RU2239724C1

RU2239724C1 - Gear pump

Info

Publication number: RU2239724C1
Application number: RU2003109950/06A
Authority: RU
Inventors: нц Р.А. Григорь (RU); Р.А. Григорьянц; В.П. Харченко (RU); В.П. Харченко
Original assignee: Григорьянц Роберт Аветисович; Харченко Владимир Петрович
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-11-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines.

SUBSTANCE: proposed pump can be used in supply systems of single-section and multisection rotary piston engines. Profiles of outer surface of teeth, tooth spaces and inner surface of housing mating with gear teeth are made toroidal. Gears are internal, with center of circle forming cross profile of toroidal outer surface of internal gear teeth and inner toroidal surface of housing mated with teeth of said gear being located out of the limits of tooth base plane, and center of circle forming cross profile of toroidal outer surface of external gear teeth and inner toroidal surface of housing mated with teeth of said gear is located out of the limits of tooth contour. Center of formation of cross profile of toroidal inner surface of tooth space of external gear is displaced relative to center of circle forming cross profile of toroidal outer surface of teeth of said gear through size of clearance in meshing.

EFFECT: increased service life, improved reliability of gear teeth.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к насосам, в частности к насосам систем питания односекционных и многосекционных роторно-поршневых двигателей.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to pumps, in particular to pumps of power systems for single-section and multi-section rotary piston engines.

Известен шестеренный насос, содержащий корпус, пару шестерен, расположенных в корпусе с образованием полостей всасывания, нагнетания и кинематически связанных между собой, профили наружной поверхности зубьев, впадин зубьев и внутренней поверхности корпуса, сопряженные с зубьями шестерен, выполнены тороидальными (см. RU №2092711, М.кл. 6 F 02 M 59/12, F 04 C 2/02).A known gear pump containing a housing, a pair of gears located in the housing with the formation of suction, discharge and kinematically connected to each other, the profiles of the outer surface of the teeth, tooth cavities and the inner surface of the housing, paired with the teeth of the gears are made toroidal (see RU No. 2092711 M.C. 6 F 02 M 59/12, F 04 C 2/02).

В известном шестеренном насосе шестерни имеют наружное зацепление зубьев. Радиусы окружностей, образующих профили наружной поверхности зубьев и внутренней поверхности корпуса, расположены в торцевой плоскости шестерен. Радиусы вращения окружностей, образующих тороидальные поверхности наружного профиля зубьев и внутренней поверхности корпуса, расположены на осях вращения шестерен.In the known gear pump, gears have an external gear engagement. The radii of the circles forming the profiles of the outer surface of the teeth and the inner surface of the housing are located in the end plane of the gears. The radii of rotation of the circles forming the toroidal surface of the outer profile of the teeth and the inner surface of the housing are located on the axes of rotation of the gears.

Такое выполнение шестеренного насоса обуславливает следующие недостатки. Внешнее зацепление шестерен имеет низкий коэффициент перекрытия зацепления шестерен, что приводит к повышенным нагрузкам на зуб, снижая его прочность, что вызывает увеличение размеров зуба или применение более качественных материалов, что в первом случае ведет к увеличению массы и габаритов насоса, а во втором случае - к существенному удорожанию насоса. Малая величина коэффициента перекрытия также приводит к снижению надежности и долговечности в результате повышенного трения, приводящего к интенсивному износу профиля зуба и существенному снижению моторесурса насоса в целом. При внешнем зацеплении шестерен одинакового диаметра имеет место одинаковая интенсивность снижения долговечности и надежности за счет низкого значения величины коэффициента зацепления в результате повышенной нагрузки на зуб.This embodiment of the gear pump causes the following disadvantages. External gear engagement has a low gear engagement overlap coefficient, which leads to increased loads on the tooth, reducing its strength, which causes an increase in tooth size or the use of better materials, which in the first case leads to an increase in the mass and dimensions of the pump, and in the second case - to a significant increase in the cost of the pump. A small value of the overlap coefficient also leads to a decrease in reliability and durability as a result of increased friction, which leads to intensive wear of the tooth profile and a significant decrease in the pump life of the pump as a whole. With external gearing of gears of the same diameter, the same intensity of decreasing durability and reliability occurs due to the low value of the gearing coefficient as a result of increased load on the tooth.

Выполнение тороидальной поверхности наружного профиля зуба шестерни радиусом окружности из центра, расположенного в плоскости зуба шестерни, приводит к увеличению величены активной поверхности зуба шестерни, воспринимающей давление жидкости (топлива). При больших значениях давления жидкости (топлива), действующих на эту активную поверхность зуба, возникают значительные силы, которые приводят к интенсивному износу профиля зуба и снижают несущую прочностную способность зуба шестерни. Это приводит к использованию дорогостоящих материалов или увеличению массы деталей, а значит - насоса. Все это в итоге приводит к снижению долговечности и надежности зуба шестерни, а значит - к снижению моторесурса насоса.Performing a toroidal surface of the outer profile of the gear tooth with a radius of a circle from a center located in the plane of the gear tooth leads to an increase in the magnitude of the active surface of the gear tooth perceiving fluid (fuel) pressure. At high values of fluid (fuel) pressure acting on this active tooth surface, significant forces arise that lead to intensive wear of the tooth profile and reduce the bearing strength of the gear tooth. This leads to the use of expensive materials or an increase in the mass of parts, which means a pump. All this ultimately leads to a decrease in the durability and reliability of the gear tooth, and therefore to a decrease in the pump life.

Создание насоса, более надежного и долговечного с повышенным моторесурсом, более компактного и менее металлоемкого по конструкции, является задачей, на которую направлено изобретение.The creation of a pump, more reliable and durable with increased motor resources, more compact and less metal-intensive in design, is the task to which the invention is directed.

Сущность изобретения заключается в том, что в шестеренном насосе, содержащем корпус, пару шестерен, расположенных в корпусе с образованием зон всасывания, нагнетания и кинематически связанных между собой, профили наружной поверхности зубьев, впадин зубьев и внутренней поверхности корпуса, сопряженные с зубьями шестерен, выполнены тороидальными. Шестерни имеют внутреннее зацепление.The essence of the invention lies in the fact that in a gear pump containing a housing, a pair of gears located in the housing with the formation of suction, discharge and kinematically connected to each other, the profiles of the outer surface of the teeth, tooth cavities and the inner surface of the housing, paired with the gear teeth, are made toroidal. Gears have internal gearing.

Внутреннее зацепление шестерен насоса имеет более высокий коэффициент перекрытия по сравнению с внешними зацеплениями, а значит - большее количество зубьев одновременно участвует в зацеплении, что обеспечивает плавность нарастания и равномерность передачи давления жидкости (топлива). Кроме того, высокий коэффициент перекрытия существенно снижает износ профиля зубьев.The internal gearing of the pump gears has a higher overlap coefficient than the external gears, which means that a larger number of teeth is involved in the gearing at the same time, which ensures smooth growth and uniformity of the transmission of fluid (fuel) pressure. In addition, a high coefficient of overlap significantly reduces tooth profile wear.

Расположение центра окружности, образующей поперечный профиль, тороидальной наружной поверхности зубьев шестерни с внутренним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса, сопряженной зубьями этой шестерни за пределами плоскости основания зуба, а центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев шестерни с внешним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса, сопряженной с зубьями этой шестерни за пределы контура зуба, приводит к уменьшению величины рабочей поверхности поперечного профиля зуба. При создании высоких давлений жидкости (топлива) зубья шестерен испытывают уменьшенные нагрузки на зуб.The location of the center of the circle forming the transverse profile of the toroidal outer surface of the gear teeth with internal gearing and the internal toroidal surface of the housing conjugated by the teeth of this gear outside the plane of the tooth base, and the center of the circle forming the transverse profile of the toroidal external surface of the gear teeth with external gearing and the internal toroidal the surface of the housing mating with the teeth of this gear outside the contour of the tooth, reduces the size of the working surface awn of the transverse profile of the tooth. When creating high fluid (fuel) pressures, the gear teeth experience reduced tooth loads.

Смещение центра окружности образования поперечного профиля тороидальной внутренней поверхности впадины шестерни с внешним зацеплением относительно центра окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности зубьев этой шестерни, на величину зазора в зацеплении позволяет осуществить зацепление зубьев шестерен без взаимного их заедания и заклинивания.The shift of the center of the circumference of the formation of the transverse profile of the toroidal inner surface of the gear trough with external engagement relative to the center of the circle forming the transverse profile of the toroidal outer surface of the teeth of this gear by the amount of the clearance in the gear allows the gear teeth to be engaged without jamming and jamming.

Сущность избежания поясняется чертежами, где наThe essence of avoidance is illustrated by drawings, where

фиг.1 изображен шестеренный насос, продольный разрез;figure 1 shows a gear pump, a longitudinal section;

фиг.2 - вид А на фиг.1;figure 2 - a view of figure 1;

фиг.3 - вид А на фиг.1 (корпус снят);figure 3 - view a in figure 1 (case removed);

фиг.4 - разрез А -А на фиг.3.figure 4 - section aa in figure 3.

Шестеренный насос содержит корпус 1 с окнами всасывания 2, нагнетания 3, сообщающимися соответственно зонами всасывания 4 и нагнетания 5. Внутри корпуса 1 расположена шестерня 6 с внутренним зацеплением и шестерня 7 с внешним зацеплением.The gear pump comprises a housing 1 with suction windows 2, discharge 3, communicating respectively with the suction 4 and discharge zones 5. Inside the housing 1 there is a gear 6 with internal gearing and a gear 7 with external gearing.

Центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 8 зубьев 9 шестерней 6 с внутренним зацеплением внутренней тороидальной поверхности 10 корпуса 1, сопряженной зубьями 9 шестерни 6, расположен за пределами плоскости основания 11 зуба 9 (O₁). Центр окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 12 зубьев 13 шестерней 7 с внешним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности 10 корпуса 1, сопряженной с зубьями шестерни 7, расположен за пределами контура зуба (O₁). Шестерня 6 с внутренним зацеплением зубьев 9 имеет впадины 14. Центр окружности (О₂) образования поперечного профиля тороидальной внутренней поверхности 15 впадины 16 шестерни 7 с внешним зацеплением смещен относительно центра (O₁) окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 8 зубьев 9, на величину зазора (ΔS) в зацеплении.The center of the circle forming the transverse profile of the toroidal outer surface 8 of the teeth 9 of the gear 6 with internal engagement of the inner toroidal surface 10 of the housing 1, conjugated by the teeth 9 of the gear 6, is located outside the plane of the base 11 of the tooth 9 (O ₁ ). The center of the circle forming the transverse profile of the toroidal outer surface 12 of the teeth 13 of the gear 7 with external gearing and the inner toroidal surface 10 of the housing 1 mating with the teeth of the gear 7 is located outside the tooth contour (O ₁ ). The gear 6 with internal gear engagement of the teeth 9 has depressions 14. The center of the circle (O ₂ ) of the transverse profile of the toroidal inner surface 15 of the cavity 16 of the gear 7 with external gear is offset from the center (O ₁ ) of the circle forming the transverse profile of the toroidal outer surface of the 8 teeth 9, by the amount of clearance (ΔS) in engagement.

Шестеренный насос работает следующим образом. Превращение шестерни 6 с внутренним зацеплением и шестерни 7 с внешним зацеплением по часовой стрелке в зоне всасывания 4 образуется вакуум, то есть давление снижается в результате взаимного выхода зубьев 9, 13 обеих шестерен 6, 7 из зацепления, приводящее к увеличению объема в зоне всасывания. Благодаря высокому значению коэффициента перекрытия в зоне всасывания плавно снижается давление и равномерно давление нарастает в зоне нагнетания без рывков и гидравлических ударов. В результате перепада давления атмосферного и давления всасывания жидкость (топливо) поступает в зону всасывания 4 и заполняет полости впадин 14 и 16 обеих шестерен 6 и 7. В результате вращения шестерен 6 и 7 в одном направлении жидкость (топливо) переносится впадинами 14 и 16 шестерен 6 и 7 в зону нагнетания 5. В результате вытеснения жидкости из впадин 16 зубьев 9 шестерней 6 с внутренним 4 зацеплением зубьями 13 шестерни 7 с внешним зацеплением и вытеснения жидкости (топлива) зубьями 9 шестерни 6 с внутренним зацеплением из впадин 14 зубьев 9 шестерней 7 с внешним зацеплением образуются излишки жидкости (топлива) в зоне нагнетания 5. Давление жидкости (топлива) повышается прямо пропорционально сопротивлению на выходе из окна 3 нагнетания. Таким образом, создается давление жидкости (топлива) при работе данного шестеренного насоса. Расположение центра окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 8 зубьев 9 шестерни 6 с внутренним зацеплением и внутренней тороидальной поверхностью 10 корпуса 1, сопряженной с зубьями 9 шестерни 6 за переделами плоскости основания зуба 9, а центра окружности, образующей поперечный профиль тороидальной наружной поверхности 12 зубьев 13 шестерни 7 с внешним зацеплением и внутренней тороидальной поверхности корпуса 1, сопряженной с зубьями шестерни 7 за пределами контура зуба, приводит к уменьшению активной поверхности поперечного профиля зуба и при создании высоких давлений жидкости (топлива) зубья шестерен 6 и 7 испытывают уменьшенные нагрузки.Gear pump operates as follows. The rotation of the gear 6 with internal gearing and the gear 7 with external gearing clockwise in the suction zone 4 creates a vacuum, that is, the pressure decreases as a result of the mutual exit of the teeth 9, 13 of both gears 6, 7 from the gear, leading to an increase in the volume in the suction zone. Due to the high value of the overlap coefficient in the suction zone, the pressure gradually decreases and the pressure evenly increases in the discharge zone without jerking and water hammer. As a result of the atmospheric pressure differential and the suction pressure, the liquid (fuel) enters the suction zone 4 and fills the cavities of the troughs 14 and 16 of both gears 6 and 7. As a result of the rotation of the gears 6 and 7 in one direction, the liquid (fuel) is transported by the troughs 14 and 16 of the gears 6 and 7 to the discharge zone 5. As a result of the displacement of liquid from the depressions 16 teeth 9 of the gear 6 with internal 4 gear teeth 13 of the gear 7 with external engagement and the displacement of liquid (fuel) by the teeth 9 of the gear 6 with internal gear from the cavities 14 of the teeth 9 of the gear 7 from external gearing generates excess liquid (fuel) in the discharge zone 5. The pressure of the liquid (fuel) rises in direct proportion to the resistance at the outlet of the injection window 3. Thus, the pressure of the liquid (fuel) is created during the operation of this gear pump. The location of the center of the circle forming the transverse profile of the toroidal outer surface 8 of the teeth 9 of the gear 6 with internal engagement and the inner toroidal surface 10 of the housing 1 mating with the teeth 9 of the gear 6 behind the redistribution of the tooth base plane 9, and the center of the circle forming the transverse profile of the toroidal outer surface 12 the teeth 13 of the gear 7 with external gearing and the inner toroidal surface of the housing 1, conjugated with the teeth of the gear 7 outside the contour of the tooth, leads to a decrease in active The surfaces of the transverse profile of the tooth and when creating high fluid (fuel) pressures, the teeth of gears 6 and 7 experience reduced loads.

Шестеренный насос с внутренним зацеплением имеет малые габариты, то есть он очень компактный и имеет малую металлоемкость. Шестеренный насос с внутренним зацеплением имеет высокий коэффициент перекрытия зубьев, что приводит к высокой плавности нарастания давления и к равномерной подаче жидкости (топлива). Сочетание, с одной стороны, большого коэффициента перекрытия и, с другой стороны, уменьшение активной поверхности поперечного профиля зуба обеспечивает высокую надежность и долговечность насоса, то есть обеспечивает высокий моторесурс насоса.The gear pump with internal gearing has small dimensions, that is, it is very compact and has a low metal consumption. The gear pump with internal gearing has a high coefficient of overlap of the teeth, which leads to a high smoothness of the increase in pressure and to a uniform flow of liquid (fuel). The combination, on the one hand, of a large coefficient of overlap and, on the other hand, a decrease in the active surface of the transverse profile of the tooth provides high reliability and durability of the pump, that is, it provides high pump life.

Claims

A gear pump comprising a housing, a pair of gears located in the housing with the formation of suction, discharge and kinematically related zones, profiles of the outer surface of the teeth, tooth cavities and the inner surface of the housing, interfaced with the gear teeth, made toroidal, characterized in that the gears have internal gearing, the center of the circle forming the transverse profile of the toroidal outer surface of the gear teeth with internal gearing and the internal toroidal surface of the housing, wife with the teeth of this gear, located outside the plane of the tooth base, and the center of the circle forming the transverse profile of the toroidal outer surface of the gear teeth with external engagement and the inner toroidal surface of the housing mating with the teeth of this gear is located outside the tooth contour, and the center of the circle of formation the transverse profile of the toroidal inner surface of the cavity of the gear with external gearing is offset from the center of the circle forming the transverse profile of the toroid Flax outer surface of the gear teeth on the value of the gap at the engagement.