葉片泵滑塊磨損問題優化研究

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，動力總成設計處，遼寧 沈陽 110141）

前言

機油泵是發動機潤滑系統的心臟，機油泵從油底殼吸取機油，向整臺發動機各個摩擦部件持續提供壓力潤滑油。如果機油泵的供油量不足，將會導致發動機缺乏足夠的潤滑壓力，造成發動機嚴重磨損。但如果一直保持非常高的供油量，勢必會增加發動機的內部損耗，造成不必要的浪費。所以，需要機油泵最好能夠按發動機的需求提供供油量，故隨著科技的發展衍生出按發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品即為葉片泵，優點為成本低，結構相對簡單，能夠按照發動機的實際工作需求，保證發動機可靠的運行。

1 葉片泵核心部件結構方案介紹

我們所設計的葉片泵核心部件如下圖：該款葉片泵由滑塊1、定位環2，內轉子3，葉片5組成的緊密系統，可變泵內轉子直接安裝在曲軸上，通過曲軸的旋轉直接驅動內轉子，為機油泵提供動力，滑塊以旋轉銷孔4為中心進行變量擺動，由7個葉片構成，旋轉進行吸油排油工作。

1-滑塊、2-定位環×2（前后各一個）、3-內轉子、4-滑塊旋轉銷孔、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，發動機進行耐久試驗時，葉片泵滑塊出現嚴重磨損，葉片材料是工具鋼材質，而滑塊材料是粉末冶金材質，葉片硬度約是滑塊硬度3倍，一旦出現問題，滑塊必先損壞，滑塊磨損后，葉片不受系統控制，將內轉子掰斷，機油泵功能性失效，導致發動機拉缸報廢。

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2周的受力曲線

葉片旋轉由吸油區到封閉區，到排油區，到封閉區，再到吸油區如此循環，橫坐標為時間，每個葉片經過4個截面突然變化的位置，均會出現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，易導致該位置產生磨損。

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

小滑塊質量0.0017kg，半徑33mm，角速度460.8rad/s，根據基本物理公式，離心力F=m*r*ω2，計算得出F=11.9N，與分析結果吻合。

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

同樣每個葉片經過4個截面突然變化的位置，均會出現一個的力值的波動，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，故該位置也不是導致滑塊磨損的主要位置狀態，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

小滑塊質量0.0017kg，半徑33mm，角速度460.8rad/s，根據基本物理公式，離心力F=m*r*ω2，計算得出F=11.9N，與分析結果吻合。

圖7

3.3 單個葉片的最大、最小偏心距狀態受力對比圖

從下圖對比結果上看，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，力的峰值就會存在較大的突變，易造成滑塊的磨損。

圖8

4 優化方案

4.1 滑塊結構優化

吸油區域、排油區域處厚度增加1.1mm，考慮到該位置需要雙面進油，權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，同時在進油區域，滑塊增加雙向倒角，有利于吸油腔雙面進油。

圖9

4.2 內轉子結構優化

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

圖10

5 結論

通過對以上方案的優化，發動機進行兩輪 400h耐久試驗，未出現滑塊磨損問題，該優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