0 引言
旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)是一種容積式流量計(jì)，其計(jì)量室的進(jìn)出口腔的隔封問(wèn)題是關(guān)系到能否保證計(jì)量的準(zhǔn)確、穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。該密封是由旋轉(zhuǎn)活塞與內(nèi)外圓筒及隔板的接觸形成，而與隔板接觸的、供活塞擺移的頂面缺口廓形設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，工作時(shí)，該廓形既要保證活塞按正確軌跡運(yùn)動(dòng)不受干涉，又要保證缺口輪廓與隔板保持接觸，使進(jìn)出腔隔絕，形成可靠的密封。關(guān)于廓形設(shè)計(jì)，目前未見(jiàn)有資料報(bào)道。
本文就缺口廓形的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，推導(dǎo)出設(shè)計(jì)廓形所需的方程，為加工提供了條件。
1 旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)計(jì)量室的結(jié)構(gòu)及其工作原理
如圖1所示，頂面開(kāi)有運(yùn)動(dòng)時(shí)能容納隔板位置缺口的活塞7位于外圓筒1的內(nèi)壁及內(nèi)圓筒6的外壁構(gòu)成的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，活塞的內(nèi)外壁分別與內(nèi)外圓筒的外、內(nèi)壁接觸，使活塞中心o'對(duì)于內(nèi)外圓筒中心o有一偏距e，不難看出，旋轉(zhuǎn)活塞的外內(nèi)半徑r1，r2，與外內(nèi)圓筒的內(nèi)外半徑R，r3有下列關(guān)系：
活塞壁厚 δ= r1 - r2
偏距 e = R - r1
活塞外半徑 r1 =（R + r3 + δ）/2
內(nèi)外圓筒間有沿徑向隔板將環(huán)形區(qū)隔斷。
環(huán)形區(qū)的徑向尺寸 l=R-r3
隔板在R以?xún)?nèi)長(zhǎng)度l1略大于l
隔板厚度為 b
隔板到o點(diǎn)距離 l2= R - l1
這樣，環(huán)形區(qū)被活塞壁和隔板劃成兩個(gè)月牙形內(nèi)外腔計(jì)量室，在入口液體壓力作用下，活塞中心o'繞o沿箭頭做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，活塞其余部分在環(huán)形區(qū)內(nèi)擺移，其內(nèi)外圓柱面依次和內(nèi)外圓筒接觸，計(jì)量腔不斷作圓周移動(dòng)，輸送流體?；钊行膐'繞o旋轉(zhuǎn)一周，內(nèi)外計(jì)量腔同時(shí)旋轉(zhuǎn)一周，各輸送排出一次液體。月牙形內(nèi)外計(jì)量腔的容積和即為活塞中心旋轉(zhuǎn)一周輸送排出的液體體積流量，它是一個(gè)可計(jì)量的常量為：
V1 = {π[（R2 - r32）-（r12 - r22）] - b（R - r3）}×h
其中，h―計(jì)量室的高度
根據(jù)活塞的轉(zhuǎn)數(shù)n就能測(cè)出n轉(zhuǎn)數(shù)下所流過(guò)的液體量：
Vn = nV1
2 流量計(jì)計(jì)量室的密封問(wèn)題分析
2.1 密封原理
由上述對(duì)流量計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理分析可知，活塞工作時(shí)，活塞外圓面、外圓筒內(nèi)圓面及其相互接觸，隔板和圓筒上下面構(gòu)成外計(jì)量室；而活塞內(nèi)圓面、內(nèi)圓筒外圓面及其相互接觸，隔板和圓筒上下面組成內(nèi)計(jì)量室?；钊\(yùn)動(dòng)時(shí)要求其頂面與隔板接觸處開(kāi)有缺口，以保證運(yùn)動(dòng)不受干涉，更重要的是該缺口廓形還要保證始終與隔板的近中心的k處接觸，以保證內(nèi)計(jì)量室的密封；否則，以壓力從入口輸入的液體將不通過(guò)計(jì)量腔的輸送，而直接經(jīng)缺口竄入出口流出，輕則導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)，重則導(dǎo)致流量計(jì)不能工作。
2.2 活塞頂面缺口廊形議程的分析和設(shè)計(jì)計(jì)算
1）如圖2所示旋轉(zhuǎn)活塞工作時(shí)其中心o'繞o逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)oo'連線與初始位置夾角為α，以α為參數(shù)，推導(dǎo)頂面缺口廓形的極坐標(biāo)參數(shù)方程。為設(shè)計(jì)、加工方便，將極坐標(biāo)系固結(jié)在活塞頂面上。設(shè)坐標(biāo)系原點(diǎn)為o'，極軸的初始位置為缺口廓形的對(duì)稱(chēng)線o'B，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)橄辔唤钦颚?/p>
當(dāng)Ob≤α≤180b時(shí)缺口的右半廓形方程經(jīng)過(guò)推導(dǎo)為：
（1）
其中е、b、l2、r1如前所述，均為已知。
2）當(dāng)180b≤α≤360b時(shí)
困對(duì)稱(chēng)關(guān)系，將-α，-φ代替（1）式中的α，φ即可得到180b≤α≤360b時(shí)的極坐標(biāo)方程：
（2）
2.3 實(shí)例計(jì)算
原始數(shù)據(jù)：R=27mm，r1=23mm，r2=21mm，r3=17mm，l1=11mm，b=2mm
經(jīng)計(jì)算e=R-r1=4mm，l3=16mm
參數(shù)α從小到大順序取值到τ和φ的對(duì)應(yīng)值見(jiàn)表1。
表1
α（°）0（360）306090120150180210240270300330r（mm）12.04212.8014.6816.76318.54419.69220.02519.6918.54416.76314.6812.89φ（°）4.768.479.027.3445.2543.7752.866-3.775-5.524-7.344-9.02-8.47x（mm）1212.7011.816.32610.46610.612210.6110.16616.42524.612.56y（mm）11.92.32.141.6981.291-1.29-1.698-2.14-2.3-1.9
3 廓形的加工
將（1）、（2）式轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)方程，如圖3轉(zhuǎn)換式如下：
（3）
（3）式仍然是α的參數(shù)方程，直接獲得y和x的函數(shù)關(guān)系y=f（x）比較困難，可根據(jù)給出的α值獲得x，y的相應(yīng)值（見(jiàn)上表），將其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)，利用牛頓等差插值或樣條插值建立分段的y=f（x）的方程[2]；以該方程為基礎(chǔ)，可編制程序，方便地在NCN線切割機(jī)上完成加工。
4 提高密封可靠性的其他措施
1）液體在活塞頂面缺口處的泄漏主要發(fā)生在內(nèi)計(jì)量室，盡量縮短內(nèi)計(jì)量腔與入口的相通時(shí)間，以便減少壓力作用的時(shí)間過(guò)程，設(shè)計(jì)入口形狀和位置時(shí)，盡可能使入口接近外圓筒的內(nèi)圓柱面。
2）同理，液體出口的形狀位置的布置應(yīng)盡早與計(jì)量腔相通。
5 結(jié)語(yǔ)
1.旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)計(jì)量室的動(dòng)密封除了要認(rèn)真考慮圓筒半徑，活塞半徑偏心距的尺寸關(guān)系，使活塞的內(nèi)外柱面分別與內(nèi)、外圓筒圓柱面接觸相切外，還應(yīng)認(rèn)真考慮活塞頂面缺口與隔板的接觸密封即缺口的廓形設(shè)計(jì)。
2.活塞頂面缺口廓形設(shè)計(jì)既要滿足自己的正常運(yùn)動(dòng)不受干涉，更要考慮該處的動(dòng)密封同題，因此，缺口形狀不是隨意的，而是精心設(shè)計(jì)的見(jiàn)圖3。
3.活塞頂面缺口廓形可按（1）、（2）公式設(shè)計(jì)計(jì)算。
4.廓形可通過(guò)（1）、（2）、（3）參數(shù)方程獲得節(jié)點(diǎn)擬合插值方程。在數(shù)控線切割機(jī)上完成加工。
5.本流量計(jì)為有市場(chǎng)需求的，供司駕人員用于燃油流量檢測(cè)驗(yàn)證的便攜裝置。
參考文獻(xiàn)
[1] 蕭漢卿.容積式流量計(jì)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1997.11-13.
[2] 張玉實(shí).數(shù)控機(jī)床[M]上海：上海科技出版社，1981.17.
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