2.6. Шестеренные гидромашины

2. ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ

 

2.6. Шестеренные гидромашины

 

Шестеренные гидромашины имеют рабочие камеры, образованные рабочими поверхностями зубчатых колес, корпуса и боковых крышек, а вытеснители совершают только вращательное движение. Эти машины просты по конструкции, содержат малое число деталей, технологичны и получили широкое распространение.

Эти гидромашины бывают с внутренним и внешним зацеплением, многосекционными, многошестеренными, многоступенчатыми. В них используют косозубые и шевронные шестерни. Шестеренные насосы с внутренним зацеплением более компактны, но сложнее в изготовлении.

Наибольшее распространение получил шестеренный насос с внешним зацеплением и одинаковым числом зубьев эвольвентного профиля (рис.2.5.).Такой насос состоит из пары сцепляющихся между собой шестерен 1 (ротора) и 3 (вытеснителя), помещенных в корпус (статор) 2 с каналами для подвода и отвода жидкости.

 

Рис. 2.5. Схема шестеренного насоса:

1 – ведущая шестерня (ротор);

2 – корпус (статор); 3 – ведомая шестерня (вытеснитель)

 

Принцип работы данного насоса заключается в следующем. При вращении шестерен 1 и 3, когда зубья выходят из зацепления, объем камеры увеличивается, давление в полости В уменьшается, происходит всасывание жидкости. Жидкость, попавшая во впадины зубьев, перемещается по внешней дуге в направлении вращения шестерен в полость Н. На выходе зубья входят в зацепление, объем камеры уменьшается и жидкость вытесняется в напорную гидролинию.

При малых зазорах в зубчатом зацеплении возможно образование полости с защемленным объемом рабочей жидкости, что может привести к резкому увеличению давления и радиальной силы, действующей на оси и валы насоса. Для устранения резкого роста давления (разгрузки насоса) предусматривают каналы во впадинах шестерен, на боковых крышках и на нерабочих поверхностях зубьев (для нереверсивных насосов).

Шестеренные насосы способны создавать давление до 10...16 МПа, а иногда и выше (до 20 МПа). Однако при давлении больше 10 МПа необходимо предусматривать устройство для компенсации зазоров по торцам шестерен. Это устройство состоит из плавающих втулок, которые давлением жидкости прижимаются к торцевым поверхностям шестерен и тем самым уменьшают зазор, повышая степень герметичности в насосе.

Для получения особо высоких давлений иногда применяют многоступенчатые шестеренные насосы. Их составляют из нескольких шестеренных насосов, соединенных последовательно. Такой насос создает давление, равное сумме давлений, развиваемых всеми ступенями.

Рабочий объем шестеренного насоса определяется по формуле

 

 ,                     (2.15)

 

где m – модуль зубчатого зацепления; z – число зубьев шестерни,       z = 6...16;     – ширина шестерни.

Подачу насоса определяют по формулам (2.1), (2.4), мощность, КПД – по формулам (2.7), (2.8) и (2.13).

Так как параметры, определяющие рабочий объем шестеренного насоса, – величины постоянные, то шестеренные насосы нерегулируемы.

Насос подает рабочую жидкость неравномерно: мгновенная подача является периодической функцией угла поворота вала ведущей шестерни. Коэффициент пульсации подачи рабочей жидкости определяют по формуле

 

 ,           (2.16.)

 

где  a – угол зацепления, a = 20⁰;  z – число зубьев.

Неравномерность подачи вызывает пульсацию давления и отрицательно сказывается на работе насоса и гидропривода, создавая вибрации. Таким образом, для уменьшения пульсации подачи необходимо увеличивать число зубьев шестерни.

Для увеличения подачи насоса или получения нескольких независимых потоков жидкости применяют многошестеренные насосы с тремя и более шестернями, размещенными в одном корпусе с одной ведущей шестерней.

Шестеренные насосы получили наибольшее применение в гидроприводах строительных, дорожных и коммунальных машин, работающих при давлении до 15…20 МПа.

Наибольшее распространение получили односекционные шестеренные насосы с прямозубыми колесами внешнего зацепления.

Работают эти насосы при высокой частоте вращения вала, поэтому их можно соединять непосредственно с валами приводящих двигателей.

Применяют в основном шестеренные насосы типа НШ: НШ 10, НШ 32, НШ 50 (рис. 2.6) и т.д., где цифры, стоящие рядом с буквами, указывают рабочий объем в см³.В соответствии с ГОСТ 8754–80 шестеренные насосы по исполнению делятся на три группы, которые обозначают цифрами 2, 3 и 4 и указывают на способность развивать определенное давление.

К группе 2 относят насосы с номинальным давлением нагнетания 14 МПа, к группе 3 – насосы с номинальным давлением нагнетания 16 МПа, к группе 4 относят насосы с номинальным давлением нагнетания 20 МПа. Цифры, указывающие на исполнение, пишут последними в индексации насосов. После индексации пишут букву Л, если насос левого вращения (для правого вращения букву не пишут). Так, например, насос с правым направлением вращения ведущего вала с рабочим объемом 32 см³ исполнения 3 обозначается следующим образом: НШ 32-3.

Объемный КПД шестеренных насосов зависит от давления и вязкости рабочей жидкости. При номинальном давлении 16 МПа и вязкости рабочей жидкости порядка 60...70 сСт он составляет не менее 0,92...0,98.Полный КПД шестеренных насосов не менее 0,82...0,90.

Корпуса шестеренных насосов изготовляют из чугуна, стали или алюминия. Для изготовления шестерен используют легированные стали (20Х,40Х,18НХ13А и др.). Боковые крышки выполняют, как и корпуса, из чугуна и стали, иногда из бронзы.

 

Рис. 2.6. Шестеренные насосы НШ 32У-3 и НШ 50У-3:

1 – крышка; 2 – корпус; 3, 6 – опорные втулки; 4, 5 – ведомая и ведущая шестерни; 7 – компенсатор;

8 – 10 – манжеты; 9 – уплотнительное кольцо;

11 – стопорное кольцо; 12 – опорное кольцо;

Б – полость подвода давления жидкости из напорной зоны для поджима компенсаторов; В – камера всасывания

 

Общий вид насоса НШ 32… представлен на рис. 2.7 . Общий вид насоса НШ 71 (100) … представлен на рис. 2.8.

 

К недостаткам  шестеренных насосов относятся следующие: наличие полости с защемленным объемом рабочей жидкости между зубьями шестерен, что может привести к поломке насоса; значительный шум и пульсация потока по сравнению с другими типами насосов.