Главная страница сайта  Российские промышленные издания (узловые агрегаты) 

[ 1 ] 2 3 4 ... 18

ШЕСТЕРЕННЫЕ НАСОСЫ

Основы гидравлического действия и кинематика шестеренных насосов всех конструктивных разновидностей определяют их принадлежность, как гидромашин, к группе коловратных роторных (либо тяготеющих к роторным) насосов объемного типа с плоскостной кинематикой и внешней или внутренней связью между рабочими органами

Характерными признаками этой группы насосов, согласно определениям проф В В Мишке [18], являются

1) обязательное наличие в насосе трех родов рабочих органов неподвижного статора и вращающихся относительно него ротора и замыкателей,

2) герметичная изоляция всасывающей и нагнетательной камер посредством одновременного замыкания статора, ротора и замыкателя,

3) осуществление подачи путем создания во всасывающей камере объема, герметично отсекаемого замыкателем и прямоточным движением перемещаемого в камеру нагнетания,

4) образование герметично замкнутого объема, переносимого из камеры нагнетания в камеру всасывания и изменяющегося в процессе переноса (защемленный объем),

5) щелевое распределение жидкости во всасывающей и нагнетательной камерах вместо клапанного или золотникового,

6) наличие у замыкателей, образующих низшую кинематическую пару, одной степени свободы,

7) неравномерность подачи жидкости, как следствие сложных закономерностей перемещения рабочих органов,

8) независимость усилия на рабочих органах от скорости омывающей их жидкости (Величина усилия определяется только давлением в рабочей магистрали )

Перечисленными признаками исчерпывается кинематика и принцип гидравлического действия любой разновидности этой группы насосов .

Конструкции насосов, тяготеющих к роторным, к которым, как установлено будет далее, относятся насосы с косозубым и шевронным laaemeinHMH при углах наклона зубьев более 7 град - не обеспечичают герметичной изоляции всасывающей нагнетательной камер,

и



Следует иметь в виду, что в большинстве конструкций шестеренных насосов благодаря образованию между ротором и замыкателями кинематической и силовой цепи отсутствует надобность в редукторе, который является обычной принадлежностью коловратных насосов. Профиль зубьев ротора и замыкателей, в силу известных преимуществ, выполняется в шестеренных насосах по эвольвенте. (В некоторых конструкциях насосов с внутренним зацеплением используется профиль, отличный от эвольвентного.)

Хорошие эксплуатационные качества шестеренных насосов определяются сочетанием следующих наиболее важных свойств:

1) способностью самозасасывания и нагнетания жидкостей со значительным давлением упругих паров и высоким содержанием растворенных в них газов и воздуха. Величина абсолютного давления во всасывающей полости шестеренных насосов с наружным зацеплением может доходить доЗООжж рт. ст., а в насосах с внутренним зацеплением до 650 мм рт. ст.

2) возможностью применения рабочих сред вязкостью в пределах от 0,5 X 10- до 250 X 10-5 мУсек;

3) интервалом производительностей от долей литра до нескольких тысяч литров в минуту, что является результатом отсутствия ограничений, препятствующих увеличению размеров насоса и работе его на высоких скоростях. (В шестеренных насосах отсутствуют рабочие органы, подверженные действию центробежных сил, и органы, движущиеся с ускорением, что позволяет доводить число оборотов приводного вала до 6000-8000 в минуту);

4) интервалом рабочих давлений от 10 до 35 кГ/см в одноступенчатых двухроторных насосах неразгруженных конструкций и от 200 до 300 кГ/см - в насосах многоступенчатых разгруженных конструкций и автоматическим регулированием торцовых зазоров.

Вместе с тем, шестеренные насосы достаточно чувствительны к засорению рабочей жидкости, что является следствием очень малых контактных зазоров. (У шестеренных насосов чувствительность к засорению проявляется в меньшей степени, чем в насосах шиберных и поршеньковых.)

2. КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ

Шестеренные насосы можно классифицировать по следующим признакам:

1) по характеру зацепления: а) насосы с внешним зацеплением, 6)jHacocbi с внутренним зацеплением;

2) по форме зуба зацепляющихся рабочих органов: а) насосы с прямыми зубьями, б) насосы с винтовыми зубьями, в) насосы с шевронными зубьями;

3) по числу одновременно сцепляющихся пар роторов: а) насосы двухроторные, б) насосы многороторные;

4) по числу пар роторов в насосе: а) одноступенчатые насосы, б) многоступенчатые насосы;



5) по возможности регулирования производительности: а) насосы с регулируемой производительностью, б) насосы с нерегулируемой производительностью;

6) по способам обеспечения работоспособности от давления: а) насосы неразгруженные, б) насосы разгруженные, в) насосы с автоматическим регулированием торцовых зазоров.

Указанная классификация является условной и не охватывает всего многообразия конструктивных особенностей этого типа насосов, принятых с целью улучшения их эксплуатационных параметров либо для удовлетворения специфических требований, определяемых условиями работы. Вместе с тем, каждый из перечисленных признаков является отправным для характеристики эксплуатационных возможностей и принципов конструктивного оформления соответствующего типа насоса.

Основными признаками, определяющими тип насоса, следует считать характер зацепления и форму зубьев. Сами по себе классификационные признаки не являются единственно определяющими и могут характеризовать тот или иной тип насоса лишь в сочетании с другими.

В плане настоящей книги интерес для рассмотрения представляют лишь типы шестеренных насосов, эксплуатационные характеристики которых соответствуют требованиям и условиям работы станочного гидропривода .

Анализируя в связи с этим специфические особенности работы насосов с винтовыми и шевронными зубьями роторов можно показать несоответствие их эксплуатационных характеристик основным требованиям, предъявляемым к приводному элементу гидросистем металлорежущих станков.

Насосы с винтовыми зубьями (косозубые, двухроторные). Основной целью при использовании косо-зубых и шевронных шестерен в гидравлических насосах является устранение недостатков, присущих зубчатой передаче с прямыми зубьями, и улучшение гидравлических показателей насосов.

Как известно, прямозубое зацепление характеризуется прямолинейным контактом боковых поверхностей зубьев по всей их ширине, сохраняющим неизменной свою величину в процессе зацепления.

Эту особенность зубчатых колес с прямыми зубьями следует расценивать как их недостаток, приводящий при неточно изготовленных профилях, к толчкообразному движению ведомого колеса, шуму и быстрому износу рабочих поверхностей. К недостаткам прямозубого зацепления следует также отнести ограниченную возможность увеличения коэффициента перекрытия. Обычное значение этого коэффициента е < 2. Поэтому нагрузка, передаваемая зубьями, распределяется не более, чем на две пары. Это обстоятельство приво-

Насосы с внутренним зацеплением зубьев в дальнейшем рассматриваться не будут, так как случаи их использования в станочных гидросистемах чрезвычайно редки



дит при больших величинах передаваемых усилий к повышенным значениям модуля и увеличению габаритных размеров.

Названные недостатки прямозубого зацепления устраняются при использовании косозубых шестерен. В этом случае вступление и выход зубьев из зацепления происходит не сразу по всей их ширине, а постепенно, что позволяет устранить влияние некоторых погрешностей в очертании профилей зубьев и добиться более плавной и менее шумной работы.

Однако полное использование преимуществ косозубой передачи в шестеренных насосах ограничивается выбором значений угла наклона зубьев р. Предельные величины этого угла определяются требованием сохранения уплотняющего контакта по всей ширине зацепляющихся зубьев в течение всего периода их касания.

Чтобы выполнить это условие зацепления в шестеренных насосах с ширинами роторов, числом зубьев и коэффициентом перекрытия, ujHpoKo применяемых практически - угол наклона зубьев Р не может превышать пределов от 4 до 7 град. Но при столь малых углах наклона косозубое зацепление не обладает сколько-нибудь существенными преимуществами перед прямозубым зацеплением и не целесообразно для применения в шестеренных насссах.

При плотном беззазорном косозубом зацеплении постоянная изоляция полостей нагнетания и всасывания сохраняется при несколько больших углах наклона зубьев, чем в зацеплении с боковым зазором. Однако и в этом случае величины угла наклона зубьев не могут превышать 7-10°, при которых работа косозубого зацепления несущественно отличается от работы прямозубого зацепления. Применение косозубых роторов в шестеренных насосах не обеспечивает также и более равномерную подачу нагнетаемой жидкости. Зависимости, которые мы рассмотрим ниже, позволяют угверждать, что применение косозубых роторов не дает снижения пульсации подачи жидкости в отличие от насосов, имеющих прямозубые роторы, так как частота и амплитуда колебаний подачи остаются неизменными. Недостатком передачи с винтовыми зубьями следует также считать возникновение осевого усилия во время работы, что не имеет места при прямозубом зацеплении.

Насосы с шевронными зубьями. Угол наклона зубьев на шевронных роторах насосов достигает 20 град, и более, что позволяет полностью использовать положительные свойства косозубой передачи. У широких роторов при таких величинах угла наклона зубьев заметно возрастает значение коэффициента перекрытия. Одновременное зацепление нескольких пар зубьев позволяет получить при работе насосов с шевронными зубьями более равномерную подачу жидкости. Соотношение между углами зацепления в торцовом и нормальном сечениях косозубых колес указывает на возможность нарезать косозубые шестерни без исправления с числом зубьев меньшим, чем наименьшее число зубьев прямозубой передачи. Этим достигается значительно лучшее использование рабочего объема тела роторов для целей нагнетания. На фиг. 1 изображен шестеренный насос, на каждом из роторов И



которого нарезано по два шевронных зуба. Роторы в этоМ случае предназначены лишь для транспортирования рабочей жидкости и не имеют непосредственного контакта между зубьями. Привод каждого из роторов осуществляется с помощью специального наружного редуктора.

Вследствие большого угла наклона зубьев в насосах с шевронными роторами нет непрерывной изоляции камер нагнетания и всасывания, и поэтому здесь имеет место постоянный переток жидкости через пространство зацепления. Это обстоятельство затрудняет использование их для нагнетания маловязких жидкостей даже


Фиг. 1. Шестеренный насос с шевронным зацеплением роторов.

в диапазоне средних давлений. По этой же причине затруднено точное аналитическое определение геометрической производительности насоса, так как величина нагнетаемого объема жидкости является неопределенной Ч

Характеристики зависимости расхода от давления насосов одинаковой (при отсутствии перепада давлений) геометрической производительностью с прямозубыми 1 и шевронными 2 роторами, при работе на жидкостях с большой (90 ест) и малой (18 ест) вяз-костями, изображены на фиг. 2.

Отсутствие непрерывной изоляции рабочих камер насоса с шевронными роторами позволяет избежать органически присущего

* Так же, как и насосы с винтовыми зубьями роторов при углах наклона, когда

б Pg > З^гГс) (ej - 1) насосы с шевронными роторами, строго говоря, не должны

относиться к классу роторных гидронасосов, так как они не удовлетворяют одному из основных признаков насосов этого типа - образованию в процессе нагнетания защемленного объема.



2 1

Вязкость 180

ЧязшстьЗОССУ

Давление Фиг. 2.

30 РнгкГ/с

прямозубым шестеренным насосам заклинивания жидкости в отсеченном междузубовом пространстве (весьма нежелательного у насосов большой производительности при работе на жидкостях с высокой вязкостью). Канализация жидкости (разгрузка отсеченлого междузубового пространства) становится в этом случае затруднительной. Защемление жидкости у насосов с прямозубыми роторами ограничивает возможный предел скорости вращения роторов.

При прочих равных условиях насосы с шевронными роторами, как показывают испытания, могут работать на скоростях больших, чем насосы прямозубые, без заметного влияния на продолжительность службы шестерен, опор и уплотнений. Областью наиболее рационального применения насосов с шевронными и односторонними косозубыми роторами (с углом наклона зубьев более 7 град.) следует считать работу по перекачке больших объемов (3000-5000 лЫин) высоко вязких жидкостей (до 3и0° Е). Как показала практика, весьма целесообразно использование этого типа насосов при нагнетании жидкостей с большим содержанием растворенных в них газов и воздуха и со значительными давлениями упругих паров, так как благодаря отсутствию защемления жидкости обратно в зону всасывания переносится очень малое количество сжатых в полости нагнетания газов и паров. В результате невелика и доля объема рабочих камер, заполненных расширившимися в полости всасывания парами газами и воздухом, а следовательно, невелика и потеря производительности от недо-заполнения междузубовых впадин жидкостью.

Вместе с тем изготовление шестеренных насосов с шевронным зубом является значительно более сложным и трудоемким процессом, чем изготовление насосов с прямозубыми роторами. Для сокращения утечек жидкости зацепление должно выполняться плотным (беззазорным). Должен быть сведен к минимуму и радиальный зазор между головкой и дном впадины сопряженных зубьев (фиг. 3). (Для этого используется инструмент с укороченным зубом, например в насосе фирмы Brown and Sharpe мод. 537 боковой зазор в зацеплении составляет около 0,03 мм при т = 5,5, а радиальный 0,02 мм.)

Эксплуатационные требования к приводным элементам станочных гидросистем предполагают жесткость характеристики р - Q и определенности значений геометрического расхода насоса, что позволяет обеспечить рациональные режимы резания и равномер-16




ность Скоростей рабочих движений. Этим требованиям шестеренные насосы с косозубым и шевронным зацеплением роторов (относящиеся к группе тяготеющих к роторным ) не удовлетворяют, что в большинстве случаев ограничивает их применение в гидроприводах металлорежущих станков.

Двухроторные одноступенчатые насосы с прямыми зубьями. Самую обширную группу шестеренных насосов составляют насосы с наружным зацеплением прямозубых роторов. Этот конструктивный принцип представляет основу для большого числа исполнений насосов различных эксплуатационных возможностей. Насосы с прямозубыми роторами характеризуются рядом специфических особенностей, вытекающих из их принадлежности к группе роторных гидронасосов.

Они обладают определенностью значений геометрической производительности, постоянством расхода тгри тк5тмк5нник старости вращения в широком диапазоне давлений и стабильностью рабочей характеристики агрегатов, используемых в качестве гидродвигателей.

Наибольшей конструктивной простотой отличаются одноступенчатые двухроторные насосы с прямыми зубьями, предназначенные для работы на низких и средних давлениях. Этот тип шестеренных насосов широко применяется в гидравлических приводах металлорежущих станков потому, что он обеспечивает получение наивыгоднейших условий резания при требуемой равномерности скоростей. В различных конструктивных вариантах они используются для сообщения возвратно-поступательных движений столам в шлифовальных и некоторых других станках, а также для осуществления быстрых ходов в станках токарных, фрезерных, алмазно-расточных и агрегатных. Широко используются эти насосы в системах смазки и охлаждения металлорежущих станков.

Одноступенчатые двухроторные насосы с прямыми зубьями отличаются друг от друга исполнением опор ведущего и ведомого роторов, способом уплотнения торцов роторов, способом разгрузки защемленного междузубового пространства, конфигурацией камер нагнетания и всасывания, конструкцией уплотняющих элементов приводного вала и внешним оформлением в зависимости от назначения данного насоса и технологии его изготовления.

Конструктивная простота и надежность работы прямозубых одноступенчатых двухроторных насосов среднего давления позволили

2 Рыбкин и Усов 88 WAVU!in T-v.iMii-r4-л . 17

Фнг. 3. Зацепление роторов с шевронными зубьями в осевом сечении.

НАУЧг!0-ТРХНЯЧ£СКАЧ

имв.А.ДьгтяРЕед




Фиг. 4. Трехступенчатый шестерениый нассс с последовательным соединением роторов.

N




Фиг. 5. Продольный разрез многоступенчатого, многороторного

насоса.




Ф.:Г1 6. Многоступенчатый многороторный насос (вид с торца).


Фиг. 7. Схема многоступенчатого многороторного насоса.



создать на базе этих насосов насосы высокого давления (многоступенчатые и многороторные) с широким интервалом производительностей путем последовательного и последовательно-параллельного соединения нескольких групп роторов.

Последовательно-параллельное соединение в одном агрегате нескольких групп роторов позволяет получить насос высокого давления с большим числом различных ступеней расхода. Схема работы, общий вид и элементы конструкций упомянутых насосов изображены на фиг. 4-7.

Двухроторные одноступенчатые шестеренные насосы высокого давления, кроме перечисленных выше различий насосов низкого и среднего давления, отличаются также методом разгрузки шестерен и опор от радиальных усилий и способами регулирования торцового зазора.

Вместе с тем следует отметить, что известные конструкции шестеренных двухроторных одноступенчатых насосов высокого давления. (разгруженных с регулированием торцовых зазоров) являются дорогостоящими и относительно недолговечными.

; . . 3

I

Л' л.




[ 1 ] 2 3 4 ... 18