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外部ギアポンプのいくつかの重要な問題
作成日 05.17
外部ギアポンプのいくつかの重要な問題
a. ギアの噛み合いの重なり係数（度）eは1より大きくなければならず、つまり、少なくとも2対のギア歯が同時に噛み合う必要があります。したがって、オイルの一部は2対のギア歯によって形成された閉じた空間の間に閉じ込められ、これを閉じ込められたオイル領域とも呼びます。閉じ込められたオイル領域はポンプの高圧および低圧オイル空間と接続されておらず、ギアの回転に応じて変化します。図Cに示すように、図C（a）から図C（b）にかけて、閉じ込められたオイル領域Vの体積は徐々に減少し、図C（b）から図C（c）にかけて、閉じ込められたオイル領域Vの体積は徐々に増加します。閉じ込められたオイルの体積が減少すると、閉じ込められたオイルが押し出されて隙間から溢れ出し、高圧を生じさせ、ポンプの駆動シャフトとシャフトに追加の周期的負荷をかけるだけでなく、オイルの加熱を引き起こします。閉じ込められたオイルの体積が小から大に変化すると、オイルの補充がないために局所的な真空とキャビテーションが形成され、キャビテーションと強い振動および騒音を引き起こします。図Bは閉じ込められたオイルの体積の変化曲線を示しています。閉じ込められたオイルの問題は、ギアポンプの作業品質に影響を与えるだけでなく、
それはサービス寿命を短くすることもできます。
トラップされた油の問題を解決するための一般的な手段は、ポンプの前面および背面カバーの内面にトラップされた油の領域に対応する排出溝（溝）を設けることです。ギア中心線に対して対称的に配置された二重長方形構造（図C）に加えて、ギア中心線に対して対称的に配置された二重円形排出溝[図D（a）]や二重斜め切削排出溝[図C（b）]、およびギア中心線に対して対称的に配置された細長いストリップ排出溝[図D（c）]もあります。特性は異なりますが、排出原理は同じです。つまり、高圧および低圧のキャビティが互いに接続されないことを前提に、トラップされた油の領域は、体積が減少すると高圧キャビティ（油圧ポート）と接続され、体積が増加すると低圧キャビティ（油吸引ポート）と接続されます。例えば、図Cの二重点線は対称的な二重長方形排出溝を示しています。トラップされた油の領域の体積が減少すると、左側の排出溝[図C（a）]を通じて油圧室と接続され、体積が増加すると右側の排出溝[図C（c）]を通じて油吸引室と接続されます。
より良い排出効果を確保し、油吸引および圧力領域の衝突を避けるために、排出溝のサイズ（長方形排出溝の幅と深さ、または円形排出溝の直径と深さ）および2つの排出溝の間隔は適切である必要があります。一般的に、ギアポンプの2つの排出溝は、油吸引領域にオフセットされており、非対称に開かれています。図eに示すように、2つの溝の間の間隔a（最小閉じたデッドボリューム）は、油吸引キャビティと油圧キャビティが常に互いに衝突しないことを保証しなければなりません。モジュラスmの標準インボリュートギアの場合（分割円の圧力角はa）、a = 2.78mです。排出溝が非対称の場合、油圧キャビティ側ではB = 0.8mを確保する必要があります。スロット幅Cmin > 2.5mおよびスロット深さh ≥ 0.8mです。
b. 高圧ギアポンプの主な障害は、漏れの経路が多く、シーリング対策で解決するのが容易ではないことです。外部ギアポンプには主に3つの漏れ経路があります：ギアの両側とエンドカバーの間の軸方向クリアランス；ハウジングの内孔とギアの外円の間の半径方向クリアランス；2つのギアの歯面噛み合いクリアランス。軸方向クリアランスは漏れに最も大きな影響を与えます。なぜなら、漏れ面積が大きく、漏れ経路が短いためです。漏れは総漏れの75%〜80%を占めることがあります。軸方向クリアランスが大きいほど、漏れも大きくなり、体積効率が非常に低くなります；クリアランスが小さすぎると、ギアの端面とポンプのエンドカバーの間の機械的摩擦損失が増加し、ポンプの機械効率が低下します。
漏れ問題の解決策は、制御のために適切なクリアランスを選択することです：一般的に、軸方向クリアランスは0.03〜0.04mmに制御され、半径方向クリアランスは0.13〜0.16mmに制御されます。中高圧および高圧ギアポンプでは、漏れを減少させ、ポンプの体積効率を改善するために、一般的に軸方向クリアランスの自動補償方法が使用されます。軸方向クリアランスの自動補償は、一般的にポンプの前後端カバーの間に浮動シャフトスリーブ（浮動側板）または弾性側板を追加し、油圧の作用下でギアの端面を圧縮することによって、ポンプ内の端面からの漏れを減少させ、圧力を増加させる目的を達成します。浮動シャフトスリーブは、摩耗後にいつでも交換可能です。
軸クリアランスの自動補償の原理は図Fに示されています。二つの噛み合ったギアは、前後のアクスルスリーブ4と2においてスライディングベアリングまたはローリングベアリングによって支持されており、ハウジング1内で軸方向に浮動することができます。圧力油は圧力油室からシャフトスリーブの外端に導かれ、特定の形状とサイズを持つ面積A1に作用します。油圧の合力はF1 = a1pgであり、シャフトスリーブをギアの端面に押し付け、その大きさはポンプの出力作業圧力PGに比例します。
ギアの端面にかかる油圧は、シャフトスリーブの内端面に作用し、等価面積A2に逆推力を形成します。これは作動圧力に比例し、すなわちFF = a2pm（PMはA2に作用する平均圧力です）。
ポンプが始動すると、浮動シャフトスリーブは弾性要素（ゴムシールリングまたはスプリング）の作用下でギア端面に近づき、シールを確保します。
シャフトスリーブがさまざまな作業圧力の下でギアの端面に自動的に付着し、摩耗後に自動的に補償できるようにするために、押圧力FY（= ft）は逆推力FFよりも大きく調整する必要がありますが、FYはFFよりもあまり大きくしてはいけません。押圧力と逆推力の比FY / FFは、シャフトスリーブとギアの材料および機械的効率の[PV]値に依存します。つまり、摩擦損失を減らすために、残りの押圧力（FY FF）の値はあまり大きくしてはいけません。これにより、シャフトスリーブとギアの間に適切な油膜が形成され、体積効率と機械的効率の向上に寄与します。一般
Fy/Ff=1.0～1.2 (2-1)
さらに、押圧力の作用線と逆推力の作用線が一致することを確認する必要があります。そうしないと、カップルが発生し、シャフトスリーブが傾き、漏れが増加します。
c. ギアポンプが作動しているときのラジアルフォースの問題とその対策。ギアポンプのベアリングに作用するラジアルフォースFは、ギアの周囲に沿った液体圧力によって生成されるラジアルフォースFPと、ギアの噛み合いによって生成されるラジアルフォースftで構成されています。図Gに示されています。
ギアポンプが動作すると、ギアとハウジングの内孔との間の半径クリアランス内で、オイル吸引室からオイル圧力室への液体圧力分布が段階的に増加し、液体圧力の近似分布曲線は図Gに示されています。液体圧力によって駆動ギアと従動ギアに生じる半径方向の力FPは全く同じであり、その方向は垂直で下向きにオイル吸引室に向かっています。駆動ギアと従動ギアのギア噛み合いによって生じる半径方向の力ftはほぼ等しいですが、方向は異なります。ギアの周りの液体圧力によって生じる半径方向の力FPとギア噛み合いによって生じる半径方向の力ftに基づいて、駆動ギアの半径方向の力の合力F1と従動ギアの半径方向の力の合力F2の近似計算式を得ることができます。
F1=0.75△pBDe (2-2)
F2=0.85△pBDe (2-3)
Where △ P -- ギアポンプの入口と出口の間の圧力差;
B -- ギアの歯幅;
De -- ギアのアデンダム円の直径。
明らかに、駆動ギアの結果力 F2 は、駆動ギアのそれ F1 よりも大きいです。したがって、駆動輪と従動輪のベアリングの仕様が同じ場合、従動輪のベアリングはより早く摩耗します。2つのベアリングの寿命を等しくまたは近くするために、圧力油ポートを小さい半径方向の力の側にオフセットすることができ、F2 ~ F1 を実現します。
ラジアル力は不均衡な力であり、作業圧力が高くなるほど、ラジアル不均衡力は大きくなります。深刻な場合、ギアシャフトが変形し、ハウジングのオイル吸引ポート側がギア歯によって傷つけられます。同時に、ベアリングの摩耗が加速され、ポンプの寿命が短くなります。ラジアル不均衡力を減少させる一般的な方法は2つあります。
方法1：ギアモジュラスmと歯幅bの合理的な選択（低圧ギアポンプの場合B / M = 6-10、中高圧ギアポンプの場合B / M = 3-6）は、容積効率を低下させることなく、ラジアルフォースを減少させることができます。
方法2：周囲に沿った圧力分布を変更します。たとえば、ポンプの圧油ポートのサイズを小さくして、圧油が1歯から2歯のみに作用するようにするか、カバー板またはシャフトスリーブの周りにオイル溝（バランス溝）を設けて、ラジアル力を減少させます。図hに示すように、カバー板のバランス溝1および2は、それぞれ低圧室と高圧室に接続されており、オイル吸引室およびオイル圧室に対応する油圧ラジアル力を生成してラジアル力をバランスさせます。
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