Патент на изобретение №2313005

(54) ШЕСТЕРЕННАЯ ГИДРОМАШИНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к гидравлическим устройствам машиностроительной гидравлики. Шестеренная гидромашина содержит корпус 1 и шестерни 4, 5 внешнего зацепления. Цапфы шестерен установлены в подшипниках, выполненных в виде подвижных 10 в осевом направлении и неподвижных 11 уплотнительных втулок. Каждая из подвижных втулок выполнена составной с втулкой-упором 16. Последняя размещена на проточке 15 втулки 10 в расточке 3 корпуса. В стыке между нерабочими торцами втулки 10 и втулки-упора 16 образована соединенная с полостью 6 высокого давления камера 18 поджима. Втулка-упор 16 может передвигаться относительно втулки 10 под действием давления рабочей жидкости. Втулки-упоры 16 по внутренним и внешним, а подвижные 10 и неподвижные 11 втулки по внешним посадочным поверхностям снабжены уплотнениями. На внешних посадочных поверхностях втулок 11 со стороны, противоположной расположению шестерен, выполнены разгрузочные канавки 35, 36, соединенные с полостью 7 низкого давления. Техническим результатом является усовершенствование компенсации торцовых зазоров, оптимизация сил прижатия уплотнительных втулок, локализация зон влияния высокого давления на корпус, улучшение уплотнений полостей высокого и низкого давления. Вследствие этого снижаются объемные и механические потери, повышается долговечность машины. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к гидравлическим устройствам машиностроительной гидравлики, в частности к шестеренным гидромашинам.

Известна шестеренная гидромашина, которая содержит корпус, шестерни внешнего зацепления, цапфы которых установлены в подшипниках скольжения, выполненных в виде торцовых уплотнительных втулок, расположенных по обеим сторонам шестерен. Втулки, расположенные с одной стороны шестерен, установлены с возможностью осевого перемещения под действием давления рабочей жидкости (Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем, Москва, Машиностроение, 1974, с.342, рис.128а).

Недостатком известной гидромашины является то, что между торцовыми поверхностями шестерен и торцовыми уплотнительными поверхностями втулок действуют значительные силы трения, что снижает коэффициент полезного действия, приводит к слишком высокому нагреву корпуса и быстрому износу торцовых уплотнительных поверхностей втулок. Кроме того, в такой гидромашине – большие внутренние гидравлические потери, а ее корпус находится под значительными нагрузками от давления рабочей жидкости.

Известна также шестеренная гидромашина, которая содержит корпус, шестерни внешнего зацепления, цапфы которых установлены в подшипниках скольжения, выполненных в виде торцовых уплотнительных втулок, расположенных с обеих сторон шестерен и сопряженных одна с другой по плоскостям. В корпусе находятся полости соответственно, высокого и низкого давления. Как и в машине, упомянутой выше, втулки, расположенные с одной стороны шестерен, установлены с возможностью осевого перемещения и поджима к торцам шестерен под действием давления рабочей жидкости, которая поступает из полости высокого давления. Для повышения коэффициента полезного действия машины на торцовых поверхностях втулок со стороны шестерен выполнены скосы, ширина которых отвечает высоте зуба шестерен (SU 937773 А, 23.06.1982, F04C 2/04).

Последнее техническое решение есть ближайшее к предложенному по технической сути и принято как прототип.

Однако, несмотря на то, что известное техническое решение направлено на повышение эффективности гидромашины за счет уменьшения механических и гидравлических потерь между примыкающими одна к другой торцовыми поверхностями уплотнительных втулок и шестерен, которые вызываются перекосом втулок под действием давления рабочей жидкости, ему присущи серьезные недостатки. Так, выполнение скосов на торцовых поверхностях втулок совсем не устраняет их перекашивания под действием давления рабочей жидкости. Не устраняется главная причина заклинивания уплотнительных втулок – несовершенство конструкции камер компенсации торцовых зазоров, и, также, несоблюдение оптимального соотношения сил поджима и отжима. Кроме того, в известной шестеренной гидромашине подвижные в осевом направлении уплотнительные втулки установлены со стороны крышки корпуса, что приводит к тому, что на стык «корпус-крышка» действует высокое давление рабочей жидкости, под влиянием которого со временем уплотнение между крышкой и корпусом разрушается. И, кроме того, зоны высокого и низкого давления в гидромашине никак не локализованы и не уплотнены. Поэтому рабочая жидкость, особенно под действием высокого циклического давления, просачивается из полости высокого давления по торцовым зазорам между уплотнительными втулками и цилиндрическими расточками корпуса. Это повышает внутренние утечки и подвергает корпус значительным нагрузкам, которые в некоторых случаях могут вызвать его разрыв.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является устранение упомянутых недостатков, а именно создание шестеренной гидромашины с повышенными механическим и объемным КПД как за счет усовершенствования конструкции камер компенсации торцовых зазоров и оптимизации сил прижатия уплотнительных втулок, так и за счет локализации зон воздействия высокого давления на корпус путем улучшения уплотнений полостей высокого и низкого давления.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в шестеренной гидромашине, которая содержит корпус, в цилиндрических расточках которого размещены, с образованием пустот высокого и низкого давления, шестерни наружного зацепления с цапфами, установленными в подшипниках скольжения, выполненных в виде уплотнительных втулок, расположенных с обеих сторон шестерен и сопряженных одна с другой по плоскостям, причем втулки, расположенные по одну сторону шестерен, установлены с возможностью осевого перемещения и поджима их рабочими торцами к торцам шестерен давлением рабочей жидкости, подведенным из полости высокого давления, соответственно изобретению подвижные в осевом направлении втулки выполнены составными таким образом, что на внешних цилиндрических посадочных поверхностях каждой из них, со стороны, противоположной их рабочим торцам, выполнены цилиндрические проточки, на которых внутренними цилиндрическими посадочными поверхностями, а в цилиндрических расточках корпуса их внешними посадочными поверхностями, также с возможностью осевого перемещения, установлены кольцевые втулки-упоры, сопряженные одна с другой по плоскостям, совпадающими с плоскостями сопряжения втулок, с образованием в стыке между нерабочими торцами подвижных втулок и соответствующими торцами кольцевых втулок-упоров камеры поджима, соединенной с полостью высокого давления, причем кольцевые втулки-упоры по внутренним и внешним, а подвижные и неподвижные втулки по внешним цилиндрическим посадочным поверхностям снабжены уплотнениями, а на внешних цилиндрических посадочных поверхностях неподвижных втулок со стороны, противоположной расположению шестерен, перед упомянутым уплотнением, выполнены разгрузочные канавки, соединенные с полостью низкого давления.

Такая конструкция шестеренной гидромашины разрешает устранить заклинивание уплотнительных втулок, обеспечивает их оптимальное поджатие к торцам шестерен и герметизацию полостей высокого и низкого давления в корпусе машины, благодаря чему, по сравнению с прототипом, снижаются объемные и механические потери и повышается долговечность машины. Для дальнейшего повышения степени внутренней герметичности и разгрузки корпуса от воздействия давления рабочей жидкости и, тем самым, дальнейшего уменьшения потерь целесообразно уплотнения внутренней цилиндрической посадочной поверхности каждой кольцевой втулки-упора выполнить в виде манжеты квадратного или прямоугольного профиля из эластомерного материала, например резины, а также защитной шайбы, выполненной из антифрикционной пластмассы, полиамида или тефлона, установленной со стороны, противоположной расположению камеры поджима, совместно с упомянутой манжетой или кольцом, в канавке, выполненной на поверхности цилиндрической проточки каждой подвижной в осевом направлении втулки или на внутренней цилиндрической поверхности каждой кольцевой втулки-упора.

Уплотнение внешних цилиндрических посадочных поверхностей кольцевых втулок-упоров выполнено в виде установленной в соответствующие канавки одновременно обеих втулок-упоров манжеты восьмеркообразного вида, -образного профиля по контуру, выполненной из эластомерного материала, например резины, которая со стороны, противоположной расположению камеры поджима, снабжена защитной вставкой также восьмеркообразного вида, квадратного или прямоугольного профиля по контуру, выполненной из антифрикционной пластмассы, полиамида или тефлона, установленной соответственно по контуру и совместно с упомянутой манжетой в те же канавки, которые сообщены каналами в кольцевых втулках-упорах и в подвижных в осевом направлении втулках с полостью высокого давления.

Кроме того, уплотнения внешних цилиндрических посадочных поверхностей подвижных в осевом направлении и неподвижных втулок выполнены в виде установленных совместно в соответствующие канавки обоих подвижных и обоих неподвижных втулок манжет восьмеркообразного вида, -образного профиля по контуру, выполненных из эластомерного материала, например резины, причем манжета, которая установлена в канавках подвижных в осевом направлении втулок со стороны их рабочих торцов, и аналогичная манжета, установленная в канавках неподвижных втулок со стороны, противоположной их рабочих торцам, снаряжены защитными вставками восьмеркообразного вида, квадратного или прямоугольного профиля, выполненными из антифрикционной пластмассы, полиамида или тефлона, и установленными соответственно по контурам и совместно с упомянутыми манжетами восьмеркообразного вида в канавки, которые в подвижных и неподвижных втулках сообщены каналами с полостью высокого давления.

Целесообразно также разгрузочные канавки на внешних цилиндрических посадочных поверхностях неподвижных втулок выполнить подковообразными и сообщенными друг с другом и, через каналы в неподвижных втулках, – с полостью низкого давления.

Кроме того, торцы втулок-упоров подвижных в осевом направлении втулок и неподвижных втулок охвачены полостями, которые сообщены с полостью низкого давления, причем полости, расположенные по разные стороны шестерен, сообщены одна с другой через осевой канал в указанной шестерне.

Изобретение поясняется чертежами, где на:

фиг.1 показан продольный разрез гидромашины;

фиг.2 – сечение “А-А” на фиг.1;

фиг.3 – сечение “Б-Б” на фиг.1;

фиг.4 – сечение “В-В” на фиг.1;

фиг.5 – узел “Г на фиг.1;

фиг.6 – узел “Д” на фиг.1.

Шестеренная гидромашина содержит корпус 1 с крышкой 2. В цилиндрических расточках 3 корпуса 1 размещены шестерни 4 и 5 внешнего зацепления, которые образуют полости высокого 6 и низкого 7 давления. Шестерни 4 и 5 имеют цапфы 8 и 9, установленные в подшипниках скольжения, выполненные в виде уплотнительных втулок 10 и 11. При этом уплотнительные втулки 10 и 11, расположенные попарно с обеих сторон шестерен 4 и 5, уплотняют торцовые зазоры между их торцами и торцами упомянутых шестерен и сопрягаются одна с другой по плоскостям 12 и 13. Кроме того, уплотнительные втулки 10, расположенные по одну из сторон шестерен 4 и 5, например со стороны дна 14 цилиндрических расточек 3 корпуса 1, установлены с возможностью осевого перемещения и прижатия к торцам шестерен 4 и 5 давлением рабочей жидкости, подведенным из полости высокого 6 давления, и выполнены составными. Для этого на части внешних цилиндрических посадочных поверхностей каждой подвижной в осевом направлении уплотнительной втулки 10, со стороны дна 14 цилиндрических расточек 3 корпуса 1, выполнены открытые цилиндрические проточки 15, на которых также с возможностью осевого перемещения установлены кольцевые втулки-упоры 16, сопряженные одна с другой по плоскостям 17. Плоскости 17 сопряжения кольцевых втулок-упоров 16 совпадают с аналогичными плоскостями сопряжения 12 и 13 уплотнительных втулок 10 и 11.

В камеру 18 поджима, которая расположена на стыке между нерабочим торцом 19 подвижных уплотнительных втулок 10 и соответствующим торцом кольцевых втулок-упоров 16, через каналы 20 в подвижных уплотнительных втулках 10 поступает рабочая жидкость из полости высокого 6 давления.

Каждая кольцевая втулка-упор 16 на внутренней цилиндрической посадочной поверхности имеет уплотнение, например манжету или кольцо 21, выполненное из эластомерного материала, например резины. Кроме того, со стороны дна 14 цилиндрических расточек 3 корпуса 1, в тех же канавках 22 под манжеты (кольца) 21 могут быть установлены защитные шайбы 23, выполненные из антифрикционной пластмассы, полиамида или тефлона. Канавки 22 могут выполняться на внутренних цилиндрических поверхностях кольцевых втулок-упоров 16 или на поверхностях открытых цилиндрических проточок 15 подвижных уплотнительных втулок 10 (не показано). Внешние цилиндрические посадочные поверхности кольцевых втулок-упоров 16, а также подвижных 10 и неподвижных 11 уплотнительных втулок, для локализации зон высокого давления и снижения объемных потерь в гидромашине снабжены уплотнительными манжетами или кольцами 24, 25 и 26 восьмеркообразного вида и -образного профиля по контуру, которые выполнены из эластомерного материала, например резины. Каждая из манжет (колец) 24, 25 и 26 снабжена защитной вставкой 27, 28 и 29 восьмеркообразного вида, квадратного или прямоугольного профиля. Эти вставки могут быть выполнены из антифрикционной пластмассы, полиамида или тефлона. Они установлены соответственно по контурам манжет 24, 25 и 26, заподлицо с ними, в канавках 30, 31 и 32, выполненных на внешних цилиндрических посадочных поверхностях кольцевых втулок-упоров 16, подвижных 10 и неподвижных 11 уплотнительных втулок и соединяющихся каналами 20, 33 и 34 с полостью 6 высокого давления.

Защитные вставки 27, 28 и 29 в манжетах или кольцах 24, 25 и 26, как и защитные шайбы 23, установлены со стороны, противоположной действию давления рабочей жидкости, то есть обычным образом, и предназначены препятствовать вытеснению манжет (колец) в зазоры, то есть их разрушению.

Для ограничения воздействия рабочей жидкости под высоким давлением на корпус 1 и крышку 2, а также их стык на внешних цилиндрических посадочных поверхностях неподвижных уплотнительных втулок 11 со стороны, противоположной расположению шестерен, выполнены подковообразные разгрузочные канавки 35 и 36. Они соединены одна с другой и, через каналы 37 и 38 в недвижимых втулках 11, – с полостью 7 низкого давления.

Для отвода рабочей жидкости из мест ее возможного просачивания в корпусе 1 образованы полости 39 и 40, которые охватывают торцы втулок-упоров 16 и подвижных в осевом направлении уплотнительных втулок 10. Со второй стороны корпуса находится полость 41, которая охватывает торцы неподвижных уплотнительных втулок 11. Полости 39, 40, с одной стороны, и 41, с другой стороны, соединены через осевой канал 42 в указанной шестерни одна с другой, а через каналы в неподвижных уплотнительных втулках 11 и/или в крышке 2 (не показано) – с полостью 7 низкого давления.

Хотя на чертеже изображен корпус 1 с одной крышкой 2, расположенной со стороны, противоположной приводу ведущей шестерни, понятно, что подвижная в осевом направлении уплотнительная втулка с втулкой-упором может быть также размещена, если это целесообразно по любым соображениям, со стороны крышки и что корпус может иметь две крышки.

Шестеренная гидромашина работает следующим образом. При ее использовании в режиме насоса вращением шестерен 4 и 5 в межзубовых впадинах рабочая жидкость переносится из полости 7 низкого давления в полость 6 высокого давления. Давление рабочей жидкости из полости 7 через каналы 20 в подвижных уплотнительных втулках 10 передается в камеру 18 между нерабочими торцами 19 подвижных уплотнительных втулок 10 и соответствующими торцами кольцевых втулок-упоров 16. Под воздействием давления рабочей жидкости на нерабочие торцы 19 подвижных уплотнительных втулок 10 последние поджимаются их рабочими торцами к торцам шестерен 4 и 5, которые, в свою очередь, поджимаются к рабочим торцам неподвижных уплотнительных втулок 11, обеспечивая уплотнение торцов шестерен. При этом утечки рабочей жидкости по торцам шестерен 4 и 5 снижаются. Кроме того, через каналы 20, 33 и 34 рабочая жидкость под давлением поступает в канавки 30, 31 и 32 и поджимает восьмеркообразные манжеты 24, 25 и 26 с защитными восьмеркообразными вставками 27, 28 и 29 к поверхностям цилиндрических расточек 3 корпуса 1 и боковым стенкам канавок 30, 31 и 32, обеспечивая снижение утечек рабочей жидкости.

Подведение под манжеты 24, 25 и 26 рабочей жидкости из полости 6 высокого давления обеспечивает их плотное прилегание к поверхностям, которые должны быть уплотнены. Небольшое количество рабочей жидкости, которое всетаки может просочиться в зазоры, отводится через упомянутую систему полостей и каналов в полость 7 низкого давления.

Высокая эффективность охарактеризованного решения доказана сравнительными испытаниями опытного образца предложенной машины в режиме насоса и одной из наиболее совершенных шестеренных гидромашин, которые в данное время выпускаются серийно, – НШ32 кировоградского завода “Гидросила”. Выявлено, в частности, что в предложенной конструкции повышены:

объемная подача – с 77,0 до 77,2 л/мин при холостом режиме и с 73,2 до 75,9 л/мин – при давлении 180 кГс/см²;

объемный КПД – с 0,970 до 0,973 при холостом режиме и с 0,930 до 0,967 – при давлении 180 кГс/см².

Формула изобретения

1. Шестеренная гидромашина, содержащая корпус, в цилиндрических расточках которого размещены с образованием полостей высокого и низкого давления шестерни внешнего зацепления с цапфами, установленными в подшипниках скольжения, выполненных в виде уплотнительных втулок, расположенных с обеих сторон шестерен и сопряженных одна с другой по плоскостям, причем втулки, расположенные с одной стороны шестерен, установлены с возможностью осевого перемещения и поджатия их рабочими торцами к торцам шестерен давлением рабочей жидкости, подведенным из полости высокого давления, отличающаяся тем, что подвижные в осевом направлении втулки выполнены составными таким образом, что на внешних цилиндрических посадочных поверхностях каждой из них со стороны, противоположной их рабочим торцам, выполнены цилиндрические проточки, на которых своими внутренними цилиндрическими посадочными поверхностями и в цилиндрических расточках корпуса своими внешними посадочными поверхностями также с возможностью осевого перемещения установлены кольцевые втулки-упоры, сопряженные друг с другом по плоскостям, совпадающим с плоскостями сопряжения втулок с образованием в стыке между нерабочими торцами подвижных втулок и соответствующими торцами кольцевых втулок-упоров камеры поджима, сообщающейся с полостью высокого давления, причем кольцевые втулки-упоры по внутренним и внешним, а также подвижные и неподвижные втулки по внешним цилиндрическим посадочным поверхностям, снабжены уплотнениями, а на внешних цилиндрических посадочных поверхностях неподвижгых втулок со стороны, противоположной расположению шестерен, перед упомянутым уплотнением выполнены разгрузочные канавки, соединенные с полостью низкого давления.

2. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что уплотнение внутренней цилиндрической посадочной поверхности каждой кольцевой втулки-упора выполнено в виде манжеты или кольца квадратного или прямоугольного профиля, выполненных из эластомерного материала, например, резины, а также защитной шайбы, выполненной из антифрикционной пластмассы, полиамида или тефлона, установленной со стороны, противоположной расположению камеры поджима совместно с упомянутой манжетой или кольцом в канавке, выполненной на поверхности цилиндрической проточки каждой подвижной в осевом направлении втулки или на внутренней цилиндрической поверхности каждой кольцевой втулки-упора.

3. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что уплотнение внешних цилиндрических посадочных поверхностей кольцевых втулок-упоров выполнено в виде установленной в соответствующие канавки одновременно обеих втулок-упоров манжеты восьмеркообразного вида, -образного профиля, выполненной из эластомерного материала, например резины, которая со стороны, противоположной расположению камеры поджима, снабжена защитной вставкой также восьмеркообразного вида, квадратного или прямоугольного профиля по контуру, выполненной из антифрикционной пластмассы, полиамида или тефлона, установленной соответственно по контуру и совместно с упомянутой манжетой в те же канавки, которые сообщены каналами в кольцевых втулках-упорах и в подвижных в осевом направлении втулках с полостью высокого давления.

4. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что уплотнения внешних цилиндрических посадочных поверхностей, подвижных в осевом направлении, и неподвижных втулок выполнены в виде установленных одновременно в соответствующие канавки обеих подвижных и обеих недвижимых втулок манжет восьмеркообразного вида, -образного профиля по контуру, выполненных из эластомерного материала, например, резины, причем манжета, установленная в канавках подвижных в осевом направлении втулок со стороны их рабочих торцов, и аналогичная манжета, установленная в канавках неподвижных втулок со стороны, обратной их рабочим торцам, снабжены защитными вставками восьмеркообразного вида, квадратного или прямоугольного профиля, выполненными из антифрикционной пластмассы, полиамида или тефлона и установленными соответственно по контурам и совместно с упомянутыми манжетами восьмеркообразного вида в канавки, которые в подвижных и неподвижных втулках сообщены каналами с полостью высокого давления.

5. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что разгрузочные канавки на внешних цилиндрических посадочных поверхностях неподвижных втулок выполнены подковообразными и сообщающимися друг с другом и через каналы в неподвижных втулках с полостью низкого давления.

6. Шестеренная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что торцы втулок-упоров, подвижных в осевом направлении втулок и неподвижных втулок охвачены полостями, которые соединены с полостью низкого давления, а полости, расположенные по разные стороны шестерен, соединены друг с другом через осевой канал в указанной шестерне.

РИСУНКИ