Патент на изобретение №2272934

(54) ШЕСТЕРЕННАЯ ГИДРОМАШИНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области гидравлических машин и может быть использовано в гидравлических системах тракторов, экскаваторов, сельскохозяйственных, дорожно-строительных и других машинах. Шестеренная гидромашина содержит ведущую и ведомую шестерни внешнего зацепления, цапфы которых расположены в радиально и аксиально подвижных корпусах подшипников, а все вместе размещены во внутренней камере корпуса гидромашины, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими отверстиями. По крайней мере, с одной стороны шестерен на тыльных поверхностях корпусов подшипников, примыкающих к ним, расположено уплотнение. На их внешнем периметре в канавках вблизи и параллельно боковым поверхностям шестерен размещены уплотнения в форме цифры восемь с образованием между внутренней поверхностью двух кругообразных частей уплотнения и дном канавки кольцевых каналов. Каналы образованы формой канавок в месте перехода их боковых поверхностей в дно. Внутренний диаметр двух кругообразных частей уплотнения в форме цифры восемь в свободном состоянии выполнен большим, чем диаметр канавок в месте перехода их боковых поверхностей в дно. Достигается стабильная работа машины, обеспечивается легкость её сборки. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области гидравлических машин, в частности к гидравлическим машинам, которые могут быть использованы в гидравлических системах тракторов как общего, так и промышленного назначения, экскаваторов, сельскохозяйственных, дорожно-строительных и других машинах.

Известна шестеренная гидромашина, которая может использоваться в вышеуказанных машинах, содержащая ведущую и ведомую шестерни внешнего зацепления, цапфы которых расположены в радиально и аксиально подвижных корпусах подшипников, а все вместе размещены во внутренней камере корпуса гидромашины, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими отверстиями (см. DE 3716605 A1, 08.12.1988, F 04 C 2/14). Корпуса подшипников поджимаются к боковым поверхностям шестерен аксиальными полями давления, определенными уплотнениями на их тыльных сторонах, и сообщенными с зоной высокого давления гидромашины, а на внешнем периметре корпусов подшипников вблизи и параллельно боковым поверхностям шестерен размещены уплотнения, которые начинаются со стороны зоны высокого давления и заканчиваются перед областью низкого давления, и имеют форму цифры “3”. Исходя из этого, распространение зоны высокого давления по всей длине корпусов подшипников ограничивается этими уплотнениями, которые снижают нагрузки на корпус гидромашины.

Однако при работе гидромашины вследствие изнашивания поверхностей, которыми корпуса подшипников контактируют друг с другом, и формы уплотнений на внешней периферии корпусов подшипников, открытых со стороны зоны низкого давления, нарушается уплотнение области по внешней периферии корпусов подшипников и гидравлическая нагрузка на корпус гидромашины значительно возрастает, что снижает долговечность работы гидромашины и приводит к разрушению корпуса.

В другой известной гидромашине, по крайней мере, с одной стороны шестерен, на тыльных поверхностях корпусов подшипников, примыкающих к ним, расположено уплотнение, а на их внешнем периметре в канавках вблизи и параллельно боковым поверхностям шестерен размещено уплотнение в форме цифры “8” (см. UA 41968, 15.10.2001, F 04 C 2/08).

Таким образом, из-за изменения формы уплотнения на внешнем периметре корпусов подшипников обеспечивается надежное уплотнение области по внешней периферии, расположенной между уплотнениями, вне зависимости от продолжительности работы гидромашины и изнашивания ее деталей.

Однако особенно в первоначальный период работы гидромашины, при ее запуске затруднено распространение жидкости под высоким давлением, которое поступает под эти уплотнения, так как уплотнения целиком заполняют канавки, в которых они располагаются на внешнем периметре корпусов подшипников. К тому же уплотнения сначала устанавливаются в канавки с натягом, который значительно осложняет сборку гидромашины в части установки корпусов подшипников вместе с шестернями и уплотнениями во внутреннюю камеру корпуса гидромашины.

Известна шестеренная гидромашина, содержащая ведущую и ведомую шестерни внешнего зацепления, цапфы которых расположены в радиально и аксиально подвижных корпусах подшипников, а все вместе размещены во внутренней камере корпуса гидромашины, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими отверстиями, по крайней мере, с одной стороны шестерен на тыльных поверхностях корпусов подшипников, примыкающих к ним, расположено уплотнение, а на их внешнем периметре в канавках вблизи и параллельно боковым поверхностям шестерен размещены уплотнения в форме цифры восемь с образованием между внутренней поверхностью двух кругообразных частей уплотнения и дном канавки кольцевых каналов (см. SU 926353 A, 07.05.1982, F 04 C 2/08). Данная шестеренная гидромашина принята за прототип.

В данной гидромашине образованы кольцевые каналы под уплотнением за счет уменьшения высоты уплотнения, а значит, уплотнения установлены без предварительного натяга. В результате в работе из-за усадки под воздействием температуры и давления оно будет вести себя непредсказуемо (поджиматься к той или иной стороне канавки) и быстро разрушаться.

В основу изобретения положена задача создания шестеренной гидромашины, в которой из-за изменения формы поперечного сечения канавки у ее дна обеспечивалось бы свободное распространение рабочей жидкости под уплотнением и таким образом достигалась бы стабильная работа гидромашины, а с изменением размерных параметров уплотнения и канавки достигалась бы легкость ее сборки.

Эта задача решается тем, что в известной шестеренной гидромашине, содержащей ведущую и ведомую шестерни внешнего зацепления, цапфы которых расположены в радиально и аксиально подвижных корпусах подшипников, а все вместе размещены во внутренней камере корпуса гидромашины, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими отверстиями, по крайней мере, с одной стороны шестерен на тыльных поверхностях корпусов подшипников, примыкающих к ним, расположено уплотнение, а на их внешнем периметре в канавках вблизи и параллельно боковым поверхностям шестерен размещены уплотнения в форме цифры восемь с образованием между внутренней поверхностью двух кругообразных частей уплотнения и дном канавки кольцевых каналов, согласно изобретению кольцевые каналы образованы формой канавок в месте перехода их боковых поверхностей в дно, а внутренний диаметр двух кругообразных частей уплотнения в форме цифры восемь в свободном состоянии выполнен большим, чем диаметр канавок в месте перехода их боковых поверхностей в дно.

Кроме того, поперечное сечение кольцевых каналов может имеет прямоугольную форму с двумя скругленными углами.

Кроме того, поперечное сечение кольцевых каналов может имеет форму сегмента.

Кроме того, поперечное сечение кольцевых каналов может имеет треугольную форму.

Таким образом, выполнение формы канавок под уплотнение такой, что под уплотнением образуется кольцевой канал, обеспечивает свободный доступ жидкости по всему периметру уплотнения, которое, в свою очередь, обеспечивает стабильную работу гидромашины.

Выполнение внутреннего диаметра двух кругообразных частей уплотнения в форме цифры восемь в свободном состоянии большим, чем диаметр канавок в месте перехода их боковых поверхностей в дно, позволяет установить уплотнение в канавки без натяга и обеспечить легкую собираемость с корпусом гидромашины.

Форма поперечного сечения кольцевого канала может быть различной и зависеть от формы инструмента, которым протачивается канавка под уплотнение.

В дальнейшем изобретение разъясняется примером его конкретного выполнения и чертежами, где:

на фиг.1 изображен продольный разрез гидромашины по осям шестерен,

на фиг.2 – поперечный разрез гидромашины по А-А с фиг.1;

на фиг.3 – поперечный разрез гидромашины по Б-Б с фиг.1;

на фиг.4 – поперечный разрез гидромашины по В-В с фиг.1;

на фиг.5 изображено отдельно уплотнение в свободном состоянии;

на фиг.6 – поперечное сечение кольцевых каналов с прямоугольной формой с двумя скругленными углами;

на фиг.7 – поперечное сечение кольцевых каналов с формой сегмента;

на фиг.8 – поперечное сечение кольцевых каналов с треугольной формой.

Шестеренная гидромашина содержит ведущую 1 и ведомую 2 шестерни, выполненные вместе с цапфами 3 и 4. Ведущая шестерня 1 также имеет приводной вал 5, уплотненный манжетой 6. Шестерни 1 и 2 своими цапфами 3 и 4 установлены в корпусах подшипников, выполненных в виде подшипниковых втулок 7, 8, 9 и 10, а все вместе расположены во внутренней камере корпуса 11 гидромашины, которая образована двумя пересекающимися цилиндрическими отверстиями 12 и 13, см. фиг.1.

С тыльных торцов подшипниковых втулок 7 и 8, подвижных в пределах зазоров в аксиальном и радиальном направлениях, имеется аксиальное поле давления 14, см. фиг.1 и 2, ограниченное уплотнением 15, которое расположено в гнезде 16, выполненном в крышке 17. Аксиальное поле давления соединено с зоной высокого давления гидромашины при помощи отверстия 18, выполненного в одной из втулок, см. фиг.1.

На внешнем периметре втулок 7, 8, 9 и 10 в канавках 19 вблизи и параллельно боковым поверхностям шестерен расположены уплотнения 20 с защитными элементами 21, которые имеют форму цифры восемь и простираются по всему внешнему периметру втулок, которыми они сопряжены со стенками внутренней камеры корпуса 11, см. Фиг. 4, 5 и 6. Форма канавок 19 выполнена такой, что между внутренней поверхностью двух кругообразных частей 22 уплотнения 20 и дном канавок образуются кольцевые каналы 23, см. фиг.4, 6, 7 и 8.

Поступление рабочей жидкости из выходного канала 24 гидромашины, который, как и входной канал 25, условно изображен пунктирной линией на фиг.3, в кольцевые каналы 23 осуществляется при помощи дугообразных канавок 26 и отверстий 18 и 27, выполненных на торцах втулок со стороны боковых поверхностей шестерен. Форма поперечного сечения кольцевых каналов под уплотнение может быть различная: в форме прямоугольника с двумя скругленными углами или в форме сегмента, или же треугольника, как это показано на фиг.6, 7 и 8, и зависит от формы инструмента, которым протачивается канавка под уплотнение.

Внутренний диаметр d двух кругообразных частей 22 каждого уплотнения 20 в свободном состоянии выполнен большим, чем диаметр D канавок 19 в месте перехода их боковых поверхностей 28 и 29 в дно 30, см. фиг.5 и 6. Все это позволяет значительно облегчить сборку гидромашины, так как уплотнение 20 с защитными элементами 21 будет устанавливаться в канавках 19 без натяга, и не будет выступать из них при сборке, как это показано на фиг.6, 7 и 8.

Шестеренная машина как насос работает следующим образом. При вращении шестерен 1 и 2, приведенных в движение приводным валом 5, в межзубовых впадинах, выходящих из зацепления шестерен, образуется вакуум, вследствие чего рабочая жидкость поступает во входной канал 25, заполняет межзубовые пространства, переносится в зону высокого давления и вытесняется входящими в зацепление зубьями шестерен в выходной канал 24 и дальше в гидросистему машины.

Рабочая жидкость под давлением по дугообразной канавке 26 и отверстию 18 поступает в аксиальное поле давления 14, определенное уплотнением 15, установленным в крышке 17. Под действием давления рабочей жидкости в аксиальном поле 14 подшипниковые втулки 7 и 8 движутся в аксиальном направлении и своими торцами поджимаются к боковым поверхностям шестерен 1 и 2, а те, в свою очередь, поджимаются к подшипниковым втулкам 9 и 10, уплотняя их и рабочую камеру насоса.

Одновременно рабочая жидкость из отверстий 18 и 27 поступает в кольцевые каналы 23 и таким образом свободно распространяется под уплотнениями 20, поджимает их к стенкам внутренней камеры корпуса 11, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими отверстиями 12 и 13, не позволяя рабочей жидкости из зоны высокого давления распространиться по всей длине подшипниковых втулок, чем значительно снижает нагрузку на корпус 11 гидромашины и повышает долговечность ее работы.

Шестеренная машина как гидромотор работает следующим образом. Рабочая жидкость, которая подается под высоким давлением в выходной канал 24, воздействует на зубья шестерен 1 и 2, вращает их и преодолевает нагрузку, приложенную к приводному валу 5.

Работа гидромашины как гидромотора аналогична ее работе как насоса.

Формула изобретения

1. Шестеренная гидромашина, содержащая ведущую и ведомую шестерни внешнего зацепления, цапфы которых расположены в радиально и аксиально подвижных корпусах подшипников, а все вместе размещены во внутренней камере корпуса гидромашины, образованной двумя пересекающимися цилиндрическими отверстиями, по крайней мере, с одной стороны шестерен на тыльных поверхностях корпусов подшипников, примыкающих к ним, расположено уплотнение, а на их внешнем периметре в канавках вблизи и параллельно боковым поверхностям шестерен размещены уплотнения в форме цифры восемь с образованием между внутренней поверхностью двух кругообразных частей уплотнения и дном канавки кольцевых каналов, отличающаяся тем, что кольцевые каналы образованы формой канавок в месте перехода их боковых поверхностей в дно, а внутренний диаметр двух кругообразных частей уплотнения в форме цифры восемь в свободном состоянии выполнен большим, чем диаметр канавок в месте перехода их боковых поверхностей в дно.

2. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что поперечное сечение кольцевых каналов имеет прямоугольную форму с двумя скругленными углами.

3. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что поперечное сечение кольцевых каналов имеет форму сегмента.

4. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что поперечное сечение кольцевых каналов имеет треугольную форму.

РИСУНКИ