Varios problemas clave en la bomba de engranaje externa

Creado 2025.05.17

Varios problemas clave en la bomba de engranaje externa

a. El coeficiente de superposición (grado) e del engranaje debe ser mayor que 1, es decir, al menos dos pares de dientes de engranaje deben engranar al mismo tiempo. Por lo tanto, una parte del aceite queda atrapada entre la cavidad cerrada formada por dos pares de dientes de engranaje, que también se llama área de aceite atrapado. El área de aceite atrapado no está conectada con las cavidades de aceite de alta y baja presión de la bomba, y cambia con la rotación del engranaje, como se muestra en la Figura C. De la figura C (a) a la figura C (b), el volumen del área de aceite atrapado V disminuye gradualmente; de la figura C (b) a la figura C (c), el volumen del área de aceite atrapado V aumenta gradualmente. La disminución del volumen de aceite atrapado hará que el aceite atrapado sea comprimido y se desborde a través de la brecha, lo que no solo producirá alta presión, hará que el eje de la bomba y el eje soporten una carga periódica adicional, sino que también causará calentamiento del aceite; cuando el volumen de aceite atrapado cambia de pequeño a grande, se formará un vacío local y cavitación debido a la falta de suplemento de aceite, causando cavitación y fuertes vibraciones y ruidos. La figura B muestra la curva de cambio del volumen de aceite atrapado. El problema del aceite atrapado no solo afecta la calidad de trabajo de la bomba de engranaje,

También puede acortar su vida útil.

La medida común para resolver el problema del aceite atrapado es establecer ranuras de descarga (ranuras) correspondientes al área de aceite atrapado en la superficie interna de las cubiertas delantera y trasera de la bomba. Además de la estructura rectangular doble dispuesta simétricamente en relación con la línea central del engranaje (Fig. C), también existen la ranura de descarga circular doble dispuesta simétricamente en relación con la línea central del engranaje [Fig. D (a)] y la ranura de descarga de corte oblicuo doble [Fig. C (b)] y la ranura de descarga de tira delgada dispuesta simétricamente en relación con la línea central del engranaje [Fig. D (c)]. Las características son diferentes, pero el principio de descarga es el mismo, es decir, con la premisa de asegurar que las cavidades de alta y baja presión no estén conectadas entre sí, el área de aceite atrapado se conecta con la cavidad de alta presión (puerto de presión de aceite) cuando el volumen se reduce, y con la cavidad de baja presión (puerto de succión de aceite) cuando el volumen aumenta. Por ejemplo, la doble línea de puntos en la Figura C muestra una ranura de descarga rectangular doble simétrica. Cuando el volumen del área de aceite atrapado disminuye, se conecta con la cámara de presión de aceite a través de la ranura de descarga a la izquierda [figura C (a)], y cuando el volumen aumenta, se conecta con la cámara de succión de aceite a través de la ranura de descarga a la derecha [figura C (c)].

Para garantizar un mejor efecto de descarga y evitar la succión de aceite y la colisión en el área de presión, el tamaño de la ranura de descarga (como el ancho y la profundidad de la ranura de descarga rectangular o el diámetro y la profundidad de la ranura de descarga circular) y el espaciado entre dos ranuras de descarga deben ser apropiados. En general, las dos ranuras de descarga de la bomba de engranajes a menudo están desfasadas hacia el área de succión de aceite y se abren de manera asimétrica. Como se muestra en la Figura e, el espaciado a (volumen muerto cerrado mínimo) entre las dos ranuras debe garantizar que la cavidad de succión de aceite y la cavidad de presión de aceite no puedan colisionar entre sí en ningún momento. Para el engranaje involuto estándar con módulo m (el ángulo de presión del círculo de división es a), a = 2.78m. Cuando la ranura de descarga es asimétrica, se debe garantizar B = 0.8m en el lado de la cavidad de presión de aceite. El ancho de la ranura Cmin > 2.5m y la profundidad de la ranura h ≥ 0.8m.

b. El principal obstáculo de la bomba de engranaje de alta presión es que hay muchas formas de fuga, y no es fácil de resolver mediante medidas de sellado. Hay tres formas principales de fuga en la bomba de engranaje externa: el juego axial entre los dos lados del engranaje y la tapa final; el juego radial entre el orificio interno de la carcasa y el círculo exterior del engranaje; el juego de engranaje de la superficie de los dientes de los dos engranajes. El juego axial tiene la mayor influencia en la fuga, porque el área de fuga es grande y la ruta de fuga es corta. La fuga puede representar del 75% al 80% de la fuga total. Cuanto mayor sea el juego axial, mayor será la fuga, lo que hará que la eficiencia volumétrica sea demasiado baja; si el juego es demasiado pequeño, la pérdida por fricción mecánica entre la cara final del engranaje y la tapa final de la bomba aumentará, lo que reducirá la eficiencia mecánica de la bomba.

La solución al problema de fuga es seleccionar un juego apropiado para el control: generalmente, el juego axial se controla entre 0.03 y 0.04 mm; el juego radial se controla entre 0.13 y 0.16 mm. En bombas de engranaje de media alta presión y alta presión, se utiliza generalmente el método de compensación automática del juego axial para reducir las fugas y mejorar la eficiencia volumétrica de la bomba. La compensación automática del juego axial consiste generalmente en añadir un manguito de eje flotante (placa lateral flotante) o una placa lateral elástica entre las cubiertas delantera y trasera de la bomba para comprimir la cara final del engranaje bajo la acción de la presión hidráulica, con el fin de reducir la fuga a través de la cara final en la bomba y lograr el propósito de aumentar la presión. El manguito de eje flotante se puede reemplazar en cualquier momento después del desgaste.

El principio de compensación automática del juego axial se muestra en la Figura F. Los dos engranajes en engranaje están soportados por rodamientos deslizantes o rodamientos de rodillos en las mangas del eje delantero y trasero 4 y 2, que pueden flotar axialmente en la carcasa 1. El aceite a presión se conduce desde la cámara de aceite a presión hasta el extremo exterior de la manga del eje y actúa sobre el área A1 con una forma y tamaño determinados. La fuerza resultante de la presión hidráulica es F1 = a1pg, que presiona la manga del eje contra la cara final del engranaje, y su tamaño es proporcional a la presión de trabajo de salida PG de la bomba.

La presión hidráulica en la cara final del engranaje actúa sobre la cara final interna de la funda del eje, formando un empuje inverso en el área equivalente A2, que también es proporcional a la presión de trabajo, es decir, FF = a2pm (PM es la presión media que actúa sobre A2).

Cuando se inicia la bomba, la funda del eje flotante está cerca de la cara final del engranaje bajo la acción del elemento elástico (anillo de sellado de goma o resorte) para garantizar el sellado.

Para garantizar que la funda del eje pueda adherirse automáticamente a la cara final del engranaje bajo diversas presiones de trabajo y compensar automáticamente después del desgaste, la fuerza de presión FY (= ft) debe ajustarse +F1) es mayor que el empuje inverso FF, pero no se permite que FY sea mucho mayor que FF. La relación de la fuerza de presión al empuje inverso FY / FF depende del valor [PV] del material de la funda del eje y del engranaje y de la eficiencia mecánica, es decir, para reducir la pérdida por fricción, el valor de la fuerza de presión restante (FY FF) no debe ser demasiado grande, para asegurar que se pueda formar una película de aceite adecuada entre la funda del eje y el engranaje, lo que ayuda a mejorar la eficiencia volumétrica y la eficiencia mecánica. General

Fy/Ff=1.0～1.2                         (2-1)

Además, es necesario asegurar que las líneas de acción de la fuerza de presión y el empuje inverso coincidan; de lo contrario, se producirá un par, lo que hará que el manguito del eje se incline y aumente la fuga.

c. El problema de la fuerza radial y sus contramedidas cuando la bomba de engranajes está en funcionamiento, la fuerza radial F que actúa sobre el cojinete de la bomba de engranajes se compone de la fuerza radial FP generada por la presión del líquido a lo largo de la circunferencia del engranaje y la fuerza radial ft generada por el engranaje en engranaje, como se muestra en la Figura G.

Cuando la bomba de engranajes funciona, en el juego radial entre el engranaje y el orificio interno de la carcasa, la distribución de presión del líquido desde la cámara de succión de aceite hasta la cámara de presión de aceite aumenta gradualmente paso a paso, y la curva de distribución aproximada de la presión del líquido se muestra en la Fig. G. La fuerza radial FP producida por la presión del líquido en el engranaje motriz y el engranaje conducido es exactamente la misma, y su dirección es vertical y hacia abajo hacia la cámara de succión de aceite. La fuerza radial ft generada por el engranaje de engranaje en el engranaje motriz y el engranaje conducido es aproximadamente igual, pero la dirección es diferente. Según la fuerza radial FP generada por la presión del líquido alrededor del engranaje y la fuerza radial ft generada por el engranaje de engranaje, se puede obtener la fórmula de cálculo aproximada de la fuerza resultante F1 de la fuerza radial en el engranaje motriz y la fuerza resultante F2 de la fuerza radial en el engranaje conducido.

F1=0.75△pBDe                           (2-2)

F2=0.85△pBDe                           (2-3)

Donde △ P -- diferencia de presión entre la entrada y la salida de la bomba de engranajes;

B -- ancho del diente del engranaje;

De -- diámetro del círculo de adición del engranaje.

Obviamente, la fuerza resultante F2 del engranaje impulsado es mayor que la F1 del engranaje motriz. Por lo tanto, cuando las especificaciones de los rodamientos en la rueda motriz y la rueda impulsada son las mismas, los rodamientos en la rueda impulsada se desgastan más rápido. Para hacer que la vida útil de los dos rodamientos sea igual o cercana, el puerto de aceite a presión puede ser desplazado hacia el lado con menor fuerza radial, de modo que F2 ~ F1.

Debido a que la fuerza radial es una fuerza desequilibrada, y cuanto mayor es la presión de trabajo, mayor es la fuerza radial desequilibrada. Cuando es grave, el eje del engranaje se deformará, y el lado del puerto de succión de aceite de la carcasa será rayado por los dientes del engranaje. Al mismo tiempo, el desgaste del rodamiento se acelerará, y la vida útil de la bomba se reducirá. Hay dos formas comunes de reducir la fuerza de desequilibrio radial.

Método 1: selección razonable del módulo de engranaje m y del ancho de diente b (B / M = 6-10 para bomba de engranaje de baja presión y B / M = 3-6 para bomba de engranaje de media y alta presión) puede reducir la fuerza radial sin reducir la eficiencia volumétrica.

Método 2: cambiar la distribución de presión a lo largo de la circunferencia, como reducir el tamaño del puerto de aceite a presión de la bomba, de modo que el aceite a presión solo actúe sobre un diente a dos dientes, o establecer una ranura de aceite (ranura de equilibrio) en la placa de cubierta o alrededor del manguito del eje para reducir la fuerza radial. Como se muestra en la Fig. h, las ranuras de equilibrio 1 y 2 en la placa de cubierta están conectadas con la cámara de baja presión y la cámara de alta presión respectivamente para generar una fuerza radial hidráulica correspondiente a la cámara de succión de aceite y la cámara de presión de aceite para equilibrar la fuerza radial.

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