외부 기어 펌프의 몇 가지 주요 문제

생성 날짜 05.17

외부 기어 펌프의 여러 주요 문제

a. 기어 맞물림의 중첩 계수(정도) e는 1보다 커야 하며, 즉 최소 두 쌍의 기어 이가 동시에 맞물려야 합니다. 따라서 두 쌍의 기어 이가 형성하는 폐쇄된 공간 사이에 일부 오일이 갇히게 되며, 이를 갇힌 오일 영역이라고도 합니다. 갇힌 오일 영역은 펌프의 고압 및 저압 오일 공간과 연결되지 않으며, 기어의 회전에 따라 변화합니다. 그림 C에 나타난 바와 같이, 그림 C(a)에서 그림 C(b)로 갈 때 갇힌 오일 영역 V의 부피는 점차 감소하고, 그림 C(b)에서 그림 C(c)로 갈 때 갇힌 오일 영역 V의 부피는 점차 증가합니다. 갇힌 오일의 부피 감소는 갇힌 오일이 압축되어 틈을 통해 넘치는 원인이 되며, 이는 고압을 발생시켜 펌프 구동 샤프트와 샤프트에 추가적인 주기적 하중을 가하게 할 뿐만 아니라 오일 가열을 초래할 수 있습니다. 갇힌 오일의 부피가 작에서 크게 변할 때, 오일 보충이 없기 때문에 국부적인 진공과 캐비테이션이 형성되어 캐비테이션과 강한 진동 및 소음을 유발합니다. 그림 B는 갇힌 오일 부피의 변화 곡선을 보여줍니다. 갇힌 오일 문제는 기어 펌프의 작업 품질에 영향을 미칠 뿐만 아니라,

서비스 수명을 단축시킬 수도 있습니다.

갇힌 오일 문제를 해결하기 위한 일반적인 방법은 펌프의 전후 커버의 내부 표면에 갇힌 오일 영역에 해당하는 배출 홈(홈)을 설정하는 것입니다. 기어 중심선에 대해 대칭적으로 배열된 이중 직사각형 구조(그림 C) 외에도 기어 중심선에 대해 대칭적으로 배열된 이중 원형 배출 홈 [그림 D (a)] 및 이중 비스듬한 절단 배출 홈 [그림 C (b)]과 기어 중심선에 대해 대칭적으로 배열된 얇은 스트립 배출 홈 [그림 D (c)]도 있습니다. 특성은 다르지만 배출 원리는 동일합니다. 즉, 고압 및 저압 캐비티가 서로 연결되지 않도록 보장하는 전제 하에, 갇힌 오일 영역은 부피가 감소할 때 고압 캐비티(오일 압력 포트)와 연결되고, 부피가 증가할 때 저압 캐비티(오일 흡입 포트)와 연결됩니다. 예를 들어, 그림 C의 이중 점선은 대칭적인 이중 직사각형 배출 홈을 보여줍니다. 갇힌 오일 영역의 부피가 감소하면 왼쪽의 배출 홈을 통해 오일 압력 챔버와 연결되고 [그림 C (a)], 부피가 증가하면 오른쪽의 배출 홈을 통해 오일 흡입 챔버와 연결됩니다 [그림 C (c)].

더 나은 배출 효과를 보장하고 오일 흡입 및 압력 영역의 충돌을 피하기 위해, 배출 홈의 크기(예: 직사각형 배출 홈의 너비와 깊이 또는 원형 배출 홈의 지름과 깊이)와 두 개의 배출 홈 사이의 간격은 적절해야 합니다. 일반적으로 기어 펌프의 두 배출 홈은 종종 오일 흡입 영역에 비대칭으로 열려 있습니다. 그림 e에 나타난 바와 같이, 두 홈 사이의 간격 a(최소 폐쇄 잔여 용적)는 오일 흡입 캐비티와 오일 압력 캐비티가 언제든지 서로 충돌하지 않도록 보장해야 합니다. 모듈 m(분할 원의 압력 각이 a인)의 표준 이볼루트 기어에 대해, a = 2.78m입니다. 배출 홈이 비대칭일 때, 오일 압력 캐비티 측면에서 B = 0.8m를 보장해야 하며 슬롯 너비 Cmin > 2.5m 및 슬롯 깊이 h ≥ 0.8m이어야 합니다.

b. 고압 기어 펌프의 주요 장애물은 누출 경로가 많고 밀봉 조치로 해결하기 쉽지 않다는 것입니다. 외부 기어 펌프에는 세 가지 주요 누출 경로가 있습니다: 기어 양쪽과 엔드 커버 사이의 축 방향 간극; 외함의 내구멍과 기어의 외원 사이의 방사형 간극; 두 기어의 치형 맞물림 간극. 축 방향 간극이 누출에 가장 큰 영향을 미치는데, 이는 누출 면적이 크고 누출 경로가 짧기 때문입니다. 누출은 총 누출의 75% ~ 80%를 차지할 수 있습니다. 축 방향 간극이 클수록 누출이 커져 체적 효율이 너무 낮아지게 됩니다; 간극이 너무 작으면 기어 엔드 면과 펌프 엔드 커버 사이의 기계적 마찰 손실이 증가하여 펌프의 기계적 효율이 감소하게 됩니다.

누수 문제에 대한 해결책은 제어를 위한 적절한 간극을 선택하는 것입니다: 일반적으로 축 방향 간극은 0.03 ~ 0.04mm로 제어되며; 방사형 간극은 0.13 ~ 0.16mm로 제어됩니다. 중고압 및 고압 기어 펌프에서는 누수를 줄이고 펌프의 체적 효율을 개선하기 위해 일반적으로 축 방향 간극의 자동 보상 방법이 사용됩니다. 축 방향 간극의 자동 보상은 일반적으로 펌프의 전후 엔드 커버 사이에 플로팅 샤프트 슬리브(플로팅 사이드 플레이트) 또는 탄성 사이드 플레이트를 추가하여 유압 작용 하에 기어 단면을 압축하여 펌프 내에서 단면을 통한 누수를 줄이고 압력을 증가시키는 목적을 달성하는 것입니다. 플로팅 샤프트 슬리브는 마모 후 언제든지 교체할 수 있습니다.

축 간극의 자동 보상 원리는 그림 F에 나타나 있습니다. 두 개의 맞물린 기어는 전후 차축 슬리브 4와 2에서 슬라이딩 베어링 또는 롤링 베어링에 의해 지지되며, 이는 하우징 1에서 축 방향으로 떠 있을 수 있습니다. 압력유는 압력유 챔버에서 샤프트 슬리브의 외부 끝으로 유도되어 특정 형태와 크기를 가진 영역 A1에 작용합니다. 유압의 합력은 F1 = a1pg로, 이는 샤프트 슬리브를 기어의 단면에 압착하며, 그 크기는 펌프의 출력 작업 압력 PG에 비례합니다.

기어의 끝면에 작용하는 유압은 샤프트 슬리브의 내부 끝면에 작용하여, A2의 동등한 면적에 역추력을 형성하며, 이는 작동 압력에 비례합니다. 즉, FF = a2pm (PM은 A2에 작용하는 평균 압력입니다).

펌프가 시작되면, 플로팅 샤프트 슬리브는 탄성 요소(고무 씰링 링 또는 스프링)의 작용에 따라 기어 단면에 가까워져 밀봉을 보장합니다.

기어의 끝면에 샤프트 슬리브가 다양한 작업 압력 하에서 자동으로 붙고 마모 후 자동으로 보상할 수 있도록 하기 위해, 압착력 FY (= ft)를 조정해야 하며 +F1)은 역추력 FF보다 커야 하지만, FY는 FF보다 너무 많이 커서는 안 됩니다. 압착력과 역추력의 비율 FY / FF는 샤프트 슬리브와 기어 재료 및 기계 효율성의 [PV] 값에 따라 달라지며, 즉 마찰 손실을 줄이기 위해 남은 압착력의 값 (FY FF)은 너무 크지 않아야 하며, 이는 샤프트 슬리브와 기어 사이에 적절한 오일 필름이 형성될 수 있도록 하여 체적 효율성과 기계 효율성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 일반

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

또한, 압력의 작용선과 역추력이 일치하도록 보장하는 것이 필요합니다. 그렇지 않으면 커플이 발생하여 샤프트 슬리브가 기울어지고 누수가 증가하게 됩니다.

c. 기어 펌프가 작동할 때의 방사력 문제와 그 대응책으로, 기어 펌프의 베어링에 작용하는 방사력 F는 기어의 둘레를 따라 액체 압력에 의해 생성된 방사력 FP와 기어 맞물림에 의해 생성된 방사력 ft로 구성됩니다. 이는 그림 G에 나타나 있습니다.

기어 펌프가 작동할 때, 기어와 외함의 내부 구멍 사이의 방사형 간격에서, 오일 흡입 챔버에서 오일 압력 챔버로의 액체 압력 분포가 단계적으로 증가하며, 액체 압력의 대략적인 분포 곡선은 그림 G에 나타나 있습니다. 액체 압력에 의해 구동 기어와 피구동 기어에 발생하는 방사형 힘 FP는 정확히 동일하며, 그 방향은 수직으로 아래쪽으로 오일 흡입 챔버를 향합니다. 구동 기어와 피구동 기어에서 기어 맞물림에 의해 발생하는 방사형 힘 ft는 대략 동일하지만 방향은 다릅니다. 기어 주변의 액체 압력에 의해 발생하는 방사형 힘 FP와 기어 맞물림에 의해 발생하는 방사형 힘 ft에 따라, 구동 기어의 방사형 힘의 합력 F1과 피구동 기어의 방사형 힘의 합력 F2의 대략적인 계산 공식이 도출될 수 있습니다.

F1=0.75△pBDe                           (2-2)

F2=0.85△pBDe                           (2-3)

Where △ P -- 기어 펌프의 입구와 출구 사이의 압력 차;

B -- 기어의 치아 너비;

De -- 기어의 추가 원의 지름.

명백히, 구동 기어의 결과 힘 F2는 구동 기어의 힘 F1보다 큽니다. 따라서 구동 바퀴와 구동된 바퀴의 베어링 사양이 동일할 때, 구동된 바퀴의 베어링이 더 빨리 마모됩니다. 두 베어링의 수명을 같거나 가깝게 만들기 위해, 압력 오일 포트를 작은 방사력 쪽으로 오프셋할 수 있어 F2 ~ F1이 되도록 할 수 있습니다.

방사력은 불균형 힘이기 때문에 작업 압력이 높을수록 방사 불균형 힘이 커집니다. 심각할 경우 기어 축이 변형되고, 쉘의 오일 흡입구 측이 기어 이빨에 의해 긁힐 수 있습니다. 동시에 베어링의 마모가 가속화되고 펌프의 수명이 단축됩니다. 방사 불균형 힘을 줄이는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다.

방법 1: 기어 모듈러스 m 및 치아 너비 b의 합리적인 선택(B / M = 저압 기어 펌프의 경우 6-10, 중압 및 고압 기어 펌프의 경우 B / M = 3-6)은 체적 효율성을 감소시키지 않으면서 방사력을 줄일 수 있습니다.

방법 2: 압력 분포를 둘레에 따라 변경합니다. 예를 들어, 펌프의 압력 유입구 크기를 줄여 압력 유체가 한 개의 치아에서 두 개의 치아에만 작용하도록 하거나, 커버 플레이트 또는 샤프트 슬리브 주변에 오일 홈(밸런스 홈)을 설정하여 방사력을 줄입니다. 그림 h에 나타난 바와 같이, 커버 플레이트의 밸런스 홈 1과 2는 각각 저압 챔버와 고압 챔버와 연결되어 유체 흡입 챔버와 유체 압력 챔버에 해당하는 유압 방사력을 생성하여 방사력을 균형 있게 합니다.

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