RU2074986C1 - Gear type hydraulic machine - Google Patents

Abstract

FIELD: automotive industry, aviation industry; hydraulic drives. SUBSTANCE: faces are made on each tooth of each gear on part of length of edges formed by working and end face surfaces. Width of faces increases towards tooth point starting from zero in points of tooth contact corresponding to their symmetrical arrangement relative to plane passing through axes of gear rotation. Recesses can be made on working surfaces of teeth with cross section increasing towards tooth point starting from zero in points of tooth contact corresponding to their symmetrical arrangement relative to plane passing through axes of gear rotation. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим машинам, а конкретно к объемным шестеренным машинам внешнего зацепления, и может быть широко использовано в системах гидроприводов автомобилей, самолетов и других устройствах с силовыми гидроприводами. The invention relates to hydraulic machines, and in particular to external gear gears of external gearing, and can be widely used in hydraulic systems of automobiles, aircraft, and other devices with power hydraulic drives.

В технике известны принципиальные конструкции шестеренных гидромашин, которые содержат корпус с каналами подвода и отвода жидкости, в цилиндрических полостях которого размещены шестерни внешнего зацепления, установленные своими цапфами в опорах (например, книга Т. М. Башта "Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем", М. "Машиностроение", 1974 г. с. 311-314.) Эти машины просты по конструкции и отличаются надежностью. The principal constructions of gear hydraulic machines are known in the art, which include a housing with fluid inlet and outlet channels, in the cylindrical cavities of which external gears are mounted, mounted with their pins in the bearings (for example, T. M. Basht’s book “Volumetric pumps and hydraulic hydraulic motors”, M. "Mechanical Engineering", 1974, pp. 311-314.) These machines are simple in design and reliable.

Главный недостаток шестеренных гидравлических машин, ограничивающий их широкое практическое использование, заключается в защемлении рабочей жидкости в межзубовых впадинах их рабочих шестерен. Указанный эффект приводит к пульсациям давления жидкости, ее нагреву, кавитации, увеличению крутящего момента и нагрузок на элементы конструкции машины, что в конечном итоге приводит к снижению коэффициента полезного действия машины, ограничению ее мощности и ухудшению других технических характеристик. The main disadvantage of gear hydraulic machines, limiting their widespread practical use, is pinching the working fluid in the interdental cavities of their working gears. This effect leads to pulsations of the fluid pressure, its heating, cavitation, an increase in torque and loads on the structural elements of the machine, which ultimately leads to a decrease in the efficiency of the machine, the limitation of its power and the deterioration of other technical characteristics.

В технике известны принципиальные схемы конструкций шестеренных гидромашин, ослабляющие эффект защемления рабочей жидкости. Так, например, в книге Т. М. Башта "Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем", М. "Машиностроение", 1974 г. с. 325-331 приводится описание некоторых из известных методов ослабления явления кавитации в шестеренных гидромашинах, основанные на использовании в них специальноорганизованных различных видов каналов, разгружающих защемляемые объемы жидкости от чрезмерных давлений. Schematic designs of gear hydraulic machines are known in the art that weaken the effect of pinching the working fluid. So, for example, in the book of T. M. Basht "Volumetric pumps and hydraulic motors of hydraulic systems", M. "Mechanical Engineering", 1974 p. 325-331 provides a description of some of the known methods of attenuating the phenomenon of cavitation in gear hydraulic machines, based on the use of specially organized various types of channels in them, unloading squeezed volumes of fluid from excessive pressure.

Известны также другие многочисленные решения, направленные на улучшение параметров шестеренных гидравлических машин. См. например, авт. св. N 1642071, кл. F 04 C 2/04, 1991 г. авт. св. N 1645625, кл.F 04 C 2/04, 1991 г. авт. св. N 1714164, кл. F 01 C 1/14, F 04 C 2/00, 1992 г. свид. РФ на полезную модель N 00019, кл.F 04 C 2/04, 1994 г. авт. св. N 1717865, кл. F 04 C 2/04, 1992 г. заявку ФРГ N 4012929, кл. F 04 C 2/14, 1991 г. и др. There are also numerous other solutions aimed at improving the parameters of gear hydraulic machines. See, for example, ed. St. N 1642071, CL F 04 C 2/04, 1991 author. St. N 1645625, class F 04 C 2/04, 1991 author. St. N 1714164, cl. F 01 C 1/14, F 04 C 2/00, 1992 RF for utility model N 00019, class F 04 C 2/04, 1994 author. St. N 1717865, class F 04 C 2/04, 1992 the application of Germany N 4012929, cl. F 04 C 2/14, 1991, etc.

Анализ исследованных патентных материалов показал, что известные решения не устраняют в полной мере указанные недостатки, существенно усложняют конструкцию машин и технологию их изготовления. Применение известных методов разгрузки запертых объемов жидкости не привело на практике к созданию шестеренных гидромашин (насосов и моторов) большой мощности с высокими техническими характеристиками. An analysis of the studied patent materials showed that the known solutions do not completely eliminate these disadvantages, significantly complicate the design of the machines and the technology for their manufacture. The application of the known methods of unloading locked volumes of liquid has not led in practice to the creation of large-capacity gear hydraulic machines (pumps and motors) with high technical characteristics.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является простейшая конструкция шестеренной гидромашины, описанная в книге Т. М. Башта "Объемные насосы и гидpавлические двигатели гидросистем", М. "Машиностроение", 1974 г. с. 311-312, рис. 115. Эта машина содержит корпус с каналами подвода и отвода жидкости, в цилиндрических полостях которого размещены шестерни внешнего зацепления, установленные своими цапфами в опорах. Closest to the technical nature of the proposed is the simplest design of a gear hydraulic machine described in the book by T. M. Basht "Volumetric pumps and hydraulic motors of hydraulic systems", M. "Engineering", 1974 p. 311-312, fig. 115. This machine contains a housing with channels for supplying and discharging fluid, in the cylindrical cavities of which gears of external gear are placed, mounted with their pins in the bearings.

Устройство-прототип обладает всеми указанными недостатками, обусловленными эффектом защемления рабочей жидкости. The prototype device has all of these drawbacks due to the jamming effect of the working fluid.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании простой шестеренной гидромашины с повышенными коэффициентом полезного действия и мощностью. The problem solved by the invention is to create a simple gear hydraulic machine with increased efficiency and power.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в шестеренной гидромашине, содержащей корпус каналами подвода и отвода жидкости, в цилиндрических полостях которого размещены шестерни внешнего зацепления, установленные своими цапфами в опорах, у каждого зуба каждой шестерни на части длины кромок, образованных их рабочими и торцовыми поверхностями, выполнены фаски с увеличивающейся в сторону вершины зуба шириной, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен. The essence of the invention lies in the fact that in a gear hydraulic machine containing a housing with channels for supplying and discharging fluid, in the cylindrical cavities of which gears of external engagement are mounted, mounted with their pins in bearings, each tooth of each gear has a portion of the length of the edges formed by their workers and end faces surfaces, chamfers are made with a width increasing towards the tooth apex, starting from zero at the contact points of the teeth corresponding to their symmetrical location relative to the plane, passing through the rotation axis of the gears.

Кроме этого на рабочих поверхностях зубьев могут быть выполнены углубления с увеличивающимся в сторону вершины зуба поперечным сечением, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен. In addition, recesses can be made on the working surfaces of the teeth with a cross section increasing toward the tooth apex, starting from zero at the contact points of the teeth corresponding to their symmetrical arrangement relative to the plane passing through the axis of rotation of the gears.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 общий вид шестеренной гидромашины;
на фиг. 2 конструкция зуба шестерни с фасками;
на фиг. 3 конструкция зуба шестерни с дополнительными углублениями;
на фиг. 4 работа гидромашины на различных фазах.The essence of the invention is illustrated by drawings, which depict:
in FIG. 1 general view of a gear hydraulic machine;
in FIG. 2 gear tooth design with bevels;
in FIG. 3 gear tooth design with additional recesses;
in FIG. 4 operation of the hydraulic machine in various phases.

Предлагаемая гидромашина содержит корпус 1 с каналами 2 и 3, один из которых является каналом подвода, а другой каналом отвода рабочей жидкости, шестерни 4 и 5 внешнего зацепления, размещенные в цилиндрических полостях 6 и 7 корпуса 1 и установленные своими цапфами 8, 9, 10 и 11 в опорах 12, 13, 14 и 15 корпуса 1 и крышки 16 (фиг. 1). The proposed hydraulic machine comprises a housing 1 with channels 2 and 3, one of which is a supply channel, and the other a channel for discharging the working fluid, external gears 4 and 5, located in the cylindrical cavities 6 and 7 of the housing 1 and installed with their own pins 8, 9, 10 and 11 in the supports 12, 13, 14 and 15 of the housing 1 and the cover 16 (Fig. 1).

Каждый зуб 17 шестерни 4 на части длины кромок, образованных рабочими поверхностями 18, 19 и торцовыми поверхностями 20, 21, имеет идентичные фаски 22, ширина которых плавно увеличивается с нуля в точках контакта зубьев (точки а, а' и b на фиг. 2, 3 и точки а₂ и b₂ на фиг. 4, а), соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси О₁ и О₂ вращения шестерен 4 и 5, до своего максимального значения, определяемого размерами зубьев, их формой, мощностью гидромашины и другими требованиями к ней (фиг. 4, а). Конструкция зубьев 23 шестерни 5 аналогична конструкции зубьев шестерни 4. Зубьев обеих шестерен 4 и 5 имеют эвольвентный профиль. Число зубьев в шестернях 4 и 5 предлагаемой гидромашины выбирается как и в обычных гидромашинах. Фаски 22 могут быть просто выполнены с использованием стандартного оборудования, применяемого при изготовлении шестерен.Each tooth 17 of the gear 4 on the part of the length of the edges formed by the working surfaces 18, 19 and the end surfaces 20, 21 has identical bevels 22, the width of which gradually increases from zero at the contact points of the teeth (points a, a 'and b in Fig. 2 , 3 and points a ₂ and b ₂ in Fig. 4, a), corresponding to their symmetrical location relative to the plane passing through the axis O ₁ and O _{2 of} rotation of gears 4 and 5, to its maximum value, determined by the size of the teeth, their shape, the power of the hydraulic machine and other requirements for it (Fig. 4, a). The design of the teeth 23 of the gear 5 is similar to the design of the teeth of the gear 4. The teeth of both gears 4 and 5 have an involute profile. The number of teeth in gears 4 and 5 of the proposed hydraulic machine is selected as in conventional hydraulic machines. Chamfers 22 can simply be made using standard equipment used in the manufacture of gears.

В случае передачи больших мощностей и необходимости соответствующего увеличения проходного сечения фасок, обеспечивающих беспрепятственное вытеснение жидкости из запираемых полостей, на рабочих поверхностях 18, 19 зубьев шестерен 4 и 5 дополнительно к имеющимся угловым фаскам 22, независимо от последних на длине зуба могут быть выполнены дополнительные углубления 24, по профилю совпадающие с профилем угловых фасок 22 (фиг. 3). Эти углубления имеют сечение, которое плавно увеличивается, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси О₁ и О₂ вращения шестерен 4 и 5.In the case of transferring large powers and the need for a corresponding increase in the bore of the bevels, which ensure unhindered displacement of fluid from the lockable cavities, on the working surfaces 18, 19 of the gear teeth 4 and 5 in addition to the existing angular bevels 22, additional recesses can be made on the tooth length independently of the latter 24, along the profile coinciding with the profile of the corner chamfers 22 (Fig. 3). These recesses have a cross section that gradually increases, starting from zero at the contact points of the teeth corresponding to their symmetrical location relative to the plane passing through the axes O ₁ and O _{2 of the} rotation of gears 4 and 5.

Предлагаемая шестеренная гидромашина может быть использована как в качестве насоса, так и качестве мотора. The proposed gear hydraulic machine can be used both as a pump and as a motor.

Рассмотрим работу предлагаемой гидромашины в качестве насоса. Consider the work of the proposed hydraulic machine as a pump.

При вращении ведущей шестерни, например, шестерни 4, в направлении, указанном на фиг. 1, вторая шестерня 5 начинаетвращаться в противоположном направлении. Рабочая жидкость из камеры всасывания, сообщающейся с каналом 2 подвода жидкости, переносится в камеру нагнетания, сообщающуюся с каналом 3 отвода жидкости, осуществляя ее перекачку. When the drive gear, for example gear 4 is rotated, in the direction indicated in FIG. 1, the second gear 5 begins to rotate in the opposite direction. The working fluid from the suction chamber communicating with the liquid supply channel 2 is transferred to the discharge chamber communicating with the liquid discharge channel 3 by pumping it.

Рассмотрим более подробно работу шестерен 4 и 5 на отдельных фазах вращения (фиг. 4). На фиг. 4 обозначены: 17₁, 23₂, 17₃, 23₄ порядковые номера зубьев, участвующих в зацеплении; α - соответственно полюс и угол зацепления шестерен; a₁, a₂, b₁, b₂, c₁, c₂, точки, соответствующие началам фасок на зубьях шестерен; R_w1 и R_w2 радиусы начальных окружностей шестерен, преимущественно равные один другому.Let us consider in more detail the operation of gears 4 and 5 in individual phases of rotation (Fig. 4). In FIG. 4 marked: 17 ₁ , 23 ₂ , 17 ₃ , 23 ₄ serial numbers of the teeth involved in the engagement; α - respectively, the pole and the angle of engagement of the gears; a ₁ , a ₂ , b ₁ , b ₂ , c ₁ , c ₂ , points corresponding to the beginning of the chamfers on the gear teeth; R _w1 and R _{w2 are the} radii of the initial gear circumferences, mainly equal to one another.

Фаза 1. Полюс зацепления П (фиг. 4, а) располагается на оси зуба 23₂ ведомой шестерни 5. При этом ось зуба 23₂ совпадает с линией О₁O₂, соединяющей центры шестерен 4 и 5, точки контакта зубьев 17₁-23₂ и 23₂-17₃ совпадают с точками а₂ и b₂ начала фасок зубьев. К моменту подхода зубьев к фазе 1 давление в межзубовой полости F равно давлению Р_вх на входе в гидромашину
давление в полостях А и В. Давление в полостях Д и Е равно давлению Р_вых.Phase 1. The gearing pole P (Fig. 4, a) is located on the axis of the tooth 23 _{2 of the} driven gear 5. In this case, the axis of the tooth 23 ₂ coincides with the line O ₁ O ₂ connecting the centers of the gears 4 and 5, the contact points of the teeth 17 ₁ - 23 ₂ and 23 ₂ -17 ₃ coincide with points a ₂ and b _{2 of the} beginning of the chamfers. By the time the teeth approach phase 1, the pressure in the interdental cavity F is equal to the pressure P _in at the inlet to the hydraulic machine
the pressure in the cavities A and B. The pressure in the cavities D and E is equal to the pressure P _out .

Фаза 2. (фиг. 4, б). Точка а₂ размещается ниже точки К₁₂ контакта зубьев 17₁ и 23₂, при этом фаски этой рабочей поверхности зуба обеспечивают связь полости F с полостями Д и Е, давление в которых равно давлению на выходе машины, а размещение точки b₂ выше точки контакта зубьев 23₂ и 17₃ (совпадает с полюсом зацепления П) отсекает полость F от полостей В и А, нагруженных давлением Р_вх на входе в гидромашину.Phase 2. (Fig. 4, b). Point a ₂ is located below the contact point K _{12 of the} teeth 17 ₁ and 23 ₂ , while the chamfers of this working surface of the tooth provide a connection between the cavity F and the cavities D and E, the pressure in which is equal to the pressure at the outlet of the machine, and the placement of point b ₂ above the contact point teeth 23 ₂ and 17 ₃ (coincides with the gearing pole P) cuts off the cavity F from the cavities B and A, loaded with pressure P _in at the inlet to the hydraulic machine.

Фаза 3. Полюс зацепления П (фиг. 4, в) располагается на оси зуба 17₃, точки контакта зубьев 23₂-17₃ и 17₃-23₄ совпадают с точками в₁ и c₁ начала фасок на кромках зуба 17₃. В полости В давление в момента подхода к фазе 3 равнодавлению Р_вх. При дальнейшем повороте зуба в полости В устанавливается давление Р_вых. Реверс насоса осуществляется сменой направления вращения шестерен 4 и 5.Phase 3. The engagement pole P (Fig. 4, c) is located on the axis of the tooth 17 ₃ , the contact points of the teeth 23 ₂ -17 ₃ and 17 ₃ -23 ₄ coincide with the points ₁ and c _{1 of the} beginning of the chamfers on the edges of the tooth 17 ₃ . In cavity B, the pressure at the time of approaching phase 3 is equal to the pressure P _in . With a further rotation of the tooth in cavity B, a pressure P _{o is established} . The reverse of the pump is carried out by changing the direction of rotation of gears 4 and 5.

Углубления 24 дополнительно усиливают эффект разгрузки запираемых межзубовых полостей. The recesses 24 further enhance the effect of unloading the locked interdental cavities.

В случае использования предлагаемой гидромашины в качестве мотора в один из каналов 2 или 3 подается под давлением рабочая жидкость, которая приводит во вращение шестерни 4 и 5. При этом разгрузка запираемых межзубовых полостей происходит также, как и в случае использования предлагаемой гидромашины в качестве насоса. In the case of using the proposed hydraulic machine as a motor, a working fluid is supplied under pressure to one of the channels 2 or 3, which drives the gears 4 and 5. In this case, unloading of the locked interdental cavities occurs as well as in the case of using the proposed hydraulic machine as a pump.

Таким образом, в результате использования предлагаемого изобретения достигается технический эффект, заключающийся в обеспечении разгрузки запираемых межзубовых полостей при работе гидромашины без усложнения ее конструкции и сохранении стандартного профиля зубьев и параметров зацепления. Это, в свою очередь, уменьшает сопротивление вращению шестерен, устраняет кавитацию в запираемых полостях, не требует отвода жидкости из запираемых полостей, и, следовательно, не влечет ее объемных потерь, снимает ограничения на передаваемые мощности. Thus, as a result of using the present invention, a technical effect is achieved, which consists in providing unloading of the locked interdental cavities during operation of the hydraulic machine without complicating its design and maintaining the standard tooth profile and engagement parameters. This, in turn, reduces the resistance to rotation of the gears, eliminates cavitation in the lockable cavities, does not require the removal of fluid from the lockable cavities, and therefore does not entail its volumetric losses, removes restrictions on the transmitted power.

Перечисленное в совокупности обеспечивает при простейшем способе разгрузки запираемых межзубовых полостей и высокой технологичности процесса изготовления фасок повышение коэффициента полезного действия гидромашины и ее надежности, возможность расширения ряда передаваемых гидромашиной мощностей и широкого использования в различных областях техники, в частности, гидравлических трансмиссий. All of the above together with the simplest method of unloading lockable interdental cavities and the high technological process of making bevels, increase the efficiency of the hydraulic machine and its reliability, expand the range of capacities transmitted by the hydraulic machine and widely use it in various fields of technology, in particular, hydraulic transmissions.

Claims (2)

1. Шестеренная гидравлическая машина, содержащая корпус с каналами подвода и отвода жидкости, в цилиндрических полостях которого размещены шестерни внешнего зацепления, установленные своими цапфами в опорах корпуса, отличающаяся тем, что у каждого зуба каждой шестерни на части длины кромок, образованных их рабочими и торцевыми поверхностями, выполнены фаски с увеличивающейся в сторону вершины зуба шириной, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен. 1. Gear hydraulic machine containing a housing with channels for supplying and discharging fluid, in the cylindrical cavities of which gears of external gear are placed, mounted by their pins in the bearings of the housing, characterized in that each tooth of each gear has a portion of the length of the edges formed by their working and end surfaces, chamfers are made with a width increasing towards the tooth apex, starting from zero at the contact points of the teeth corresponding to their symmetrical location relative to the plane passing through and gear rotation. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что на рабочих поверхностях зубьев выполнены углубления с увеличивающимся в сторону вершины зуба поперечным сечением, начиная с нуля в точках контакта зубьев, соответствующих их симметричному расположению относительно плоскости, проходящей через оси вращения шестерен. 2. The machine according to p. 1, characterized in that on the working surfaces of the teeth there are recesses with a cross section increasing towards the tooth apex, starting from zero at the contact points of the teeth corresponding to their symmetrical location relative to the plane passing through the axis of rotation of the gears.

Images