ШЕСТЕРЕННАЯ ГИДРОМАШИНА Российский патент 1994 года по МПК F04C2/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шестеренных гидромашинах высокого давления, работающих на жидкостях с низкими смазывающими свойствами, например на керосине.

Известна шестеренная гидромашина, содержащая корпус, в цилиндрических расточках которого установлены шестерни внешнего зацепления, сопряженные с боковыми поверхностями шестерен компенсаторы торцовых зазоров, снабженные элементом для смазки контактирующих боковых поверхностей - концентричной оси канавкой на боковой поверхности, выполненной на уровне середины высоты зубьев шестерни в секторе угла от полости всасывания до середины рабочего хода зубьев.

Недостаток известной гидромашины состоит в том, что контактирующие боковые поверхности шестерен и компенсаторов недостаточно смазываются на кольцевых участках между радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта в зоне всасывания, так как на этом участке отсутствует перепад давлений рабочей жидкости и, следовательно, перетекание ее между боковыми поверхностями шестерни и компенсатора.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной гидромашине является известная гидромашина, содержащая корпус, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, сопряженные с боковыми поверхностями шестерен компенсаторы торцовых зазоров и устройство для смазки сопряженных боковых поверхностей, выполненное в виде эксцентричных оси глухих кольцевых полостей на боковых поверхностях шестерен, расположенных на кольцевом участке между радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта, а также глухих отверстий, выполненных на рабочих поверхностях компенсаторов и сопряженных одновременно с кольцевым участком и с межзубовыми впадинами шестерен. При этом глухие отверстия размещены в зоне высокого давления с возможностью периодического соединения с глухими полостями шестерен.

Известная гидромашина недостаточно долговечна и надежна, так как при периодическом подведении в глухую кольцевую полость давления нагнетания возникает пульсирующая с частотой вращения шестерен сила прижима компенсаторов к шестерням, что ведет к ускоренному износу трущихся боковых поверхностей.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности шестеренной гидромашины.

Для достижения указанной цели в шестеренной гидромашине, содержащей корпус, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, сопряженные с боковыми поверхностями шестерен компенсаторы торцовых зазоров и устройство для смазки сопряженных поверхностей, выполненное в виде глухих полостей на боковых поверхностях шестерен, расположенных на кольцевом участке, ограниченном радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта, и глухих отверстий, выполненных на рабочих поверхностях компенсаторов и сопряженных одновременно с кольцевым участком и с межзубовыми впадинами шестерен, при этом глухие отверстия размещены в зоне высокого давления с возможностью периодического соединения с глухими полостями шестерен, согласно изобретения глухие полости на торцах шестерен выполнены с угловой протяженностью, меньшей чем угловое расстояние между глухим отверстием и ближайшей границей зоны всасывания.

Такая конструкция устройства обеспечивает смазку кольцевого участка сопряженных боковых поверхностей шестерен и компенсаторов торцовых зазором между радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта в зоне всасывания рабочей жидкостью, доставляемой из зоны нагнетания в глухих полостях вращающихся шестерен.

На фиг. 1 представлена предлагаемая шестеренная гидромашина; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 1.

Гидромашина содержит корпус 1, в котором установлены шестерни 2 и 3, сопряженные с боковыми поверхностями компенсаторов 4-7 торцовых зазоров, являющихся одновременно радиальными подшипниками скольжения.

Контакт по боковым поверхностям шестерен и компенсаторов обеспечен прижимным устройством, включающим поршни 8 и пружины 9, создающие осевое усилие на компенсаторы. В шестернях 2 и 3 выполнены глухие полости 10, выходящие на боковые поверхности на кольцевом участке между границей контакта минимального радиуса R2 и дном межзубовых впадин радиусом R1. На рабочих боковых поверхностях компенсаторов 4-7 выполнено по одному глухому отверстию 11, сопряженному одновременно с кольцевым участком и межзубовыми впадинами шестерен и размещенному в зоне высокого давления с возможностью периодического соединения с глухими полостями шестерен, что позволяет через отверстия 11 сообщать поочередно каждую полость 10 с ближайшей межзубовой впадиной (см. фиг. 2 и 5). При этом глухие полости 10 на торцах шестерен выполнены с угловой протяженностью α , меньшей чем угловое расстояние β между глухими отверстиями 11 и ближайшей границей зоны всасывания, что исключает соединение полости нагнетания с разъемом шестерни и компенсатора в зоне всасывания.

Кольцевые полости 12 у границы контакта радиусом R1 через каналы 13 и полости 14 и 15 соединены с полостью 16 всасывания, а пружинные полости поршней 8 соединены с полостью нагнетания. Полости 10 выполнены глухими для возможности сжатия в них рабочей жидкости до давления нагнетания.

Гидромашина в качестве шестеренного насоса работает следующим образом.

При вращении шестерен 2 и 3 в указанном направлении рабочая жидкость в межзубовых впадинах переносится из полости 16 с давлением Р_всв полость 17 с давлением Р_нагн. Прижимное устройство поршнями 8 прижимает компенсаторы торцовых зазоров к боковым поверхностям вращающихся шестерен 2 и 3, что вызывает трение скольжения и износ трущихся торцов. Для уменьшения износа торцов осуществляется их смазка рабочей жидкостью следующим образом. Жидкость в каждой полости 10 при прохождении глухого отверстия 11, расположенного в зоне нагнетания, сжимается до давления Р_нагн. При дальнейшем повороте шестерни полость 10 сразу попадает в зону всасывания с низким окружающим давлением, где за счет сжимаемости жидкости часть ее из полости 10 вытекает между торцами шестерни и компенсатора, смазывая их. Давление жидкости в полости 10 при этом падает, но с перемещением ее в направлении зоны нагнетания давление в полости 10 растет, а при прохождении отверстия 11 достигает значения Р_нагн. и процесс повторяется.

Работа шестеренной гидромашины в качестве гидромотора в части обеспечения смазки контактирующих торцов шестерен и компенсаторов торцовых зазоров аналогична описанной работе насоса.

Объем полостей 10 рассчитывается из условия получения достаточного расхода жидкости на смазку. Пример расчета расхода жидкости на смазку приведен.

Таким образом, использование заявленной шестеренной гидромашины позволяет увеличить ее надежность и долговечность за счет уменьшения износа трущихся торцов шестерен и компенсаторов торцовых зазоров путем введения смазки рабочей жидкостью участка торцов в зоне всасывания между радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта.

Пример расчета расхода рабочей жидкости на смазку торцов шестерен и компенсаторов.

Исходные данные. Имеем шестеренный насос с двумя шестернями внешнего зацепления. Рабочая жидкость - керосин; Р_вс= 2 кгс/см²; Р_нагн. = 100 кгс/см²; Δ Р = 100-2 = =98 (кгс/см²); частота вращения шестерен n=240000 об/ч (4000 об/мин). На каждом рабочем торце шестерен имеется по пять одинаковых отверстий, т.е. число всех отверстий i = 20. Объем одного отверстия V = = 0,942 ˙ 10^-4 л (d=2 мм, l=30 мм).

Расчет. Для расчета используем формулу
ΔP= , где Δ V - уменьшение объема жидкости от V_о до V при увеличении давления на величину Δ Р;
Δ V - объем жидкости, вытекающей из одного отверстия после перемещения его из зоны нагнетания в зоне всасывания, т.е. за один оборот шестерни;
β - коэффициент относительного сжатия жидкости.

Для керосина β = 70 ˙ 10^-4 см²/кгс.

Из формулы имеет ΔV=ΔP˙V_o˙β
Так как V_o = V + Δ V, то
ΔV=ΔP(V+ΔV)˙β=ΔP˙V˙β++ΔP˙ΔV˙β
ΔV-ΔP˙ΔVβ=ΔP˙V˙β
ΔV(1-ΔP˙β)=ΔP˙V˙β,
откуда ΔV= .

Часовой расход через i отверстий при частоте вращения n составляет
Q= ..

Подставляя значение параметров, получаем
Q= ≃ 3,1 л/ч

Использование: в любой области машиностроения, где используются рабочие жидкости с низкими смазывающими свойствами, например керосин. Сущность изобретения: шестеренная гидромашина содержит корпус 1, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни 2 и 3 внешнего зацепления, сопряженные с боковыми поверхностями шестерен 2 и 3 компенсаторы 4 - 7 торцовых зазоров и устройство для смазки сопряженных поверхностей, выполненное в виде глухих полостей 10 на боковых поверхностях шестерен, расположенных на кольцевом участке, ограниченном радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта, и глухих отверстий 11, выполненных на рабочих поверхностях компенсаторов 4 - 7 и сопряженных одновременно с кольцевым участком и с межзубовыми впадинами шестерен 2 и 3, при этом отверстия 11 размещены в зоне высокого давления с возможностью периодического соединения с полостями 10 шестерен 2 и 3, а полости 10 выполнены с угловой протяженностью, меньшей чем угловое расстояние между отверстием 11 и ближайшей границей зоны всасывания. 6 ил.

ШЕСТЕРЕННАЯ ГИДРОМАШИНА, содержащая корпус, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, сопряженные с боковыми поверхностями шестерен, компенсаторы торцевых зазоров и устройство для смазки сопряженных поверхностей, выполненное в виде глухих полостей на боковых поверхностях шестерен, расположенных на кольцевом участке, ограниченном радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта, и глухих отверстий, выполненных на рабочих поверхностях компенсаторов и сопряженных одновременно с кольцевым участком и с межзубовыми впадинами шестерен, при этом глухие отверстия размещены в зоне высокого давления с возможностью периодического соединения с глухими полостями шестерен, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности, глухие полости на торцах шестерен выполнены с угловой протяженностью меньшей, чем угловое расстояние между глухим отверстием и ближайшей границей зоны всасывания.