Шестеренные гидромашины

Шестеренными называют роторные гидромашины с рабочими камерами, образованными поверхностями зубчатых колес, корпуса и боковых крышек.

Шестеренные гидромашины выполняют с шестернями внешнего (см. рис. 2.2, а) или внутреннего (см. рис. 2.2, б) зацепления. Такая гидромашина представляет собой пару (чаще всего одинаковых) шестерен 1 и 2, находящихся в зацеплении и помещенные в корпус с малыми радиальными зазорами (обычно 10…15мкм).

Рис. 2.2 Схемы шестеренных (зубчатых) гидромашин.

Рабочий процесс шестеренного насоса с внешним зацеплением происходит следующим образом. Ведущая шестерня 1 (см. рис. 2.2, а) приводит во вращательное движение ведомую шестерню 2. При вращении шестерен в противоположные стороны в камере «А» их зубья выходят из зацепления, что приводит к увеличению объема рабочей камеры и к понижению давления рабочей жидкости до вакуумметрического значения. За счет образовавшегося перепада давления между резервуаром (баком) и всасывающей камерой «А» рабочая жидкость из бака будет поступать в камеру «А» и заполнять впадины между зубьями шестерен 1 и 2. При дальнейшем движении шестерен рабочая жидкость во впадинах между зубьями переносится из зоны всасывания (из камеры «А») в зону нагнетания (в камеру «Б»). В зоне нагнетания зубья шестерен входят в зацепление и выталкивают жидкость из впадин в нагнетательную гидролинию под давлением, величина которого зависит от сопротивления потребителя и соединительной гидроарматуры.

В насосах с внутренним зацеплением шестерен (см. рис. 2.2, б) ведущей чаще всего является внутренняя шестерня 1 с наружными зубьями. Всасывающее «А» и нагнетательное «Б» окна выполняются с торцевой стороны зубьев шестерен в боковой крышке или корпусе насоса. Охватывающая шестерня 2 с внутренними зубьями вращается в цилиндрической расточке корпуса. Между шестернями располагается разделительный серповидный элемент 3, посредством которого всасывающая полость «А» отделена от нагнетательной «Б».

В последнее время в гидравлических усилителях рулевых управлений машин широко применяются гидромашины с шестернями внутреннего зацепления со специальным профилем зуба (см. рис. 2.2, в), в которых отсутствует разделительный элемент полостей с различным уровнем давления. Такие гидромашины называют героторными или бироторными, т.е. с двумя роторами. У кольцевого ротора (колеса) 1 на один зуб больше, чем у внутреннего (шестерни) 2. Их оси смещены одна относительно другой на величину , образующую зацепление шестерен в зоне верхней разделительной перемычки. Контакт зубьев при переходе ими нижней разделительной перемычки обеспечивает разделение полостей высокого и низкого давлений. Входная и выходная гидролинии с межзубовыми впадинами соединяются посредством серпообразных окон «А» и «Б».

Героторные гидромашины применяются в качестве насосов, работающих на давлениях рабочей жидкости до 14 МПа и частоте вращения вала 30 с^-1. Они могут быть использованы в качестве быстроходным низкомоментных гидромоторов. В отдельных случаях героторные гидромашины способны работать на давлениях 30 МПа при частоте вращения до 60 с^-1.

Рабочий процесс (всасывание и нагнетание) в шестеренных насосах с внутренним зацеплением происходит аналогично как и в насосах с внешним зацеплением.

Габаритные размеры и масса наосов с внутренним зацеплением значительно меньше, чем насосов с наружным зацеплением при равных рабочих объемах.

Прямозубое зацепление шестерен насосов характеризуется прямолинейным контактом рабочих поверхностей (профилей) зубьев по всей их ширине (длине), при неточном изготовлении которых возникает неравномерность движения ведомой шестерни и шум, а также наблюдается быстрый износ рабочих поверхностей.

Эти недостатки устранены в косозубых (спиральных) и шевронных шестернях (см. рис. 2.2, г и д). Вход в зацепление зубьев и выход из него в этих шестернях происходит постепенно, благодаря чему уменьшаются погрешности в профиле зуба и достигается плавная и относительно бесшумная работа гидромашины.

В насосах с косозубыми шестернями пульсация подачи и крутящего момента, а также запирание жидкости во впадинах значительно ниже, чем в насосах с цилиндрическими шестернями. Для снижения пульсаций давления необходимо обеспечить условие, чтобы произведение равнялось и т.д., где - угол наклона зубьев; - ширина шестерни; - шаг зубьев. Угол выбирают таким, чтобы сдвиг зубьев по окружности на торцах шестерен составлял половину шага. Практически этот угол обычно не превышает 7…10°.

При работе насосов с косозубыми шестернями возникают осевые усилия, которые прижимают шестерни к торцам корпуса (крышек). Этот недостаток устранен в насосах с шевронными шестернями (рис. 8.2, д). Угол наклона зубьев шевронных шестерен, используемых в насосах, обычно равен 20…25°.