ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС
GEAR PUMP

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как гидравлический насос или гидравлический двигатель.
Известны ролико-лопастные машины (патенты №2230194, F01C 1/14, опубл. 10.06.2004. Ролико-лопастная машина - [1], №2253735, F01C 1/14, опубл. 10.06.2005. Ролико-лопастная машина - [2]), которые применяются как насосы, так и как гидравлические двигатели. В этих устройствах напор создается лопастью вращающего ротора, а разделение камер высокого и низкого давлений производится вращающимися роликами. В процессе вращения ротора лопасть переходит из одной камеры в другую, попадая в паз ролика, что обеспечивается вращением ротора и роликов соответствующими синхронизирующими шестернями.
Эти насосы производительны и имеют большой КПД. Их недостатком является необходимость применения понижающего обороты редуктора при применении их с турбиной, имеющей n=10000 об/мин и более, т.к. обороты роликов намного превышают обороты лопастного ротора, что ограничивает допустимые максимальные обороты этих насосов.
Известен шестеренный насос внешнего зацепления, принятый за прототип заявляемого изобретения, который является наиболее простым в изготовлении и эксплуатации (Расчеты и конструкции самолетных гидравлических устройств, Т.М.Башта, Оборонгиз, 1961 г., стр.133 - [3]). Создание напора жидкости в нем производится путем вытеснения жидкости головкой зуба одной шестерни из впадины зуба сопряженной ей шестерни, а отделение полостей нагнетания от всасывания обеспечивается скользящим контактом пары боковых эвольвентных поверхностей зубьев, находящихся в зацеплении. Этот насос по своим характеристикам (по оборотам) может приводится турбиной.
К недостаткам насоса следует отнести возникновение разного рода утечек жидкости, компрессию жидкости во впадинах шестерни, что имеет место при вхождении в зацепление каждой пары зубьев, а также вредное влияние на всасывание центробежных сил жидкости, возникающих во впадинах зуба ([3] - стр.136…148). Эти недостатки снижают КПД шестеренного насоса.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении КПД шестеренного насоса за счет сокращения потерь, связанных с зацеплением каждой пары зубьев на зубчатых колесах, создающих напор жидкости.
Технический результат достигается тем, что в шестеренном насосе, включающем корпус, приводной вал, как минимум, два находящихся в зацеплении эвольвентных зубчатых колеса, создающих напор жидкости путем вытеснения жидкости головкой одного зуба колеса из впадины зуба сопряженного колеса, новым является то, что на валах зубчатых колес установлены синхронизирующие шестерни с достаточным коэффициентом перекрытия, начальные и делительные окружности которых совпадают с соответствующими окружностями зубчатых колес, а зацепление зубчатых колес, имеющих один или более зубьев, конфигурация которых образована объединением в один зуб нескольких зубьев синхронизирующих шестерен, обеспечивается соответствующим соединением ведомых колеса и синхронизирующей шестерни с валом.
В шестеренном насосе окружность впадин зубчатых колес является основной окружностью эвольвент колес.
Сущность изобретения поясняется на Фиг.1 - Фиг.3, где:
Фиг.1 - продольный разрез примерного шестеренного насоса;
Фиг.2 - компоновка насоса однозубыми колесами;
Фиг.3 - компоновка насоса двузубыми колесами.
Здесь:
1 - корпус насоса;
2 - однозубое колесо;
3 - двузубое колесо;
4 - контур зубьев синхронизирующих шестерен;
5 - приводной вал синхронизирующей шестерни;
6 - синхронизирующие шестерни;
7 - приводной вал насоса;
зк
Z - количество зубьев колеса;
ш
Z - количество зубьев синхронизирующей шестерни;
шз
Z - количество зубьев шестерни, объединенное в один зуб колеса;
зк
m - модуль зубчатого колеса;
ш
m - модуль шестерни.
зк
Корпус 1 имеет две полости. В одной размещены зубчатые колеса 2 или 3 насоса, в другой - синхронизирующие шестерни 6, которые валами 5 и 7 соединены с зубчатыми колесами насоса. Количество зубьев в колесах Z может быть 1, 2, 3 и т.д. Условием зацепления зубчатых колес является совпадение делительных и начальных окружностей зубчатых колес и синхронизирующих шестерен, а также крепление зубчатых колес к приводным валам с обеспечением контакта боковых поверхностей зубьев колес.
ш
шз
ш
шз
ш
Конфигурацию обводов зубьев колес можно получить из конфигурации синхронизирующих шестерен путем объединения зубьев синхронизирующих шестерен. Так, однозубые колеса можно получить из обводов синхронизирующей шестерни с количеством зубьев Z=11 путем объединения в один зуб Z=6 зубьев синхронизирующих шестерен, что и показано на фиг.2. Двузубое колесо получается из шестерни с количеством зубьев Z=10, 14 и т.д. При этом новый зуб объединяет соответственно Z=3, 4 зуба шестерен. На фиг.3 показаны двузубые колеса, полученные из шестерен с Z=10 зубьям.
ш
В трехзубое колесо преобразуются шестерни с количеством зубьев Z=9,15 и т.д.
ш
зк
шз
зк
Соотношение между Z; Z и Z при построении формы зубчатого колеса с заданным Z определяется формулой:
ш
зк
шз
Z=Z(2Z-1).
ш
Для обеспечения надежного зацепления зубчатых колес необходимо, чтобы количество зубьев Z обеспечивало достаточный коэффициент перекрытия, т.к. зацепление зубчатых колес обеспечивается посредством зацепления синхронизирующих шестерен. При этом необязательно иметь один и тот же модуль у колеса и у синхронизирующей шестерни, а достаточно выдержать равенство:
зк*
зк
ш*
ш
mZ=mZ
При вращении приводного вала 7 начинают вращаться находящиеся на этом валу зубчатое колесо и ведущая синхронизирующая шестерня 6, которые, находясь в зацеплении с ведомой синхронизирующей шестерней посредством вала 5, приводят во вращение ведомое зубчатое колесо, и так как ведомое зубчатое колесо на приводном валу 5 установлено изначально зацепленным с сопряженным зубчатым колесом, то зацепление будет сохраняться при вращении.
Однозубое колесо за один оборот обеими боковыми поверхностями зуба войдет в зацепление один раз с зубом сопряженного колеса насоса и при этом раздельно каждой поверхностью. Двузубое - два раза, трехзубое - три раза и т.д. Отсюда потери, связанные с вхождением головки зуба во впадину зуба, резко уменьшаются.
Кроме этого, уменьшены утечки жидкости через зазор между поверхностями окружности выступов и окружности впадин, т.к. окружность впадин является основной окружностью эвольвент боковых поверхностей зубьев колеса, и между поверхностями окружностей установлен зазор такой же, как и между поверхностями выступов и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.
Повышение КПД насоса позволит увеличить возможности применения гидропривода, доведя его КПД до значений КПД зубчатых редукторов и коробок передач.