Задание.

1) Привести описание конструктивной схемы и принципа работы насоса

2) Рассчитать основные конструктивные и рабочие параметры насоса.

3) Разработать сборочный чертёж механизмов гидравлической машины.

Исходные данные:

Тип гидромашины – шестерённый насос с опорами качения.

Параметры:

рабочий объем: 25 см³/об;

рабочее давление: 6,3 МПа;

частота вращения вала: 2000 мин^-1

КПД: 92%

Введение.

Описание конструкции.

Шестеренным насосом называют роторную гидромашину с рабочими камерами, образуемыми рабочими поверхностями зубчатых колес, корпуса, боковых крышек.

Шестеренные насосы выполняются с шестернями внешнего и внутреннего зацепления. Наиболее распространенными является насос первого типа, который состоит из пары зацепляющихся цилиндрических шестерен, помещенных в плотно охватывающий их корпус, имеющий каналы в местах входа в зацепление и выхода из него, через которые осуществляется подвод (всасывание) и отвод (нагнетание) жидкости. Эти насосы просты по конструкции и отличаются надежностью, малыми габаритами и массой.

Конструктивной их особенностью является наличие лишь враща­тельного движения деталей рабочего органа. Ввиду этого в маши­нах данного типа полностью устранено ограничительное влияние на работу инерционных сил узлов ма­шины (исключая ограничительное влияние инерционных сил жидкости).

Шестеренные используются как в качестве насосов, так и гидромоторов. Ввиду этого выкладки, произведен­ные применительно к насосу, могут быть распространены и на гидромоторы.

Максимальное давление, развиваемое этими насосами, обычно 10 МПа и, реже, 15-20 МПа. Созданы также насосы, пригодные для работы при давлении 30 МПа. Подача насосов, предназначенных для работы на низких давлениях, доходит до 1000 л/мин.

В шестеренных гидромашинах отсутствует эффект действия на конструкцию инерционных сил движущихся деталей. Они допускают относительно высокие частоты вращения, а также кратковременные перегрузки по давлению, величину и длительность которых определяют в основном размеры подшипников. Максимальные частоты вращения составляют обычно 2500 и 4000 об/мин, для насосов небольших подач допускаются более высокие частоты вращения.

В данной работе рассмотрен насос с подшипниками качения. Для борьбы со специфическим недостатком шестеренного на­соса — образованием запираемой полости — применяются разгрузочные канавки. Рабочие камеры данного насоса ограничены ведущим, ведомым зубчатыми колесами и втулками. Жидкость поступает во входное отверстие и заполняет объемы впадин между соседними зубьями шестерен. При вращении вала насоса эти объемы переносятся в зону нагнетания, где шестерни входят в зацепление и зубьями вытесняют жидкость в зону нагнетания. В состав конструкции также входят: шайбы упорные, крышка передняя и задняя, уплотнение и корпус.

Принцип действия.

При вращении шестерен жидкость, заключенная во впадинах зубьев, переносится из камеры d всасывания в камеру с нагнетания, которая образованна корпусом насоса и зубьями a₁, b₁, a₂, b₂. Поверхности зубьев а₁ и а₂, омываемые жидкостью под давлением р₂, вытесняют при вращении шестерен больше жидкости, чем может поместиться в пространстве, освобождаемом зацепляющимися зубьями b₁ и b₂. Разность объемов, описываемых рабочими поверхностями этих пар зубьев, вытесняется в нагнетательную линию насоса..

Ш естеренные насосы находят широкое применение в различных областях техники вследствие их компактности, надежности и небольшой трудоемкости изготовления.

Рис. 1. Схема шестеренного на­соса

Порядок сборки и разборки насоса.

В расточках чугунного корпуса 1 смонтированы четыре втулки 2. В уплотняющих втулках расположены игольчатые подшипники 3, являющиеся опорами ведущего 4 и ведомого 5 валов насоса. Шестерни 8, числом зубьев равным 14 посажены на валы(по средствам двух шпонок каждая), и зафиксированы в окружном направлении пружинными кольцами 7 и распорными 6. С торцов корпус закрыт крышками 9 и 10. В рвсточку передней крышки запрессована манжета 11.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СИМВОЛЫ

- рабочий объём в

- рабочее (номинальное) давление в

- частота вращения приводного вала в

- объёмный КПД

- механический КПД

- идеальная (теоретическая) подача насоса в

- действительная подача насоса в

- модуль зацепления в м

- ширина шестерни в мм

- производительность за 1 оборот на 1 мм ширины зуба шестерни в

- число зубьев

- теоретическое расстояние между центрами в мм

- действительное расстояние между центрами в мм

- диаметр начальной окружности в мм

- диаметр окружности вершин в мм

- угол зацепления шестерен в градусах

- профильное смещение инструмента в мм

- диаметр окружности впадин в мм

- диаметр основной окружности в мм

- толщина зуба у вершины в мм

- расстояние от оси до начала разгрузочной канавки в мм

- глубина разгрузочной канавки в мм

- основной шаг в мм

- толщина зуба по начальной окружности в мм

- коэффициент перекрытия

- напряжение в стенке корпуса в МПа

- толщина стенки корпуса в мм

R - внешний радиус стенки корпуса в мм

- расстояние от центра ведомой шестерни до точки зацепления в мм

- угол, соответствующий крайней точке эвольвенты в градусах

- угол, на который распространяется зона высокого давления в градусах

- радиус входного отверстия в мм

-допустимая скорость течения рабочей жидкости во всасывающей магистрали в м/с

- допустимая скорость течения рабочей жидкости в напорной магистрали в м/с

- угол, расположенный от начала переходной зоны до линии всасывании в градусах

- угол, на который распространяется переходная зона от нагнетания к всасыванию

- крутящий момент , передаваемый ведомой шестерней в

- нормальное давление на зуб в Н

- опорные реакции ведомой шестерни в Н

- ширина подшипника в мм

- диаметр цапфы в мм

- кинематический коэффициент вязкости в

- плотность используемой жидкости в

- динамический коэффициент вязкости

- радиальный зазор в мкм

- внутренний диаметр подшипника в мм

- толщина слоя смазки в мкм

- безразмерный коэффициент

- величины среднего удельного давления в МПа

- внутренний диаметр цапфы в м

V - допустимая скорость течения рабочей жидкости в м/с

- предел прочности для материала цапфы в МПа

- коэффициента запаса

- допустимое напряжение в МПа

[ ] - допустимый диаметр цапфы в мм

- изгибающий момент в сечении цапфы в

- момент сопротивления изгибу в сечении цапфы в

- напряжение изгиба в сечении цапфы в МПа

- прогиб цапфы ведомой шестерни в мкм

и - осевые моменты инерции сечения в

- минимальный радиус торца подпятника в мм

- площади, к которой необходимо подводить давление нагнетания для поджатия подпятника к торцу шестерни в мм²

и - координаты сноса центра тяжести площади в мм

- полная площадь в мм²

- угол зацепления в градусах

- площадь сегмента, хорда которого расположена от оси на половине действительного расстояния между центрами в мм²

- площадь элементарной площадки в мм²

- диаметр элементарной площадки в мм

- расстояния между центрами окружностей диаметром D_a и в мм

- минимальное расстояние от внешней окружности кольца до наружной окружности подпятника в мм

- мощности, передаваемой валом в Вт

- крутящий момента, передаваемый валом в

- полярный момент сопротивления опасного сечения вала м³

- напряжение кручения в опасном сечении в Н

- коэффициент запаса прочности

- диаметр делительной окружности шлицевого соединения в мм

- наружный диаметр шлицев в мм

- внутренний диаметр шлицев в мм

- рабочая длина шлицев в мм

- число шлицев

- окружное усилие, передаваемое валом в Н

- напряжение смятия на поверхности шлицев в МПа

1. Конструкторская часть

1.1. Определение геометрических параметров зубчатого зацепления

Расчет идеальной и подачи Q насоса [1]:

; (1.1)

(1.2)

Предварительный выбор модуля зацепления m (табл. 1) [1]:

(1.3)

и округление до стандартного значения m=4 мм

Выбор ширины зуба шестерни b: ;

Проверка правильности выбора модуля по номограмме подачи (для насосов, используемых в авиационной промышленности) осуществляется просмотром таблицы, содержащей значения подачи за 1 оборот на 1 мм ширины зуба шестерни в зависимости от модуля и числа зубьев z [1].Т.к. выражена в «л», а в «см³», то при определении делим на , т.е. в данном случае на 1:

(1.4)

где – идеальная подача за один оборот на 1 мм ширины зуба.

По номограмме I [1] находим, что требуемая производительность насоса при заданных оборотах и принятой ширине может быть получена при коррегированном зубе при модуле m=4мм и числе зубьев z=12

Пересчет ширины зубьев по формуле:

Конструктивно принимаем b=20 мм.

Пересчитаем рабочий объем:

Пересчитаем ошибку: и она не превышает допустимую.

Определение геометрических параметров зацепления шестерен по ГОСТ 16532 – 70;

Диаметр начальной окружности dw=15·m=15·4= 60 мм

Теоретическое расстояние между центрами мм

Действительное расстояние между центрами мм

Диаметр окружности вершин

Диаметр окружности впадин

Диаметр основной окружности

Основной шаг

Профильное смещение инструмента

Толщина зуба по начальной окружности

Высота зуба

Максимальный боковой зазор

Расстояние от оси до начала разгрузочной канавки

Глубина разгрузочной канавки

Глубина

Угол зацепления шестерен 29⁰50’.

Теоретическое расстояние между центрами:

Действительное расстояние между центрами:

Диаметр начальной окружности:

Диаметр окружности вершин:

_:

:

Степень перекрытия E = 1,1 мм

Проверка отношения , где – диаметр начальной окружности:

для подшипников качения = 0,5 ÷ 0,6;

=0,38

Условие выполняется.

Проверка коэффициента перекрытия:

Проверка по подаче при найденных геометрических параметрах [1]:

где – удельная подача для случая неиспользования защемленного объема;

– удельная подача для случая полного использования защемленного объема:

Проверка дает положительный результат т.к.:

1.2. Расчет стенки корпуса насоса

Напряжение в стенке корпуса [2]

Принимаем в качестве материала корпуса чугун, для него допустимое напряжение составляет .

– радиус вершин шестерни;

R – внешний радиус стенки корпуса:

где – толщина стенки корпуса.

Сравним с допустимым напряжением для материала корпуса .

Принимаем в качестве материала корпуса чугун =60 МПа.

Получим < , условие выполняется.