Курсовая работа: Проектирование шестеренного насоса

29

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Донбасский государственный технический университет

Кафедра прикладной механики

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу: «Объемные гидромашины и передачи»

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА»

Выполнил: ст. гр. ГПМ - 08 - 1 Густыр А.Н.

Проверил: доц. каф. Чебан В.Г.

Алчевск 2011

Содержание

шестеренный насос шестерня компрессия

1. Цель работы

2. Конструкция шестеренного насоса

3. Принцип действия шестеренного насоса

4. Расчет шестеренного насоса

4.1 Исходные данные

4.2 Определение геометрических размеров шестерен

4.3 Расчет корпуса шестеренного насоса

4.4 Проверка кавитационного запаса шестеренного насоса

4.5 Меры борьбы с компрессией жидкости во впадинах зубьев

4.6 Расчет деталей шестеренного насоса

4.7 Материалы и требования к изготовлению шестеренных насосов

4.8 Уплотнения шестеренных насосов

Список литературы

1. Цель работы

Цель работы - закрепление, углубление и обобщение теоретического материала курса «Объемные гидро- и пневмомашины и аппараты»; практическое применение расчетов и выводов; развитие инженерных навыков в проектировании гидравлических машин.

2. Конструкция шестеренного насоса

На рис. 1 показан шестеренный насос исполнения «Ш». Насос состоит из корпуса 1, в котором с небольшими торцовыми и радиальными зазорами находятся в зацеплении две одинаковые шестерни - ведущая шестерня 5 и ведомая шестерня 3, изготовленные заодно с валом. В корпусе 1 выполнены каналы подвода (всасывания) и отвода (нагнетания) рабочей жидкости. Опорными поверхностями вал-шестерни опираются на внутреннюю поверхность втулок 4, 7 и 13, которые являются подшипниками скольжения. С торцов корпус 1 закрыт задней крышкой 8 с прокладкой 6 и стойкой 26, закрепленными болтами 2. Уплотнение ведущей вал-шестерни 5 - торцовое, расположенное в стойке 26. Оно состоит из бронзового подпятника 21 с резиновым уплотнительным кольцом 20, стальной пяты 17, резинового уплотнительного кольца 18, пружины 15, упорного кольца 14. Подпятник фиксируется винтом 19, от проворачивания стальная пята 17 имеет выступ, который заходит в паз втулки 16. Упорная втулка 16 зафиксирована на ведущей вал-шестерне 5 винтом 24, который предохраняет упорную втулку 16 от проворачивания и допускает ее перемещение только в осевом направлении.

Уплотнение ведущей вал-шестерни 5 закрывается крышкой 22 с прокладкой 25, закрепленной болтами 23. Для предотвращения быстрого износа торцового уплотнения вследствие большого перепада давления на нем, в стойке 26 выполнено отверстие, которое соединяет полость, в которой расположено уплотнение с отверстием в ведомой вал-шестерни, и далее с каналом в задней крышке 8, из которого жидкость попадает в разгрузочный клапан, расположенный в корпусе 1 и соединенный с камерой всасывания. Разгрузочный клапан состоит из шарика 9, пружины 10, прокладки 11 и пробки 12.

Кроме разгрузочного клапана, в корпусе 1 выполнен предохранительно-перепускной клапан, который состоит из седла 27, клапана 29, пружины 30, шайбы 31, прокладки 32, крышки клапана 33, прокладки 34, гайки 35, регулировочного винта 36 и колпачка 28.

Рисунок 1 Конструкция шестеренного насоса

3. Принцип действия шестеренного насоса

При вращении шестерен 5 и 3, в момент выхода зубьев из зацепления в полости всасывания объем межзубовых камер увеличивается, давление в камерах снижается, и жидкость, заполняя эти камеры, переносится по периферии вращающимися вал-шестернями 5 и 3 в полость нагнетания. В момент входа зубьев в зацепления в полости нагнетания объем межзубовых камер уменьшается, давление повышается, и жидкость вытесняется в нагнетательную магистраль.

У приведенного на рис. 1 насоса торцовый и радиальный зазоры между шестернями 5 и 3, втулками 4, 7 и 13, а также корпусом 1 выполнены постоянными. На торцовых поверхностях втулок 4, 7 и 13 выполнены канавки для разгрузки запертого объема между двумя парами зубьев, находящихся в зацеплении. Если не принять мер по разгрузке запертого объема, то после защемления жидкости, давление в данном объеме сначала резко возрастает, а затем падает, с образованием вакуума. Это приведет в одном случае к возрастанию нагрузки на шестерни 3 и 5, и втулки 4, 7 и 13, а в другом - к кавитации. Если канавки выполнены с одной стороны, то разгрузка будет неполная, и запертый объем будет разгружаться только при его уменьшении. Если канавки выполнены с двух сторон, то разгрузка будет полная.

Из рисунка видно, что вследствие перепада давления будут иметь место торцовые и радиальные перетечки жидкости из полости нагнетания в полость всасывания. Кроме этого, перекачиваемая жидкость через зазоры между втулкой 13, корпусом 1 и валом 5 попадет в полость уплотнения вала, откуда по каналу в стойке 26, отверстию в ведомой вал-шестерни 3, разгрузочный клапан попадает в камеру всасывания.

Вращающаяся вместе с ведущим валом пята 17 прижимается к подпятнику 21 пружиной 15 и избыточным давлением, которое поддерживается в полости уплотнения разгрузочным клапаном. Уплотнение подпятника 21 и пяты 17 осуществляется через постоянно притирающиеся друг к другу торцовые поверхности этих деталей.

На подачу насоса оказывает существенное влияние заполнение рабочих впадин. Жидкость, поступающая из всасывающей полости в межзубовую впадину вращающейся шестерни, приобретает угловую скорость последней, вследствие этого появляется центробежная сила, стремящаяся выбросить ее из впадины и препятствующая заполнению этой впадины жидкостью.

Чтобы жидкость надежно заполняла впадины, ее абсолютное давление во всасывающей полости должно превышать давление, создаваемое центробежной силой. Чем меньше будет это превышение, тем меньше будет скорость заполнения впадины и тем дольше впадины должны быть соединены со всасывающей полостью. Поэтому для улучшения питания насоса жидкостью в нереверсивных насосах камера всасывания выполняется более широкой (с большим углом охвата), чем камера нагнетания.

4. Расчет шестеренного насоса

4.1 Исходные данные

- действительная (фактическая) подача насоса, л/мин;

- рабочее давление в напорной магистрали, МПа;

- частота вращения шестерен насоса, об/мин;

- объемны КПД насоса (_о.н 0,85ч0,95);

- механический КПД насоса ( 0,7ч0,85).

4.2 Определение геометрических размеров шестерен

4.2.1 Определение предварительного значения модуля шестерен:

Полученное значение модуля округляем до ближайшего стандартного значения (см. таблицу 1).

Таблица 1

Из таблицы 1 принимаем значение модуля m = 2,75 мм.

Определение ширины шестерни:

Полученное значение ширины шестерни округляем до ближайшего стандартного значения из ряда нормальных линейных размеров (см. таблицу 2).

Таблица 2

Принимаем значение ширины шестерни b = 25 мм.

4.2.3 Определение необходимой теоретической подачи насоса

4.2.4 Определение удельной производительности шестеренного насоса (в см³ за 1 оборот на 1 мм ширины зуба)

4.2.5 Определение необходимого числа зубьев шестерни для обеспечения требуемой удельной производительности насоса

На номограмме 1 (см. рис.2) горизонталь q' = 0,56 см³ пересекает прямую модуля m = 2,75 мм на вертикали z = 12.

Следовательно, требуемая теоретическая производительность насоса при заданной частоте вращения n_н = 1500 об/мин и принятой ширине зуба b = 25 мм может быть получена с некорригированным зубом при модуле m = 2,75 мм и числе зубьев z = 12.

С целью улучшения зацепления в соответствии с требованиями, предъявляемыми к шестеренному насосу, останавливаемся на корригированном зубе, сохраняя расстояние между центрами то же, что и полученное при выборе некорригированного зуба, сохраняя раннее принятое значение модуля m = 2,75 мм, а число зубьев уменьшаем на единицу и принимаем z = 11.

4.2.6 Определение основных геометрических размеров зацепления

Основные геометрические размеры зацепления (см. рис. 3) и другие параметры насоса определяем по таблице 3, с учетом ранее принятого числа зубьев.

Теоретическое расстояние между центрами шестерен:

Действительное расстояние между центрами шестерен:

Диаметр начальной окружности шестерни:

Диаметр окружности головок зубьев шестерни:

По номограмме 2 (см. рис. 4), предназначенной для корригированных шестерен, проверяем удельную производительность насоса q'.

Получаем q' = 0.57 см³.

Диаметр окружности впадин зубьев шестерни:

Диаметр основной окружности:

Основной шаг:

Угол зацепления передачи: б =Профильное смещение рейки:

Толщина зуба по начальной окружности:

Высота зуба:

Размер блочной скобы на два зуба:

Толщина зуба у вершины:

Боковой зазор между зубьями:

Степень перекрытия: = 1,133.

Теоретическая производительность для случая неиспользования защемленного объема:

q =0,58 см³/(1мм ширины1оборот); Q_т = 21,75 л/мин.

Теоретическая производительность для случая полного использования защемленного объема:

q =0,59 см³/(1мм ширины1оборот); Q_т = 22,12 л/мин.

Рисунок 2 Номограмма 1 (определение удельной производительности)

Рисунок 3 Зацепление корригированное с положительным смещением

Таблица 3

Основные данные рекомендуемых положительных шестерен (_в1 = _в2 = 0,5)