Riassunto analitico
Le pompe ad ingranaggi esterni sono pompe di tipo commerciale ampiamente utilizzate in applicazioni industriali e mobili. Queste pompe sono caratterizzate da buona efficienza, ampi campi di pressione di esercizio e sono economiche da realizzare. L'analisi dell’andamento della pressione interna alla pompa e della variazione di volume durante il funzionamento di essa è fondamentale per realizzare un macchinario performante.
La rapida crescita d’interesse per le pompe idrauliche performanti, ad esempio per il mercato dei veicoli off-road ibridi, genera la necessità di realizzare tools parametrici per aiutare l'analisi e la progettazione di questi componenti. Per soddisfare questa richiesta, questa tesi propone un tool MATLAB per l'analisi dell'architettura della pompa ad ingranaggi esterni e per la previsione della pressione negli spazi tra i denti nell'area di ingranamento. È stato realizzato in SOLIDWORKS un modello semplificato di pompa ad ingranaggi esterni. I volumi interni della macchina vengono valutati attraverso un metodo CAD e i dati estrapolati vengono analizzati e confrontati in ambiente MATLAB.
Le ruote dentate e le scanalature di aspirazione e mandata sono realizzate ed analizzate tramite codice MATLAB. Le aree d'incrocio tra le scalanature di aspirazione e mandata e le ruote dentate sono fisicamente e numericamente implementate nel modello MATLAB per riuscire a calcolare la pressione nella zona d'ingranamento. Inoltre, questo lavoro fornisce una pre-analisi dei solutori numerici al fine di determinare i migliori solutori numerici per l’analisi della pressione della pompa ad ingranaggi esterni. Le portate attraverso i recessi sono calcolate considerando un coefficiente di portata variabile, funzione del numero di Reynolds.
L'analisi di previsione della pressione viene effettuata sia in presenza che in assenza di scalanature di aspirazione e mandata al fine di dimostrare la necessità e l'efficienza di queste zone fresate sui raschiamenti laterali per garantire il corretto funzionamento della macchina. Per analizzare diverse geometrie di pompe ad ingranaggi esterni, il tool MATLAB proposto offre la possibilità di variare le dimensioni delle ruote dentate e delle aree di mandata e aspirazione ed è parametrizzato in termini di valori di pressione in ingresso/uscita, velocità di rotazione e natura del fluido operativo.
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Abstract
The external gears pumps are commercial type of pumps widely used in industrial and mobile applications. These pumps are characterised by good efficiency, wide operating pressure ranges and economical realization. The analysis of the internal pressure behaviour and the volume variation during the functioning of this pump is critical to realise a performant machinery.
The rapid growth of interest in performant hydraulic pumps, for example for the hybrid off-road vehicles market, generates the necessity to realise parametric tools to help the analysis and design of these components. To satisfy this request, this thesis propose a MATLAB tool for the analysis of the architecture of external gears pump and for the pressure prediction in the spaces between teeth in the gears meshing area. A simplified external gears pump model is realised in SOLIDWORKS. The internal machine volumes are evaluated through a CAD method and the extrapolated data are analysed and compared in MATLAB ambient.
The spur gears and the suction and delivery grooves are realised and analysed through MATLAB code. The suction and delivery grooves cross areas and the trapped fluid volume between the spur gears teeth are implemented in the MATLAB model in order to calculate the pressure in the meshing area. Moreover, this work provides a pre-analysis of numerical solutors in order to determine the best numerical solvers for the
external gears pump pressure analysis. The flow rates across the recesses are calculated considering a variable discharge coefficient, function of the Reynolds number.
The pressure prediction analysis is done both in presence and absence of suction and delivery recesses in order to demonstrate the necessity and efficiency of these milled areas on the balance plates to ensure the correct functioning of the machine. To analyse different external gears pump geometries, the proposed MATLAB tool gives the possibility to variate the dimensions of the spur gears and of the delivery and suction areas and it is parametrised in terms of input/output pressure values, rotational speed and operating fluid nature.
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