ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС Российский патент 2004 года по МПК F04C2/10 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к насосам, в частности к насосам систем питания односекционных и многосекционных роторно-поршневых двигателей.

Известен шестеренный насос, содержащий корпус, пару шестерен, расположенных в корпусе с образованием полостей всасывания, нагнетания и кинематически связанных между собой, профили наружной поверхности зубьев, впадин зубьев и внутренней поверхности корпуса, сопряженные с зубьями шестерен, выполнены тороидальными (см. RU №2092711, М.кл. 6 F 02 M 59/12, F 04 C 2/02).

В известном шестеренном насосе шестерни имеют наружное зацепление зубьев. Радиусы окружностей, образующих профили наружной поверхности зубьев и внутренней поверхности корпуса, расположены в торцевой плоскости шестерен. Радиусы вращения окружностей, образующих тороидальные поверхности наружного профиля зубьев и внутренней поверхности корпуса, расположены на осях вращения шестерен.

Такое выполнение шестеренного насоса обуславливает следующие недостатки. Внешнее зацепление шестерен имеет низкий коэффициент перекрытия зацепления шестерен, что приводит к повышенным нагрузкам на зуб, снижая его прочность, что вызывает увеличение размеров зуба или применение более качественных материалов, что в первом случае ведет к увеличению массы и габаритов насоса, а во втором случае - к существенному удорожанию насоса. Малая величина коэффициента перекрытия также приводит к снижению надежности и долговечности в результате повышенного трения, приводящего к интенсивному износу профиля зуба и существенному снижению моторесурса насоса в целом. При внешнем зацеплении шестерен одинакового диаметра имеет место одинаковая интенсивность снижения долговечности и надежности за счет низкого значения величины коэффициента зацепления в результате повышенной нагрузки на зуб.

Выполнение тороидальной поверхности наружного профиля зуба шестерни радиусом окружности из центра, расположенного в плоскости зуба шестерни, приводит к увеличению величены активной поверхности зуба шестерни, воспринимающей давление жидкости (топлива). При больших значениях давления жидкости (топлива), действующих на эту активную поверхность зуба, возникают значительные силы, которые приводят к интенсивному износу профиля зуба и снижают несущую прочностную способность зуба шестерни. Это приводит к использованию дорогостоящих материалов или увеличению массы деталей, а значит - насоса. Все это в итоге приводит к снижению долговечности и надежности зуба шестерни, а значит - к снижению моторесурса насоса.

Создание насоса, более надежного и долговечного с повышенным моторесурсом, более компактного и менее металлоемкого по конструкции, является задачей, на которую направлено изобретение.

Сущность изобретения заключается в том, что в шестеренном насосе, содержащем корпус, пару шестерен, расположенных в корпусе с образованием зон всасывания, нагнетания и кинематически связанных между собой, профили наружной поверхности зубьев, впадин зубьев и внутренней поверхности корпуса, сопряженные с зубьями шестерен, выполнены тороидальными. Шестерни имеют внутреннее зацепление.

Внутреннее зацепление шестерен насоса имеет более высокий коэффициент перекрытия по сравнению с внешними зацеплениями, а значит - большее количество зубьев одновременно участвует в зацеплении, что обеспечивает плавность нарастания и равномерность передачи давления жидкости (топлива). Кроме того, высокий коэффициент перекрытия существенно снижает износ профиля зубьев.

Расположение центра окружности, образующей поперечный профиль, тороидальной наружной поверхности зубьев шестерни с внутренним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса, сопряженной зубьями этой шестерни за пределами плоскости основания зуба, а центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев шестерни с внешним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса, сопряженной с зубьями этой шестерни за пределы контура зуба, приводит к уменьшению величины рабочей поверхности поперечного профиля зуба. При создании высоких давлений жидкости (топлива) зубья шестерен испытывают уменьшенные нагрузки на зуб.

Смещение центра окружности образования поперечного профиля тороидальной внутренней поверхности впадины шестерни с внешним зацеплением относительно центра окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев этой шестерни, на величину зазора в зацеплении позволяет осуществить зацепление зубьев шестерен без взаимного их заедания и заклинивания.

Сущность избежания поясняется чертежами, где на

фиг.1 изображен шестеренный насос, продольный разрез;

фиг.2 - вид А на фиг.1;

фиг.3 - вид А на фиг.1 (корпус снят);

фиг.4 - разрез А -А на фиг.3.

Шестеренный насос содержит корпус 1 с окнами всасывания 2, нагнетания 3, сообщающимися соответственно зонами всасывания 4 и нагнетания 5. Внутри корпуса 1 расположена шестерня 6 с внутренним зацеплением и шестерня 7 с внешним зацеплением.

Центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 8 зубьев 9 шестерней 6 с внутренним зацеплением внутренней тороидальной поверхности 10 корпуса 1, сопряженной зубьями 9 шестерни 6, расположен за пределами плоскости основания 11 зуба 9 (O₁). Центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 12 зубьев 13 шестерней 7 с внешним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности 10 корпуса 1, сопряженной с зубьями шестерни 7, расположен за пределами контура зуба (O₁). Шестерня 6 с внутренним зацеплением зубьев 9 имеет впадины 14. Центр окружности (О₂) образования поперечного профиля тороидальной внутренней поверхности 15 впадины 16 шестерни 7 с внешним зацеплением смещен относительно центра (O₁) окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 8 зубьев 9, на величину зазора (ΔS) в зацеплении.

Шестеренный насос работает следующим образом. Превращение шестерни 6 с внутренним зацеплением и шестерни 7 с внешним зацеплением по часовой стрелке в зоне всасывания 4 образуется вакуум, то есть давление снижается в результате взаимного выхода зубьев 9, 13 обеих шестерен 6, 7 из зацепления, приводящее к увеличению объема в зоне всасывания. Благодаря высокому значению коэффициента перекрытия в зоне всасывания плавно снижается давление и равномерно давление нарастает в зоне нагнетания без рывков и гидравлических ударов. В результате перепада давления атмосферного и давления всасывания жидкость (топливо) поступает в зону всасывания 4 и заполняет полости впадин 14 и 16 обеих шестерен 6 и 7. В результате вращения шестерен 6 и 7 в одном направлении жидкость (топливо) переносится впадинами 14 и 16 шестерен 6 и 7 в зону нагнетания 5. В результате вытеснения жидкости из впадин 16 зубьев 9 шестерней 6 с внутренним 4 зацеплением зубьями 13 шестерни 7 с внешним зацеплением и вытеснения жидкости (топлива) зубьями 9 шестерни 6 с внутренним зацеплением из впадин 14 зубьев 9 шестерней 7 с внешним зацеплением образуются излишки жидкости (топлива) в зоне нагнетания 5. Давление жидкости (топлива) повышается прямо пропорционально сопротивлению на выходе из окна 3 нагнетания. Таким образом, создается давление жидкости (топлива) при работе данного шестеренного насоса. Расположение центра окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 8 зубьев 9 шестерни 6 с внутренним зацеплением и внутренней тороидальной поверхностью 10 корпуса 1, сопряженной с зубьями 9 шестерни 6 за переделами плоскости основания зуба 9, а центра окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 12 зубьев 13 шестерни 7 с внешним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса 1, сопряженной с зубьями шестерни 7 за пределами контура зуба, приводит к уменьшению активной поверхности поперечного профиля зуба и при создании высоких давлений жидкости (топлива) зубья шестерен 6 и 7 испытывают уменьшенные нагрузки.

Шестеренный насос с внутренним зацеплением имеет малые габариты, то есть он очень компактный и имеет малую металлоемкость. Шестеренный насос с внутренним зацеплением имеет высокий коэффициент перекрытия зубьев, что приводит к высокой плавности нарастания давления и к равномерной подаче жидкости (топлива). Сочетание, с одной стороны, большого коэффициента перекрытия и, с другой стороны, уменьшение активной поверхности поперечного профиля зуба обеспечивает высокую надежность и долговечность насоса, то есть обеспечивает высокий моторесурс насоса.

Шестеренный насос может быть использован в системах питания односекционных и многосекционных роторно-поршневых двигателей. Профили наружной поверхности зубьев, впадин зубьев и внутренней поверхности корпуса, сопряженные с зубьями шестерен, выполнены тороидальными. Шестерни имеют внутреннее зацепление, центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев шестерни с внутренним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса, сопряженной с зубьями этой шестерни, расположен за пределами плоскости основания зуба, а центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев шестерни с внешним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса, сопряженной с зубьями этой шестерни, расположен за пределами контура зуба. Центр образования поперечного профиля тороидальной внутренней поверхности впадины шестерни с внешним зацеплением смещен относительно центра окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев этой шестерни на величину зазора в зацеплении. Повышается долговечность, надежность зуба шестерни, повышается моторесурс. 4 ил.

Шестеренный насос, содержащий корпус, пару шестерен, расположенных в корпусе с образованием зон всасывания, нагнетания и кинематически связанных между собой, профили наружной поверхности зубьев, впадин зубьев и внутренней поверхности корпуса, сопряженные с зубьями шестерен, выполненные тороидальными, отличающийся тем, что шестерни имеют внутреннее зацепление, центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев шестерни с внутренним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса, сопряженной с зубьями этой шестерни, расположен за пределами плоскости основания зуба, а центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев шестерни с внешним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса, сопряженной с зубьями этой шестерни, расположен за пределами контура зуба, причем центр окружности образования поперечного профиля тороидальной внутренней поверхности впадины шестерней с внешним зацеплением смещен относительно центра окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев этой шестерни на величину зазора в зацеплении.