Шестеренний насос є найпоширенішим гідравлічним насосом: він стоїть на тракторах, будівельній техніці, пресах, верстатах і в системах мащення. Він простий, компактний і недорогий, але добре працює лише тоді, коли його шестерні виготовлені точно. Посібник пояснює, як працює шестеренний насос, як розрахувати подачу і яких шестерень він потребує.
Як працює шестеренний насос
Шестеренний насос із зовнішнім зачепленням має дві однакові шестерні, що зачіплюються в корпусі з дуже малими зазорами. Одну шестерню обертає двигун, друга обертається в зачепленні з нею.
- Всмоктування: там, де зуби виходять із зачеплення, об'єм між ними зростає і виникає розрідження, тож рідина входить у насос.
- Перенесення: рідина замкнена в западинах між зубами і стінкою корпусу і переноситься по зовнішній стороні шестерень від всмоктування до нагнітання.
- Нагнітання: там, де зуби знову входять у зачеплення, об'єм зменшується, і рідина виштовхується під тиском.
Рідина не проходить між шестернями посередині: зуби в зачепленні утворюють бар'єр між всмоктуванням і нагнітанням. Тому ущільнення між вершинами зубів і корпусом, а також між торцями шестерень і боковими пластинами, визначає, наскільки добре насос тримає тиск.
Типи шестеренних насосів
| Тип | Будова | Особливість | Де застосовують |
|---|---|---|---|
| Із зовнішнім зачепленням | дві однакові циліндричні шестерні в корпусі у формі вісімки | простий, міцний, недорогий; помірний шум | трактори, мобільна техніка, преси, гідростанції |
| Із внутрішнім зачепленням і серпоподібним розділювачем | шестерня, що зачіплюється всередині зубчастого вінця, із серпоподібним розділювачем | тиха робота, малі пульсації, високий тиск | верстати, термопластавтомати, стаціонарна гідравліка |
| Героторний | внутрішній ротор має на один зуб менше, ніж зовнішній | компактний, без розділювача | мащення двигунів і коробок передач, гідромотори |
Як розрахувати подачу
Робочий об'єм за один оберт насоса із зовнішнім зачепленням приблизно дорівнює V ≈ 2 · π · m² · z · b, де m є модулем, z кількістю зубів однієї шестерні, а b шириною вінця. Фактична подача Q = V · n · ηv, де n є частотою обертання, а ηv об'ємним ККД.
Приклад: шестерні з модулем 2 мм, 12 зубами і шириною 20 мм дають робочий об'єм близько 6 см³/об. За 1500 об/хв і об'ємного ККД 90% подача становить близько 8 л/хв. Модуль і ширину шестерень можна швидко перевірити в калькуляторі шестерень (англійською).
Шестеренні насоси із зовнішнім зачепленням зазвичай працюють до 250–300 бар з об'ємним ККД 85–95% у новому стані. Зі зростанням зазорів через знос ККД падає, і насос нагріває оливу.
Яких шестерень потребує насос
- Мало зубів і виправлений профіль: шестерні насосів зазвичай мають від 9 до 14 зубів, щоб отримати великий робочий об'єм у малому габариті. Нижче межі підрізання зуби нарізають із додатним зміщенням профілю, щоб вони залишалися міцними.
- Точний діаметр вершин: зазор між вершинами зубів і корпусом становить соті частки міліметра. Діаметр вершин шліфують.
- Точні бокові поверхні: похибки профілю збільшують пульсації, шум і витоки. Шестерні насосів фрезерують і шліфують, зазвичай за 5–7-м ступенем ISO 1328.
- Плоскі паралельні торці: бокове ущільнення відбувається на торцях шестерень, тому площинність і ширина мають жорсткі допуски.
- Твердий матеріал: цементована сталь, як-от 16MnCr5, загартована до 58–62 HRC для зносостійкості; докладніше в посібнику яку сталь обрати для шестерень.
Типові несправності та причини
- Знос корпусу і шестерень через забруднену оливу: подача падає, насос гріється.
- Кавітація через обмежене всмоктування або надто в'язку оливу на холоді: металевий шум і викришування на бокових поверхнях.
- Поломка зубів через перевищення тиску або сторонні тіла.
- Знос бокових пластин і втулок, що збільшує внутрішні витоки.
Коли насос більше не тримає тиск, замінюють комплект шестерень і за потреби бокові пластини або корпус. Для старих насосів сільгосптехніки запасні шестерні виготовляють за зразком на зубофрезерному верстаті.
Шестерні насосів місцевого виробництва
Шестерні для насосів входять до деталей, які виготовляє майстерня Miatec у Pechea, повіт Галац, Румунія, на зубофрезерному верстаті з ЧПК Siemens Sinumerik 828D, придбаному за кошти ЄС через AFIR. Верстат працює від 3 зубів, з модулями від 0,1 до 3, що підходить для більшості насосів сільгосптехніки. Повна історія є в кейсі.
Часті запитання
Як працює гідравлічний шестеренний насос?
Дві шестерні в зачепленні обертаються в щільному корпусі. Рідина входить там, де зуби виходять із зачеплення, переноситься по зовнішній стороні шестерень у западинах між зубами і виштовхується там, де зуби знову входять у зачеплення.
Який тиск дає шестеренний насос?
Насоси із зовнішнім зачепленням зазвичай працюють до 250–300 бар. Насоси із внутрішнім зачепленням досягають вищого тиску з меншими пульсаціями.
Як розрахувати подачу шестеренного насоса?
Робочий об'єм приблизно V ≈ 2 · π · m² · z · b. Подача дорівнює робочому об'єму, помноженому на частоту обертання й об'ємний ККД.
Чому шестеренний насос втрачає тиск?
Найчастіше через знос шестерень, корпусу або бокових пластин, що збільшує зазори і внутрішні витоки. Забруднена олива і кавітація прискорюють знос.
Чи можна виготовити запасні шестерні для старого насоса?
Так. На зубофрезерному верстаті виготовляють шестерні за зразком: вимірюють кількість зубів, діаметр вершин, ширину і вал, визначають модуль, потім шестерні нарізають, термообробляють і шліфують.
