Шестеренная героторная гидромашина Овандера Советский патент 1993 года по МПК F04C2/08 

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может применяться в качестве насосов и гидромоторов в гидравлических и смазочных системах.

Цель изобретения - повышение компактности, надежности и КПД гидромашины.

Такая конструкция ШГ обладает повышенными компактностью, надежностью и КПД по следующим причинам. Введение вместо зацепления зубьев герметичного сопряжения по вершинам зубьев увеличивает рабочий объем ШГ за счет полного использования высоты зубьев для переноса жидкости между полостями. При этом существенно повышение рабочего объема ШГ происходит практически без изменения габаритов ШГ и периметру щелей, создающих утечки, т.е. повышаются ее компактность и КПД. Повышение надежности связано с двукратным уменьшением числа соударений зубьев за каждый оборот вала и исключением зон зацепления вблизи вершин зубьев, создающих наибольшие изгибающие моменты в зубьях.

Выполнение постоянного радиуса кривизны на поверхности корпуса в местах при- мыкэния вершин зубьев шестерен повышает надежность ШГ за счет исключения возможности интерференции (взаимного внедрения) зубьев гибкой и жесткой шестерен в результате свойственного гибкой шестерни непостоянства шага между зубьями из-за износа, силовых и температурных деформаций.

Использование гибкой шестерни в виде цепи из звеньев в У-образного профиля пою

CD О |Ь СЬ

вцшзет КПД и. надежность ШГ благодаря минимальному трению и износу в шарнирах типа шип-пзз, работающих на принципе качения,

О ведение на торцы шестерен галтелей и радиально направленных углублений способствует повышению КПД и надежности за счет создания в них гидродинамических cwi, центрирущих шестерни между щеками, улучшения смазки, охлаждения и отвода частиц загрязнений из зоны трения. Повышение надежности обусловлено и снижением ; 05-щонтр.чции изгибных напряжений у ножек зубьев, а также повышением их способ- мост и компенсировать перекосы осей зубьев, входящих в зацепление. Кроме того при наличии галтелей расширяются каналы подпола жидкости к межзубовым впадинам I тем самым повышаются кавигацмонная стойкость и надежность ШГ.

Выполнение внутри вала полости и кольцевых расточек в щеках для прохода жидкости в полости низкого давления обеспечивает IJJ Г при работе в насосном режиме позышение компактности, надежности и КПД, т.к. к таком варианте конструкции осе- зые и радиальные отверстия в валу совместно с кольцевыми расточками в щеках образуют центробежный нагнетатель в ли- Hva-i всзсипзнмя, исключающий кавитацию при повышенных частотах вращения вала, приче-л его улитка совмещена с распределительным коллектором для подвода жидкости к нескольким всасывающим полостям ШГ, а вал выполняет по совместительству функцию центробежного колеса.

На фиг. 1 изображен продольный разрез на фиг, на фиг,2 -- разрез Б-Б на фиг,1; на фиг.; - вариант гибкой шестерни в виде цеш-ч из звеньев У-образного профиля.

Шестеренная гидромашинз содержит корпус I со статорны м кольцом 2-й каналами подвода 3 и отвода 4 жидкости. В расточке корпуса внутри статора находятся жесткая шестерная 5 с внешними зубьями 6 и охватывающая ее гибкая шестерня 7 с внутренними зубьями 8. Между герметичными сопряжениями шестерен, образован- ш:ш;л зонами 9 зацепления м .зонами 10 примь;кйнмя вершин зубьев находятся полости 11 м-12 соответственно низкого и вы- сокогс давления. Жесткая шестерня закреплена на валу 13 с помощью шпонки 14.. Вал снабжен полостью с осевым отверстием 15 на торце, обращенном к каналу 3 в корпусе, ;л радиальными отверстиями 16. Вдоль торцев шестерен расположены передняя 17 ы задняя 18 щеки, внутри которых имеются кольцевые расточки 19, соединенные каналами 20 с полостями 11-низкого

давления. Полости 12 высокого давления соединены с каналом 4 в корпусе через кольцевой коллектор 21 и каналы 22 в щеке 18. Поверхность статора корпуса 23, по которой

скользит гибкая шестерня 7, против зон 10 примыкания вершин зубьев выполнена с постоянным радиусом R кривизны, исходящим из оси вала, и имеет протяженность у не менее углового шага/3 зубьев жесткой шестерни 5 и может стать примерно равна протяженности перемычки между окнами каналов 20 и 22 в щеке 18, что исключает эффект защемления жидкости между зубьями в зоне перемычки.

.В качестве гибкой шестерни 7 могут использоваться зубчатые ремни или зубчатые цепи, например в виде цепи, состоящей из звеньев 24 У-образного профиля (фиг.З), концами которых образованы шарниры 25

типа шип-паз.

Межзубовые впадины шестерен могут быть снабжены галтелями 26 с радиально направленными углублениями 27 на торцах.

Под каждым зубом на торцах шестерен

могут быть выполнены углубления 28, выходящие на противоположную от вершин зубьев цилиндрическую поверхность шестерен 5 и 7. Радиальная протяженность выемок 27 и 28 рекомендуется в пределах 0,4-0,7 от высоты шестерен в местах межзу- бовых впадин. При этом обеспечивается подвод жидкости к каждой точке трущейся поверхности щек.

для герметизации выходного конца вала 13 и щеки 18 в корпусе используются резиновые уплотнители 29. Стрелкой а) обозначено направление вращения вала. .

Подвижность вала и шестерен в корпусе обеспечивается как обычно за счет малых зазоров в подвижных соединениях этих деталей. Крепление передней щеки 17 к корпусу 1 и статорному кольцу 2 осуществляется как обычно с помощью шпилек, входящих в отверстия ушек 30.

Рабочие полости высокого и низкого давления герметично разделены местами 9 и 10 герметичного сопряжения шестерен.

Наличие зон 10 с примыкателем вершин зубьев шестерен аналогично героторным гидромашинам обеспечивается полный выход зубьев из зацепления и максимально возможные при заданной высоте зубьев радиальные смещения зубьев, определяющие рабочий обьемШГ. При этом по сравнению с прототипом при равных высотах зубьев рабочий объем возрастает на 20-50%, что позволяет соответственно снизить рэдиальные размеры ШГ при заданном рабочем объеме.

ШГ в режиме насоса работает следующим образом. При вращении вала с центральной шестерней 5 ее зубья в зонах зацепления 9 увлекают в движение и гибкую шестерню 7. При этом силовой контакт и соударение зубьев в зонах 10 отсутствует, что в 2 раза снижает число их нагружений и повышает надежность ШГ. Из подводящего канала 3 жидкость через отверстие 15 попадает во внутреннюю полость вала, где она закручивается, приобретая скорость поверхности вала, и далее через радиальные отверстия 16 под действием центробежных сил выбрасывается в кольцевые расточки 19, работающие как улитки центробежного насоса и коллекторы, распределяющие жидкость по каналам 20, ведущим в полости 11 В них жидкость захватывается зубьями и в межзубовых впадинах переносится из полостей 11 в полости 12, где и выдавливается через каналы 20 в коллектор 21 и далее в канал 4 корпуса.

Галтели 26 снижают концентрации напряжений у ножек зубьев, обеспечивает плавность обтекания потоком жидкости торцев шестерен и улучшает заполнение межзубовых впадин и, тем самым, повышают кавитационный запас ШГ.

Заполняя углубления 27 и 28 на торцах шестерен жидкость создает в этих зонах трения улучшенные условия смазки, охлаждения и отвода частиц загрязнения. Одновременно возникают гидродинамические эффекты типа масляный клин, раздвигающие трущиеся поверхности и центрирующие шестерни между щек. При этом за счет автоматической центровки шестерен суммарный торцовый зазор делится на две равные половины у каждого торца и с учетом кубической зависимости утечек от зазора утечки по торцам снижаются в 4 раза.

В случае использования гибкой шестерни в виде цепи из звеньев У-образного профиля передача усилий от звена к звену происходит через шарниры типа шип-паз на их концах. При этом цепь работает как толкающая без растягивающих напряжений в звеньях, что повышает ее надежность, т.к. допустимые сжимающие напряжения для большинства материалов выше растягивающих, В процессе скольжеяия по статору взаимный поворот звеньев в шарнирах типа шип-паз сопровождается трением качения, поэтому потери энергии на трение и износ в них минимальны. Цилиндрическая форма зубьев цепи обеспечивает малые силы трения в зацеплении зубьев и по поверхности статора.

Изменение шага цепи из-за деформаций звеньев и износа их шарниров не ведет к интерференции зубьев шестерен и отказу ШГ. т.к. постоянство радиуса R поверхности 23 статора и ее соосность с валом в зонах 10 исключают радиальное сближение вершин зубьев на значительном участке у и вершины зубьев успевают разойтись в тангенциальном направлении, компенсируя

погрешность шага, прежде чем начнется их

радиальное сближение при входе в соседние зоны статора.

Выполнение внутри вала отверстия для прохода жидкости практически не ослабляет его сечения, т.к. на изгиб и кручение в основном работают его периферийные участки. Кольцевые расточки в щеках работают одновременно как улитки центробежного насоса и коллекторы подвода жидкости к

двум полостям 11. Поэтому наличие встроенного центробежного нагнетателя фактически не увеличивает габариты ШГ.

Технико-экономическая эффективность в сравнении с базовым объектом

(прототипом) определяется целым рядом факторов.

Во-первых, снижаются на 20-40% габаритные размеры при заданном рабочем обь- еме ШГ Соответственно в 1,5-2 раза

уменьшается вес и материалоемкость, т.е. растет энергоемкость и понижается стоимость ШГ

Во-вторых, сокращение в 3-5 раз утечек и сил трения по торцам шестерен обеспечиваетсущественный рост КПД гидромашины, что в свою очередь понижает минимально допустимые частоты вращения вала, позволяет использовать менее вязкие жидкости, расширяет температурный диапазон работоспособносги, увеличивает ассортимент рабочих жидкостей.

В-третьих, многократно повышается надежность гидромашины. Это происходит как за счет исключения присущей гибким шестерням в виде цепи опасности

интерференции зубьев из-за изменения шага между зубьями по мере износа шарниров цепи, так и за счет двукратного снижения числа соударений зубьев за каждый

0 оборот вала, снижения в них изгибных напряжений и концентрации напряжений у ножек зубьев.

Повышение надежности кроме того достигается улучшением смазки, охлаждения

5 и отвода в частиц загрязнений в местах скольжения торцев шестерен по щекам гидромашины.

Наличие галтелей в межзубовых впадинах и встроенного центробежного нагнетателя жидкости при работе ШГ в насосном

режиме в несколько раз увеличивает кави- тационный запас и тем самым повышает не только надежность, но и максимально допустимую частоту вращения вала.

Таким образом, предложенные новые технические решения обеспечивают существенное повышение практически всех основных характеристик и расширяет область применения ШГ.

Формула изобретения 1. Шестеренная героторная гидромашина внутреннего зацепления, содержащая размещенные в расточке корпуса жесткую шестерню, закрепленную на валу, и герметично сопряженную с ней не менее чем в четырех местах гибкую шестерню с образованием между зонами сопряжения шестерен и расположенных по их торцам щек полостей высокого и низкого давления с каналами подвода и отвода жидкости, проходящими через корпус, отличающаяся тем, что, с целью повышения компактности, надежности и КПД, герметичные сопряжения шестерен поочередно образованы зонами зацепления зубьев и зонами примыкания вершин зубьев, причем число зубьев гибкой шестерни больше числа зубьев жесткой шестерни на число зон зэцепления, а поверхность корпуса, по которой скользит гибкая шестерня, против зон примыкания вершин зубьев выполнена с постоянным радиусом кривизны, исходящим из оси вала, и имеет протяженность не менее углового шага зубьев жесткой шестерни.

2.Гидромашина по п.1, о т л м ч а ю ща- я с я тем, что гибкая шестерня выполнена в виде цепи, состоящей из звеньев У-образного профиля, концами которых образованы шарниры типа шип-паз.

3,Гидромашина по пп.1 и 2, о т л и ч а- ю щ а я с я тем, что межзубовые впадины шестерен снабжены галтелями с радиально

направленными углублениями на торцах.

4.Гидромашина по пп 1-3, о т л и ч а го- уд а я с я тем, чю под каждым ,бом на торцах шестерен выполнены углубления, выходяа ие на противоположную от вершин

зубьев цилиндрическую поверхность шестерен.

5,Гидромэшина по пп 1-4. о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что внутри оала выполнена no iccii-. с осевым отверстием на торце, обращенным к подводному каналу в корпусе, и радиальными отверстиями, против которых в щеках размещены кольцевые рас точки, соединенные с полостями низкого давлений шесторсннои гидромашины.

Сущность изобретения: в расточке корпуса размещены жесткая шестерня, закрепленная на валу, и герметично сопряженная с ней не менее чем в 4-х местах гибкая шестерня с образованием между зонами сопряжения шестерен и расположенных по их торцам щек полостей высокого и низкого давлений с каналами подвода и отвода жидкости. Каналы проходят через корпус Герметичные сопряжения шестерен поочередно образованы зонами зацепления зубьев и зонами примыкания вершин зубьев. Число зубьев гибкой шестерни больше числа зубьев жесткой шестерни на число зон зацепления. Поверхность корпуса, по к-рой скользит гибкая шестерня, против зон примыкания вершин зубьев выполнена с постоянным радиусом кривизны, исходящим из оси вала, и имеет протяжённость не менее углового шага зубьев жесткой шестерни. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

9

-&J

51

фиг. i

10 a $o

(pus. 3

фс/г.Ј