ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС С ВНУТРЕННИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ ШЕСТЕРЕН

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к роторным машинам объемного вытеснения.
Известен шестеренный насос внутреннего зацепления, содержащий корпус с окнами для входа и выхода перекачиваемой жидкости, расположенные в корпусе ведущую наружную шестерню с внутренними зубьями, находящуюся в зацеплении с ведомой внутренней шестерней с наружными зубьями, оси вращения которых параллельны и расположены с эксцентриситетом, и серповидный сегмент, вогнутая поверхность которого является поверхностью скольжения вершин зубьев внутренней шестерни, а выпуклая поверхность - поверхностью скольжения вершин зубьев наружной шестерни (см., например Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М., Машиностроение, 1974. - с.351).
Принцип действия насоса - объемное вытеснение перекачиваемой жидкости. Жидкость, заполняющая междузубовые впадины шестерен, переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где выдавливается через радиальные отверстия во впадинах ведущей наружной шестерни при входе зубьев в зацепление.
Недостатком известного насоса является сложность подбора чисел зубьев шестерен эвольвентных профилей зубьев со стандартными исходными контурами для обеспечения требуемой подачи насоса. Шестерни насоса должны иметь малые числа зубьев и большие модули для образования впадины зубьев по переносу жидкости. При малых числах зубьев наружной шестерни с внутренними зубьями окружность вершин зубьев становится меньше основной окружности (эволюты) и шестерня должна обязательно корригироваться. Область существования чисел зубьев корригированных шестерен для обеспечения нормальных условий зацепления передачи ограничена и зависит от ряда факторов: отсутствие подрезания, заострения и интерференции зубьев шестерен. Поэтому при проектировании зубчатой передачи насоса получаются дискретные значения чисел зубьев шестерен и дискретные значения требуемой подачи насоса. В результате этого необходимая подача насоса обеспечивается изменением длин зубчатых венцов шестерен или изменением частот вращения шестерен.
Задачей полезной модели является выбор геометрии зацепления передачи с оптимальным соотношением зубьев наружной и внутренней шестерен для обеспечения требуемой подачи роторной машины объемного вытеснения.
Указанная задача достигается тем, что шестеренный насос с внутренним зацеплением шестерен содержит корпус с окнами для входа и выхода перекачиваемой жидкости, расположенные в корпусе ведущую наружную шестерню с внутренними зубьями, находящуюся в зацеплении с ведомой внутренней шестерней с наружными зубьями, оси вращения которых параллельны и выполнены с эксцентриситетом, и серповидный сегмент, вогнутая поверхность которого является поверхностью скольжения вершин зубьев внутренней шестерни, а выпуклая поверхность - вершин зубьев наружной шестерни, при этом профиль каждого зуба внутренней шестерни имеет прямолинейные боковые стороны, симметричные относительно оси зуба, а профиль каждого зуба наружной шестерни сформирован огибающей мгновенных положений движения боковых сторон зубьев внутренней шестерни при ее движении.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен предлагаемый шестеренный насос внутреннего зацепления; на фиг.2 изображена внутренняя шестерня с наружными зубьями; на фиг.3 изображена наружная шестерня с внутренними зубьями; на фиг.4 изображен расчетный участок профиля зуба наружной шестерни.
Шестеренный насос внутреннего зацепления содержит корпус 1 с выполненными в нем окном 2 для входа (всасывания) и окном 3 для выхода (нагнетания) перекачиваемой жидкости. В корпусе 1 расположена ведущая наружная шестерня 4 с внутренними зубьями, которая находится в зацеплении с расположенной также в корпусе 1 ведомой внутренней шестерней 5 с наружными зубьями, при этом оси вращения шестерен 4 и 5 параллельны и расположены с эксцентриситетом. В корпусе 1 установлен серповидный сегмент 6, вогнутая поверхность которого является поверхностью скольжения вершин зубьев внутренней шестерни 5, а выпуклая поверхность - поверхностью скольжения вершин зубьев наружной шестерни 4.
Профиль каждого зуба внутренней шестерни 5 имеет прямолинейные боковые стороны 7, симметричные относительно оси зуба, а профиль каждого зуба наружной шестерни 4 сформирован огибающей мгновенных положений боковых сторон 7 зубьев внутренней шестерни 5 при ее движении.
Перекачка и повышение давления жидкости (например, масла) в насосе осуществляется путем одновременного совместного вращения наружной шестерни 4 и внутренней шестерни 5, находящихся во взаимном зацеплении.
Перевальный объем, в котором жидкость переносится со стороны всасывания на сторону нагнетания, образован пространством 8, заключенным во впадинах зубьев ведущей наружной шестерни 4 и ведомой внутренней шестерни 5. Всасывание происходит в момент образования перевального объема при выходе зубьев из зацепления. Прирост давления в перевальном объеме происходит в момент его сообщения с полостью нагнетания. При входе зубьев в зацепление перевальный объем начинает уменьшаться, вследствие чего происходит выдавливание из него нагнетаемой жидкости. Для изолирования стороны нагнетания от стороны всасывания в конструкции маслонасоса предусмотрен серповидный сегмент 6, верхняя часть которого очерчивается вершинами зубьев внутренней шестерни, а нижняя - вершинами зубьев наружной шестерни 4 ротора с учетом эксцентриситета осей вращения роторов.
При формировании профилей шестерен 4 и 5 один из профилей принимается исходным для расчета координат ответного профиля. В качестве исходного принят профиль внутренней шестерни 5 (фиг.2), поверхность контакта которой образована отрезком прямой АВ. Данное конструктивное решение также продиктовано необходимостью облегчения технологии изготовления шестерен 4 и 5, т.к. в этом случае координатной поверхностью является только поверхность ответной шестерни.
Профили зубьев шестерен 4 и 5 отличаются от эвольвентных профилей со стандартными исходными контурами зубьев и обеспечивают нормальные условия зацепления передачи при малых числах зубьев шестерен 4 и 5. Выполняется индивидуальное проектирование профилей зубьев наружной и внутренней шестерен 4 и 5 соответственно.
p
p
A
A
B
B
На фиг.2 точка Р обозначает полюс зацепления с координатами Х и Y. Профиль внутренней шестерни 5 задается координатами крайних точек отрезка АВ: (ХY); (Х Y).
Ответный теоретический профиль наружной шестерни 4 является огибающим к профилю внутренней шестерни 5 и для его нахождения используется метод профильных нормалей.
1
Минимальное число зубьев внутренней шестерни 5≤z<12;
1
при z<5 возрастает зона мертвого (паразитного) объема рабочих (междузубовых) камер в зубчатой передаче насоса;
1
при z>12 возрастают удельные массогабаритные параметры насоса;
2
1
минимальное число зубьев наружной шестерни z=k*z, где k - коэффициент, учитывающий конструктивные особенности насоса;
2
k=1,5-2,2; 7≤z≤26;
2
при k<1,5; z<7 утончается серповидный сегмент 6 и уменьшается площадь по торцам сегмента 6, уплотняющая полости всасывания и нагнетания, и, таким образом, возрастают перетечки перекачиваемой жидкости с нагнетания на всасывание, и уменьшается объемный КПД насоса;
2
при k>2,2; z>26 возрастают удельные массогабаритные параметры насоса.