Содержание
Содержание 2
Введение 2
Шестеренные гидромашины 3
Заключение 12
Введение
В этом реферате мы рассмотрим шестерённые и винтовые гидромашины:
строение, преимущества и недостатки.
Шестерённые насосы отличаются простотой и надёжностью конструкции, компактностью и малым весом. Они более надёжно осуществляют подачу вязких жидкостей, чем например пластинчатые (у пластинчатых возможно залипание пластин в пазах ротора). Вследствие этого шестерённые насосы в большей степени применяются в гидроприводах мобильных машин, в которых возможно значительное повышение вязкости рабочей жидкости при её охлаждении. Но подача жидкости в шестерённых насосах, по сравнению с другими гидромашинами, значительно менее равномерна.
Известны шестерённые насосы с внутренним и внешним зацеплением. Насосы с внутренним зацеплением более компактные но сложнее по конструкции.
Так же как и другие виды объёмных роторных гидромашин шестерённая гидромашина принципиально может работать как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора. В том случае, если к валу гидромашины прикладывается вращательный момент, то машина работает в режиме насоса. Если на вход гидромашины подаётся под давлением рабочая жидкость, то с вала снимается вращающий момент, и машина работает в режиме гидромотора.
Винтовой — насос, в котором создание напора нагнетаемой жидкости осуществляется за счёт вытеснения жидкости одним или несколькими винтовыми металлическими роторами, вращающимся внутри статора соответствующей формы. Винтовые насосы являются разновидностью роторно-зубчатых насосов и легко получаются из шестерённых путём уменьшения числа зубьев шестерён и увеличения угла наклона зубьев.
Предназначен для перекачивания жидкостей различной степени вязкости.
В современных винтовых насосах и гидроматорах применяется преимущественно циклоидальный в сечении, перпендикулярном к оси вращения, профиль нарезки, который обеспечивает высокую герметичность.
Применяются двух и трёхвинтовые машины, однако более распространены трёхвинтовые, в которых ведущий винт уравновешен в радиальном направлении. Винты применяются двухзаходные, причём направление нарезки на ведущем и ведомых винтах противоположное. Эти насосы могут работать при давлениях до 30 МПа
Перекачивание жидкости происходит за счёт перемещения её вдоль оси винта в камере, образованной винтовыми канавками и поверхностью корпуса. Винты, входя винтовыми выступами в канавки смежного винта, создают замкнутое пространство, не позволяя жидкости перемещаться назад.
Рассмотрим устройство этих гидромашин.
Шестеренные гидромашины
Благодаря простоте конструкции шестеренные гидромашины получили очень широкое распространение в качестве нерегулируемых насосов, применяемых для питания гидропередач небольшой мощности с дроссельным управлением, для подачи смазки, для питания систем управления.
Шестеренная гидромашина распространенного типа с наружным зацеплением (рисунок 1) представляет собой пару чаще всего одинаковых шестерен 1 и 9, находящихся в зацеплении и помещенных в камеру, стенки которой охватывают их со всех сторон с малыми зазорами. Камеру образуют корпус 15 и боковые диски 2 и 14. По обе стороны области зацепления 6 в корпусе имеются полости А и Б, соединенные с линиями высокого р2 и низкого р1 давления. Перекачиваемая из полости А жидкость заполняет впадины между зубьями и перемещается в полость Б, где вытесняется в линию с давлением р2.
Рисунок 1- Шестеренный насос
Текущее значение Qи.т количества жидкости, вытесняемой из полости с давлением р2, представляет собой алгебраическую сумму объемов, вытесняемых и поглощаемых в результате перемещения ее условных подвижных элементов. Одному рабочему циклу машины соответствует поворот шестерен на угловой шаг 2π /i (i — число зубьев).
Величина Qи miп зависит от конструктивных особенностей машины. Обычно для улучшения герметичности и плавности хода шестерни выполняют с перекрытием зацепления, т. е. так, что угол поворота, соответствующий контакту двух зубьев превышает угловой шаг 2π /i. Тогда на протяжении части цикла зацепления в контакте находятся одновременно две пары зубьев. Объем жидкости между ними оказывается запертым. Вступление в контакт каждой последующей пары зубьев вызывает скачкообразное изменение Qи .m из-за внезапного изменения длины замыкающих. При этом пульсация подачи будет максимальной. Велики и пульсации давления в запертом объеме, который при вращении сначала уменьшается, а затем увеличивается.
Запирание жидкости вызывает шум в машине, навигационную эрозию зубьев и ударную нагрузку подшипников. В насосе это ведет, к усилению пульсации момента на приводном валу, а в гидромоторе, нагруженном постоянным моментом сопротивления, — к усилению пульсаций давления в подводящей линии. При этом в любом случае сокращается срок эксплуатации подшипников.
Для ослабления этих явлений в зоне зацепления, на одном из торцов боковых дисков выполняют разгрузочные канавки, одна из канавок соединяет запертый объем во время его уменьшения с областью р2, благодаря чему объем жидкости вытесняется в полость с давлением р2 и пульсация подачи снижается, а другая во время возрастания запертого объем соединяет его с полостью, находящейся под давлением р1, из которой в него поступает объем жидкости. Для этого расстояние между канавками, равное tcosα.
Даже при условии использования запертого объема неравномерность подачи шестеренных машин велика. Она значительно превышает неравномерность подачи других объемных машин.
Момент, приложенный к шестерням шестеренной гидромашины, определен действием сил давления жидкости на те же площадки, которые определяют процесс образования подачи, рассмотренный выше. Поэтому все сказанное о неравномерности подачи, можно отнести и к неравномерности момента шестеренных гидромашин.
На рисунке 3 показана схема распределения давления жидкости по периметру шестерен. Благодаря утечкам между корпусом и головками зубьев давление постепенно снижается от р2 до р1. Действие давления сводится к равнодействующим F, которые порождают значительные нагрузки на подшипники 8 и 13 (смотри рисунок 1). Неравномерность подачи вызывает пульсацию этих нагрузок. Увеличение числа зубьев i, вызывая увеличение размеров шестерен, приводит к возрастанию нагрузок на подшипник. В любом случае из-за неблагоприятных условий работы подшипников необходимо увеличивать их размеры, а следовательно, и размеры машины.
В шестеренных гидромоторах большие значения σ вызывают неравномерность вращения и пульсации давления в гидропередаче, поэтому шестеренные гидромоторы применяют сравнительно мало.
Потери энергии на трение в шестеренных машинах велики. Они обусловлены трением торцов шестерен о боковые диски 2 и 14, торцов II зубьев о корпус 15 и трением в подшипниках 8 и 13 и уплотнении 5 (смотри рисунок 1).
Утечки из области, находящейся под давлением р2, в область с давлением р1 происходят через торцовые зазоры I, радиальные зазоры II и неплотности зацепления в области 6. В шестеренных гидромашинах, в отличие от пластинчатых, радиальные зазоры II трудно сделать самоуплотняющимися. Их величина определяется только точностью изготовления корпуса, шестерен и подшипников. Износ подшипников нарушает герметичность машины. Для уменьшения утечек по торцовым зазорам часто применяют гидравлический поджим боковых дисков. Для этого в камеры 10 под диски 14 подводят жидкость под давлением р2. Начальный поджим производится пружинами 12. Для самоориентации шестерен 1 и 9 между боковыми дисками, а также для отвода утечек области 11 и 7 за торцами осей шестерен соединяют с областью, находящейся под давлением р1. Незначительная остаточная осевая сила, действующая на ведущий вал, воспринимается подшипником 4.
Рисунок 3- Распределение давления Рисунок 4- Шестеренный насос жидкости по окружности шестерен с внутренним зацеплением
Из-за отсутствия самоуплотнения радиальных зазоров утечки в шестеренных машинах при прочих равных условиях больше, чем в пластинчатых. Развитые поверхности трения вызывают значительные механические потери, поэтому КПД гидромашины наружного зацепления невысок и не превышает 0,6—0,7. При использовании простейшего наружного зубчатого зацепления относительно большими являются габаритные размеры и масса шестеренных гидромашин. Шестеренный насос чрезвычайно трудно сделать с регулируемым объемом V0 .Устранение приведенных недостатков связано с усложнением конструкции шестеренных машин. Так, равномерность подачи можно увеличить путем применения косозубых и шевронных шестерен.
Более высокие энергетические и массовые показатели имеют шестеренные насосы с внутренним зацеплением (рисунок 4 и 5). Ведущей большей частью является внутренняя шестерня 2 с наружными зубьями. Подводящее 4 и отводящее 1 окна и размещаются в баковых крышках корпуса. Охватывающая шестерня 3 с внутренними зубьями вращается в расточке корпуса, образуя с ним развитый подшипник скольжения, способный работать под большими нагрузками. В развитых подшипниках скольжения 6 и 7 (смотри рисунок 5) обычно располагается и вал 8 ведущей шестерни. Между шестернями размещается серпообразный уплотняющий элемент 5 (смотри рисунок 4 и 5).
По размерам и массе насосы с внутренним зацеплением при одинаковых рабочих объемах практически не уступают пластинчатым и значительно превосходят насосы с наружным зацеплением.
Преимуществом их перед пластинчатыми является отсутствие контактного трения, возникающего между пластинами и статором и ограничивающего максимальное давление пластинчатого насоса. В насосе с внутренним зацеплением шестерни ориентированы подшипниками и всюду, кроме места зацепления, могут быть гарантированы зазоры, определяемые точностью изготовления. Если эта точность позволяет получать малые зазоры, то такие насосы способны работать с малыми утечками при давлениях, превосходящих пределы, доступные для пластинчатых гидромашин. При высоких
Рисунок 5- Шестеренный насос с внутренним зацеплением и гидростатическим уравновешиванием радиальных сил
давлениях фактором, ограничивающим давление насоса с внутренним зацеплением, становится работоспособность подшипников, На рисунке 5 показана схема насоса с внутренним зацеплением, способного длительно работать при давлениях свыше 20 МПа. В нем охватывающая шестерня 3 опирается на секторный гидростатический подшипник 9, питаемый через отверстия 10 в шестерне 3. Подшипник расположен в зоне равнодействующей сил давления, нагружающих шестерню 3. Серпообразный уплотняющий элемент 5 выполнен самоустанавливающимся. Шестерня 2 имеет меньший периметр и поэтому нагружена меньшей силой, которая воспринимается подшипниками 6 и 7 скольжения. При обеспечении долговечности подшипников и высокой точности изготовления шестерен насосы такого типа превосходят по энергоемкости и КПД пластинчатые гидромашины в успешно конкурируют с нерегулируемыми поршневыми.
Наименьшие размеры имеют шестеренные насосы с циклоидальным внутренним зацеплением (рисунок 6) без серпообразного уплотнителя. В них внутренняя 1 ведущая и наружная 2 ведомая шестерни постоянно касаются друг друга, образуя в зоне А вертикальной оси симметрии изолированные камеры, в которых жидкость переносится из области р1 в область р2. В зоне Б обе области разделяют зубья, находящиеся в зацеплении. Обязательным условием выполнения этих условий является разница чисел зубьев у шестерен на один зуб. Так как разделение областей р1 и р2 осуществляется благодаря линейным контактам в местах касания определяемых, например, точками 3, 4, 5 и 6, точность изготовления шестерен должна быть высокой. Однако малая протяженность зон уплотнения не дозволяет успешно использовать такие насосы для работы при давлениях больше 10—15 МПа. Как относительно дешевые при массовом изготовления и предельно компактные их широко применяют в малых гидропередачах в качестве насосов и гидромоторов при давлениях 5—7 МПа.
Описанные шестеренные гидромашины с внутренним зацеплением являются машинами высокого класса. Реализация их преимуществ требует большой точности изготовления, поэтому наиболее широко распространены простейшие шестеренные насосы с наружным зацеплением, имеющие наименьшую стоимость из всех объемных гидромашин. Их применяют в менее ответственных случаях при средних и малых давлениях (рн < 10 МПа) для реализации небольших мощностей.
Рисунок 6- Насос с внутренним циклоидальным зацеплением
Процессы заполнения при всасывании жидкости камер пластинчатого насоса и впадин между зубьями шестеренного насоса в основном одинаковы. Поэтому соображения, о всасывающей способности пластинчатых насосов могут быть отнесены и к шестеренным.