Zasada działania i zastosowanie pomp zębatych wewnętrznych

Zasada zazębienia: Jak działa pompa zębnikowa wewnętrzna

Pompa zębnikowa wewnętrzna składa się z zębnika napędzającego (zębnika zewnętrznego, umieszczonego wewnątrz) oraz zębnika napędzanego (zębnika wewnętrznego, umieszczonego na zewnątrz) oba zębniki obracają się w tym samym kierunku, a ich wierzchołki zębów stykają się w jednym punkcie kontaktowym, oddzielając stronę ssącą od strony tłoczącej.

Istnieją dwa główne typy konstrukcji pomp zębnikowych wewnętrznych. W typie półksiężycowym stosowana jest płyta podziałowa w kształcie półksiężyca umieszczona pomiędzy wierzchołkami zębów, aby zapobiec wyciekowi między wierzchołkami zębnika napędzającego i napędzanego. W typie bezpółksiężycowym oddzielenie strony ssącej od strony tłoczącej osiągane jest poprzez bezpośredni kontakt wierzchołków zębów obu zębników w jednym punkcie, przy czym w praktyce zapewnia się bardzo małą szczelinę, by uniknąć zaklinowania .

Projekt bez sierpa zapewnia kluczową zaletę wydajnościową: ponieważ objętość pomiędzy zębami koła napędzającego i koła napędzanego jest większa, pompa może osiągnąć większą przepustowość teoretyczną przy identycznej szerokości zębów, średnicy zewnętrznej zębów koła napędzającego oraz średnicy zewnętrznej koła napędzanego w porównaniu do pompy typu ze sierpem. Alternatywnie, przy tej samej przepustowości średnica zewnętrzna koła napędzanego może być mniejsza, co zmniejsza moment tarcia wynikający z przeciągania lepkiego oleju na powierzchniach ślizgowych kół zębatych i poprawia sprawność mechaniczną — to główna przyczyna powszechnego stosowania tego typu pomp w automatycznych skrzyniach biegów samochodowych, w tym w CVT .

Obliczanie przepustowości dla początkujących

Istnieją dwa podstawowe podejścia do obliczania przepływności pomp zębatych wewnętrznych. Metoda geometryczna oblicza objętość przestrzeni ograniczonej zębami koła napędzającego i koła napędzanego. Metoda teoretycznego momentu oblicza najpierw teoretyczny moment obrotowy pompy, a następnie wyznacza przepływność na podstawie zasady, że energia hydrauliczna dostarczona olejowi równa się mocy potrzebnej do napędu wału pompy (pomijając straty energii) .

Dla początkujących praktyczne obliczenie przepływu ma postać:

Q = Vd × N

gdzie Q to przepływ objętościowy, Vd to objętość przepływna na jeden obrót, a N to prędkość obrotowa .

Metoda teoretycznego przemieszczenia była historycznie trudna w dokładnym zastosowaniu, ponieważ wymaga całkowania objętości między zębami kół zębatych przy każdej minimalnej zmianie kąta obrotu — co wymaga rysunków kół zębatych dla każdej pozycji obrotowej. Narzędzia CAD uczyniły tę metodę bardziej praktyczną, jednak dokładne teoretyczne obliczanie momentu obrotowego pozostaje wartościowe, ponieważ pozwala uniknąć złożoności całkowania objętości w odstępach czasowych o bardzo małej długości .

W praktyce przemieszczenie pompy zębatej koreluje z kwadratem modułu zęba. Przy założeniu stałej średnicy okręgu podziałowego większy moduł generuje większe przemieszczenie pompy .

Granice ciśnienia ssania

Wykonanie ssania wpływa bezpośrednio na to, czy pompa może działać niezawodnie bez kawitacji. Dla pomp zębatych wewnętrznych obowiązują następujące ograniczenia:

Ogólny limit pompy zębatej: rzeczywista wysokość ssania nie powinna przekraczać 0,5 m.

Ograniczenie specyficzne dla serii NBL: Wysokość samozasysania nie może przekraczać 500 mm, co odpowiada podciśnieniu na wlocie nie większemu niż 0,03 MPa (0,3 bar). W przypadku zastosowania zasilania wymuszonego ciśnienie zasilania nie może przekraczać 0,5 MPa; w przeciwnym razie należy użyć uszczelki olejowej odporną na ciśnienie .

Odniesienie do serii PGH firmy Rexroth: Minimalne ciśnienie ssące (bez obciążenia) wynosi 0,8 bar; maksymalne ciśnienie ssące (bez obciążenia) wynosi 2 bar .

Przekroczenie tych limitów wiąże się z ryzykiem kawitacji, która powoduje wydzielanie się gazu, parowanie oleju, hałas oraz przyspieszone zużycie powierzchni wewnętrznych .

Typowe diagnostyka usterek

Niewystarczające lub brak ssania

Typowe przyczyny obejmują: brak obrotu wewnętrznego wirnika (sprawdź przekładnię ślimakową, koło ślimakowe lub zębate, śruby mocujące wirnik lub kołki ustalające pod kątem poluzowania); niezgodność kierunku obrotu z maszyną napędową, powodującą zamianę miejsc wlotu i wylotu; zablokowanie linii odpływowej; zatkany filtr wlotowy; silne zużycie wirnika wewnętrznego i zewnętrznego uniemożliwiające utworzenie zamkniętej komory; stykanie się końca rury wlotowej z dnem zbiornika oleju; przedostawanie się powietrza na wlocie ssawnym pompy; lub zbyt niski poziom oleju .

Duże wahania ciśnienia

Najczęściej wynika to z: nadmiernego błędu mimośrodu lub nadmiernego luzu między zewnętrznym wirnikiem a korpusem pompy (błąd mimośrodu powinien mieścić się w zakresie ±0,02 mm; luz między zewnętrznym wirnikiem a korpusem pompy powinien wynosić 0,04–0,06 mm); niedokładnego profilu zębów wirnika wewnętrznego i zewnętrznego (często występuje w wirnikach formowanych metodą metalurgii proszkowej); nadmiernego biegu promieniowego i czołowego; nadmiernego luzu bocznego zębów (powinien wynosić nie więcej niż 0,07 mm); lub mieszania się powietrza do pompy .

Ciśnienie nie rośnie

Sprawdzić: dopływ powietrza na ssaniu pompy; zbyt niską prędkość obrotową wewnętrznego wirnika (sprawdzić połączenie przekładni mocy od wału głównego do wewnętrznego wirnika pod kątem luźnego lub ślizgającego się połączenia); częściowe zablokowanie otworu ssawnego; lub niedoskonałe zazębienie kół ślimakowych lub kół zębatych powodujące niestabilną prędkość obrotową wewnętrznego wirnika .

Zbyt duży hałas

Przyczyny obejmują: niski poziom oleju powodujący wciąganie powietrza lub częściowe zablokowanie siatki filtra powodujące niewystarczające ssanie; intensywny zużycie komponentów; lub zmianę położenia punktu zazębienia w układzie przekładni mocy pompy .

Zewnętrzna utrata oleju

Sprawdzić: luźne śruby mocujące korpus pompy lub łączniki; uszkodzone uszczelki; niewłaściwe uszczelnienie kołnierza wyjścia tłocznego; lub odkształcony/uszkodzony korpus lub pokrywa pompy .

Uwagi dotyczące doboru serii NBL

Seria NBL to pompa zębnica wewnętrzna o prostych zębach sprzężonych, zaprojektowana do niezawodnej pracy samozasysającej. Kluczowe kwestie do rozważenia przy doborze dla początkujących:

Przesunięcie i prędkość: Dobrać przesunięcie pompy do wymagań przepływu układu przy zaplanowanej prędkości obrotowej. Pompy zębate wewnętrzne charakteryzują się zazwyczaj gładkim przepływem o niskiej pulsacji, co czyni je odpowiednimi dla zastosowań wymagających stabilnego wydajności.

Konfiguracja ssąca: Seria NBL wymaga wysokości samozasysania ≤500 mm (podciśnienie na wlocie ≤0,03 MPa). W przypadku zasilania wymuszonego ciśnienie nie może przekraczać 0,5 MPa bez uaktualnienia uszczelki olejowej do wersji odpornych na ciśnienie. .

Montaż i wał: Zweryfikować typ kołnierza (standard SAE lub ISO) oraz specyfikację wału (z wpustem lub zębem) pod kątem zgodności z układem. Standardowe interfejsy montażowe SAE i ISO są dostępne w pompach serii QT oraz podobnych pompach zębatych wewnętrznych. .

Zastosowanie: Pompy zębate wewnętrzne oferują zalety w zakresie wydajności przy wysokich prędkościach obrotowych, niskiego poziomu hałasu oraz małej pulsacji przepływu, jednak ich zęby mają skomplikowany kształt, a koszt produkcji jest wyższy niż w przypadku pomp zębatych zewnętrznych. są preferowane tam, gdzie wymagana jest gładka praca i cicha eksploatacja.

Główne wnioski dla początkujących

Pompy zębnikowe wewnętrzne zapewniają gładki przepływ o niskiej pulsacji, uszczelniając stronę ssącą i tłoczną w punkcie styku wierzchołków zębów koła napędzającego i napędzanego. Przemieszczenie najlepiej oblicza się na podstawie teoretycznych zasad momentu obrotowego, aby uzyskać dokładność; rzeczywisty przepływ określa wzór Q = Vd × N. Ograniczenia ssania są surowe — typowo wysokość samozasysania wynosi 0,5 m, a próżnia na wlocie 0,03 MPa dla pomp serii NBL. Większość awarii w warunkach eksploatacyjnych wynika z przedostawania się powietrza, nieprawidłowego kierunku obrotów, zanieczyszczenia siatek wlotowych lub nadmiernego zużycia luzów wirników. Przy doborze pomp serii QT lub NBL należy zweryfikować przemieszczenie, klasę ciśnienia, zakres prędkości obrotowych, konfigurację ssania oraz interfejs montażowy w odniesieniu do wymagań systemu.