[發(fā)明專利]一種圓弧螺旋齒輪泵半接觸式端面間隙補(bǔ)償裝置及方法

有效

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• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114033671B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮永保;魏曉玲;李良;何禎鑫;李淑智;韓小霞;劉珂
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學(xué)
• 主分類號: F04C2/16
• 分類號: F04C2/16;F04C15/00;F04C14/28;F16N13/20
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1.一種圓弧螺旋齒輪泵半接觸式端面間隙補(bǔ)償裝置，其特征在于：所述圓弧螺旋齒輪泵在其后泵蓋主動(dòng)齒輪軸和從動(dòng)齒輪軸對應(yīng)處分別開有T型槽，圓弧螺旋齒輪泵在其后泵蓋主動(dòng)浮動(dòng)軸套和從動(dòng)浮動(dòng)軸套對應(yīng)處分別開有貫通螺紋孔，所述補(bǔ)償裝置由主動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(1)、從動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(2)、數(shù)據(jù)采集模塊(3)、控制計(jì)算機(jī)(4)、主動(dòng)位移傳感器模塊(5)和從動(dòng)位移傳感器模塊(6)組成；

所述補(bǔ)償裝置的主動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(1)和從動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(2)分別放置于圓弧螺旋齒輪泵后泵蓋主動(dòng)齒輪軸和從動(dòng)齒輪軸相應(yīng)T型槽內(nèi)，分別與后泵蓋主動(dòng)齒輪軸和從動(dòng)齒輪軸相應(yīng)T型槽前端的凹形槽通過高壓密封圈密封；

所述主動(dòng)位移傳感器模塊(5)和從動(dòng)位移傳感器模塊(6)一端通過螺紋分別固定于圓弧螺旋齒輪泵后泵蓋主動(dòng)浮動(dòng)軸套和從動(dòng)浮動(dòng)軸套對應(yīng)貫通螺紋孔內(nèi)，另一端通過堵塞(11)密封；

所述數(shù)據(jù)采集模塊(3)一端通過數(shù)據(jù)線分別與主動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(1)、從動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(2)、主動(dòng)位移傳感器模塊(5)和從動(dòng)位移傳感器模塊(6)相連，另一端通過數(shù)據(jù)線與控制計(jì)算機(jī)(4)相連；

所述主動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(1)由第一比例電磁鐵塊(7)和大柱塞(8)組成；所述第一比例電磁鐵塊(7)的推桿表面開有凹槽，凹槽內(nèi)存儲(chǔ)有液壓油與圓弧螺旋齒輪泵主動(dòng)齒輪軸端面接觸，第一比例電磁鐵塊(7)的推桿與第一比例電磁鐵塊(7)外殼通過密封圈密封，防止油液進(jìn)入第一比例電磁鐵塊(7)內(nèi)部；所述第一比例電磁鐵塊(7)內(nèi)的銜鐵開有貫通孔，防止銜鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生空氣壓縮，所述第一比例電磁鐵塊(7)的螺釘內(nèi)部開有貫通孔，所述第一比例電磁鐵塊(7)內(nèi)的螺釘側(cè)端開有孔與螺釘內(nèi)部貫通孔相通，用于排出銜鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的空氣壓力；所述主動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(1)T型槽的后端開有孔與圓弧螺旋齒輪泵后泵蓋油槽的管路相接；所述從動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(2)由第二比例電磁鐵塊(9)和小柱塞(10)組成；所述從動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(2)中第二比例電磁鐵塊(9)的結(jié)構(gòu)作用與主動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(1)中第一比例電磁鐵塊(7)相同。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓弧螺旋齒輪泵半接觸式端面間隙補(bǔ)償裝置，其特征在于：所述主動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(1)中大柱塞(8)直徑與T型槽后端直徑之間的差值≤0.5mm，通過高壓密封圈與T型槽后端兩側(cè)的凹形槽密封；所述從動(dòng)齒輪補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(2)中小柱塞(10)直徑與T型槽后端直徑之間的差值≤0.5mm，通過高壓密封圈與T型槽后端兩側(cè)的凹形槽密封。

3.一種利用權(quán)利要求1所述的一種圓弧螺旋齒輪泵半接觸式端面間隙補(bǔ)償裝置的方法，其特征在于：首先將圓弧螺旋齒輪泵的主動(dòng)位移傳感器模塊(5)和從動(dòng)位移傳感器模塊(6)測量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集模塊(3)；將主動(dòng)位移傳感器模塊(5)和從動(dòng)位移傳感器模塊(6)分別與最佳軸向距離區(qū)間[0,a₀]作比較，分別調(diào)節(jié)主動(dòng)浮動(dòng)軸套和從動(dòng)浮動(dòng)軸套與后泵蓋內(nèi)端面的軸向距離，使其保持在最佳軸向距離區(qū)間[0,a₀]內(nèi)，實(shí)現(xiàn)圓弧螺旋齒輪泵的零泄漏；具體步驟如下：

步驟1：數(shù)據(jù)采集

實(shí)時(shí)采集主動(dòng)位移傳感器和從動(dòng)位移傳感器動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，測量其主動(dòng)浮動(dòng)軸套和從動(dòng)浮動(dòng)軸套分別與后泵蓋內(nèi)端面的軸向距離即流體間隙，設(shè)主動(dòng)位移傳感器模塊(5)采集流體間隙為h₁，從動(dòng)位移傳感器模塊(6)采集流體間隙為h₂；

步驟2：判斷h₁和h₂是否在最佳軸向距離區(qū)間

步驟2.1若h₁和h₂在[0,a₀]內(nèi)，其中a₀為軸向距離，表明圓弧螺旋齒輪泵主動(dòng)浮動(dòng)軸套和從動(dòng)浮動(dòng)軸套與其后泵蓋端面間隙保持在最佳軸向距離區(qū)間內(nèi)，浮動(dòng)軸套沒有磨損，此時(shí)流體間隙無需補(bǔ)償，該泵的軸向泄漏為“零泄漏”，程序結(jié)束；

步驟2.2若h₁和h₂不在[0,a₀]內(nèi)，計(jì)算間隙差值△h₁和△h₂：

Δh₁＝h₁-a₀??????????????????????????(1)

Δh₂＝h₂-a₀??????????????????????????(2)

計(jì)算軸向力差值ΔF₁：

式中m₁和m₂分別為主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的質(zhì)量；d為求導(dǎo)符號，t為時(shí)間；

進(jìn)一步計(jì)算電磁力F_d1和F_d2：

F_d1＝F_x1-ΔF₁?????????????????????????(5)

F_d2＝F_x2-ΔF₂????????????????????????(6)

其中F_x1和F_x2為高壓油對主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪施加的正向軸向力，其計(jì)算公式為：

式中，p為圓弧螺旋齒輪泵出口壓力，B為齒輪齒寬，m_t為模數(shù)，Z為齒輪齒數(shù)，R_e為齒輪齒頂圓半徑，R為端面分度圓半徑，R_b為基圓半徑，α為壓力角，β為螺旋角；

步驟3：流體間隙補(bǔ)償

根據(jù)電磁力F_d1和F_d2，計(jì)算比例電磁鐵需要輸入的補(bǔ)償電流值I₁和I₂為

其中：K_f為漏磁系數(shù)，δ為氣隙長度，μ為真空磁導(dǎo)率,s為磁路截面積，N為線圈匝數(shù)；

通過補(bǔ)償電流值I₁和I₂分別控制第一比例電磁鐵塊(7)和第二比例電磁鐵塊(9)內(nèi)部的銜鐵水平運(yùn)動(dòng)推動(dòng)推桿，第一比例電磁鐵塊(7)和第二比例電磁鐵塊(9)內(nèi)部的推桿進(jìn)而分別推動(dòng)主動(dòng)齒輪軸和從動(dòng)齒輪軸水平運(yùn)動(dòng)，從而分別推動(dòng)主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪與主動(dòng)浮動(dòng)軸套和從動(dòng)浮動(dòng)軸套分離，使之產(chǎn)生軸向補(bǔ)償位移；

步驟4：合格性判斷

再次實(shí)時(shí)采集主動(dòng)位移傳感器模塊(5)和從動(dòng)位移傳感器模塊(6)補(bǔ)償后的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)補(bǔ)償后主動(dòng)位移傳感器采集流體間隙為h₁′，從動(dòng)位移傳感器采集流體間隙為h₂′，判斷h₁′和h₂′是否在最佳軸向距離區(qū)間[0,a₀]內(nèi)，若h₁′和h₂′在最佳軸向距離區(qū)間[0,a₀]內(nèi)，表明在該種工作狀態(tài)下，此時(shí)流體間隙無需補(bǔ)償，該泵的軸向泄漏為“零泄漏”，程序結(jié)束。