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Plusieurs problèmes clés dans la pompe à engrenages externe

Créé le 05.17
Plusieurs problèmes clés dans la pompe à engrenages externe
a. Le coefficient de chevauchement (degré) e de l'engrènement des engrenages doit être supérieur à 1, c'est-à-dire qu'au moins deux paires de dents d'engrenage doivent s'engrener en même temps. Par conséquent, une partie de l'huile est piégée entre la cavité fermée formée par deux paires de dents d'engrenage, ce qui est également appelé zone d'huile piégée. La zone d'huile piégée n'est pas connectée aux cavités d'huile haute et basse pression de la pompe, et change avec la rotation de l'engrenage, comme le montre la figure C. De la figure C (a) à la figure C (b), le volume de la zone d'huile piégée V diminue progressivement ; de la figure C (b) à la figure C (c), le volume de la zone d'huile piégée V augmente progressivement. La diminution du volume d'huile piégée entraînera une compression de l'huile piégée et un débordement à travers l'espace, ce qui produira non seulement une haute pression, faisant que l'arbre de la pompe et l'arbre supportent une charge périodique supplémentaire, mais aussi provoquera un échauffement de l'huile ; lorsque le volume d'huile piégée passe de petit à grand, un vide local et une cavitation se formeront en raison de l'absence de complément d'huile, provoquant une cavitation et de fortes vibrations et bruits. La figure B montre la courbe de variation du volume d'huile piégée. Le problème de l'huile piégée affecte non seulement la qualité de fonctionnement de la pompe à engrenages,
Cela peut également raccourcir sa durée de vie.
La mesure commune pour résoudre le problème de l'huile piégée est de créer des rainures de déchargement (rainures) correspondant à la zone d'huile piégée sur la surface intérieure des couvercles avant et arrière de la pompe. En plus de la structure rectangulaire double symétriquement disposée par rapport à l'axe central de l'engrenage (Fig. C), il existe également la rainure de déchargement circulaire double symétriquement disposée par rapport à l'axe central de l'engrenage [Fig. D (a)] et la rainure de déchargement à coupe oblique double [Fig. C (b)] ainsi que la rainure de déchargement en bande mince symétriquement disposée par rapport à l'axe central de l'engrenage [Fig. D (c)]. Les caractéristiques sont différentes, mais le principe de déchargement est le même, c'est-à-dire, dans la mesure où il est garanti que les cavités haute et basse pression ne sont pas connectées entre elles, la zone d'huile piégée est connectée à la cavité haute pression (port de pression d'huile) lorsque le volume est réduit, et à la cavité basse pression (port d'aspiration d'huile) lorsque le volume est augmenté. Par exemple, la double ligne pointillée dans la Figure C montre une rainure de déchargement rectangulaire double symétrique. Lorsque le volume de la zone d'huile piégée diminue, elle est connectée avec la chambre de pression d'huile à travers la rainure de déchargement à gauche [figure C (a)], et lorsque le volume augmente, elle est connectée avec la chambre d'aspiration d'huile à travers la rainure de déchargement à droite [figure C (c)].
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Afin d'assurer un meilleur effet de déchargement et d'éviter la collusion entre la zone d'aspiration d'huile et la zone de pression, la taille de la rainure de déchargement (comme la largeur et la profondeur de la rainure de déchargement rectangulaire ou le diamètre et la profondeur de la rainure de déchargement circulaire) et l'espacement entre deux rainures de déchargement doivent être appropriés. En général, les deux rainures de déchargement de la pompe à engrenages sont souvent décalées par rapport à la zone d'aspiration d'huile et ouvertes de manière asymétrique. Comme montré dans la Figure e, l'espacement a (volume mort fermé minimum) entre les deux rainures doit garantir que la cavité d'aspiration d'huile et la cavité de pression d'huile ne peuvent pas entrer en collusion à tout moment. Pour l'engrenage à involute standard avec un module m (l'angle de pression du cercle de division est a), a = 2.78m. Lorsque la rainure de déchargement est asymétrique, B = 0.8m doit être assuré du côté de la cavité de pression d'huile. La largeur de la fente Cmin > 2.5m et la profondeur de la fente h ≥ 0.8m.
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b. Le principal obstacle de la pompe à engrenages à haute pression est qu'il existe de nombreux chemins de fuite, et il n'est pas facile de les résoudre par des mesures d'étanchéité. Il y a trois principaux chemins de fuite dans la pompe à engrenages externe : le jeu axial entre les deux côtés de l'engrenage et le couvercle d'extrémité ; le jeu radial entre le trou intérieur du boîtier et le cercle extérieur de l'engrenage ; le jeu de maillage de surface des dents des deux engrenages. Le jeu axial a la plus grande influence sur la fuite, car la surface de fuite est grande et le chemin de fuite est court. La fuite peut représenter 75 % à 80 % de la fuite totale. Plus le jeu axial est grand, plus la fuite est importante, ce qui rendra l'efficacité volumétrique trop faible ; si le jeu est trop petit, la perte de friction mécanique entre la face d'extrémité de l'engrenage et le couvercle d'extrémité de la pompe augmentera, ce qui réduira l'efficacité mécanique de la pompe.
La solution au problème de fuite consiste à sélectionner un jeu approprié pour le contrôle : en général, le jeu axial est contrôlé entre 0,03 et 0,04 mm ; le jeu radial est contrôlé entre 0,13 et 0,16 mm. Dans les pompes à engrenages à pression moyenne et haute pression, la méthode de compensation automatique du jeu axial est généralement utilisée pour réduire les fuites et améliorer l'efficacité volumétrique de la pompe. La compensation automatique du jeu axial consiste généralement à ajouter un manchon de arbre flottant (plaque latérale flottante) ou une plaque latérale élastique entre les couvercles avant et arrière de la pompe pour comprimer la face d'extrémité de l'engrenage sous l'action de la pression hydraulique, afin de réduire la fuite à travers la face d'extrémité dans la pompe et d'atteindre l'objectif d'augmentation de la pression. Le manchon de arbre flottant peut être remplacé à tout moment après usure.
Le principe de compensation automatique du jeu axial est illustré dans la Figure F. Les deux pignons en prise sont supportés par des roulements glissants ou des roulements à rouleaux dans les manchons d'essieu avant et arrière 4 et 2, qui peuvent flotter axialement dans le boîtier 1. L'huile sous pression est dirigée de la chambre d'huile sous pression vers l'extrémité extérieure du manchon d'arbre et agit sur la zone A1 d'une certaine forme et taille. La force résultante de la pression hydraulique est F1 = a1pg, qui presse le manchon d'arbre contre la face d'extrémité du pignon, et sa taille est proportionnelle à la pression de travail de sortie PG de la pompe.
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La pression hydraulique sur la face d'extrémité de l'engrenage agit sur la face d'extrémité intérieure du manchon d'arbre, formant une poussée inverse sur la surface équivalente A2, qui est également proportionnelle à la pression de travail, c'est-à-dire FF = a2pm (PM est la pression moyenne agissant sur A2).
Lorsque la pompe est démarrée, le manchon de l'arbre flottant est proche de la face d'extrémité de l'engrenage sous l'action de l'élément élastique (joint d'étanchéité en caoutchouc ou ressort) pour assurer l'étanchéité.
Afin de garantir que le manchon de l'arbre puisse automatiquement adhérer à la face d'extrémité de l'engrenage sous diverses pressions de travail et compenser automatiquement après usure, la force de pression FY (= ft) doit être ajustée +F1) est supérieure à la poussée inverse FF, mais FY ne doit pas être trop supérieure à FF. Le rapport de la force de pression à la poussée inverse FY / FF dépend de la valeur [PV] du manchon de l'arbre et du matériau de l'engrenage ainsi que de l'efficacité mécanique, c'est-à-dire que pour réduire les pertes par friction, la valeur de la force de pression restante (FY FF) ne doit pas être trop grande, afin de garantir qu'un film d'huile approprié puisse se former entre le manchon de l'arbre et l'engrenage, ce qui aide à améliorer l'efficacité volumétrique et l'efficacité mécanique. Général
Fy/Ff=1.0～1.2                         (2-1)
De plus, il est nécessaire de s'assurer que les lignes d'action de la force de pression et de la poussée inverse coïncident, sinon un couple sera produit, ce qui fera incliner le manchon de l'arbre et augmentera la fuite.
c. Le problème de la force radiale et ses contre-mesures lorsque la pompe à engrenages fonctionne, la force radiale F agissant sur le roulement de la pompe à engrenages est composée de la force radiale FP générée par la pression du liquide le long de la circonférence de l'engrenage et de la force radiale ft générée par l'engrènement des engrenages, comme le montre la Figure G.
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Lorsque la pompe à engrenages fonctionne, dans le jeu radial entre l'engrenage et le trou intérieur du boîtier, la distribution de la pression liquide de la chambre d'aspiration d'huile à la chambre de pression d'huile augmente progressivement étape par étape, et la courbe de distribution approximative de la pression liquide est montrée dans la Fig. G. La force radiale FP produite par la pression liquide sur l'engrenage entraînant et l'engrenage entraîné est exactement la même, et sa direction est verticale et vers le bas vers la chambre d'aspiration d'huile. La force radiale ft générée par l'engrènement sur l'engrenage entraînant et l'engrenage entraîné est approximativement égale, mais la direction est différente. Selon la force radiale FP générée par la pression liquide autour de l'engrenage et la force radiale ft générée par l'engrènement des engrenages, la formule de calcul approximative de la force résultante F1 de la force radiale sur l'engrenage entraînant et de la force résultante F2 de la force radiale sur l'engrenage entraîné peut être obtenue.
F1=0.75△pBDe                           (2-2)
F2=0.85△pBDe                           (2-3)
Où △ P -- différence de pression entre l'entrée et la sortie de la pompe à engrenages;
B -- largeur de dent de l'engrenage;
De -- diamètre du cercle d'addendum de l'engrenage.
Évidemment, la force résultante F2 de l'engrenage entraîné est plus grande que celle F1 de l'engrenage moteur. Par conséquent, lorsque les spécifications des roulements sur la roue motrice et la roue entraînée sont les mêmes, les roulements sur la roue entraînée s'usent plus rapidement. Afin de rendre la durée de vie des deux roulements égale ou proche, le port d'huile sous pression peut être décalé vers le côté avec une faible force radiale, afin de rendre F2 ~ F1.
Parce que la force radiale est une force déséquilibrée, et plus la pression de travail est élevée, plus la force radiale déséquilibrée est grande. Lorsque cela devient sérieux, l'arbre de l'engrenage sera déformé, et le côté du port d'aspiration d'huile du boîtier sera rayé par les dents de l'engrenage. En même temps, l'usure du roulement sera accélérée, et la durée de vie de la pompe sera réduite. Il existe deux façons courantes de réduire la force de déséquilibre radial.
Méthode 1 : sélection raisonnable du module de denture m et de la largeur de dent b (B / M = 6-10 pour la pompe à engrenages basse pression et B / M = 3-6 pour la pompe à engrenages moyenne et haute pression) peut réduire la force radiale sans réduire l'efficacité volumétrique.
Méthode 2 : changer la distribution de la pression le long de la circonférence, par exemple en réduisant la taille du port d'huile de pression de la pompe, de sorte que l'huile de pression n'agisse que sur une à deux dents, ou en plaçant une rainure d'huile (rainure d'équilibre) sur la plaque de couverture ou autour du manchon de l'arbre pour réduire la force radiale. Comme montré dans la Fig. h, les rainures d'équilibre 1 et 2 sur la plaque de couverture sont connectées respectivement à la chambre basse pression et à la chambre haute pression pour générer une force radiale hydraulique correspondant à la chambre d'aspiration d'huile et à la chambre de pression d'huile afin d'équilibrer la force radiale.
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