Спосіб регулювання об’ємної подачі шестеренних гідромашин

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до способу регулювання об'ємної подачі шестеренних гідромашин (ШГМ) і може бути використаний при виробництві регулюємих шестеренних гідромашин, а також модернізації ШГМ під час ремонту. Найбільш близьким до винаходу, що пропонується є спосіб регулювання об'ємної подачі (ОП) ШГМ зміною довжини зачеплення зубців шестерень шляхом осьового зміщення веденої шестерні [1]. До недоліків відомого способу слід віднести складність способу регулювання ОП ШГМ, вимушене збільшення розмірів та маси ШГМ, низький тиск, що спроможна розвивати ШГМ та низьке значення коефіцієнта об'ємної подачі (КОП) ШГМ. Складність способу регулювання об'ємної подачі ШГМ, пояснюється вибором способу регулювання ОП зміною довжини зачеплення зубців шестерень шляхом осьового зміщення веденої шестерні [1]. Осьове зміщення шестерні вимушено тягне за собою осьове зміщення верхньої та нижньої втулок, тобто зміщення половини вузла качання. Це, безумовно, потребує ускладнення конструкції для здійснення регулювання ОП ШГМ, а також зростання габаритів та маси ШГМ. Сутність способу регулювання ОП ШГМ у відповідності з прототипом полягає в наступному. Відомо, що ОП ШГМ можна обчислити за формулою [1]: Q=2bzn(Sw-0,5S v), (1) де Q - об'ємна подача ШГМ, мм 3/с; b - довжина зубців вінця шестерень ШГМ, мм; z - кількість зубців шестерень; n - частота обертання ведучої шестерні, об/с; Sw - пло ща міжзубової западини, мм 2; Sv - площа затиснутого об'єм у, що утворюється під час роботи ШГМ, мм 2. З залежності (1) бачимо, що ОП ШГМ залежить, зокрема від довжини зубців вінця шестерень - b. У відповідності до прототипу регулювання ОП ШГМ здійснюють зміною довжини зачеплення зубців шестерень - b шляхом осьового зміщення веденої шестерні [1]. Іншими словами, зменшуючи параметр b ми зменшуємо висоту шестерні, яка знаходиться в зачеплені і тим самим пропорційно зменшуємо ОП ШГМ (див. залежність (1)). З ви щенаведеного витікає, що зменшення ОП ШГМ досягається шля хом осьового зміщення веденої шестерні, що потребує зміщення половини вузла качання. Для здійснення цього способу регулювання ОП значно ускладнюється ШГМ за рахунок введення механізму осьового переміщення шестерні. Окрім того, осьове зміщення шестерні веде до збільшення висоти ШГМ не менше ніж на b мм, тобто до збільшення її габаритів. Збільшення габаритів, безумовно призводить до збільшення маси ШГМ. Низький тиск, що розвиває ШГМ пояснюється невирішеною проблемою ущільнення торцевих спряжень ШГМ, які виникають саме завдяки вибраному способу регулювання ШГМ, а саме шляхом осьового зміщення веденої шестерні. Дійсно, в звичайному випадку діаметри шестерень ШГМ в місці зубчастого зачеплення і спряження стиків втулок виходять за розміри своєї втулки. Але в ШГМ, яка не регулюється частина торця шестерні, що виходить за розміри своєї втулки ущільнюється сусідньою втулкою спряженої шестерні, оскільки вони лежать в одній площині. До речі, при виготовлені ШГМ площина стику втулок ретельно контролюється. В способі регулювання ОП ШГМ згідно прототипу, внаслідок осьового зміщення веденої шестерні вищенаведений спосіб ущільнення стає неможливим, що і призводить до суттєвого (більш ніж на ступінь) зниження тиску, що спроможна розвинути ШГМ. Окрім того, вищенаведеними причинами пояснюється і досить низький коефіцієнт об'ємної подачі (КОП) ШГМ. Задача, яку вирішує даний винахід, полягає в спрощенні способу регулювання об'ємної подачі ШГМ, в підвищенні тиску і коефіцієнту об'ємної подачі ШГМ і зниженню габаритних розмірів і маси ШГМ, що регулюється. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі регулювання об'ємної подачі шестеренної гідромашини шляхом зміщення шестерні - це зміщення шестерні здійснюють в площині перпендикулярній осі обертання шестерень з можливістю забезпечення регулювання міжцентрової відстані зачеплення шестеренної гідромашини. Поставлена задача може бути, зокрема, реалізована способом регулювання об'ємної подачі шестеренної гідромашини зовнішнього зачеплення, в якій зменшення об'ємної подачі забезпечують шляхом зміщення веденої шестерні з можливістю забезпечення збільшення міжцентрової відстані зачеплення. Окрім того, спосіб регулювання об'ємної подачі шестеренної гідромашини внутрішнього зачеплення полягає в тому, що зменшення об'ємної подачі забезпечують шля хом зміщення ведучої шестерні з можливістю забезпечення зменшення міжцентрової відстані зачеплення. Зміщенням шестерні в площині перпендикулярній осі обертання шестерень забезпечують регулювання міжцентрової відстані зачеплення ШГМ, що в свою чергу забезпечує регулювання ОП ШГМ. Це можна пояснити наступним. Зміщення, наприклад, веденої шестерні в площині перпендикулярній осі обертання шестерень з можливістю забезпечення збільшення міжцентрової відстані в ШГМ зовнішнього зачеплення (ШГМЗЗ) призводить до збільшення площі - Sv, так званого затиснутого об'єму ШГМЗЗ [1], що і призводить у відповідності до залежності (1) до зменшення ОП ШГМЗЗ. Відповідні розрахунки і експериментальні дослідження способу регулювання ОП ШГМ показали, що необхідне зміщення шестерні в площині перпендикулярній осі обертання шестерень, яке забезпечує необхідне регулювання міжцентрової відстані становить всього 1,5...5мм, в залежності від типорозміру ШГМ. А, отже, спосіб регулювання ОП ШГМ зміщенням шестерні в площині перпендикулярній осі обертання шестерень, що забезпечує регулювання міжцентрової відстані зачеплення ШГМ дозволяє значно спростити спосіб регулювання ШГМ, а також залишити габаритні розміри і масу ШГМ без зміни. Окрім того, завдяки тому, що шестерня не зміщується в осьовому напрямку ущільнення торців шестерень здійснюють, як у звичайних ШГМ. Це забезпечує необхідну якість ущільнення торцевого спряження і дозволяє збільшити, як тиск, що розвиває ШГМ, так і її КОП. Зменшення міжцентрової відстані в ШГМ внутрішнього зачеплення (ШГМВЗ) викликає збільшення розміру затиснутого об'єму, зокрема його площі - Sv. А це в свою чергу призводить до зменшення ОП ШГМВЗ (див. залежність (1)). Порівняльний аналіз технічного рішення, що пропонується з прототипом [1] (оскільки інші аналоги авторам виявити не вдалось), показує, що він відрізняється від прототипу напрямком зміщення шестерні: зміщення шестерні здійснюють в площині перпендикулярній осі обертання шестерень, з можливістю забезпечення регулювання міжцентрової відстані зачеплення ШГМ. Сукупність наведених відмінних ознак, за нашими даними, на дату подачі заявки невідома, що свідчить про новизну способу. Аналіз способу регулювання ОП ШГМ за прототипом показав, що зазначений спосіб регулювання зміною довжини зачеплення зубців шестерень шляхом осьового зміщення веденої шестерні [1] пов'язаний з цілою низкою недоліків, які викладені вище. Порівняння способу, що пропонується, з прототипом [1], показало, що зміна напрямку зміщення шестерні в площині перпендикулярній осі обертання шестерень, з можливістю забезпечення регулювання міжцентрової відстані зачеплення ШГМ дозволяє подолати всі зазначені недоліки, а тому ці відмінні ознаки безперечно слід признати суттєвими. На фіг.1 наведений поперечний розріз ШГМЗЗ при номінальній міжцентровій відстані, номінальному значенні затиснутого об'єму і номінальній ОП. На фіг.2 наведений поперечний розріз ШГМЗЗ при збільшеній міжцентровій відстані, збільшеному значенні затиснутого об'єму і зменшеній ОП. На фіг.3 наведений поперечний розріз ШГМЗЗ при гранично можливій міжцентровій відстані, максимальному значенні затиснутого об'єму і граничному зменшенню ОП. На фіг.4 зображена графічна залежність зміни ОП ШГМЗЗ від зміни міжцентрової відстані. В корпусі 1 ШГМЗЗ розміщені втулки 2 і 3, в яких обертаються ведуча 4 і ведена 5 шестерні. В процесі роботи ШГМЗЗ між неробочими евольвентними профілями ведучої 4 і веденої 5 шестерень утворюється затиснутий об'єм - 6. Робоча рідина під час роботи шестеренного насоса в затиснутому об'ємі - 6 зворотно переноситься в камеру всмоктування - 7 з камери нагнітання - 8, чим знижує об'єм робочої камери шестеренного насоса. Положення веденої шестерні 5 на фіг.1 відповідає номінальній міжцентровій відстані АД ШГМЗЗ, що забезпечує номінальне значення затиснутого об'єму 6 - S v, а ви ходячи з цього і номінальне значення ОП ШГМЗЗ. Спосіб регулювання ШГМЗЗ здійснюють шляхом зміщення веденої шестерні 5 в площині перпендикулярній осі обертання шестерень (див. фіг.2 і 3). Наслідком зміщення шестерні в площині перпендикулярній осі є збільшення міжцентрової відстані АД ШГ МЗЗ, що в свою чергу призводить до збільшення розміру затиснутого об'єму - 6, зокрема його площі - Sv (див. фіг.2). А це, в свою чергу, призводить до зменшення ОП ШГМЗЗ (див. залежність (1)). На фіг.3 зображено поперечний розріз ШГМЗЗ при граничному значенні міжцентрової відстані АД, граничному значенні розміру затиснутого об'єму 6 - Sv, а, отже, і максимально можливому зменшенню ОП ШГМЗЗ. Граничним значенням міжцентрової відстані є така відстань, при якій коефіцієнт перекриття зачеплення зменшується до граничного значення - e = 1. Аналогічно здійснюють регулювання ОП ШГМВЗ. Відмінністю регулювання. якого є те, що зміщують ведучу шестерню і зміщують її в напрямку зменшення міжцентрової відстані, що призводить до збільшення розміру затиснутого об'єму - S v і зменшенню ОП ШГМВЗ. Нами був реалізований спосіб регулювання ОП ШГМЗЗ шляхом зміщення веденої шестерні в площині перпендикулярній осі обертання шестерень з можливістю забезпечення збільшення міжцентрової відстані зачеплення. Спосіб регулювання здійснювали на модернізованому шестеренному насосі НШ-32У. Шестеренний насос, що регулюється має наступні параметри зубчастого зачеплення його шестерень: - нульові некореговані колеса; - міжцентрова відстань АД=45мм; - чисельність зубців шестерень z1=z2=15; - модуль m=3мм; - початковий коефіцієнт перекриття e = 1 48; , - початковий робочий об'єм шестеренного насоса (об'ємна подача за один оберт) q=18373мм 3. Значення параметрів ШГМЗЗ для шести різних положень веденої шестерні 5, яким відповідають різні значення міжцентрової відстані наведено в таблиці. Таблиця Значення параметрів ШГМЗЗ при зміні положення веденої шестерні Міжцентрова відстань - АД , мм 45 45,61 46,04 46,38 46,58 46,63 Площа затиснутого об'єму Sv, мм 2 7,051 12,17 16,65 20,65 21,24 21,87 Коефіцієнт перекриття зачеплення - e 1,48 1,29 1,16 1,07 1,01 1,0 Об'єм робочої камери ШГМЗЗ, мм 18373 16865 15657 14631 14001 13840 З фіг.4 бачимо, що графічна залежність збільшення затиснутого об'єму від збільшення міжцентрової відстані ШГМЗЗ носить спадний характер. При цьому швидкість спадання майже відповідає лінійній залежності. З фіг.4 бачимо, що збільшення міжцентрової відстані на 1,63мм призводить до зниження ОП ШГМЗЗ на 25%. Таким чином, з вищенаведеного бачимо, що спосіб регулювання ОП ШГМ шля хом зміщення шестерні в площині перпендикулярній осі обертання шестерень, з можливістю забезпечення регулювання міжцентрової відстані зачеплення ШГМ дозволяє значно спростити спосіб регулювання ОП ШГМ, підвищити тиск і коефіцієнту об'ємної подачі ШГМ, а також знизити габаритні розміри і масу ШГМ, що регулюється. Список основних джерел врахованих при упорядкуванні заявки: 1. Е.А. Рыбкин, А.А. Усов. Шестеренные насосы для металлорежущих станков. Ма шгиз, 1960 — 189с.