Моделирование профиля и зацепления героторного Насоса

Введение

Основными агрегатами, лимитирующими надежность и ресурс гидравлических систем, являются гидронасосы. Важнейшими направлениями развития конструкций гидронасосов являются минимизация массы, габаритных размеров, повышение КПД, надежности и ресурса эксплуатации при заданных технических условиях, что обеспечивается агрегатами данного типа. Данным требованиям соответствуют героторные насосы, отличающиеся простотой конструкции, низкой материалоемкостью и стоимостью, высокой надежностью. Благодаря перечисленным преимуществам эти насосы нашли широкое применение в различных отраслях машиностроения.

Широкое применение в мобильных машинах находят героторные гидромоторы, которые относятся к классу высокомоментных тихоходных гидромашин. Героторным гидромотором называется гидромотор с внутренним зацеплением, в котором рабочие камеры отделены друг от друга только зубьями шестерен без промежуточного серповидного элемента. Принцип действия героторных гидромоторов (встречаются также термины как: планетарные, орбитальные и шестеренные с внутренним зацеплением) основывается на различном соотношении зубьев неподвижного статора (внешней шестерни) и вращающейся внутри статора шестерни, причем оси этих деталей не совпадают (имеют эксцентриситет). При вращении внутренней шестерни относительно статора (движение внутренней шестерни при этом выглядит как планетарное) между зубьями шестерен образуются переменные по объему рабочие камеры.

Подвод рабочей жидкости в эти камеры приводит к созданию момента сил на внутренней шестерне, посредством которой передается крутящий момент на выходной вал гидромотора. Распределительный узел гидромотора торцового или цапфенного типов вращается синхронно с внутренней шестерней и обеспечивает попеременное сообщение рабочих камер гидромотора с магистралями высокого давления (от насоса) и низкого (слива) давления.

По типу героторной пары различают конструкции с непосредственным контактом зубьев внутренней и наружной шестерен (рис. 1, а и б) и с роликами во внешней шестерне (рис. 1, в...д) – такой тип гидромоторов называют «геролерным».

Рис.1 – Типы шестеренных пар героторных гидромоторов: а,б - конструкции с непосредственным контактом зубьев внутренней и наружной шестерен; в,г,д – конструкции с роликами во внешней шестерне

Геролерная конструкция обеспечивает минимальный уровень трения и позволяет повысить долговечность гидромотора даже при постоянной работе с высокими давлениями, поэтому такие гидромоторы рекомендуются для эксплуатации при частых реверсах и на маловязких рабочих жидкостях. Героторные гидромоторы выпускаются с рабочими объемами 8…2100 〖см〗^3, давление нагнетания достигает 16 и 30…42 МПа, максимальная частота вращения от 2500 до 120 〖мин〗^(-1) (для минимального и максимального рабочих объемов, соответственно). Максимальная выходная мощность гидромоторов не превышает 70 кВт, а КПД составляет 0,7…0,9 в зависимости от конструкции и рабочего объема.

Гидромоторы имеют конструктивную схему с цапфенным распределителем рабочей жидкости и совмещением выходного вала с цапфой (вал-цапфа) или торцовым распределительным узлом, связанным с выходным валом гидромотора зубчатой муфтой (карданом). Торцовый распределительный узел обладает более высокой герметичностью по сравнению с цапфенным (по определению, первый относится к узлам с гарантированным гидростатическим прижимом контртел, а второй с гарантированным зазором) и не воспринимает внешних радиальных нагрузок со стороны выходного вала благодаря приводу вращения посредством муфты. Преимущества торцового распределителя позволяют получить минимальный уровень объемных и механических потерь мощности (повысить КПД гидромотора) и обеспечить в гидромоторах устойчивую работу на минимальных («ползучих») частотах вращения. Кроме того, установка вала в конических радиально-упорных подшипниках позволяет гидромоторам воспринимать значительные внешние осевые и радиальные нагрузки.

В героторных гидромоторах устанавливают подшипники качения или скольжения выходного вала. Для работы с повышенными статическими и динамическими нагрузками предпочтительно использование гидромоторов с подшипниками качения на валу. Гидромоторы с коническими подшипниками предназначены для работы в тяжелых условиях.

Основные преимущества героторных гидромоторов:

- надежность и компактность, высокие удельные показатели. Отношение массы гидромотора к максимальному крутящему моменту достигает 0,013 кг/н.м, что в два раза ниже, чем в высоко-моментных радиальнопоршневых гидромоторах однократного действия и находится на уровне радиальнопоршневых гидромоторов многократного действия (0, ,02 кг/н.м);

- широкий диапазон изменения частоты вращения, высокий момент страгивания, возможность использования в ОГП с замкнутой и разомкнутой цепями циркуляции рабочей жидкости;

- возможность восприятия валом гидромотора значительных радиальных нагрузок и использования широкого ассортимента рабочих жидкостей, в том числе негорючих и биологически активных жидкостей.

Рис.2 – Героторный масляный насос автомобиля