Валы шестеренных насосов в зависимости от параметров и условий работы делают либо из простых конструкционных сталей 40 или 45, либо из легированных сталей 20Х, 40Х, 12ХН4, 12ХНВА, 13ХНВА и др.
Шестерни и валы подвергаются термообработке. При выборе материалов для изготовления деталей насоса необходимо учитывать их температурное расширение, которое при неправильном выборе может привести к заеданию шестерен или к образованию недопустимых зазоров в соединениях.
4.7.2 При изготовлении корпусов и роторов шестеренных насосов должен выполняться целый ряд требований. Особенно жесткие требования предъявляются к выполнению насосов гидроприводов, развивающих давление более 5 МПа. При изготовлении корпусов насосов такого типа необходимо соблюдать следующие условия
? расстояние между осями колодцев под подшипники и шестерни должно быть выдержано с точностью ± 0,01 мм;
? неперпендикулярность осей колодцев под шестерни к торцам разъема корпуса допускается не более 0,01ч0,015 мм на длине 100 мм по радиусу;
? непараллельность осей колодцев под шестерни не должна превышать 0,01 мм на глубине колодцев;
? отклонение от цилиндричности расточек колодцев под шестерни (конусность, овальность, завалы и пр.) допускаются не более 0,01 мм;
? непараллельность торцовых поверхностей корпуса и отклонения от соосности колодцев под шестерни и расточек под подшипники не должны превышать 0,01 мм;
? выпуклость поверхностей стыковых торцов корпуса и крышек недопустима, а вогнутость допускается в пределах 0,003ч0,05 мм по всей поверхности;
? колодцы под шестерни выполняются по системе отверстия.
4.7.3 К шестерням насосов предъявляются следующие требования
? эксцентричность расположения начальной окружности и окружности головок не должна быть больше 0,02ч0,03 мм;
? непараллельность торцов шестерен ? не более 0,005ч0,01 мм;
? неперпендикулярность торцовых поверхностей к осям шестерен должна быть в пределах 0,01ч0,02 мм на расстоянии в радиальном направлении, равном 50 мм;
? непараллельность торцов шестерен - в пределах 0,01ч0,015мм;
? конусность и овальность шестерен по внешнему диаметру не должны превышать 0,01 мм;
? несоосность поверхности посадочного отверстия под вал и внешнего диаметра шестерни ? не более 0,015ч0,02 мм.
Для шестерен, выполненных заодно с валами, должна быть выдержана соосность опорных шеек с наружной поверхностью зубчатого венца в пределах 0,01ч0,015 мм. Допустимое отклонение от соосности опорных шеек и поверхности приводного вала не должно превышать 0,015ч0,02 мм.
4.7.4 При изготовлении валов необходимо выполнять следующие требования
? отклонение от цилиндричности вала не должно превышать 0,005 мм;
? чистоту и твердость поверхностей опорных шеек валов необходимо выбирать по ГОСТу;
? биение выходного конца приводного вала относительно шеек не должно быть более 0,02ч0,04 мм.
4.8 Уплотнения шестеренных насосов
4.8.1 Уплотнения неподвижных соединений
Для герметизации неподвижных соединений (стыков между корпусом насоса и крышками, мест присоединения арматуры, пробок и др.) обычно принимают плоские прокладки. Эти прокладки выполняют из мягких материалов (картона, прокладочного или асбестового пресс-шпана, фибры, паронита, кожи, фторопласта и др.) и из металлов, в основном из алюминия и меди.
На рис. 8 показаны типовые примеры уплотнений при помощи плоских прокладок.
Рисунок 8 Примеры типовых уплотнений
При высоких давлениях мягкая прокладка закладывается в выточку с тем, чтобы она не была выжата внутренним давлением.
Наиболее широко применяются прокладки из мягких материалов. Алюминиевые и медные прокладки используются в основном в высоконапорных насосах, развивающих давление до 25 МПа.
Прокладки из металлов должны иметь высокий модуль упругости для выдерживания значительных усилий при предварительном сжатии и в то же время не должны оказывать высокого сопротивления деформации, чтобы неровности герметизирующих поверхностей могли быть выровнены в процессе пластической деформации.
Большую надежность показали прокладки в виде колец из резины круглого сечения. В уплотнениях с резиновыми кольцами герметичность создается за счет контактного давления, развиваемого предварительным сжатием уплотнительного элемента с последующим усилением плотности контакта в результате давления жидкости.
Резиновые кольца круглого сечения надежно и длительно работают при давлениях до 35 МПа в диапазоне температур от -60 до +250С.
Для изготовления уплотнительных колец круглого сечения применяют графитизированную резину, нейлон, фторопласт. Хорошие результаты показали кольца из синтетического каучука с содержанием 18 % акрилонитрила и 80 % бутадиена.
4.8.2 Уплотнения приводного вала
Уплотнения приводного вала (см. рис. 9) в местах выхода его из корпуса насоса преследуют цель предотвратить утечки перекачиваемой жидкости наружу и не допустить проникновения воздуха в камеру всасывания. В качестве уплотнений в шестеренных насосах применяются войлочные или фетровые кольца, мягкая сальниковая набивка (хлопчатобумажная, асбестовая). Для обеспечения большего уплотнительного эффекта кольца и набивку пропитывают воском, парафином, графитом, густой смазкой и другими веществами.
Рисунок 9 Уплотнения приводного вала
Применение войлочных и фетровых колец ограничивается температурой 120С и окружной скоростью вала 10 м/с. При этом внутренний диаметр кольца в свободном состоянии должен быть на 1ч1,5 мм меньше диаметра вала.
При использовании хлопчатобумажной набивки окружные скорости допускаются до 4ч5 м/с. Коэффициент трения для хлопчатобумажной набивки составляет 0,06ч0,11; для асбестовой набивки ? 0,03ч0,07.
В качестве набивки могут применяться также твердые материалы. Наиболее употребительным считается фторовласт-4, химически стойкий к действию различных агрессивных сред, не набухающий в любых средах и имеющий очень низкий коэффициент трения (0,004ч0,05). Модуль упругости его составляет 170 Н/м2.
При больших давлениях (свыше 0,5 МПа) в качестве уплотнений применяются стандартизированные резиновые манжетные кольца.
Универсальными уплотнениями, работающими практически в любой среде при давлениях до 30 МПа, являются торцевые уплотнения.
Торцевое уплотнение (см. рис. 10) состоит из нагруженного пружиной подпятника, изготовленного из мягкого антифрикционного материала, и контактирующей с ним по торцу стальной пятой высокой твердости. Подпятник обычно крепится в неподвижном корпусе, а пята соединена с вращающимся валом и может перемещаться по нему в осевом направлении. Для герметизации пяты служит круглое резиновое кольцо, установленное на валу с натягом. При работе насоса по мере увеличения давления перекачиваемой жидкости к усилию пружины, нагружающему пяту, добавляется усилие неуравновешенного давления жидкости в камере со стороны пружины, благодаря чему контактное давление скользящей пары будет повышаться пропорционально увеличению давления рабочей среды.
Рисунок 10 Схема торцевого уплотнения
Трущиеся пары торцевых уплотнений изготавливаются из бронзы и стали, текстолита и чугуна, графитизированного угля и бронзы и т.д. При давлениях до 1,5ч2 МПа и скоростях скольжения до 10ч12 м/с в условиях достаточной смазки применяются пары чугун ? бронза и закаленная сталь ? чугун.
В зависимости от перекачиваемой среды могут применяться для подпятника: графит (для воды), бронза (для масла), фторопласт (для агрессивных и коррозийных сред).
Непараллельность рабочих поверхностей торцевого уплотнения допускается не выше 1, биение вала ? до 0,24 мм и продольное (осевое) перемещение ? до 3 мм.
Ширина уплотнительного пояска обычно выбирается равной 3ч4 мм для диаметра вала 60ч80 мм, и 6ч8 мм для диаметра вала 80ч100 мм.
Список литературы
1. Юдин Е.М. Шестеренные насосы: основные параметры и их расчет. Издание 2-е, перераб. и доп. / Е.М.Юдин. М.: Машиностроение, 1964. 236 с.
2. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. Учебник для вузов. / Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1974. 606 с.