Шестеренная героторная гидромашина овандера
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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (ss>s F 04 С 2/08
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4938817/29 (22) 19.04.91 (46) 23.07.93. Бюл. ¹ 27 (71) Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики (7,2) В,Б.Овандер (56) Авторское свидетельство СССР М 606006, кл. F 04 С 2/08, 1976.
Авторское свидетельство СССР . № 1612112, кл. F 04 С 2/08, 1989, (54) ШЕСТЕРЕННАЯ ГЕРОТОРНАЯ ГИДРОМАШИНА ОВАНДЕРА.
° (57) Сущность изобретения: в расточке корпуса размещены жесткая шестерня, закрепленная на валу, и герметично сопряженная с ней не менее чем в 4-х местах гибкая шесИзобретение 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
ЦНГ происходит практически без изменения габаритов ШГ и периметру щелей, создающих утечки, т.е. повышаются ее компакт„„5U„„ 1828946 А1 терня с образованием между зонами сопряжения шестерен и расположенных по их торцам щек полостей BblcoKQI 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 эон 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 протяженность не менее углового шага зубьев жесткой шестерни. 4 з.п.ф-лы, 3 ил. кость 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 примыкания вершин зубьев шестерен повышает надежность ШГ за счет исключения воэможности интерференции (взаимного внедрения) зубьев гибкой и жесткой шестерен в результате свойственного гибкой шестерни непостоянства шага между зубьями из-эа износа, силовых и температурных деформаций.
Использование гибкой шестерни в виде цепи из звеньев в У-образного профиля по1828946 вышаег КПД и надежность ШГ благодаря минимальному трению и износу в шарнирах типа ц иг1-паз", работающих на принципе качения, 1)леде!1198 на торцы шестерен галтелей ! : 1)6!!1!Явь)- О i:3!9рэвленных уГлублений спо::;Об(. i«1ó8; и >o÷è8ff(I!o КПД и надежности за oo !181! !131 в них Гидродинамических си(1,:ц(1-! Гр(А(>у)(!19х шестерни между щеками, . л. 1(,:;:I. ië cf :.аof !9, u nB>i<дения и отвода ча-! г! 1 !!! .BB Ãl>f ii-:.(:;ни(! Из зорьl 1 рения. Повыше-!
).1:;: надежности обусловлено и снижением
: 0::1:Онграции иэгибны" напряжений у но..: .... (:„;-.o, а также ловы(!ением их способ-!! 0 с т и I< o )-I! 1 8 I i c f I P 0 8 B T 1 и 8 Р 8 к 0 с ь1 ОСОЙ зуб,(;0. и:од(!(цих в зацепление. Кроме того п р 1! Io::гич ли галтелей расширя!Отся каналы !
10(lлода жидкости к межзубавым впадинам ! р! г:, »9 - :1 f)oo(IU
,) ь,()ОЛИBH»8 внутри вала полости и кОл ь ге(1!.!:(pBc | Очек о щ8ках,Цля прохОДа
>::идкост19 в г)злости низкого давления обес. ".:,: а-: !..!.)Г при работе в насосном режиме .-1();;!Гш18 1!18,0(9»IB! К1 1- т к..-. та:u ва )и:и те конструкции Осе3010 11 г)»,(1! !»1<1 ьны(9 От(38pc f ия в валу совмест . I;;. o1-.1 ;,." .! 1>B (1 1-0 ч к )м(1 в Гц8 К а Х .:,;:;oBB!o;:.т це !тробе><ный нагнетатель в ли,:;:.:и .:.-.;.:с:.«iB:-ь9:1, искл;Оча)ощий кавитацию ! !! )!1 ! 0" . ь!1! p)I ь)х !Bстот 3.((3pQщеH19Л вала, ;;,.:.. «..;:.-: его, литка совмещена с распредели,«i! i,ii .1I Сг.; К ОСКОЛЬКИМ ВсасыяаЮЩИ("1 ПОЛОСТЯМ !!» (-:: !)т, л1-..г!Ол)1:18т !(о совместительству : 1) )1 i Il ", ГО 1! О .. ГГ Р 0 1); I I O r O К О л Е С а, -;,.Э . !) I:i . ) 930 f3PB>1<81 ПРОДОЛЬНЫЙ PB:ЗРЕЗ ,",,: -!а ()!1(,1; на .,")! If,2 — разрез Б-Б на (l>Hf,1; ..л,1 — в:-)рнэнт Г1!бко!9 шестерни в виде ! < i1, 1 ..1i,8 .1Ь(-,. — ()1)1)аЗно! О профиЛя. Шестеренная гидромашина содержит кО!)!!Ус со стат0(>ным кОльцОм 2 и KBHBlIB;-.;и»()д!1;; lB 3 и o:: (Inä:.3 4 жидкости. В расточ;:8 ;;;.-30)са внутри статора находятся .:-. ;";;,ГI;:. Ó! Пес;-ерная-, 5 с внешними зубьями 6 ():,-„.«Tü.oBI 3 !)ут1»н, !!»! « 1 зубь !мfif 8 Яе>кду f ерме Ич1;!! !(! (;()!)ля>к(3)!19я(9и шестерен, Образован1!! !!.!и зонами 3 зацепления и зонами 10 ! ii3i!i 9ык".н19я Веро!ии зубьев находятся ПОласти ", l:": I2 соответственно низкого и высокого давления. Жесткая шестерня зэкpoci:18)IB i!B валу 3 с помощью шпанки 14, Вал сн-:)бжен полостью с осевым отверстием 15 на торце, обращенном к каналу 3 в корпусе, и радиальнь!ми отверстиями 16. 19доль торце!3 шесгерен расположены перед!1 9 л i;, "; эад1 :ß >I 1 8 (Цеки, внутри f 3(40 55 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.3), 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 вь!соты шестерен в местах межзубовых 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 «> обозначено направление вращения вала. Подвижность вала и шестерен в корпусе обеспечивается как обычно эа 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 объем ШГ. При этом по сравнению с прототипом при равных высотах зубьев рабочий абьем возрастает на 20-50, что позволяет соответственно снизить радиаль1828946 40 50 ные 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 отсутствуе, 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 ат 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 растягиваю@их, В процессе скольжения 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 стэтора, 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 соасность 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 ега сечения, т,к. на изгиб и кручение в основном работают ега периферийные участки. Кольцевые расточки в щеках работают одновременно как улитки центробежного насоса и калflåктары подвода жидкости к двум полостям 11. Поэтому наличие встроенного центробежного нагнетателя фактически не увеличивает габариты ШГ. Технико-экономическая эффективность в сравнении с базовым обьектом (прототипам) определяется целым рядом факторов, Ва-первых, снижаются нэ 20 — 400, габаритные размеры при заданном рабочем обьеме ШГ. Соответственно в 1,5-2 раза уменьшается вес и материалоемкасть, т,е. растет энергоемкость .и понижается стоимость ШГ. Ва-вторых, сокращение в 3 — 5 раз утечек и сил трения па торцам шестерен абеспечивэетсущественный рост КПД гидромашины, что в сваю очередь понижает минимально допустимые частоть вращения вала, позволяет использовать менее вязкие жидкости, расширяет температурный диапазон работоспособности, увеличивает ассортимент рабочих жидкостей. В-тре-ьих, многократно повышается надежность гидрамашины. Зто 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 оборот вала, снижения в них изгибных напряжений и концентрации напряжений у ножек зубьев. Повышение надежности кроме того достигается улучшением смазки, охлаждения и- отвода в частиц загрязнений в местах скольжения тарцев шестерен по щекам гидрамашины. Наличие галтелей в межзубовых впадинах и встроенного центробежного нагнетателя жидкости при работе ШГ в насосном 1828946 режиме в несколько раз увеличивает кавитационный запас и тем самым повышает не только надежность, но и максимально допустиму о частоту вращения вала. Таким образом, предложенные новые 5 технические решения обеспечивают существенное повышение практически всех основных характеристик и расширяет область применения ШГ, 10 Формула изобретения 1. Шестеренная героторная гидромашина внутреннего зацепления, содер>кащая размещенные в расточке корпуса жесткую шестерню, закрепленную на валу, и герме- 15 тично 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 ка- 20 налами подвода и Отвода жидкости, прОХО дящими через корпус, о т л и ч а Io щ а я с я тем, что, с целью повышения компактности, надежности и Кпд, герметичные сопряжения шестерен поочередно образованы зо- 25 намй зацепления зубьев и зонами примыкания вершин зубьев, причем число зубьев гибкой шестерни больше числа зубьев жесткой шестерни на число зон зацепления, а поверхность корпуса, по которой скользит гибкая шестерня, против зон примыкания вершин зубьев выполнена с постояннымм радиусом кривизны,. исходящим из оси вала, и имеет протяженность не менее углового шага зубьев жесткой шестерни. 2. Гидромашина по п.1, о т л и ч а ю щ ая 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 аю щ а я с я тем, что межзубовые впадины шестерен снабжены галтелями с радиально напраВленными углублеl1иями HÇ торцах, 4. Гидромашина по пп.1-3, О т л и ч а ющ а я с я тем, что под каждым ".:>бом на торцах шестерен Вь полнены углубления, Выходящие на противоположну о от вершин зубьев цилиндрическую поверхность шестерен. 5, Гидромашина по пп.1-4. О т л и ч а юьц а я с я тем, что Внутри вала выполнена полость с Осевым Отверстием на торце, обращенным к подводному каналу в корпусе, и радиальными Отверстиями, против которых I3 щеках размещены кольцевые расточКИ, СОЕДИНЕН rIU6 С ПОЛОСТЯМИ НИЗКОГО давления шестеренной гидромашины. 1828946 Составитель В.Овандер Техред ММоргентал Корректор Н.Кешеля Редактор Т,Козлова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2471 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
