Funktionsprincip och tillämpning av interna tandhjuls-pumpar

Principen för tandhjulsinfogning: Hur en intern tandhjulspump fungerar

En intern tandhjulspump består av ett drivande tandhjul (yttre tandhjul, placerat inåt) och ett driven tandhjul (inre tandhjul, placerat utåt) de två tandhjulen roterar åt samma håll, där tandens spetsar täter mot varandra vid en kontaktpunkt för att separera sugsidan från trycksidan.

Det finns två huvudsakliga arkitekturer för interna tandhjulspumpar. Crescent-typen använder en halvmåneformad skiljeplatta mellan tandspetsarna för att förhindra läckage mellan spetsarna på det drivande och det driven tandhjulet. Crescentlösa typen förlitar sig istället på direkt kontakt mellan tandspetsdelarna på båda tandhjulen vid en punkt för att separera sug- och trycksektionerna, med en mycket liten spelradie i praktiken för att undvika låsning .

Designen utan halvmåne ger en nyckelfördel när det gäller verkningsgrad: eftersom volymen mellan tänderna på driv- och driven kugghjul är större kan pumpen uppnå en större teoretisk fördrängning när tandbredden, drivkugghjulets toppdiameter och den driven kugghjulets ytterdiameter är identiska med en halvmåneformad pump. Alternativt kan, vid samma fördrängning, den driven kugghjulets ytterdiameter göras mindre, vilket minskar friktionsmomentet från skärande av visköst olja på kugghjulens glidytor och förbättrar den mekaniska verkningsgraden – en viktig anledning till att denna typ används allmänt i automobilers automatväxellådor, inklusive CVT:er .

Beräkning av fördrängning för nybörjare

Det finns två grundläggande metoder för att beräkna flödesvolymen för en inre tandhjuls pump. Den geometriska metoden beräknar volymen av det utrymme som omges av tänderna på driv- och driven tandhjul. Metoden med teoretisk vridmoment beräknar först pumpens teoretiska vridmoment och härleder sedan flödesvolymen från principen att den hydrauliska energin som tillförs oljan är lika med den effekt som krävs för att driva pumpens axel (med undantag för energiförluster) .

För nybörjare är den praktiska flödesberäkningen:

Q = Vd × N

där Q är volymflöde, Vd är flödesvolym per varv och N är rotationshastighet .

Den teoretiska förskjutningsmetoden har historiskt varit svår att tillämpa korrekt eftersom den kräver integrering av volymen mellan tandhålorna vid varje minimal förändring av rotationsvinkeln – vilket innebär att tandhjulsritningar krävs för varje rotationsposition. CAD-verktyg har gjort detta mer praktiskt, men en exakt teoretisk vridmomentberäkning förblir värdefull eftersom den undviker komplexiteten med volymintegrering steg för steg. .

I praktiken korrelerar tandhjulspumpens förskjutning med kvadraten på tandhjulsmodulen. Under förutsättning att delcirkeldiametern är konstant ger en större modul större pumpförskjutning. .

Sugtryckgränser

Sugprestanda påverkar direkt om en pump kan drivas pålitligt utan kavitation. För interna tandhjulspumpar gäller följande gränser:

Allmän tandhjulspumpgräns: Den faktiska sughöjden bör inte överstiga 0,5 m.

Specifik gräns för NBL-serien: Självprimningshöjd får inte överskrida 500 mm, vilket motsvarar ett inloppsundertryck på högst 0.03 MPa (0.3 bar). Om en tvångsmatning används får matningstrycket inte överstiga 0.5 MPa; annars krävs en tryckbeständig oljetätning .

Referens för Rexroth PGH-serien: Minsta sugtryck (utan last) är 0.8 bar; största sugtryck (utan last) är 2 bar .

Att överskrida dessa gränser medför risk för kavitation, vilket orsakar gasutskiljning, oljeångbildning, brus och accelererad slitage på interna ytor .

Vanliga felsökningsscenarier

Otillräcklig eller ingen sugverkan

Vanliga orsaker inkluderar: inre rotor som inte roterar (kontrollera drivsystemets växelskruv, växelhjul eller kugghjul, fästscrewarna eller positioneringsstiftet för den inre rotorn för löshet); rotationsriktning som inte stämmer överens med primärmotorn, vilket orsakar omvänt flöde genom in- och utlopp; blockering i utloppsröret; igensatt insugsfilterskärm; allvarlig slitage på inre och yttre rotor så att en sluten kavitet inte kan bildas; insugsrörets slutyta som nuddar oljetankens botten; luftintrång vid pumpens insug; eller oljenivån är för låg .

Stora trycksvängningar

Detta beror ofta på: för stor excentricitetsfel eller för stort avstånd mellan yttre rotor och pumpkropp (excentricitetsfelet bör ligga inom ±0,02 mm; avståndet mellan yttre rotor och pumpkropp bör ligga mellan 0,04–0,06 mm); dålig tänderprofiltolerans hos inre och yttre rotor (vanligt vid pulvermetallurgiskt formade rotorer); för stor radiell och axiell runout; för stort tandspel (bör ligga inom 0,07 mm); eller luft som blandats in i pumpen .

Trycket stiger inte

Kontrollera: luftinträde vid pumpens suganslutning; för låg varvtal hos den inre rotorn (undersök kraftöverföringsanslutningen från huvudaxeln till den inre rotorn för löshet eller glidning); delvis blockerad sugport; eller dålig meshing mellan skruv- och skruvhjul eller mellan kugghjul som orsakar svängningar i den inre rotorns varvtal .

Övermåttlig buller

Orsaker inkluderar: låg oljenivå som orsakar luftintag, eller delvis blockerad filteryta som ger otillräckligt sug; allvarlig komponentslitage; eller förändring av meshingspunkten för pumpens kraftöverföring .

Yttre oljeläckage

Kontrollera: lösa fästscrewar eller anslutningar på pumpkroppen; skadade tätningar; dålig täthet vid utloppsflänsen; eller deformering/skada på pumpkroppen eller locket .

Väljningsanmärkningar för NBL-serien

NBL-serien är en intern tandhjulsdrivpump med raka tänder, utformad för pålitlig självprimningsprestanda. Viktiga valöverväganden för nybörjare:

Förskjutning och hastighet: Anpassa pumpens förskjutning till systemets flödeskrav vid avsedd driftshastighet. Interna tandhjulspumpar ger i allmänhet ett jämnt flöde med låg pulsering, vilket gör dem lämpliga för applikationer som kräver stabil effekt.

Sugkonfiguration: NBL-serien kräver självråkande höjd ≤ 500 mm (inloppsvakuum ≤ 0,03 MPa). Om man använder tvångsmatning måste trycket inte överstiga 0,5 MPa utan uppgradering till en tryckbeständig oljetätning. .

Montering och axel: Kontrollera att flänsens typ (SAE eller ISO-standard) och axelspecifikationen (med nyckel eller kuggad) stämmer överens med ditt system. Standardmönster för SAE- och ISO-montering finns tillgängliga på QT-serien och liknande interna tandhjulspumpar. .

Användningslämplighet: Interna tandhjulspumpar erbjuder fördelar vad gäller högdriftshastighet, låg ljudnivå och liten flödespulsering, men har komplexa tandprofiler och högre tillverkningskostnad jämfört med externa tandhjulspumpar. de föredras där jämn drift och tyst drift krävs.

Viktiga slutsatser för nybörjare

Internväxelpumpar ger en jämn, lågpulsande flöde genom att täta sug- och trycksidan vid en kontaktpunkt mellan driv- och drivena tandhjulens spetsar. Volymflödet beräknas bäst med hjälp av teoretiska vridmomentprinciper för hög noggrannhet; det praktiska flödet ges av Q = Vd × N. Sugkraven är strikta – vanligtvis 0,5 m självsugande höjd och 0,03 MPa sugvakuum för pumpar i NBL-serien. De flesta fel på fältet orsakas av luftintrång, felaktig rotationsriktning, smutsiga insugnät eller överdriven slitage på rotorklärningar. Vid val av pumpar i QT-serien eller NBL-serien bör volymflöde, tryckklass, varvtalsområde, sugkonfiguration och monteringsgränssnitt verifieras mot dina systemkrav.