Шестеренна гідромашина зовнішнього зачеплення

1. Шестеренна гідромашина зовнішнього зачеплення, що містить корпус, у циліндричних розточках якого розміщені шестерні зовнішнього зачеплення з корегованими зубами евольвентного профілю, сполученими між собою з утворенням бічного зазору, що відрізняється тим, що синтез зубчастого зачеплення шестерень виконаний з асиметричною лінією зачеплення щодо полюса зачеплення. 2. Шестеренна гідромашина зовнішнього зачеплення по п. 1, що відрізняється тим, що ведена шестірня виконана з кількістю зубів, принаймні, на один менше, ніж ведуча, тобто Zвед£Zвч - 1, де Zвед - кількість зубів веденої шестірні; Zвч - кількість зубів ведучої шестірні. C2 (54) ШЕСТЕРЕННА ГІДРОМАШИНА ЗОВНІШНЬОГО ЗАЧЕПЛЕННЯ 42895 ШГМЗЗ у режимі насоса в камеру нагнітання. Таким чином фактично ця частина робочої рідини, що не витиснута з міжзубової западини зворотно переноситься в камеру всмоктування, що і призводить до зниження, як об'ємної подачі, так і коефіцієнта об'ємної подачі ШГМЗЗ у режимі насоса. По-друге, зниження надійності і довговічності ШГМЗЗ можна пояснити тим, що висота зубів кожної шестерні виконана відповідно до рівності ea=1 [1], і може привести при самих незначних зносах вершин зубів шестерень по зовнішньому діаметру до зменшення коефіцієнта перекриття до величини меншої одиниці, а це, у свою чергу, веде до фактичного виходу зубчастого зачеплення з ладу. Дійсно коефіцієнт перекриття зачеплення зубчастої передачі ea визначається наступною залежністю [3]: ea = 2 d2 - db - a w sin a w a Pb , подачі і коефіцієнта об'ємної подачі, а також підвищенні її надійності і довговічності. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в шестеренній гідромашині зовнішнього зачеплення, що містить корпус, у циліндричних розточках якого розміщені шестерні зовнішнього зачеплення з коригованими зубами евольвентного профілю, сполученими між собою з утворенням бічного зазору, синтез зубчастого зачеплення шестерень виконаний з асиметричною лінією зачеплення щодо полюса зачеплення. Розвитком поставленої задачі є підвищення об'ємної подачі і коефіцієнта об'ємної подачі, надійності і довговічності, можливість подальшого підвищення тиску, що розвивається шестеренною гідромашиною зовнішнього зачеплення в режимі насоса, а також зменшення її металоємності. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в шестеренній гідромашині зовнішнього зачеплення, ведена шестерня виконана з кількістю зубів, принаймні, на один менше, ніж ведуча, тобто Zвед£Zвч -1, (2) де Zвед - кількість зубів веденої шестерні; Zвч - кількість зубів ведучої шестерні. Подальшим розвитком поставленої задачі є підвищення надійності і довговічності шестеренної гідромашини зовнішнього зачеплення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в шестеренній гідромашині зовнішнього зачеплення саме зачеплення виконане рівнозміщеним, при цьому ведена шестерня виконана з негативним зміщенням (-xведm), а ведуча шестерня з позитивним зміщенням (хвчm), причому ці зміщення рівні між собою за абсолютною величиною ½xведm½=½хвчm½, (3) де xвед і хвч - коефіцієнт зміщення відповідно до веденої і ведучої шестерень; m - модуль зачеплення. Задача подальшого підвищення об'ємної подачі і коефіцієнта об'ємної подачі шестеренної гідромашини зовнішнього зачеплення в режимі насоса вирішується тим, що в шестеренній гідромашині зовнішнього зачеплення синтез зубчастого зачеплення шестерень виконано з бічним зазором jw, який визначають з умови: s×a×Dt+Dw£jw£j0, (4) де s - ширина шестерні на довільному конкретному діаметрі; Dt - зміна температури, що відбулася в процесі роботи шестеренної гідромашини зовнішнього зачеплення; a - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу шестерень ШГМЗЗ; Dw - похибка виконання довжини загальної нормалі шестерень гідромашини зовнішнього зачеплення; j0 - бічний зазор шестеренної гідромашини зовнішнього зачеплення, який визначають з залежності j0 =0,1m; m - модуль зачеплення. На фіг. 1 наведений поперечний розріз шестеренної гідромашини зовнішнього зачеплення П. (1) де da - діаметр виступів голівок зубів, мм; db - діаметр основної окружності, мм; аw - міжцентрова відстань, мм; aw - кут зачеплення передачі, град; pb - основний крок зачеплення, мм. Як випливає з приведеної залежності (1) із зменшенням зовнішнього діаметра шестерень – da, коефіцієнт перекриття зубчастої передачі зменшується, а оскільки він відповідно до авторського свідоцтва [2] дорівнює одиниці ea=1, то при самих незначних зносах, які фактично мають місце в процесі експлуатації ШГМЗЗ, зубчаста передача такої ШГМЗЗ виходить із ладу. По-третє, зниження надійності і довговічності ШГМЗЗ у режимі насоса і відсутність потенційних можливостей подальшого підвищення тиску, що нею розвивається. Це пояснюється тим, що одним із найменш надійних сполучень ШГМЗЗ у режимі насоса є сполучення підшипник ковзання - цапфа шестерні. А оскільки ведена шестерня навантажена на 15...20% більше ніж ведуча, то зрозуміло, що надійність і довговічність, а рівно і можливості подальшого підвищення тиску, який розвивається ШГМЗЗ в режимі насоса, обмежуються перевантаженістю веденої шестерні. Саме перевантаженість веденої шестерні ШГМЗЗ у режимі насоса приводить до явищ схоплювання і заїдання підшипників ковзання веденої шестерні. А це власне і приводить не тільки до зниження довговічності і надійності ШГМЗЗ у режимі насоса, але і до втрати можливості подальшого підвищення тиску, що розвивається нею. В-четвертих, ускладнення конструкції, зокрема зубчастої передачі ШГМЗЗ, це можна пояснити тим, що створення евольвентного профілю шляхом тангенціального і радіального зміщення евольвенти відносно ділильного кола сполучено з ускладненням, як розрахунку такої евольвенти, так і технології її формоутворення. Зокрема для цього, швидше за все, буде потрібне розроблення нової системи розрахунку, а також проектування і створення спеціального інструмента для нарізування вищезгаданих зубчастих шестерень. Задача, яку вирішує даний винахід, полягає в спрощенні конструкції шестеренної гідромашини зовнішнього зачеплення, підвищенні її об'ємної 2 42895 На фіг. 2 наведена принципова схема зубчастого зачеплення із симетричною лінією зачеплення щодо полюса зачеплення П. На фіг. З наведена принципова схема зубчастого зачеплення з асиметричною лінією зачеплення щодо полюса зачеплення П. На фіг. 4 наведені фази утворення, зміни і розкриття затисненого об'єму від кута повороту шестерень ШГМЗЗ з асиметричною лінією зачеплення шестерень. На фіг. 5 наведений поздовжній розріз ШГМЗЗ. На фіг. 1...5 використовуються наступні умовні позначення: П - полюс зачеплення; db1 і db2 - відповідно діаметр основної окружності ведучої і веденої шестерень; dw1 і dw2 - відповідно діаметр початкової окружності ведучої і веденої шестерень; da1 і da2 - відповідно діаметр окружності виступів вершин зубів ведучої і веденої шестерень; df1 і df2 - відповідно діаметр окружності западин вершин зубів ведучої і веденої шестерень. MN - основна лінія зачеплення; KL - допоміжна лінія зачеплення. Шестеренна гідромашина зовнішнього зачеплення (див. фіг. 1 і фіг. 5) містить корпус 1, у циліндричних розточках 2 якого розміщені втулки, що виконують роль підшипників ковзання 3, у яких обертаються ведуча 4 і ведена 5 шестерні зовнішнього зачеплення з коригованими зубами евольвентного профілю, сполученими між собою з утворенням бічного зазору 6 і утворюючі разом із корпусом 1 камеру всмоктування 7 і камеру нагнітання 8, причому синтез зубчастого зачеплення шестерень 4 і 5 виконаний з асиметричною лінією зачеплення щодо полюса зачеплення П (фіг. 1, фіг. 3 і фіг. 4). З порівняння принципових схем зубчастого зачеплення із симетричною (фіг. 2) і асиметричною (фіг. 3) лінією зачеплення щодо полюса зачеплення П бачимо, що єдино можливим способом синтезу такої передачі є використання шестерень із різними діаметрами основної окружності. Одним із конкретних втілень є ШГМЗЗ, ведена шестерня якої виконана з кількістю зубів, принаймні на один менше, ніж ведуча (див. фіг. 1 і фіг. 4), тобто Zвед£Zвч -1, де Zвед - кількість зубів веденої шестерні; Zвч - кількість зубів ведучої шестерні. Іншою конкретною реалізацією запропонованого винаходу є шестеренна гідромашина зовнішнього зачеплення, зачеплення якої виконано рівнозміщеним, при цьому ведена шестерня виконана з негативним зміщенням (-xведm), a ведуча шестерня з позитивним зміщенням (хвчm), причому ці зміщення рівні між собою за абсолютною величиною ½xведm½=½хвчm½, де xвед і хвч - коефіцієнт зміщення відповідно до веденої і ведучої шестерень; m - модуль зачеплення. Подальший розвиток наведених рішень полягає в тому, що в шестеренній гідромашині зовнішнього зачеплення синтез зубчастого зачеплення шестерень виконано з бічним зазором jw (фіг. 1 і фіг. 4), який визначають з умови: s×a×Dt+Dw£jw£j0, де s - ширина шестерні на довільному конкретному діаметрі; Dt - зміна температури, що відбулася в процесі роботи шестеренної гідромашини зовнішнього зачеплення; a - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу шестерень ШГМЗЗ; Dw - похибка виконання довжини загальної нормалі шестерень гідромашини зовнішнього зачеплення; j0 - бічний зазор шестеренної гідромашини зовнішнього зачеплення, який визначають з залежності j0 =0,1m; m - модуль зачеплення. Шестеренна гідромашина зовнішнього зачеплення в режимі насоса працює таким способом. При обертанні ведучої шестерні 4 і кінематично зв'язаної з нею веденої шестерні 5 у підшипниках 3 створюється розрядження в камері всмоктування 7. Робоча рідина, що надійшла в камеру всмоктування 7, захоплюється зубами шестерень 4 і 5 і у міжзубових западинах переноситься уздовж стінок колодязів 2 із камери всмоктування 7 у камеру нагнітання 8, звідки робоча рідина подається під тиском у магістраль високого тиску (див. фіг. 1). При цьому високий тиск у камері нагнітання створюється завдяки періодичному зменшенню об'єму камери нагнітання 8 до мінімального значення. Одним із найважливіших моментів роботи насоса є момент витиснення робочої рідини з міжзубової западини 10 зубом 15, другої шестерні, що набігає (див. фіг. 1 і фіг. 4). Особливістю роботи ШГМЗЗ є те, що робоча рідина цілком витиснута з міжзубової западини бути не може і частина робочої рідини зворотно переноситься з камери нагнітання 8 у камеру всмоктування 7, що знижує, як її об'ємну подачу, так і її коефіцієнт об'ємної подачі (див. фіг. 1 і фіг. 4). Крім цього при синтезі зубчастого зачеплення шестерень виконаних із симетричною лінією зачеплення щодо полюса зачеплення П, (фіг. 4) створюються умови, при яких відбувається утворення і наступне зменшення затисненого об'єму, що викликає компресію робочої рідини тобто різке підвищення тиску рідини, що, у свою чергу, приводить до ряду негативних явищ у роботі насоса. У прототипі ця проблема вирішується за рахунок зменшення діаметра виступів зубів і зменшення їхньої товщини шляхом зміщення звичайного профілю зубів у радіальному і тангенціальному напрямках щодо ділильної окружності, що при коефіцієнті зміщення ea =1 і збільшенні бічного зазору приводить до виключення компресії робочої рідини в западинах шестерень [1]. Однак вирішується ця задача шляхом різкого погіршення і доведення до граничного стана другої характеристики зубчастого зачеплення ШГМЗЗ - коефіцієнта перекриття - ea. Адже відомо, що при ea