Расчёт и оптимизация шестерённых насосов

Модуль оптимизации зубчатых пар шестерённых и героторных насосов в KISSsoft был разработан по техническому заданию фирмы Bosch.

Одной из технических проблем в шестерённых гидромашинах является проблема запертых объёмов, которые являются нежелательным явлением. Вследствие малой сжимаемости жидкости, возникновение запертых объёмов в процессе работы гидромашины, если не предусмотреть меры борьбы с ними, может привести к возникновению большого момента сопротивления. Для борьбы с ними обычно выполняют специальные канавки, по которым жидкость из запертых объёмов уходит либо в полость высокого давления, либо в полость низкого давления.

Исходных данные для расчета и оптимизации параметров шестеренного насоса

Исходными данными для расчета являются:

1. Таблица нагрузочного режима на входном (выходном) валу, содержащая относительное время, частоту вращения, момент.
2. Материалы зубчатых колес с прочностными и усталостными характеристиками.
3. Характеристики смазочных материалов.
4. Основные параметры зубчатой пары, в соответствии с ISO6336 (геометрические параметры зубчатых колес, требуемая степень точности, суммарное время работы передачи и др. параметры).
5. Параметры исходного контура.
6. Предельные отклонения размеров.
7. Если имеется разработанный техпроцесс изготовления зубчатых колес, указать данные зуборезного инструмента, либо предоставить информацию по п.9.
8. Параметры эталонного (измерительного) зубчатого колеса (если уже разработано). Возможно проектирование эталонных зубчатых колес для двухпрофильного контроля качества изготовления зубчатого колеса.
9. Если имеется – деталировочные чертежи зубчатых колес и зуборезного инструмента. Возможен импорт профиля производящего инструмента в формате *.dxf вместо определения его точных геометрических параметров по п. 7.
10. Минимальные коэффициенты запасов по заеданию, а также контактной и изгибной выносливости для зубчатых колес.
11. Параметры модификации зубчатых колес, а также профиль шлифовального круга и нижняя точка профиля ЗК (диаметр), подверженная шлифовке.

При использовании зубчатых колес с неэвольвентным профилем зуба, должны быть предоставлены правые стороны профилей обоих зубчатых колес в формате DXF.

При использовании специальной канавки для уменьшения давления используются следующие параметры: угол начала канавки со стороны входа, угол начала канавки со стороны выхода и диаметр канавки. Данные параметры показаны на рисунке ниже

При вводе параметров насосов с внешним зацеплением, имеющих уплотнение во входной полости, указывается расстояние hs, показанное на рисунке ниже. Также вводятся давления на входе и выходе в МПа

При вводе параметров насосов с внутренним зацеплением, имеющих уплотнение во входной полости, указывается начальный угол уплотнения α, показанный на рисунке ниже. Также вводятся давления на входе и выходе в МПа

В случае использования насосов с внутренним зацеплением, не имеющих уплотнения (героторные насосы), угол принимается равным 175°. Это объясняется тем, что радиус Rie должен совмещаться с уровнем радиуса Ri (показано стрелкой на рисунке).

Проведение оптимизации шестеренного насоса

Компанией Micro Express было проверено, что при уменьшении диаметра впадин и неизменном диаметре вершин, рабочий объем НЕ увеличивается из-за одновременного увеличения объема перетечек;

Для шестеренных насосов с внешним зацеплением – рабочий объем повышается при увеличении перекрываемой высоты зубьев, таким образом, чтобы сохранялась условие перекрытия (в тот момент, когда один зуб выходит из зацепления, а другой зуб входит в него).

Компанией Micro Exspress была разработана методика оптимизации шестеренного насоса в KISSsoft. При этом была сделана попытка увеличить рабочий объем насоса, без существенного изменения геометрии корпуса, за счет:

а) Уменьшения диаметра впадин зубьев (без изменения диаметра вершин):Это не дало положительных результатов.

б)Уменьшения количества зубьев: Это не дало положительных результатов.

Суть проблемы оптимизации шестеренного насоса состоит в следующем:

Чтобы увеличить рабочий объем насоса, необходимо увеличить диаметр вершин или ширину зуба либо уменьшить межосевое расстояние. Однако все это влечет за собой изменению геометрии корпуса.

На основании вышеизложенного можно отметить следующее:

– Рабочий объем насоса не может быть увеличен за счет уменьшения диаметра впадин при неизменном диаметре вершин (т.е. увеличивается высота зуба). В таком случае теоретический передаваемый рабочий объем увеличивается, но в то же самое время также возрастает объем перетечек, что приводит к уменьшению КПД насоса. В нашем случае, при увеличении высоты зуба на 10%, увеличение рабочего объема составило всего лишь 0.3%.

– Передаваемый рабочий объем увеличивается при увеличении высоты перекрывания зубьев, т.е. 0,5d_a1+0,5d_a2-a (формула для насосов с внешним зацеплением).

В KISSsoft присутствует инструмент для проведения точной оптимизации, позволяющий подобрать решение с наибольшим рабочим объемом.

Процедура оптимизации зубчатых колес для шестерённых насосов позволяет уменьшить многие отрицательные факторы, такие как шум, нагрев, повышенный износ и другие.

• Снизить неравномерность подачи
• Правильно подобрать каналы для компенсации чрезмерного давления рабочий жидкости в замкнутых объемах, что вызывает соответствующие нагрузки в подшипниках
• Повысить объемный КПД
• Добиться максимально возможного рабочего объема для данного конструктивного размера

Scroll