Lekce 1: Axiální pístový hydrogenerátor
Tato lekce popisuje konstrukci axiálního pístového hydrogenerátoru.
Kapitola 1: Princip funkce stroje a jeho použití
Pístový axiální hydromotor (hydrogenerátor)
Pístové generátory se vyrábějí v provedení s nakloněnou deskou nebo s nakloněným blokem. V prvém případě je konstrukce i výroba stroje jednodušší, ale písty musí být přitláčeny k desce. V provedení s nakloněným blokem jsou písty s unášecí deskou pevně spojeny pomocí ojnic, většinou pomocí kulových čepů. Toto provedení je podstatně složitější. Výhodou je ale samonasávací schopnost.
Obrázek: Axiální hydromotor
Písty jsou uloženy v bloku válců, který je vůči ose desky skloněn o určitý úhel. Velikost úhlu ovlivňuje zdvih pístů a tím i čerpané množství. U generátorů s konstantním úhlem nastavení může hodnota dosahovat až 45°. Regulační axiální pístové generátory se obvykle konstruují s možnosti sklonu desky v rozsahu ± 25°.
Pracovní tlaky se používají do 40 MPa, průtočná množství do 0,050 m3/s, otáčky až 200 s-1. Úhel sklonu maximálně do 25°. Z obrázku je zřejmé, že úhel sklonu desky může být podstatně větší.
Rychlost pohybu pístu v axiálním směru se během otáčení mění a tím se mění i hodnota dodávaného množství jedním pístem. Vzhledem k tomu, že celkové dodávané množství je dáno součtem všech dílčích množství od jednotlivých pístů, je zřejmé, že tato hodnota pulzuje. Výpočtem je možno dokázat, že při lichém počtu pístů jsou pulsace nižší, než u sudého počtu válců.
Čerpaný objem axiálního pístového generátoru je možno určit následovně:
Obrázek: Odvození čerpaného objemu axiálního pístového generátoru
Velikost zdvihuL závisí na průměru kružnice D a na úhlu sklonu desky. Dále zde vystupuje hodnota počtu otáček f a také celková účinnost
.
.Z nákresu je také zřejmé, že počet válců i, průměr D a průměr pístu d, je svázán.
Musí totiž platit:
kde t je délka oblouku mezi průměry d na roztečném průměru D.
Kapitola 2: Popis základních částí stroje
Obrázek: Řez axiálním pístovým hydrogenerátorem
Obrázek: Vnitřní část ložiska
Zde je znázorněna ventilová deska. Je to kotouč, který je pevně spojen s blokem válců. Jsou v ní otvory, které leží v ose jednotlivých válců. Při pohybu pístů těmito otvory proudí pracovní kapalina. Tato deska klouže po rozvaděči, jehož uspořádání je zřejmé z dalšího obrázku. Srpovité otvory propojují ventily buď se sacím či výtlačným traktem.
Obrázek: Ventilová deska
Obrázek: Základní sestava hydrogenerátoru
Obrázek: Písty přitlačované pružinami
Tato sestava bude umístěna do tělesa, jehož poloviční řez je na následujícím obrázku. V řezu je velmi dobře patrný systém sacího a výtlačného traktu.
Obrázek: Poloviční řez tělesem hydrogenerátoru
Obrázek: Celková sestava hydrogenerátoru
Kapitola 3: Návrh základních rozměrů pracovních částí
Při dalších výpočtech budeme vycházet z možnosti, že toto zařízení může pracovat jako hydromotor či jako hydrogenerátor.
Zařízení pracuje jako hydromotor:
Na základě tohoto vztahu můžeme stanovit výkon zařízení. Je třeba si uvědomit, že čím bude větší objemový průtok, tím budou větší otáčky.
Platí totiž vztah:
Při volbě rozměrů je třeba pečlivě volit jak hodnoty velikosti vstupních parametrů, tak i geometrické vztahy jednotlivých součástí.
Uvádíme postup výpočtu základních rozměrů v programu EXCEL.
V první tabulce je návod programování buněk, v následující tabulce je kontrolní výpočet po dosazení vhodných čísel.
Program výpočtu:
Výpočet:
Kapitola 4: Cvičení
- Vypracujte pomocí programu Microsoft Excel výpočet pro návrh základních rozměrů pracovních částí zaxiálního pístového hydromotoru (viz kapitola návrh základních rozměrů pracovních částí). Zadání: dle vyučujícího
- Vymodelujte v Inventoru 3D model (sestavu) axiálního pístového hydromorotu dle parametrů zadání a vypracujte výkres setavení.
Kapitola 5: Kontrolní otázky
- K jakým účelům se používají axiální hydromotory (hydrogenerátory)?
- Jaký význam má počet pístů pro chod hydrogenerátoru, resp. hydromotoru?
- Jakým způsobem lze regulovat chod axiálního pístového hydromotoru (hydrogenerátoru)?
Kapitola 6: Autotest
- Pro jaké tlaky jsou zpravidla axiální pístové hydromotory konstruovány?
- Jaký maximální úhel může svírat blok válců vůči ose desky u axiálního pístového hydromotoru?
- Jaký množství válců je vhodné pro nižší pulsace u axiálního pístového hydromotoru?
- Má provedení s nakloněným blokem samonasávací schopnost?
- Jakým způsobem se ovládají regulační axiální pístové generátory?
Lekce 2: Radiální pístový hydromotor
Lekce popisuje problematiku týkající se konstrukce radiálního pístového hydromotoru.
Kapitola 1: Princip funkce stroje a jeho použití
Základní vlastnosti radiálních pístových hydrogenerátorů
Radiální pístové hydrogenerátory (HG) byly kdysi nejrozšířenějšími pístovými hydrogenerátory, neboť umožňovaly pracovat s vysokými pracovními tlaky. Po částečném opadnutí zájmu o tyto hydrogenerátory se v posledních letech objevují zmodernizované konstrukce.
Radiální pístové hydrogenerátory mají písty uspořádány kolmo k ose otáčení nebo nakloněné o úhel větší než 45°. Jsou díky používanému hnacímu médiu dokonale mazány.
Základní koncepce použití:
1. s písty vedenými v rotoru,
2. s písty vedenými ve statoru.
Radiální pístové HG s písty vedenými v rotoru
Rotor uložený výstředně vůči tělesu se otáčí na pevném čepu, ve kterém jsou vytvořeny otvory pro přívod kapaliny k válcům i pro odvod tlakové kapaliny. Rozvod kapaliny je nucený tj. šoupátkový.
Pro lichý počet pístů je nerovnoměrnost průtoku podstatně nižší než pro sudý počet, proto se pístové hydrogenerátory většinou navrhují s lichým počtem pístů. Z toho pochopitelně plyne i nerovnoměrnost celkového kroutícího momentu.
Pro představu je uveden průběh nerovnoměrnosti pro malý počet pracovních válců (obr. vlevo) a pro větší počet pracovních válců (obr. vpravo)
Obrázek: Průběh nerovnoměrnosti kroutícího momentu v závislosti na počtu válců
Hydrogenerátory s písty vedenými v rotoru mají zpravidla možnost měnit excentricitu rotoru vůči statoru, což umožňuje plynule za provozu regulovat průtok od maximální hodnoty do nuly s případnou reverzací průtoku.
Radiální pístové HG s písty vedenými ve statoru
Písty se pohybují ve válcích, které jsou buď součástí tělesa – statoru nebo jsou k tělesu pevně připojeny. Svými spodními konci se písty opírají o výstředník zpravidla přes hydrostaticky odlehčená kluzná uložení. Otáčením výstředníku spojeného s hnacím hřídelem jsou písty uváděny do přímočarého vratného pohybu. Rozvod kapaliny je samočinný pomocí ventilů v každém válci.
Počet pístů bývá 3, 5 nebo 7. Pro zlepšení rovnoměrnosti proudu kapaliny lze použít dvě řady pístů, vzájemně pootočené o polovinu rozteče.
Radiální pístové hydrogenerátory se vyrábějí od malých velikostí s geometrickým objemem 10.10-6m3, pracujících s maximálními tlaky 30 až 40 MPa, až do velikosti s geometrickým objemem 300.10-6 m3 (zřídka až 500.10-6 m3) pro maximální tlak 20 až 25 MPa.
Základní vlastnosti radiálních pístových HM
Stejně jako radiální hydrogenerátory jsou i radiální pístové hydromotory dvou základních konstrukcí, a to s písty vedenými ve statoru a s písty vedenými v rotoru. Radiální hydromotory dosáhly dnes podstatně většího rozšíření než radiální hydrogenerátory. Téměř výhradně jsou konstruovány pro nízké až střední otáčky a při možnosti jejich práce při tlacích až 40 MPa zajišťují vysoký krouticí moment, který je s výhodou využíván k přímému pohonu stroje bez vložené mechanické převodovky. Oba uvedené typy radiálních hydromotorů se s výhodou používají tam, kde je lze vestavět přímo do hnaného zařízení a ve výbušném prostředí. Nejznámější aplikace tohoto druhu jsou pohony navíjecích bubnů jeřábů a pohony pojezdových kol mobilních strojů. Pro dosažení zvlášť velkých točivých momentů se pomaloběžné hydromotory kombinují s planetovým převodem, navíc často i s brzdou, která zajišťuje klidovou polohu hydromotoru. Tyto HM jsou kvalitně mazány již hnacím médiem.
Radiální hydromotory se vyrábějí pro jmenovité tlaky až 32 MPa, maximální tlaky do 40 MPa, otáčky od 0,1 do 10 1/s. Jejich moment záběru je 90 až 98 % maximálního momentu.
Radiální pístové HM s písty vedenými ve statoru
Síla z pístů od tlaku kapaliny se přenáší na výstředník vytvořený na výstupním hřídeli hydromotoru. Přenos síly od pístu ke středu excentru je zajištěn prostřednictvím ojnice, tyto pohony pístů se liší podle výrobce.
Počet pístů bývá 5 až 7, pro zvýšení krouticího momentu mohou být písty uspořádány ve dvou řadách, vzájemně pootočených o polovinu rozteče pístů.
Rozvod je válcovým nebo plochým šoupátkem. Protože geometrický objem je tvořen zdvihem pístů sledujících kruhovou dráhu, nazývají se hydromotory tohoto typu jednokřivkové.
Radiální pístové HM s písty vedenými v rotoru
Tyto radiální pístové hydromotory mají křivkovou dráhu pro písty, která umožňuje několika násobný zdvih každého pístu během jedné otáčky, proto se hydromotory tohoto typu nazývají též vícekřivkové.
Rozvod kapaliny k vnitřní straně pístu je opět válcovým nebo plochým šoupátkem.
Síla tlakové kapaliny, působící na píst, se přenáší na oběžnou dráhu prostřednictvím kladky.
Obrázek: Znázornění kladky
Rozkladem této síly vzniká normálová složka, která se zachytí povrchem oběžné dráhy a složka tečná, která na odpovídajícím poloměru k ose hydromotoru vytváří dílčí točivý moment. Součet těchto dílčích točivých momentů dává výsledný moment motoru.
Moderní konstrukce mají sudý počet pístů, radiální síly jsou tedy vyrovnány. Vhodnou volbou tvaru oběžné dráhy lze dosáhnout dokonalé rovnoměrnosti otáčení.
Obrázek: Uspořádání se sudým počtem pístů
Uspořádání se sudým počtem pístů však způsobuje větší nerovnoměrnost výkonu.
Na dalším obrázku je řez hydromotorem, z kterého je zřejmé uspořádání šoupátka pro ovládání přívodu a odvodu pracovního media do prostoru válců. Červeně je vyznačeno přiváděné (tlakové) medium, modře odváděné medium a žlutě jsou znázorněny odvody průsaků pracovního media.
Obrázek: Řez hydromotorem
Princip funkce
Tyto radiální pístové hydromotory mají křivkovou dráhu pro písty, která umožňuje několikanásobný zdvih každého pístu během jedné otáčky.
Kapalina je vedena pod tlakem (1) rozvodovým ústrojím (2) a vtokovým ventilem (3), vtéká do prostoru pod pístem (5), tento píst (4) se vlivem tlaku kapaliny posouvá. Síla tlakové kapaliny působící na píst se přenáší na oběžnou dráhu (8) prostřednictvím kladky (7) - píst sjíždí po křivce směrem dolů. Rozkladem této síly vzniká složka normálová (zachytí se povrchem oběžné dráhy) a složka tečná (na odpovídajícím poloměru k ose hydromotoru vytváří dílčí točivý moment). Součet těchto dílčích točivých momentů dává výsledný moment motoru. Jak rotor dále pokračuje v pohybu, píst je stlačován křivkou na oběžné dráze opačným směrem (po křivce směrem nahoru) a vytlačuje tak kapalinu přes odtokový ventil rozvodovým ústrojím ven.
Obrázek: Schéma principu funkce radiálního pístového hydromotoru
Obrázek: Rozklad tlakové síly kapaliny
Kapitola 2: Popis základních částí stroje
Obrázek: Radiální pístový hydromotor (RPH) 
Obrázek: RPH - poloviční řez
Obrázek: RPH - tříčtvrtinový řez
Obrázek: RPH - rozvodové ústrojí
Kapitola 3: Návrh základních rozměrů pracovních částí
Stanovení objemu pracovního válce hydromotoru
Některé hydromotory s písty vedenými v rotoru umožňují výměnou rozvodového ústrojí měnit jejich objem. Docílíme toho změnou počtu vtokových ventilů na rozvodu. Snížením počtu vtokových ventilů se tak objem sníží. Výsledkem jsou potom vyšší otáčky rotoru a menší krouticí moment. U návrhu hydromotoru je zvolen klasický počet vtokových ventilů 1:1 - pro 8 pístů 6 ventilů na rozvodu (6 proto, že to je počet zdvihů, křivek pro 8 pístů) s tím, že rozvod je vyměnitelný.
Příklad změny objemu – vlevo je ve vtokovém ústrojí pro 10 pístů 8 vtokových ventilů, vpravo pak je počet těchto vtokových ventilů snížen o polovinu – 1:2, díky tomu otáčky vzrostou na 200% a kroutící moment klesne o polovinu (červená barva značí přívod, vtokové ventily a modrá barva odvod, odtokové ventily).
Obrázek: Rozvodové ústrojí
Zapojení hydromotoru
Radiální pístové hydromotory jsou napojeny na přívod a odvod pracovního média. Dále potom musejí mít zajištěn odvod pracovního média, které uniklo netěsnostmi do prostor motoru a současně tak zajišťuje mazání motoru.
Výpočet objemového průtoku
Qv (m3/s) = (
.d2 / 4).e.n.i.f,
.d2 / 4).e.n.i.f, Kde
d je průměr pístu (m),
e - zdvih (m),
n – počet křivek,
i – počet pístů,
f - je počet otáček (1/s).
Potom
Qv = 0,00855 m3/s
Výpočet výkonu a kroutícího momentu
P (W) = Qv . p
P = 179,45 kW
Mk (Nm) = P / 2. 
.f
.fMk = 20160 Nm
Z kroutícího momentu se dále určí výstupní průměr hřídele a jeho kontrola - viz. výpočty v tabulkovém procesoru EXCEL.
Určení síly Fc (N) namáhající rotor
Tato síla je teoretická - když by byly pouze 2 písty (vedle sebe) pod tlakem a tedy Fc by působila jen z jedné strany a nebyla by vyrovnána druhou Fc působící opačně. Použitých 45° ve vzorcích je úhel mezi písty.
F (N) = ( 
.d2)/4 . p, kde d je průměr pístu (mm) a p je tlak (MPa).
.d2)/4 . p, kde d je průměr pístu (mm) a p je tlak (MPa).F = 105557 N
Fax (N)= F . sin 45 = 74640 N
Fc (N) = √((F.cos 45)2 + Fax2)
Fc = 195044 N
Kde F je zatěžující síla (N), Fax – axiální síla (N) a Fc je celková zatěžující síla (N). Z této síly můžeme dále zkontrolovat rotor na pevnost (například pomocí pevnostní analýzy v programu Inventor) a zvolit předběžně ložiska.
V dalším textu je uveden postup výpočtu v programu EXCEL.
Výpočet:
Obrázek: Zadání
Obrázek: Výpočet - 1. část
Obrázek: Výpočet - 2. část
Kapitola 4: Cvičení
- Vypracujte pomocí programu Microsoft Excel výpočet pro návrh základních rozměrů pracovních částí radiálního pístového hydromotoru (viz kapitola návrh základních rozměrů pracovních částí). Zadání: průměr pístu d (mm) = 85, otáčky f (1/s) = 1,38, zdvih e (mm) = 22, počet pístů i = 8, tlak p (MPa) = 24, rozpětí mezi ložisky l (mm) = 275, vzdálenost ložiska od rotoru a (mm) = 75,5, n křivek = 6, materiál hřídele: slitinová ocel,
DK (MPa) = 285, poloměr rotoru R1(mm) = 246. - Vymodelujte v Inventoru 3D model pístu (dle zadání) a vytvořte z něj výrobní výkres.
Kapitola 5: Kontrolní otázky
- Jak dělíme konstrukce hydrogenerátorů z hlediska vedení pístů?
- Jaký význam má počet pístů pro chod hydrogenerátotu, resp. hydromotoru?
- Z jakých důvodů se využívají hydromotory pro pohon vojenské pásové techniky?
- S jakými tlaky (řádově) pracují radiální pístové hyromotory?
Kapitola 6: Autotest
- Jaké parametry jsou charakteristické pro radiální pístové hydromotory?
- Čím zlepšíme nerovnoměrnost kroutícího momentu u HG?
- Obvyklý počet pístů u radiálních pístových HM s písty vedenými ve statoru bývá...
- Jakých tlaků mohou dosahovat radiální pístové HM?
- Jakých otáček nejčastěji dosahují radiální pístové HM?
Lekce 3: Lamelový hydromotor
Lekce popisuje problematiku týkající se konstrukce lamelového hydromotoru.
Kapitola 1: Princip funkce stroje a jeho použití
Lamelové hydromotory
Lamelové hydromotory (nebo i lamelové hydrogenerátory) lze nalézt jako součást různých hydraulických zařízení v řadě odvětví. Jejich jednoduchá konstrukce jim zaručuje použitelnost nejen v průmyslu, ale i v dolech, dopravě, zemědělství atd.
Rotační lamelové hydromotory jsou vhodné pro tlaky do 2 MPa, a průtoky do 0,05 m3/s. Pro vyšší tlaky je vhodnější použít koncepci tzv. vyváženého lamelového hydromotoru. Potom je možno použít tlaky do 15 MPa. Vzhledem k tomu, že jejich části nekonají vratný pohyb, mohou mít vysoké otáčky a tím i malé rozměry. Nemají sací a většinou ani výtlačné ventily.Chlazení může být buď vodní nebo vzduchové. Regulace je buď změnou otáček, vypínáním nebo obtokem.
Obrázek: Lamelový (listový) hydromotor
Rotační lamelové hydromotory jsou tvořeny válcovým statorem, ve kterém se otáčí excentricky umístěný rotor. Rotor je opatřen štěrbinami, ve kterých se pohybují zasunovatelné destičky - lamely. Při otáčení rotoru na lamely působí odstředivé síly a vysunutí lamel je omezena jejich vzdáleností od stěny statoru. Tím dochází ke vzniku prostorů, jejichž objem (Vk) se při otáčení rotoru plynule mění. Nasátá kapalina je plynule nasávaná pomocí drážky, která propojuje komůrky se sáním a umožňuje doplňovat kapalinu do jejich prostoru. Vzhledem k tomu, že v druhé polovině statoru je umístěna také drážka, která propojuje vnitřní prostor komůrky s výtlakem, a tím dochází plynule k vytláčení kapaliny do výtlaku. Toto je nutné, aby nedošlo vzhledem k nestlačitelnosti pracovní kapaliny k poruše stroje. Styčné plochy statoru a lamel jsou od sebe odděleny olejovým filmem, který zamezuje tření jednotlivých dílů agregátu o sebe a tím i jejich opotřebení.
Po spojení pracovní komůrky se sacím hrdlem dochází k nasávání kapaliny zvětšováním objemu komůrky při otáčením rotoru. V druhé fázi dochází ke zmenšování objemu komůrky a tím k postupnému vytláčení kapaliny do výtlaku.
Průtočné množství pracovní kapaliny můžeme určit následovně:
Kapitola 2: Popis základních částí stroje
Obrázek: Celkový pohled na sestavený hydromotor
Obrázek: Rotorová část
Uspořádání statoru, které umožňuje plnění či vyprazdňování komůrky vytvořené mezi statorem a rotorem je zřejmé z následujícího obrázku. Zde je vidět drážku, která toto umožňuje.
Obrázek: Stator včetně drážek
Detailní provedení drážky je zřejmé z následujících obrázků. Obě drážky jsou tvarově shodné, zrcadlově umístěné vůči sobě.
Obrázek: Detail sací drážky
Obrázek: Detail výtlačné drážky
Kapitola 3: Návrh základních rozměrů pracovních částí
Při výpočtu radiální síly postačí orientační výpočet, který vychází z celkové plochy radiálního průřezu (průměru statoru a jeho délky) a rozdílu výtlačného a sacího tlaku.
Tato radiální síla působí na hřídel a na základě délkových rozměrů hřídele umožní návrh ložisek a kontrolu jejich únosnosti.
Pro pevnostní výpočet je možno použít buď zatížení spojitým namáháním (tak je lopatka zatěžována ve skutečnosti) nebo zjednodušit zatížení buď dvojicí sil, či použít jen osamělou sílu.
Obrázek: Namáhání lopatky (spojité)
Obrázek: Namáhání lopatky (dvojice sil)
Obrázek: Namáhání lopatky (osamělá síla)
Po stanovení předběžné tloušťky lopatky lze tedy vycházet z nejjednodušší rovnice:
Po vymodelování lamelového hydromotoru lze použít pro výpočty příslušný výpočetní aparát v programu AutoCAD Inventor včetně pevnostní analýzy.
Při stanovení základních parametrů hydromotoru postupujeme následovně. Vyjdeme z požadovaného výkonu, otáček a výtlačného tlaku.
Pochopitelně je nutno rozměry stanovit tak, aby byly reálné. Hlavně se toto týká poloměru statoru, resp. rotoru - tudíž excentricity. Jako nejvhodnější se jeví postupný návrh, včetně průměru hřídele. Z následujícího obrázku je zřejmé, že je nutno volit jednotlivé rozměry tak, aby vyhovovaly geometrii stroje.
Obrázek: Schéma lamelového hydromotoru
Kapitola 4: Cvičení
- Vypracujte pomocí programu Microsoft Excel výpočet pro návrh základních rozměrů pracovních částí lamelového hydromotoru (viz kapitola návrh základních rozměrů pracovních částí). Zadání: dle vyučujícího
- Vymodelujte v Inventoru 3D model statoru (dle zadání) a vytvořte z něj výrobní výkres.
Kapitola 5: Kontrolní otázky
- Co je výhodou lamelového hydromotoru oproti ostatním hydromotorům?
- Jakými způsoby lze regulovat lamelový hydromotor?
- Jaký význam mají v tomto stroji "lamely"?
- Jaký je rozdíl v provedení statoru u lamelového hydromotoru a lamelového kompresoru?
Kapitola 6: Autotest
- Pro jaké tlaky jsou zpravidla lamelové hydromotory konstruovány?
- Kolik drážek v sobě obsahuje stator lamelového HM?
- Jak jinak lze nazvat lamely u lamelového hydromotoru?
- Čím jsou ovládány lamely?
- K čemu dochází při spojení pracovní komůrky se sacím hrdlem (při běžné činnosti stroje)?
Lekce 4: Zubový hydromotor
Tato lekce popisuje konstrukci zubového čerpadla.
Kapitola 1: Princip funkce stroje a jeho použití
Rotační zubová čerpadla patří k nejrozšířenějším čerpadlům s konstantním průtokem. Jsou konstrukčně i technologicky nejjednodušší, provozně spolehlivá a nejsou náročná na údržbu.
Zubové čerpadlo se skládá z páru ozubených kol, která jsou v záběru. Kola jsou uložena s malou vůlí v tělese. Jedno z kol je spojeno s hnacím motorem a druhé je unášeno. Čerpaný olej je unášen po obvodě v zubových mezerách. Zpětnému pronikání oleje do sacího potrubí brání záběr zubů ozubených kol. Protože během otáčení zubové mezery se olej stlačuje vlivem pronikání tlaku spárou, a tím dochází ke vzniku výsledné síly, která zatěžuje ložiska a pohon čerpadla. Proto bývají na vnitřních plochách čelních vík umístěny drážky, kterými se odvádí olej, který se dostane do mezery mezi stěnou čerpadla a kolem.
Obrázek: Princip zubového čerpadla
Pro větší průtočná množství (0,02 m3/s a více), se spojují čerpadla vedle sebe, například se třemi ozubenými koly.
Rovnoměrnost dodávaného množství je ovlivněna počtem zubů. Čím je více zubů, tím je průtok rovnoměrnější. Proto je doporučeno volit minimální počet zubů 20. Na parametry zubového čerpadla má vliv také viskozita pracovní kapaliny. Pracovní kapaliny s větší viskozitou mají sice větší třecí ztráty, ale nedochází u nich k tak masivnímu průniku pracovní kapaliny do spár.
V současné době se pracovní tlaky používané u zubových čerpadel pohybují do 16 až 20 MPa.
Používaná průtočná množství do 0,02 m3/s.
Zubová čerpadla mají široký rozsah použití, a to nejen u obráběcích strojů, dále v automobilovém průmyslu u spalovacích motorů nebo v hydraulických okruzích, v leteckém průmyslu či potravinářském průmyslu.
Kapitola 2: Popis základních částí stroje
Obrázek: Sestava zubového čerpadla
Obrázek: Průhledná skříň čerpadla
Obrázek: Poloviční řez čerpadlem
Kapitola 3: Návrh základních rozměrů pracovních částí
Pro výpočet dodávaného množství lze použít následující vzorec. Tak je možno stanovit základní parametry navrhovaného stroje.
Pro stanovení radiální sily vyjdeme z představy, že na ozubené kolo působí z jedné strany plný pracovní tlak, který tlačí na celý průřez kola. Potom obdržíme
Tato radiální síla působí na kolo a tím i na hřídel. Z hlediska správné funkce stroje je třeba zajistit dostatečnou tuhost hřídele, aby průhyb byl minimální. Dále vstupní hřídel je namáhán i na krut. Proto u této hřídele budeme hřídel kontrolovat na složené namáhání krut-ohyb.
Výpočet průhybu platí, pokud je radiální síla umístěna souměrně mezi ložisky, tedy l/2. Pro jiný případ je nutno použít příslušný vzorec z literatury. Je ale možné tento vzorec použít pro prvotní návrh dimenzí stroje.
Dále je nutno kontrolovat hnací hřídel - na krut a na složené namáhání (krut+ohyb).
Dále je proveden návrh rozměrů zubového čerpadla z požadovaného výkonu. Je zřejmé, že je možno volit různé vstupní hodnoty s ohledem na optimální výsledné rozměry celku.
Program výpočtu:
Výpočet:
Kapitola 4: Cvičení
- Vypracujte pomocí programu Microsoft Excel výpočet pro návrh základních rozměrů pracovních částí zubového hydromotoru (viz kapitola návrh základních rozměrů pracovních částí). Zadání: dle vyučujícího
- Vymodelujte v Inventoru 3D model (sestavu) zubového hydromorotu dle parametrů zadání a vypracujte kompletní výkresovou dokumentaci.
Kapitola 5: Kontrolní otázky
- Vyjmenujte výhody zubového čerpadla oproti ostatních čerpadlům.
- Jakým způsobem lze regulovat zubové čerpadlo?
- Proč je důležité mít u zubového čerpadla stanovený minimální počet zubů?
Kapitola 6: Autotest
- Jaký je doporučený minimální počet zubů u zubového čerpadla?
- Jakých max. pracovních tlaků se dosahuje u zubových čerpadel?
- Jakou úpravu najdeme na vnitřních plochách čelních vík (pro odvod oleje, který se dostane do mezery mezi stěnou čerpadla a kolem)?
- Jakým způsobem je namáhán vstupní hřídel?
- Co způsobuje vyšší viskozita pracovní kapaliny u zubového čerpadla?
Lekce 5: Literatura
- FOŘT, P., KLETEČKA, J. Autodesk Inventor: funkční navrhování v průmyslové praxi. 2. vyd. Brno: Computer Press, 2007. 318 s. ISBN 978-80-251-1773-6.
- KŘÍŽ, R. Stavba a provoz strojů I : části strojů - pro 2. roč. SPŠ. Část 1. 1. vyd. Praha: Scientia, 1995. 92 s. ISBN 80-7183-023-2.
- KŘÍŽ, R. Stavba a provoz strojů I : části strojů - pro 2. roč. SPŠ. Část 2. 1. vyd. Praha: Scientia, 1996. 81 s. ISBN 80-7183-038-0.
- KŘÍŽ, R. Stavba a provoz strojů I : části strojů - pro 2. roč. SPŠ. Část 3. 1. vyd. Praha: Scientia, 1997. 77 s. ISBN 80-7183-039-9.
- KŘÍŽ, R. Stavba a provoz strojů I : části strojů - pro 2. roč. SPŠ. Část 4. 1. vyd. Praha: Scientia, 1997. 65 s. ISBN 80-7183-108-5.
- SKOPAL, V., ADÁMEK, J., HOFÍREK, M. Stavba a provoz strojů 4: Učeb. text pro 4. roč. stř. prům. šk. stroj. Konstrukční uspořádání, provoz a údržba strojů. 2. upr. vyd. Praha: SNTL, 1987.
- Zubové čerpadlo. [online]. cit. [2010-10-23]. Dostupné z: