，入口油压的最 大误差为 5.19%，证明了计算模型具有一定 的准确性和可靠性。 3.2、背压为 4MPa 下的计算结果
当 摆 线 泵 转 速 为 600r/min ， 背 压 为 4MPa 时，摆线泵出口的瞬时油压、流量曲 线如图 11~13 所示：
图 8 各转速下的摆线泵出口流量
图 8 中，摆线泵的转速越低，它的出口 流量越平稳。转速越高，它的出口流量波动 越大。主要原因是高转速下摆线泵入口的气 穴作用较强，当齿腔旋转到排油侧时，齿腔 刚刚打开出现了较大的返流。
图 9 实测与计算的摆线泵出口流量
图 10 摆线泵的入口油压
表 3 实测与计算的摆线泵入口油压误差
图 3 油温对燃油绝对黏度的影响
图 3 中，油温大于 0℃时，燃油的绝对 黏度变化不大，当油温小于 0℃时，燃油黏 度会急剧升高。
图 6 齿腔的入口、出口截面及可变容积
图 6 中齿腔容积由小变大时，它处于吸 油阶段。齿腔容积由大变小时，它处于排油 阶段。齿腔容积最大时，它的入口、出口截 面均关闭，此时齿腔发生困油。困油时齿腔 内的容积变化较小，而且它与泄油槽相通， 因此齿腔内油压不会急剧升高。
转速
测量油压 计算油压 误差
（r/min） （MPa） （MPa） （%）
100
-0.005
-0.005
4.00
300
-0.027
-0.026
5.19
600
-0.050
-0.052
4.60
800
-0.056
-0.054
4.29
1150
-0.056
-0.054
3.04
图 10 和表 3 中，泵的转速较低时，入 口气穴作用不显著，因此入口的油压较高。 转速较高时，入口气穴作用较强，泵的入口 油压较低。当转速大于 800r/min 时，泵的入 口油压达到了饱和蒸汽压，油压值不再降低。
Abstract: To calculate absorb oil capability, outlet flow rate and oil pressure, established simulation model of
cycloid gear pump by AMESim software, then measure inlet pressure and outlet flow rate by experiment. Calculate
the inlet pressure and oil temperature influence of pump displacement based on the calibration model of gear pump.
The result of simulation indicate that the greater influence of inlet pressure to the oil pump displacement at the higher
图 14 输油泵入口压力对排量的影响
从图 14 得知，入口压力由 0bar 降低到 -0.7bar 时，高转速下输油泵出口流量降低的 幅度逐渐增大。低转速下入口压力对出口流 量影响不大。 3.4、油温对输油泵排量的影响
设定燃油温度为-20℃~80℃，计算油温 对输油泵排量的影响，如图 15 所示：
图 12 齿腔油压与泵的出口油压
引言
内转子长半径
24mm
摆线式输油泵是共轨系统低压油路的
外转子齿顶圆直径 55mm
重要组成部分。为了研究某款摆线泵的出口 油压、流量波动特性，以及预测摆线泵在工 况下的排量，采用 AMESim 软件建立摆线 泵的仿真模型，以计算出它的出口流量、压 力曲线[1~6]。
本文研究对象为某款柴油机摆线泵，其 主要作用是为高压油泵供油，几何结构如图 1 所示：
÷÷øö （2）
其中，φ1、φ2 分别为内、外转子旋转
角速度；ω1 为外转子角速度（rad/s）；R 为
外转子齿形圆半径；B 为齿宽（mm）；a 为
名称 齿数 齿宽 内转子短半径
参数 7mm 16mm 17mm
内转子短幅外摆线创成圆半径（mm）；θ1i、 rim1、rim2、θim1、θim2 分别为吸油腔（或排油 腔）不同齿腔对应的对应的角变量参数、轮 廓轨迹参数、啮合夹角参数；
1 摆线泵的流量公式
单个齿腔的体积变化率[7]：
dVi = B ´ d (S1 - S2 ) = 0.5RB(a cosq - R) dq
df1
df1
df1
-
0.5RB(a
cos
q1
-
R)
dq1 df1
+
0.5aBççèæ
d
(rm1
sin
q
m1 df1
rm 2
sin
q
m
2
)
÷÷øö
瞬时流量：
（1）
图 1 某款摆线泵的几何结构 表 1 摆线泵参数
1150
8.26
8.23
0.36
从图 9 和表 2 得知，随着转速升高，摆 线泵的出口流量一直增大。当转速大于 600r/min 时，出口流量增大的幅度逐渐减小。 当转速大于 1000r/min 时，摆线泵的出口流 量基本保持不变。
低转速下，摆线泵入口的气穴作用不显 著，出口流量与转速呈线性关系。高转速下， 摆线泵入口的气穴作用增强，从而使入口的 供油不足，导致出口流量不再随转速升高而 增大。