Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của bơm bánh răng nội

Nguyên lý ăn khớp: Bơm bánh răng nội vi hoạt động như thế nào

Bơm bánh răng nội vi bao gồm một bánh răng chủ động (bánh răng răng ngoài, đặt bên trong) và một bánh răng bị động (bánh răng răng trong, đặt bên ngoài) hai bánh răng quay cùng chiều, với các đỉnh răng tiếp xúc khít với nhau tại một điểm để tách biệt phía hút và phía đẩy.

Có hai kiến trúc bơm bánh răng nội vi chính. Kiểu hình lưỡi liềm sử dụng một vách ngăn hình lưỡi liềm giữa các đỉnh răng nhằm ngăn rò rỉ giữa các đỉnh của bánh răng chủ động và bánh răng bị động. Kiểu không có lưỡi liềm thay vào đó dựa vào tiếp xúc trực tiếp giữa các phần đỉnh răng của cả hai bánh răng tại một điểm để tách biệt khu vực hút và khu vực đẩy, trong thực tế được thiết kế với khe hở rất nhỏ nhằm tránh kẹt .

Thiết kế không có lưỡi liềm mang lại lợi thế hiệu suất then chốt: do thể tích giữa các răng của bánh răng chủ động và bánh răng bị động lớn hơn, bơm có thể đạt được độ dịch chuyển lý thuyết lớn hơn khi chiều rộng răng, đường kính đỉnh bánh răng chủ động và đường kính ngoài bánh răng bị động bằng với bơm loại có lưỡi liềm. Ngoài ra, với cùng độ dịch chuyển, đường kính ngoài của bánh răng bị động có thể nhỏ hơn, từ đó giảm mô-men ma sát do cắt dầu nhớt trên các phần trượt của bánh răng và nâng cao hiệu suất cơ học — đây là lý do chính khiến loại bơm này được sử dụng rộng rãi trong hộp số tự động ô tô, bao gồm cả CVT .

Tính toán độ dịch chuyển dành cho người mới bắt đầu

Có hai phương pháp cơ bản để tính lưu lượng bơm bánh răng nội sinh. Phương pháp hình học tính thể tích của không gian được bao bởi các răng của bánh răng chủ động và bánh răng bị động. Phương pháp mô-men xoắn lý thuyết trước tiên tính mô-men xoắn lý thuyết của bơm, sau đó suy ra lưu lượng dựa trên nguyên lý rằng năng lượng thủy lực cung cấp cho dầu bằng công suất cần thiết để quay trục bơm (bỏ qua tổn thất năng lượng) .

Đối với người mới bắt đầu, công thức tính lưu lượng thực tế là:

Q = Vd × N

trong đó Q là lưu lượng thể tích, Vd là thể tích lưu lượng trên mỗi vòng quay và N là tốc độ quay .

Phương pháp tính lưu lượng lý thuyết từng được xem là khó áp dụng một cách chính xác do yêu cầu tích phân thể tích giữa các răng bánh răng tại từng thay đổi nhỏ về góc quay — nghĩa là cần bản vẽ bánh răng cho mọi vị trí góc quay. Các công cụ CAD đã giúp phương pháp này khả thi hơn, nhưng việc tính toán mô-men xoắn lý thuyết chính xác vẫn rất có giá trị vì tránh được độ phức tạp của việc tích phân thể tích theo từng khoảnh khắc. .

Trên thực tế, lưu lượng bơm bánh răng tỷ lệ thuận với bình phương của mô-đun bánh răng. Với giả định đường kính vòng chia không đổi, mô-đun lớn hơn sẽ tạo ra lưu lượng bơm lớn hơn. .

Giới hạn áp suất hút

Hiệu suất hút ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành ổn định của bơm mà không xảy ra hiện tượng xâm thực. Đối với bơm bánh răng trong, các giới hạn sau đây được áp dụng:

Giới hạn chung đối với bơm bánh răng: chiều cao hút thực tế không được vượt quá 0,5 m.

Giới hạn đặc thù cho dòng NBL: Chiều cao mồi tự phải không vượt quá 500 mm, tương đương với độ chân không đầu vào tối đa là 0.03 MPa (0.3 bar). Nếu sử dụng phương pháp cấp liệu cưỡng bức, áp suất cấp liệu phải không vượt quá 0.5 MPa; nếu không, cần dùng phớt dầu chịu áp lực. .

Tham chiếu cho dòng Rexroth PGH: Áp suất hút tối thiểu (không tải) là 0.8 bar; áp suất hút tối đa (không tải) là 2 bar .

Vượt quá các giới hạn này có thể gây hiện tượng xâm thực, dẫn đến giải phóng khí, bay hơi dầu, phát ra tiếng ồn và mài mòn nhanh các bề mặt bên trong. .

Chẩn đoán sự cố điển hình

Hút không đủ hoặc không hút

Các nguyên nhân phổ biến bao gồm: roto trong không quay (kiểm tra bộ truyền động bánh vít, bánh vít hoặc bánh răng, bu-lông cố định roto trong hoặc chốt định vị bị lỏng); chiều quay không phù hợp với động cơ dẫn động, gây đảo ngược cổng vào và cổng ra; đường ống xả bị tắc; lưới lọc đầu vào bị tắc; mài mòn nghiêm trọng trên roto trong và roto ngoài làm mất khả năng hình thành buồng kín; mặt đầu ống hút chạm đáy thùng dầu; không khí lọt vào đầu hút của bơm; hoặc mức dầu quá thấp .

Dao động áp suất lớn

Hiện tượng này thường do các nguyên nhân sau: sai lệch độ lệch tâm quá lớn hoặc khe hở quá lớn giữa roto ngoài và thân bơm (sai lệch độ lệch tâm phải nằm trong ±0,02 mm; khe hở giữa roto ngoài và thân bơm phải nằm trong khoảng 0,04–0,06 mm); độ chính xác biên dạng răng của roto trong và roto ngoài kém (thường gặp ở roto được chế tạo bằng công nghệ luyện kim bột); độ rung tâm và độ rung mặt đầu quá lớn; khe hở cạnh răng quá lớn (phải nằm trong 0,07 mm); hoặc không khí lẫn vào bơm .

Áp suất không tăng

Kiểm tra các vấn đề sau: không khí lọt vào tại đầu hút của bơm; tốc độ quay của roto bên trong quá thấp (kiểm tra kết nối truyền động điện từ trục chính tới roto bên trong để phát hiện lỏng lẻo hoặc trượt); tắc một phần cổng hút; hoặc ăn khớp kém giữa bánh vít/bánh răng vít hoặc bánh răng gây ra dao động tốc độ roto bên trong .

Tiếng Ồn Quá Mức

Nguyên nhân bao gồm: mức dầu thấp dẫn đến hút phải không khí, hoặc tắc một phần lưới lọc gây ra lực hút không đủ; mài mòn nghiêm trọng các chi tiết; hoặc thay đổi vị trí điểm ăn khớp trong hệ thống truyền động của bơm .

Rò rỉ dầu ra ngoài

Kiểm tra các vấn đề sau: bu-lông cố định thân bơm hoặc các đầu nối bị lỏng; gioăng làm kín bị hư hỏng; làm kín mặt bích cổng xả kém; hoặc thân bơm hoặc nắp bơm bị biến dạng/hư hỏng .

Ghi chú lựa chọn dòng NBL

Dòng NBL là loại bơm bánh răng trong kiểu ăn khớp thẳng, được thiết kế nhằm đảm bảo khả năng tự mồi đáng tin cậy. Các yếu tố cần lưu ý khi lựa chọn dành cho người mới bắt đầu:

Độ dịch chuyển và tốc độ: Phù hợp độ dịch chuyển của bơm với yêu cầu lưu lượng hệ thống ở tốc độ vận hành dự kiến. Bơm bánh răng nội thường cung cấp lưu lượng ổn định với độ dao động thấp, do đó thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi đầu ra ổn định.

Cấu hình hút: Dòng NBL yêu cầu chiều cao tự mồi ≤ 500 mm (chân không đầu vào ≤ 0,03 MPa). Nếu sử dụng cấp liệu cưỡng bức, áp suất không được vượt quá 0,5 MPa trừ khi nâng cấp lên phớt làm kín chịu áp lực .

Lắp đặt và trục: Xác minh loại mặt bích (tiêu chuẩn SAE hoặc ISO) và thông số kỹ thuật trục (có then hoa hoặc then răng) có phù hợp với hệ thống của bạn hay không. Các giao diện lắp đặt tiêu chuẩn SAE và ISO có sẵn trên dòng QT và các bơm bánh răng nội tương tự .

Tính phù hợp với ứng dụng: Bơm bánh răng nội mang lại lợi thế về hiệu suất ở tốc độ cao, độ ồn thấp và độ dao động lưu lượng nhỏ, nhưng có cấu tạo profile răng phức tạp và chi phí sản xuất cao hơn bơm bánh răng ngoại chúng được ưu tiên lựa chọn trong các trường hợp yêu cầu vận hành êm và hoạt động yên tĩnh.

Những điểm chính dành cho người mới bắt đầu

Các bơm bánh răng nội tiếp cung cấp dòng chảy êm ái, ít dao động nhờ kín chặt phía hút và phía đẩy tại điểm tiếp xúc giữa đầu răng của bánh răng chủ động và bánh răng bị động. Dung tích bơm được tính toán chính xác nhất dựa trên nguyên lý mô-men xoắn lý thuyết; lưu lượng thực tế được xác định bằng công thức Q = Vd × N. Các giới hạn về phía hút rất nghiêm ngặt — thường là chiều cao tự mồi tối đa 0,5 m và chân không đầu vào tối đa 0,03 MPa đối với các bơm loạt NBL. Phần lớn sự cố trong thực tế xuất phát từ việc không khí lọt vào, chiều quay sai, lưới lọc đầu vào bị nhiễm bẩn hoặc mòn quá mức ở khe hở roto. Khi lựa chọn bơm loạt QT hoặc loạt NBL, cần kiểm tra kỹ dung tích bơm, áp suất làm việc danh định, dải tốc độ, cấu hình đầu hút và giao diện lắp đặt để đảm bảo phù hợp với yêu cầu hệ thống.