ШЕСТЕРЕННАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК F04C2/04 

Изобретение относится к гидравлическим машинам, а конкретно к объемным шестеренным машинам внешнего зацепления, и может быть широко использовано в системах гидроприводов автомобилей, самолетов и других устройствах с силовыми гидроприводами.

В технике известны принципиальные конструкции шестеренных гидромашин, которые содержат корпус с каналами подвода и отвода жидкости, в цилиндрических полостях которого размещены шестерни внешнего зацепления, установленные своими цапфами в опорах (например, книга Т. М. Башта "Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем", М. "Машиностроение", 1974 г. с. 311-314.) Эти машины просты по конструкции и отличаются надежностью.

Главный недостаток шестеренных гидравлических машин, ограничивающий их широкое практическое использование, заключается в защемлении рабочей жидкости в межзубовых впадинах их рабочих шестерен. Указанный эффект приводит к пульсациям давления жидкости, ее нагреву, кавитации, увеличению крутящего момента и нагрузок на элементы конструкции машины, что в конечном итоге приводит к снижению коэффициента полезного действия машины, ограничению ее мощности и ухудшению других технических характеристик.

В технике известны принципиальные схемы конструкций шестеренных гидромашин, ослабляющие эффект защемления рабочей жидкости. Так, например, в книге Т. М. Башта "Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем", М. "Машиностроение", 1974 г. с. 325-331 приводится описание некоторых из известных методов ослабления явления кавитации в шестеренных гидромашинах, основанные на использовании в них специальноорганизованных различных видов каналов, разгружающих защемляемые объемы жидкости от чрезмерных давлений.

Известны также другие многочисленные решения, направленные на улучшение параметров шестеренных гидравлических машин. См. например, авт. св. N 1642071, кл. F 04 C 2/04, 1991 г. авт. св. N 1645625, кл.F 04 C 2/04, 1991 г. авт. св. N 1714164, кл. F 01 C 1/14, F 04 C 2/00, 1992 г. свид. РФ на полезную модель N 00019, кл.F 04 C 2/04, 1994 г. авт. св. N 1717865, кл. F 04 C 2/04, 1992 г. заявку ФРГ N 4012929, кл. F 04 C 2/14, 1991 г. и др.

Анализ исследованных патентных материалов показал, что известные решения не устраняют в полной мере указанные недостатки, существенно усложняют конструкцию машин и технологию их изготовления. Применение известных методов разгрузки запертых объемов жидкости не привело на практике к созданию шестеренных гидромашин (насосов и моторов) большой мощности с высокими техническими характеристиками.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является простейшая конструкция шестеренной гидромашины, описанная в книге Т. М. Башта "Объемные насосы и гидpавлические двигатели гидросистем", М. "Машиностроение", 1974 г. с. 311-312, рис. 115. Эта машина содержит корпус с каналами подвода и отвода жидкости, в цилиндрических полостях которого размещены шестерни внешнего зацепления, установленные своими цапфами в опорах.

Устройство-прототип обладает всеми указанными недостатками, обусловленными эффектом защемления рабочей жидкости.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании простой шестеренной гидромашины с повышенными коэффициентом полезного действия и мощностью.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в шестеренной гидромашине, содержащей корпус каналами подвода и отвода жидкости, в цилиндрических полостях которого размещены шестерни внешнего зацепления, установленные своими цапфами в опорах, у каждого зуба каждой шестерни на части длины кромок, образованных их рабочими и торцовыми поверхностями, выполнены фаски с увеличивающейся в сторону вершины зуба шириной, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен.

Кроме этого на рабочих поверхностях зубьев могут быть выполнены углубления с увеличивающимся в сторону вершины зуба поперечным сечением, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 общий вид шестеренной гидромашины;
на фиг. 2 конструкция зуба шестерни с фасками;
на фиг. 3 конструкция зуба шестерни с дополнительными углублениями;
на фиг. 4 работа гидромашины на различных фазах.

Предлагаемая гидромашина содержит корпус 1 с каналами 2 и 3, один из которых является каналом подвода, а другой каналом отвода рабочей жидкости, шестерни 4 и 5 внешнего зацепления, размещенные в цилиндрических полостях 6 и 7 корпуса 1 и установленные своими цапфами 8, 9, 10 и 11 в опорах 12, 13, 14 и 15 корпуса 1 и крышки 16 (фиг. 1).

Каждый зуб 17 шестерни 4 на части длины кромок, образованных рабочими поверхностями 18, 19 и торцовыми поверхностями 20, 21, имеет идентичные фаски 22, ширина которых плавно увеличивается с нуля в точках контакта зубьев (точки а, а' и b на фиг. 2, 3 и точки а₂ и b₂ на фиг. 4, а), соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси О₁ и О₂ вращения шестерен 4 и 5, до своего максимального значения, определяемого размерами зубьев, их формой, мощностью гидромашины и другими требованиями к ней (фиг. 4, а). Конструкция зубьев 23 шестерни 5 аналогична конструкции зубьев шестерни 4. Зубьев обеих шестерен 4 и 5 имеют эвольвентный профиль. Число зубьев в шестернях 4 и 5 предлагаемой гидромашины выбирается как и в обычных гидромашинах. Фаски 22 могут быть просто выполнены с использованием стандартного оборудования, применяемого при изготовлении шестерен.

В случае передачи больших мощностей и необходимости соответствующего увеличения проходного сечения фасок, обеспечивающих беспрепятственное вытеснение жидкости из запираемых полостей, на рабочих поверхностях 18, 19 зубьев шестерен 4 и 5 дополнительно к имеющимся угловым фаскам 22, независимо от последних на длине зуба могут быть выполнены дополнительные углубления 24, по профилю совпадающие с профилем угловых фасок 22 (фиг. 3). Эти углубления имеют сечение, которое плавно увеличивается, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси О₁ и О₂ вращения шестерен 4 и 5.

Предлагаемая шестеренная гидромашина может быть использована как в качестве насоса, так и качестве мотора.

Рассмотрим работу предлагаемой гидромашины в качестве насоса.

При вращении ведущей шестерни, например, шестерни 4, в направлении, указанном на фиг. 1, вторая шестерня 5 начинаетвращаться в противоположном направлении. Рабочая жидкость из камеры всасывания, сообщающейся с каналом 2 подвода жидкости, переносится в камеру нагнетания, сообщающуюся с каналом 3 отвода жидкости, осуществляя ее перекачку.

Рассмотрим более подробно работу шестерен 4 и 5 на отдельных фазах вращения (фиг. 4). На фиг. 4 обозначены: 17₁, 23₂, 17₃, 23₄ порядковые номера зубьев, участвующих в зацеплении; α - соответственно полюс и угол зацепления шестерен; a₁, a₂, b₁, b₂, c₁, c₂, точки, соответствующие началам фасок на зубьях шестерен; R_w1 и R_w2 радиусы начальных окружностей шестерен, преимущественно равные один другому.

Фаза 1. Полюс зацепления П (фиг. 4, а) располагается на оси зуба 23₂ ведомой шестерни 5. При этом ось зуба 23₂ совпадает с линией О₁O₂, соединяющей центры шестерен 4 и 5, точки контакта зубьев 17₁-23₂ и 23₂-17₃ совпадают с точками а₂ и b₂ начала фасок зубьев. К моменту подхода зубьев к фазе 1 давление в межзубовой полости F равно давлению Р_вх на входе в гидромашину
давление в полостях А и В. Давление в полостях Д и Е равно давлению Р_вых.

Фаза 2. (фиг. 4, б). Точка а₂ размещается ниже точки К₁₂ контакта зубьев 17₁ и 23₂, при этом фаски этой рабочей поверхности зуба обеспечивают связь полости F с полостями Д и Е, давление в которых равно давлению на выходе машины, а размещение точки b₂ выше точки контакта зубьев 23₂ и 17₃ (совпадает с полюсом зацепления П) отсекает полость F от полостей В и А, нагруженных давлением Р_вх на входе в гидромашину.

Фаза 3. Полюс зацепления П (фиг. 4, в) располагается на оси зуба 17₃, точки контакта зубьев 23₂-17₃ и 17₃-23₄ совпадают с точками в₁ и c₁ начала фасок на кромках зуба 17₃. В полости В давление в момента подхода к фазе 3 равнодавлению Р_вх. При дальнейшем повороте зуба в полости В устанавливается давление Р_вых. Реверс насоса осуществляется сменой направления вращения шестерен 4 и 5.

Углубления 24 дополнительно усиливают эффект разгрузки запираемых межзубовых полостей.

В случае использования предлагаемой гидромашины в качестве мотора в один из каналов 2 или 3 подается под давлением рабочая жидкость, которая приводит во вращение шестерни 4 и 5. При этом разгрузка запираемых межзубовых полостей происходит также, как и в случае использования предлагаемой гидромашины в качестве насоса.

Таким образом, в результате использования предлагаемого изобретения достигается технический эффект, заключающийся в обеспечении разгрузки запираемых межзубовых полостей при работе гидромашины без усложнения ее конструкции и сохранении стандартного профиля зубьев и параметров зацепления. Это, в свою очередь, уменьшает сопротивление вращению шестерен, устраняет кавитацию в запираемых полостях, не требует отвода жидкости из запираемых полостей, и, следовательно, не влечет ее объемных потерь, снимает ограничения на передаваемые мощности.

Перечисленное в совокупности обеспечивает при простейшем способе разгрузки запираемых межзубовых полостей и высокой технологичности процесса изготовления фасок повышение коэффициента полезного действия гидромашины и ее надежности, возможность расширения ряда передаваемых гидромашиной мощностей и широкого использования в различных областях техники, в частности, гидравлических трансмиссий.

Использование: в системах гидроприводов автомобилей, самолетов и других устройствах с силовыми приводами. Сущность изобретения: у каждого зуба каждой шестерни на части длины кромок, образованных их рабочими и торцовыми поверхностями, выполнены фаски. Ширина фасок выполнена увеличивающейся в сторону вершины зуба, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен. Кроме того, на рабочих поверхностях зубьев могут быть выполнены углубления с увеличивающимся в сторону вершины зуба поперечным сечением, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шестеренная гидравлическая машина, содержащая корпус с каналами подвода и отвода жидкости, в цилиндрических полостях которого размещены шестерни внешнего зацепления, установленные своими цапфами в опорах корпуса, отличающаяся тем, что у каждого зуба каждой шестерни на части длины кромок, образованных их рабочими и торцевыми поверхностями, выполнены фаски с увеличивающейся в сторону вершины зуба шириной, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что на рабочих поверхностях зубьев выполнены углубления с увеличивающимся в сторону вершины зуба поперечным сечением, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен.