RU2016242C1

RU2016242C1 - Gear-type hydraulic machine

Info

Publication number: RU2016242C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Долгих; В.М. Ощуев
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Инкар"
Priority date: 1990-01-05
Filing date: 1990-01-05
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: gear- type hydraulic machine has housing 1 with external gears 2 and 3 fitted in cylindrical bores of housing, end clearance compensators 4,5,6,7 mating with side surfaces of gears 2 and 3 and device for lubricating mating surfaces made in form of blind spaces 10 on side surfaces of gears arranged on ring section limited by radius of bottom of tooth spaces and minimum radius of engagement and blind holes 11 made on working surfaces of compensators 4,5,6,7 and mating simultaneously with ring section and tooth spaces of gears 2 and 3. Blind holes 11 are arranged in high pressure zone for periodical communication with spaces 10 of gears 2 and 3. Spaces 10 have angular extent less than angular distance between hole 11 and nearest border of suction zone. EFFECT: enlarged operating capabilities. 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шестеренных гидромашинах высокого давления, работающих на жидкостях с низкими смазывающими свойствами, например на керосине. The invention relates to mechanical engineering and can be used in high pressure gear hydraulic machines operating on liquids with low lubricating properties, for example, kerosene.

Известна шестеренная гидромашина, содержащая корпус, в цилиндрических расточках которого установлены шестерни внешнего зацепления, сопряженные с боковыми поверхностями шестерен компенсаторы торцовых зазоров, снабженные элементом для смазки контактирующих боковых поверхностей - концентричной оси канавкой на боковой поверхности, выполненной на уровне середины высоты зубьев шестерни в секторе угла от полости всасывания до середины рабочего хода зубьев. Known gear hydraulic machine, comprising a housing, in the cylindrical bores of which external gears are installed, end gap compensators are coupled to the side surfaces of the gears and equipped with an element for lubricating the contacting side surfaces — a concentric axis with a groove on the side surface made at the mid-height of the gear teeth in the angle sector from the suction cavity to the middle of the working stroke of the teeth.

Недостаток известной гидромашины состоит в том, что контактирующие боковые поверхности шестерен и компенсаторов недостаточно смазываются на кольцевых участках между радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта в зоне всасывания, так как на этом участке отсутствует перепад давлений рабочей жидкости и, следовательно, перетекание ее между боковыми поверхностями шестерни и компенсатора. A disadvantage of the known hydraulic machine is that the contacting side surfaces of the gears and compensators are not sufficiently lubricated in the annular sections between the radius of the bottom of the interdental cavities and the minimum contact radius in the suction zone, since there is no differential pressure of the working fluid in this section and, therefore, it flows between the side gear surfaces and compensator.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной гидромашине является известная гидромашина, содержащая корпус, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, сопряженные с боковыми поверхностями шестерен компенсаторы торцовых зазоров и устройство для смазки сопряженных боковых поверхностей, выполненное в виде эксцентричных оси глухих кольцевых полостей на боковых поверхностях шестерен, расположенных на кольцевом участке между радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта, а также глухих отверстий, выполненных на рабочих поверхностях компенсаторов и сопряженных одновременно с кольцевым участком и с межзубовыми впадинами шестерен. При этом глухие отверстия размещены в зоне высокого давления с возможностью периодического соединения с глухими полостями шестерен. Closest to the technical nature of the claimed hydraulic machine is a known hydraulic machine comprising a housing in the cylindrical bores of which external gears are placed, end gap compensators mated to the side surfaces of the gears and a device for lubricating the mating side surfaces made in the form of an eccentric axis of blind ring cavities on the side the surfaces of gears located on the annular section between the radius of the bottom of the interdental cavities and the minimum radius of contact, and the same blind holes made on the working surfaces of the compensators and mated simultaneously with the annular section and with the interdental cavities of the gears. In this case, blind holes are placed in the high pressure zone with the possibility of periodic connection with blind cavities of the gears.

Известная гидромашина недостаточно долговечна и надежна, так как при периодическом подведении в глухую кольцевую полость давления нагнетания возникает пульсирующая с частотой вращения шестерен сила прижима компенсаторов к шестерням, что ведет к ускоренному износу трущихся боковых поверхностей. The well-known hydraulic machine is not sufficiently durable and reliable, since when the pressure is pressurized periodically into the blind annular cavity, the pressure force of the compensators against the gears pulsates with a speed of gears, which leads to accelerated wear of the rubbing side surfaces.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности шестеренной гидромашины. The purpose of the invention is to increase the reliability and durability of gear hydraulic machines.

Для достижения указанной цели в шестеренной гидромашине, содержащей корпус, в цилиндрических расточках которого размещены шестерни внешнего зацепления, сопряженные с боковыми поверхностями шестерен компенсаторы торцовых зазоров и устройство для смазки сопряженных поверхностей, выполненное в виде глухих полостей на боковых поверхностях шестерен, расположенных на кольцевом участке, ограниченном радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта, и глухих отверстий, выполненных на рабочих поверхностях компенсаторов и сопряженных одновременно с кольцевым участком и с межзубовыми впадинами шестерен, при этом глухие отверстия размещены в зоне высокого давления с возможностью периодического соединения с глухими полостями шестерен, согласно изобретения глухие полости на торцах шестерен выполнены с угловой протяженностью, меньшей чем угловое расстояние между глухим отверстием и ближайшей границей зоны всасывания. To achieve this goal in a gear hydraulic machine containing a housing in the cylindrical bores of which external gears are placed, end gap compensators mated to the side surfaces of the gears and a device for lubricating the mating surfaces, made in the form of blind cavities on the side surfaces of the gears located on the annular section, limited by the radius of the bottom of the interdental cavities and the minimum radius of contact, and blind holes made on the working surfaces of the expansion joints and adjacent to the annular portion and to the interdental cavities of the gears, while the blind holes are placed in the high pressure zone with the possibility of periodic connection with the blind cavities of the gears, according to the invention, the blind cavities at the ends of the gears are made with an angular extension less than the angular distance between the blind hole and the nearest the boundary of the suction zone.

Такая конструкция устройства обеспечивает смазку кольцевого участка сопряженных боковых поверхностей шестерен и компенсаторов торцовых зазором между радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта в зоне всасывания рабочей жидкостью, доставляемой из зоны нагнетания в глухих полостях вращающихся шестерен. This design of the device provides lubrication of the annular portion of the mating lateral surfaces of the gears and expansion joints with a gap between the radius of the bottom of the interdental cavities and the minimum contact radius in the suction zone of the working fluid delivered from the discharge zone in the blind cavities of the rotating gears.

На фиг. 1 представлена предлагаемая шестеренная гидромашина; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 1. In FIG. 1 presents the proposed gear hydraulic machine; in FIG. 2 - node I in FIG. 1; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 4 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 5 is a cross-section BB in FIG. 1; in FIG. 6 is a section GG in FIG. 1.

Гидромашина содержит корпус 1, в котором установлены шестерни 2 и 3, сопряженные с боковыми поверхностями компенсаторов 4-7 торцовых зазоров, являющихся одновременно радиальными подшипниками скольжения. The hydraulic machine comprises a housing 1, in which gears 2 and 3 are mounted, coupled to the lateral surfaces of the compensators 4-7 mechanical clearances, which are simultaneously radial plain bearings.

Контакт по боковым поверхностям шестерен и компенсаторов обеспечен прижимным устройством, включающим поршни 8 и пружины 9, создающие осевое усилие на компенсаторы. В шестернях 2 и 3 выполнены глухие полости 10, выходящие на боковые поверхности на кольцевом участке между границей контакта минимального радиуса R2 и дном межзубовых впадин радиусом R1. На рабочих боковых поверхностях компенсаторов 4-7 выполнено по одному глухому отверстию 11, сопряженному одновременно с кольцевым участком и межзубовыми впадинами шестерен и размещенному в зоне высокого давления с возможностью периодического соединения с глухими полостями шестерен, что позволяет через отверстия 11 сообщать поочередно каждую полость 10 с ближайшей межзубовой впадиной (см. фиг. 2 и 5). При этом глухие полости 10 на торцах шестерен выполнены с угловой протяженностью α , меньшей чем угловое расстояние β между глухими отверстиями 11 и ближайшей границей зоны всасывания, что исключает соединение полости нагнетания с разъемом шестерни и компенсатора в зоне всасывания. Contact on the lateral surfaces of gears and compensators is provided by a clamping device, including pistons 8 and springs 9, which create axial force on the compensators. In gears 2 and 3, blind cavities 10 are made, extending to the lateral surfaces on the annular portion between the contact boundary of the minimum radius R2 and the bottom of the interdental cavities of radius R1. On the working lateral surfaces of the compensators 4-7, one blind hole 11 is made, paired simultaneously with the annular portion and the interdental cavities of the gears and placed in the high pressure zone with the possibility of periodic connection with the blind cavities of the gears, which allows each cavity to be communicated through the holes 11 in turn for 10 s the closest interdental cavity (see Fig. 2 and 5). In this case, the blind cavities 10 at the ends of the gears are made with an angular length α less than the angular distance β between the blind holes 11 and the nearest boundary of the suction zone, which excludes the connection of the injection cavity with the gear connector and the compensator in the suction zone.

Кольцевые полости 12 у границы контакта радиусом R1 через каналы 13 и полости 14 и 15 соединены с полостью 16 всасывания, а пружинные полости поршней 8 соединены с полостью нагнетания. Полости 10 выполнены глухими для возможности сжатия в них рабочей жидкости до давления нагнетания. Annular cavities 12 at the contact boundary of radius R1 through the channels 13 and cavities 14 and 15 are connected to the suction cavity 16, and the spring cavities of the pistons 8 are connected to the discharge cavity. The cavities 10 are made blind for the possibility of compression of the working fluid in them to the discharge pressure.

Гидромашина в качестве шестеренного насоса работает следующим образом. Hydraulic machine as a gear pump operates as follows.

При вращении шестерен 2 и 3 в указанном направлении рабочая жидкость в межзубовых впадинах переносится из полости 16 с давлением Р_всв полость 17 с давлением Р_нагн. Прижимное устройство поршнями 8 прижимает компенсаторы торцовых зазоров к боковым поверхностям вращающихся шестерен 2 и 3, что вызывает трение скольжения и износ трущихся торцов. Для уменьшения износа торцов осуществляется их смазка рабочей жидкостью следующим образом. Жидкость в каждой полости 10 при прохождении глухого отверстия 11, расположенного в зоне нагнетания, сжимается до давления Р_нагн. При дальнейшем повороте шестерни полость 10 сразу попадает в зону всасывания с низким окружающим давлением, где за счет сжимаемости жидкости часть ее из полости 10 вытекает между торцами шестерни и компенсатора, смазывая их. Давление жидкости в полости 10 при этом падает, но с перемещением ее в направлении зоны нагнетания давление в полости 10 растет, а при прохождении отверстия 11 достигает значения Р_нагн. и процесс повторяется.When the gears 2 and 3 rotate in the indicated direction, the working fluid in the interdental cavities is transferred from the cavity 16 with a pressure P _sun to a cavity 17 with a pressure P of a _charge . The clamping device with pistons 8 presses the end gap compensators to the lateral surfaces of the rotating gears 2 and 3, which causes sliding friction and wear of the friction ends. To reduce wear of the ends, they are lubricated with a working fluid as follows. The liquid in each cavity 10, when passing a blind hole 11 located in the discharge zone, is compressed to a pressure P of a _discharge . With further rotation of the gear, the cavity 10 immediately enters the suction zone with low ambient pressure, where due to the compressibility of the fluid, part of it from the cavity 10 flows between the ends of the gear and the compensator, lubricating them. The fluid pressure in the cavity 10 thus decreases, but its movement in the direction of pressure of the injection zone in the cavity 10 grows, and the passage opening 11 reaches the value P _Bend. and the process repeats.

Работа шестеренной гидромашины в качестве гидромотора в части обеспечения смазки контактирующих торцов шестерен и компенсаторов торцовых зазоров аналогична описанной работе насоса. The operation of the gear hydraulic machine as a hydraulic motor in terms of providing lubrication of the contacting ends of the gears and compensators of the end clearances is similar to the described operation of the pump.

Объем полостей 10 рассчитывается из условия получения достаточного расхода жидкости на смазку. Пример расчета расхода жидкости на смазку приведен. The volume of the cavities 10 is calculated from the condition of obtaining a sufficient flow rate of the fluid for lubrication. An example of calculating the flow rate of a lubricant is given.

Таким образом, использование заявленной шестеренной гидромашины позволяет увеличить ее надежность и долговечность за счет уменьшения износа трущихся торцов шестерен и компенсаторов торцовых зазоров путем введения смазки рабочей жидкостью участка торцов в зоне всасывания между радиусом дна межзубовых впадин и минимальным радиусом контакта. Thus, the use of the inventive gear hydraulic machine allows to increase its reliability and durability by reducing the wear of the friction ends of the gears and compensators of the end clearances by introducing a lubricant of the end portion of the ends in the suction zone between the bottom radius of the interdental cavities and the minimum contact radius.

Пример расчета расхода рабочей жидкости на смазку торцов шестерен и компенсаторов. An example of calculating the flow rate of a working fluid for lubricating the ends of gears and compensators.

Исходные данные. Имеем шестеренный насос с двумя шестернями внешнего зацепления. Рабочая жидкость - керосин; Р_вс= 2 кгс/см²; Р_нагн. = 100 кгс/см²; Δ Р = 100-2 = =98 (кгс/см²); частота вращения шестерен n=240000 об/ч (4000 об/мин). На каждом рабочем торце шестерен имеется по пять одинаковых отверстий, т.е. число всех отверстий i = 20. Объем одного отверстия V = = 0,942 ˙ 10^-4 л (d=2 мм, l=30 мм).Initial data. We have a gear pump with two gears of external gearing. Working fluid - kerosene; P _sun = 2 kgf / cm ² ; R _discharge . = 100 kgf / cm ² ; Δ P = 100-2 = = 98 (kgf / cm ² ); gear rotation speed n = 240000 r / h (4000 r / min). On each working end of the gears there are five identical holes, i.e. the number of all holes i = 20. The volume of one hole V = = 0.942 ˙ 10 ^-4 l (d = 2 mm, l = 30 mm).

Расчет. Для расчета используем формулу
ΔP=

, где Δ V - уменьшение объема жидкости от V_о до V при увеличении давления на величину Δ Р;
Δ V - объем жидкости, вытекающей из одного отверстия после перемещения его из зоны нагнетания в зоне всасывания, т.е. за один оборот шестерни;
β - коэффициент относительного сжатия жидкости.Payment. For calculation we use the formula
ΔP =

where Δ V is the decrease in liquid volume from V _about to V with increasing pressure by Δ P;
Δ V is the volume of liquid flowing from one hole after moving it from the discharge zone in the suction zone, i.e. for one revolution of the gear;
β is the coefficient of relative compression of the liquid.

Для керосина β = 70 ˙ 10^-4 см²/кгс.For kerosene, β = 70 ˙ 10 ^-4 cm ² / kgf.

Из формулы имеет ΔV=ΔP˙V_o˙β
Так как V_o = V + Δ V, то
ΔV=ΔP(V+ΔV)˙β=ΔP˙V˙β++ΔP˙ΔV˙β
ΔV-ΔP˙ΔVβ=ΔP˙V˙β
ΔV(1-ΔP˙β)=ΔP˙V˙β,
откуда ΔV=

.From the formula has ΔV = ΔP˙V _o ˙β
Since V _o = V + Δ V, then
ΔV = ΔP (V + ΔV) ˙β = ΔP˙V˙β ++ ΔP˙ΔV˙β
ΔV-ΔP˙ΔVβ = ΔP˙V˙β
ΔV (1-ΔP˙β) = ΔP˙V˙β,
whence ΔV =

.

Часовой расход через i отверстий при частоте вращения n составляет
Q=

..The hourly flow rate through i holes at a speed n is
Q =

..

Подставляя значение параметров, получаем
Q=

≃ 3,1 л/чSubstituting the value of the parameters, we obtain
Q =

≃ 3.1 l / h

Claims

A HYDRAULIC HYDRAULIC MACHINE, comprising a housing in the cylindrical bores of which external gearing gears are mated to the side surfaces of the gears, end gap compensators and a device for lubricating the mating surfaces made in the form of blind cavities on the side surfaces of the gears located on the annular portion bounded by the radius of the bottom of the interdental troughs and a minimum contact radius, and blind holes made on the working surfaces of the compensators and conjugated simultaneously with the ring the second section and with interdental cavities of the gears, while the blind holes are placed in the high pressure zone with the possibility of periodic connection with the blind cavities of the gears, characterized in that, in order to increase reliability and durability, the blind cavities on the ends of the gears are made with an angular length less than angular distance between the blind hole and the nearest boundary of the suction zone.