Винтовые машины чаще всего применяют в качестве насосов. Наиболее распространены трехвинтовые насосы с двухзаходными винтами (рис. 3.53). Насос имеет ведущий 1 и два ведомых 3 винта, вращающихся, как в подшипнике, в обойме 4. Рис. 3.53. Трехвинтовой насос с циклоидальным герметичным зацеплением
Винты образованы тремя двузубыми шестернями с циклоидальным зацеплением, имеющими начальные окружности диаметром dH. Боковые поверхности зубьев образованы циклоидами, а периферийные — цилиндрами, скользящими по поверхности обоймы 4. Находясь в зацеплении, винты образуют изолированные камеры (видимая часть границы одной из камер заштрихована и обозначена абвгдежзика). Теоретически камеры полностью отделены одна от другой. Однако на некоторых участках границы камер, в местах сопряжения боковых поверхностей зубьев, разделение осуществляется не протяженными щелями, а линиями касания. Поэтому для создания машин с малыми утечками точность изготовления винтов должна быть высокой. При вращении винтов камеры перемещаются поступательно. В начале рабочего цикла каждая из них соединяется с областью подвода жидкости (рг), а в конце — с областью отвода (рг), куда перенесенная жидкость вытесняется боковыми поверхностями 7 винтов. Подача винтовой машины определяется свободной площадью S между обоймой н телом винтов и шагом винтов t: QH = V0n = S tn. (3.67) Соотношения размеров профилей винтов установлены теорией циклоидального зацепления: D2 — 5dH/3; d2 = da\ d= dj3; t = l(WH/3 (иногда t = 5rfH/3). При этом S = 1,24 307d^. Утечки в винтовых гидромашинах бывают только внутренние. Они происходят вдоль винтов зацепления и через упорные подшипники 6 винтов. При создании машин для высоких давлений, малых утечек достигают путем удлинения винтов. В обойме таких машин располагают последовательно 10—15 камер. Благодаря незначительным перепадам давления между двумя соседними камерами утечки будут малы, несмотря на указанное несовершенство уплотнений кромками. Такие машины нормально работают при рп » 25 МПа. Для работы при рн = 1,5 + 2 МПа достаточной является длина обоймы (1,2 - 1,5) t. При этом объемный КПД достигает у насосов высокого давления 0,7—0,8, а у насосов низкого давления 0,95—0,9. К преимуществам винтовых гидромашин относится то, что зацепление ведущего и ведомого винтов в них не является силовым. Силы давления жидкости со стороны области р2 на боковые поверхности зубьев ведомых винтов стремятся вращать их в том же направлении, что и ведущий винт. Это сохраняет контактные кромки, и следовательно, увеличивает срок службы машины. Осевые силы, стремящиеся сместить винты в область plt уравновешивают гидростатически, подводя через внутренние сверления 2 под торцы винтов в жидкость иод высоким давлением. Радиальные силы, отталкивающие ведомые винты от ведущего, воспринимаются обоймой. Следовательно, механические потери сводятся к трению винтов об обойму, трению в зацеплении и в подшипниках. Сказанное позволяет заключить, что затраты мощности на трение в винтовых гидромашинах существенны. По механическому КПД (т|м х 0,9 - 0,8) эти машины уступают, например, поршневым. Другим их недостатком является невозможность создания конструкций с переменным объемом F0, т. е. с регулируемой подачей. Благодаря широкому удобному подводу, обеспечивающему доступ жидкости к входу в винты с минимальными потерями, насосы обладают хорошей всасывающей способностью. По экспериментальным данным, насосы обеспечивают полную подачу жидкости при абсолютном давлении 0,06—0,07 МПа в камере 5, если осевая скорость движения жидкости va с камерами винтов не превышает 5—5,5 м/с. Поскольку va связана с подачей и частотой вращения уравнением (3.67), получим Используя приведенное нормативное значение va и размеров винтов, по уравнению (3.68) можно определить предельную допустимую частоту вращения при работе в режиме самовсасывания. Преимуществами винтовых машин являются малая неравномерность подачи, отсутствие пульсаций давления в запертых объемах и, следовательно, бесшумность работы. Это объясняется тем, что несмотря на дискретный характер переноса жидкости, благодаря разделению камер линиями контакта, а не протяженными щелями, вытеснение жидкости в область давления р2 производится непрерывно. Перечисленные преимущества, малые утечки и компактность, делают винтовые насосы с циклоидальным зацеплением, предпочтительным для случаев применения, когда не регулируемость, а равномерность и бесшумность подачи является решающим условием выбора. Наряду с описанными имеют распространение винтовые машины с другими менее совершенными, но более простыми в изготовлении профилями винтов. В них теоретически невозможно получить последовательную цепочку разделенных камер, поэтому при их работе существуют обязательные утечки, которые стремятся снизить, применяя большие числа витков, образующих зацепление. Как правило, такие машины применяют для малых давлений (рн < 2 МПа) в системах подачи смазывающих материалов.
