Шестеренный насос

Изобретение относится к гидравлическим системам машиностроения. Шестеренный насос включает корпус 1, в котором установлены находящиеся в зацеплении эвольвентные зубчатые колеса 2 и синхронизирующие шестерни с достаточным коэффициентом перекрытия, у которых начальные и делительные окружности совпадают с соответствующими окружностями зубчатых колес 2. Зацепление зубчатых колес 2, имеющих один или более зубьев, конфигурация которых образована объединением в один зуб нескольких зубьев синхронизирующих шестерен, обеспечивается соответствующим соединением ведомых колеса и синхронизирующей шестерни с валом. Изобретение направлено на повышение КПД шестеренного насоса за счет сокращения потерь, имеющих место при вхождении каждого зуба во впадину зуба сопряженной шестерни насоса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как гидравлический насос или гидравлический двигатель.

Известны ролико-лопастные машины (патенты №2230194, F01C 1/14, опубл. 10.06.2004. Ролико-лопастная машина - [1], №2253735, F01C 1/14, опубл. 10.06.2005. Ролико-лопастная машина - [2]), которые применяются как насосы, так и как гидравлические двигатели. В этих устройствах напор создается лопастью вращающего ротора, а разделение камер высокого и низкого давлений производится вращающимися роликами. В процессе вращения ротора лопасть переходит из одной камеры в другую, попадая в паз ролика, что обеспечивается вращением ротора и роликов соответствующими синхронизирующими шестернями.

Эти насосы производительны и имеют большой КПД. Их недостатком является необходимость применения понижающего обороты редуктора при применении их с турбиной, имеющей n=10000 об/мин и более, т.к. обороты роликов намного превышают обороты лопастного ротора, что ограничивает допустимые максимальные обороты этих насосов.

Известен шестеренный насос внешнего зацепления, принятый за прототип заявляемого изобретения, который является наиболее простым в изготовлении и эксплуатации (Расчеты и конструкции самолетных гидравлических устройств, Т.М.Башта, Оборонгиз, 1961 г., стр.133 - [3]). Создание напора жидкости в нем производится путем вытеснения жидкости головкой зуба одной шестерни из впадины зуба сопряженной ей шестерни, а отделение полостей нагнетания от всасывания обеспечивается скользящим контактом пары боковых эвольвентных поверхностей зубьев, находящихся в зацеплении. Этот насос по своим характеристикам (по оборотам) может приводится турбиной.

К недостаткам насоса следует отнести возникновение разного рода утечек жидкости, компрессию жидкости во впадинах шестерни, что имеет место при вхождении в зацепление каждой пары зубьев, а также вредное влияние на всасывание центробежных сил жидкости, возникающих во впадинах зуба ([3] - стр.136…148). Эти недостатки снижают КПД шестеренного насоса.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении КПД шестеренного насоса за счет сокращения потерь, связанных с зацеплением каждой пары зубьев на зубчатых колесах, создающих напор жидкости.

Технический результат достигается тем, что в шестеренном насосе, включающем корпус, приводной вал, как минимум, два находящихся в зацеплении эвольвентных зубчатых колеса, создающих напор жидкости путем вытеснения жидкости головкой одного зуба колеса из впадины зуба сопряженного колеса, новым является то, что на валах зубчатых колес установлены синхронизирующие шестерни с достаточным коэффициентом перекрытия, начальные и делительные окружности которых совпадают с соответствующими окружностями зубчатых колес, а зацепление зубчатых колес, имеющих один или более зубьев, конфигурация которых образована объединением в один зуб нескольких зубьев синхронизирующих шестерен, обеспечивается соответствующим соединением ведомых колеса и синхронизирующей шестерни с валом.

В шестеренном насосе окружность впадин зубчатых колес является основной окружностью эвольвент колес.

Сущность изобретения поясняется на Фиг.1 - Фиг.3, где:

Фиг.1 - продольный разрез примерного шестеренного насоса;

Фиг.2 - компоновка насоса однозубыми колесами;

Фиг.3 - компоновка насоса двузубыми колесами.

Здесь:

1 - корпус насоса;

2 - однозубое колесо;

3 - двузубое колесо;

4 - контур зубьев синхронизирующих шестерен;

5 - приводной вал синхронизирующей шестерни;

6 - синхронизирующие шестерни;

7 - приводной вал насоса;

Z_зк - количество зубьев колеса;

Z_ш - количество зубьев синхронизирующей шестерни;

Z_шз - количество зубьев шестерни, объединенное в один зуб колеса;

m_зк - модуль зубчатого колеса;

m_ш - модуль шестерни.

Корпус 1 имеет две полости. В одной размещены зубчатые колеса 2 или 3 насоса, в другой - синхронизирующие шестерни 6, которые валами 5 и 7 соединены с зубчатыми колесами насоса. Количество зубьев в колесах Z_зк может быть 1, 2, 3 и т.д. Условием зацепления зубчатых колес является совпадение делительных и начальных окружностей зубчатых колес и синхронизирующих шестерен, а также крепление зубчатых колес к приводным валам с обеспечением контакта боковых поверхностей зубьев колес.

Конфигурацию обводов зубьев колес можно получить из конфигурации синхронизирующих шестерен путем объединения зубьев синхронизирующих шестерен. Так, однозубые колеса можно получить из обводов синхронизирующей шестерни с количеством зубьев Z_ш=11 путем объединения в один зуб Z_шз=6 зубьев синхронизирующих шестерен, что и показано на фиг.2. Двузубое колесо получается из шестерни с количеством зубьев Z_ш=10, 14 и т.д. При этом новый зуб объединяет соответственно Z_шз=3, 4 зуба шестерен. На фиг.3 показаны двузубые колеса, полученные из шестерен с Z_ш=10 зубьям.

В трехзубое колесо преобразуются шестерни с количеством зубьев Z_ш=9,15 и т.д.

Соотношение между Z_ш; Z_зк и Z_шз при построении формы зубчатого колеса с заданным Z_зк определяется формулой:

Z_ш=Z_зк(2Z_шз-1).

Для обеспечения надежного зацепления зубчатых колес необходимо, чтобы количество зубьев Z_ш обеспечивало достаточный коэффициент перекрытия, т.к. зацепление зубчатых колес обеспечивается посредством зацепления синхронизирующих шестерен. При этом необязательно иметь один и тот же модуль у колеса и у синхронизирующей шестерни, а достаточно выдержать равенство:

m_зк*Z_зк=m_ш*Z_ш

При вращении приводного вала 7 начинают вращаться находящиеся на этом валу зубчатое колесо и ведущая синхронизирующая шестерня 6, которые, находясь в зацеплении с ведомой синхронизирующей шестерней посредством вала 5, приводят во вращение ведомое зубчатое колесо, и так как ведомое зубчатое колесо на приводном валу 5 установлено изначально зацепленным с сопряженным зубчатым колесом, то зацепление будет сохраняться при вращении.

Однозубое колесо за один оборот обеими боковыми поверхностями зуба войдет в зацепление один раз с зубом сопряженного колеса насоса и при этом раздельно каждой поверхностью. Двузубое - два раза, трехзубое - три раза и т.д. Отсюда потери, связанные с вхождением головки зуба во впадину зуба, резко уменьшаются.

Кроме этого, уменьшены утечки жидкости через зазор между поверхностями окружности выступов и окружности впадин, т.к. окружность впадин является основной окружностью эвольвент боковых поверхностей зубьев колеса, и между поверхностями окружностей установлен зазор такой же, как и между поверхностями выступов и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.

Повышение КПД насоса позволит увеличить возможности применения гидропривода, доведя его КПД до значений КПД зубчатых редукторов и коробок передач.

1. Шестеренный насос, включающий корпус, приводной вал, как минимум два находящихся в зацеплении эвольвентных зубчатых колеса, создающих напор жидкости путем вытеснения жидкости головкой одного зуба из впадины сопряженного колеса, отличающийся тем, что на валах зубчатых колес установлены синхронизирующие шестерни с достаточным коэффициентом перекрытия, у которых начальные и делительные окружности совпадают с соответствующими окружностями зубчатых колес, а зацепление зубчатых колес, имеющих один или более зубьев, конфигурация которых образованна объединением в один зуб нескольких зубьев синхронизирующих шестерен, обеспечивается соответствующим соединением ведомых колес и синхронизирующей шестерни с валом.

2. Шестеренный насос по п.1, отличающийся тем, что окружность впадин зубчатых колес является основной окружностью эвольвент колес.