Mehrere Schlüsselprobleme bei externen Zahnradpumpen

Erstellt 05.17

Mehrere Schlüsselprobleme bei externen Zahnradpumpen

a. Der Überlappungskoeffizient (Grad) e des Zahnradverzahnung muss größer als 1 sein, das heißt, mindestens zwei Paare von Zahnradzähnen müssen gleichzeitig eingreifen. Daher wird ein Teil des Öls zwischen dem geschlossenen Hohlraum, der von zwei Paaren von Zahnradzähnen gebildet wird, eingeschlossen, was auch als eingeschlossener Ölbereich bezeichnet wird. Der eingeschlossene Ölbereich ist nicht mit den Hoch- und Niederdruckölkammern der Pumpe verbunden und ändert sich mit der Drehung des Zahnrads, wie in Abbildung C gezeigt. Von Abbildung C (a) bis Abbildung C (b) nimmt das Volumen des eingeschlossenen Ölbereichs V allmählich ab; von Abbildung C (b) bis Abbildung C (c) nimmt das Volumen des eingeschlossenen Ölbereichs V allmählich zu. Die Abnahme des eingeschlossenen Ölvolumens führt dazu, dass das eingeschlossene Öl zusammengedrückt wird und durch die Lücke überläuft, was nicht nur hohen Druck erzeugt, sondern auch die Pumpenantriebswelle und die Welle zusätzlich periodischen Lasten aussetzt und Öl erhitzt; wenn das eingeschlossene Ölvolumen von klein nach groß wechselt, entstehen aufgrund fehlender Ölnachfüllung lokale Vakuum- und Kavitationseffekte, die Kavitation sowie starke Vibrationen und Geräusche verursachen. Abbildung B zeigt die Veränderungskurve des eingeschlossenen Ölvolumens. Das Problem des eingeschlossenen Öls beeinflusst nicht nur die Arbeitsqualität der Zahnradpumpe,

Es kann auch seine Lebensdauer verkürzen.

Die gängige Maßnahme zur Lösung des Problems des eingeschlossenen Öls besteht darin, Entladekanäle (Rillen) entsprechend dem Bereich des eingeschlossenen Öls auf der Innenseite der Vorder- und Rückabdeckungen der Pumpe anzubringen. Neben der doppelt rechteckigen Struktur, die symmetrisch zur Zahnradmittelachse angeordnet ist (Abb. C), gibt es auch die doppelt runde Entladekanäle, die symmetrisch zur Zahnradmittelachse angeordnet sind [Abb. D (a)] und die doppelt schräg geschnittenen Entladekanäle [Abb. C (b)] sowie die dünnen Streifen-Entladekanäle, die symmetrisch zur Zahnradmittelachse angeordnet sind [Abb. D (c)]. Die Eigenschaften sind unterschiedlich, aber das Entladeprinzip ist dasselbe, das heißt, unter der Voraussetzung, dass die Hoch- und Niederdruckräume nicht miteinander verbunden sind, wird der Bereich des eingeschlossenen Öls bei verringerndem Volumen mit dem Hochdruckraum (Öldruckanschluss) und bei steigendem Volumen mit dem Niederdruckraum (Ölansauganschluss) verbunden. Zum Beispiel zeigt die doppelte gestrichelte Linie in Abbildung C einen symmetrischen doppelten rechteckigen Entladekanal. Wenn das Volumen des eingeschlossenen Ölbereichs abnimmt, wird es über den Entladekanal auf der linken Seite mit der Öldruckkammer verbunden [Abbildung C (a)], und wenn das Volumen zunimmt, wird es über den Entladekanal auf der rechten Seite mit der Ölsaugkammer verbunden [Abbildung C (c)].

Um einen besseren Entladeeffekt zu gewährleisten und eine Kollision zwischen dem Ölsaug- und dem Druckbereich zu vermeiden, sollten die Größe der Entladekerbe (wie die Breite und Tiefe der rechteckigen Entladekerbe oder der Durchmesser und die Tiefe der kreisförmigen Entladekerbe) und der Abstand zwischen zwei Entladekerben angemessen sein. Im Allgemeinen sind die beiden Entladekerben der Zahnradpumpe oft versetzt zum Ölsaugbereich und asymmetrisch geöffnet. Wie in Abbildung e gezeigt, muss der Abstand a (minimales geschlossenes Totvolumen) zwischen den beiden Kerben sicherstellen, dass die Ölsaugkammer und die Öldruckkammer zu keinem Zeitpunkt miteinander kollidieren können. Für das Standard-Involut-Zahnrad mit Modul m (der Druckwinkel des Teilkreises ist a) gilt a = 2,78m. Wenn die Entladekerbe asymmetrisch ist, muss auf der Seite der Öldruckkammer B = 0,8m sichergestellt werden. Die Schlitzbreite Cmin > 2,5m und die Schlitztiefe h ≥ 0,8m.

b. Das Hauptproblem der Hochdruckzahnrumpumpe besteht darin, dass es viele Leckagemöglichkeiten gibt und es nicht einfach ist, dies durch Dichtungsmaßnahmen zu lösen. Es gibt drei Hauptleckagemöglichkeiten in der externen Zahnrumpumpe: der axiale Spielraum zwischen den beiden Seiten des Zahnrads und dem Enddeckel; der radiale Spielraum zwischen dem Innenloch des Gehäuses und dem Außenkreis des Zahnrads; der Zahnoberflächenverzahnungsspielraum der beiden Zahnräder. Der axiale Spielraum hat den größten Einfluss auf die Leckage, da die Leckagefläche groß und der Leckageweg kurz ist. Die Leckage kann 75 % bis 80 % der Gesamtleckage ausmachen. Je größer der axiale Spielraum ist, desto größer ist die Leckage, was die volumetrische Effizienz zu niedrig machen wird; wenn der Spielraum zu klein ist, wird der mechanische Reibungsverlust zwischen der Zahnradendfläche und dem Pumpenenddeckel zunehmen, was die mechanische Effizienz der Pumpe verringern wird.

Die Lösung des Leckageproblems besteht darin, einen geeigneten Spalt für die Steuerung auszuwählen: Im Allgemeinen wird der axiale Spalt auf 0,03 ~ 0,04 mm kontrolliert; der radiale Spalt wird auf 0,13 ~ 0,16 mm kontrolliert. Bei mitteldruck- und hochdruckgetriebenen Pumpen wird im Allgemeinen die automatische Kompensationsmethode des axialen Spalts verwendet, um Leckagen zu reduzieren und die volumetrische Effizienz der Pumpe zu verbessern. Die automatische Kompensation des axialen Spalts besteht im Allgemeinen darin, eine schwebende Wellenhülse (schwebende Seitenplatte) oder eine elastische Seitenplatte zwischen den Vorder- und Hinterdeckeln der Pumpe hinzuzufügen, um die Zahnradendfläche unter dem Einfluss des hydraulischen Drucks zu komprimieren, um so die Leckage durch die Endfläche in der Pumpe zu reduzieren und das Ziel zu erreichen, den Druck zu erhöhen. Die schwebende Wellenhülse kann nach dem Verschleiß jederzeit ersetzt werden.

Das Prinzip der automatischen Kompensation des axialen Spiels ist in Abbildung F dargestellt. Die beiden ineinandergreifenden Zahnräder werden von Gleitlagern oder Wälzlagern in den Vorder- und Hinterachshülsen 4 und 2 gestützt, die axial im Gehäuse 1 gleiten können. Das Drucköl wird aus der Druckölkammer zum äußeren Ende der Welle geleitet und wirkt auf die Fläche A1 mit einer bestimmten Form und Größe. Die resultierende Kraft des hydraulischen Drucks ist F1 = a1pg, die die Welle gegen die Stirnfläche des Zahnrads drückt, und ihre Größe ist proportional zum Ausgangsarbeitsdruck PG der Pumpe.

Der hydraulische Druck auf der Endfläche des Zahnrads wirkt auf die innere Endfläche des Wellenmantels und erzeugt einen Rückstoß auf der äquivalenten Fläche A2, der ebenfalls proportional zum Arbeitsdruck ist, das heißt, FF = a2pm (PM ist der durchschnittliche Druck, der auf A2 wirkt).

Wenn die Pumpe gestartet wird, befindet sich der schwebende Wellenmantel unter dem Einfluss des elastischen Elements (Gummidichtung oder Feder) nahe der Zahnradendfläche, um die Abdichtung sicherzustellen.

Um sicherzustellen, dass die Wellenhülse automatisch an der Endfläche des Zahnrads unter verschiedenen Arbeitsdrücken haften kann und nach dem Verschleiß automatisch kompensiert, sollte die Presskraft FY (= ft) angepasst werden +F1) größer sein als der Rückstoß FF, aber FY darf nicht zu viel größer als FF sein. Das Verhältnis von Presskraft zu Rückstoß FY / FF hängt vom [PV]-Wert des Wellenhülsen- und Zahnradmaterials sowie von der mechanischen Effizienz ab, das heißt, um den Reibungsverlust zu reduzieren, sollte der Wert der verbleibenden Presskraft (FY FF) nicht zu groß sein, um sicherzustellen, dass ein ordnungsgemäßer Ölfilm zwischen Wellenhülse und Zahnrad gebildet werden kann, was hilft, die volumetrische Effizienz und die mechanische Effizienz zu verbessern. Allgemein

Fy/Ff=1.0～1.2                         (2-1)

Darüber hinaus ist es notwendig sicherzustellen, dass die Aktionslinien der Druckkraft und des Rückstoßes übereinstimmen, andernfalls wird ein Moment erzeugt, das dazu führt, dass die Welle schräg steht und die Leckage zunimmt.

c. Das Problem der radialen Kraft und seine Gegenmaßnahmen, wenn die Zahnradpumpe arbeitet, besteht darin, dass die auf das Lager der Zahnradpumpe wirkende radiale Kraft F aus der durch den Flüssigkeitsdruck entlang des Umfangs des Zahnrads erzeugten radialen Kraft FP und der durch das Verzahnen des Zahnrads erzeugten radialen Kraft ft besteht, wie in Abbildung G dargestellt.

Wenn die Zahnradpumpe arbeitet, steigt im radialen Spiel zwischen dem Zahnrad und dem Innenloch des Gehäuses die Verteilung des Flüssigkeitsdrucks vom Ölsaugraum zum Öldruckraum schrittweise an, und die ungefähre Verteilungskurve des Flüssigkeitsdrucks ist in Abb. G dargestellt. Die radiale Kraft FP, die durch den Flüssigkeitsdruck auf das antreibende Zahnrad und das angetriebene Zahnrad erzeugt wird, ist genau gleich, und ihre Richtung ist senkrecht und nach unten zum Ölsaugraum. Die radiale Kraft ft, die durch das Verzahnen der Zahnräder auf dem antreibenden Zahnrad und dem angetriebenen Zahnrad erzeugt wird, ist ungefähr gleich, aber die Richtung ist unterschiedlich. Basierend auf der radialen Kraft FP, die durch den Flüssigkeitsdruck um das Zahnrad erzeugt wird, und der radialen Kraft ft, die durch das Verzahnen der Zahnräder erzeugt wird, kann die ungefähre Berechnungsformel der Resultierenden Kraft F1 der radialen Kraft auf dem antreibenden Zahnrad und der Resultierenden Kraft F2 der radialen Kraft auf dem angetriebenen Zahnrad erhalten werden.

F1=0.75△pBDe                           (2-2)

F2=0.85△pBDe                           (2-3)

Where △ P -- Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass der Zahnradpumpe;

B -- Zahnbreite des Zahnrads;

De -- Durchmesser des Zusatzkreises des Zahnrads.

Offensichtlich ist die resultierende Kraft F2 des angetriebenen Zahnrads größer als die Kraft F1 des antreibenden Zahnrads. Daher, wenn die Spezifikationen der Lager am antreibenden Rad und am angetriebenen Rad gleich sind, verschleißen die Lager am angetriebenen Rad schneller. Um die Lebensdauer der beiden Lager gleich oder annähernd gleich zu machen, kann der Druckölanschluss zur Seite mit kleiner radialer Kraft versetzt werden, um F2 ~ F1 zu erreichen.

Da die Radialkraft eine unausgeglichene Kraft ist und je höher der Arbeitsdruck ist, desto größer ist die radiale unausgeglichene Kraft. Wenn es ernst wird, wird die Getriebewelle verformt, und die Ölsaugseite des Gehäuses wird von den Zahnradzähnen zerkratzt. Gleichzeitig wird der Verschleiß des Lagers beschleunigt, und die Lebensdauer der Pumpe wird verkürzt. Es gibt zwei gängige Möglichkeiten, die radiale Unwuchtkraft zu reduzieren.

Methode 1: vernünftige Auswahl des Zahnmoduls m und der Zahnbreite b (B / M = 6-10 für Niederdruckzahnradpumpen und B / M = 3-6 für Mittel- und Hochdruckzahnradpumpen) kann die Radialkraft reduzieren, ohne die volumetrische Effizienz zu verringern.

Methode 2: Ändern der Druckverteilung entlang des Umfangs, wie z.B. die Größe des Druckölanschlusses der Pumpe zu reduzieren, sodass das Drucköl nur auf einem Zahn bis zwei Zähne wirkt, oder das Einrichten von Ölkanälen (Gleichgewichtskanälen) auf der Abdeckplatte oder um den Wellenmantel, um die Radialkraft zu reduzieren. Wie in Abb. h gezeigt, sind die Gleichgewichtskanäle 1 und 2 auf der Abdeckplatte jeweils mit der Niederdruckkammer und der Hochdruckkammer verbunden, um eine hydraulische Radialkraft zu erzeugen, die der Ölsaugkammer und der Öldruckkammer entspricht, um die Radialkraft auszugleichen.

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