Трохоидная роторная машина

 

Использование: в нефтяной, химической и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: сопряжение зубьев наружной и внутренней шестерен выполнено участком трохоиды, являющейся отдающей зубьев наружной шестерни при ее планетарном движении вокруг оси внутренней шестерни, при этом крышка с выпускным окном может вращаться вокруг оси наружной шестерни. Образующий радиус определяется из системы уравнений, обеспечивающих минимальный зазор и сохраняющих работоспособность данной конструкции. 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к трохоидным роторным машинам с внутренним зубчатым зацеплением.

По характеру абсолютного движения деталей предлагаемая машина относится к биротативным машинам, у которых все детали равномерно вращаются вокруг неподвижных осей.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является роторная машина, содержащая размещенные в корпусе шестерни с внутренним зацеплением (SU, авт. свид. N 673745, кл. F 01 C 1/14 1979). Профиль впадин наружной шестерни образован участком двух ветвей трохоид, смещенных одна относительно другой и сопряженных участком окружности, концентричной внешней окружности наружной шестерни. Профиль зуба внутренней шестерни выполнен участками двух ветвей огибающей трохоиды, смещенных одна относительно другой и сопряженных участком окружности, концентричной внешней окружности внутренней шестерни.

Однако принцип построения зубьев наружной и внутренней шестерен и их сопряжения приводит к появлению зазора при прохождении зуба внутренней шестерни над зубом внешней, который достигает своего максимума, когда середина зуба внутренней шестерни находится над вершиной внешнего зуба. Величина зазора существенно зависит от величины смещения ветвей трохоид и количества зубьев на шестернях. Так, для наружной шестерни радиуса R = 72 и количества зубьев n = 8 зазор Δ в зависимости от смещения H представлен в следующей таблице (табл.1).

Ликвидация зазора между вершиной зуба наружной шестерни и зубом внутренней уменьшает перетечки из полости высокого давления в полость низкого, что повышает КПД и производительность машины.

Однако проведенные математические исследования показывают, что устранение зазора в данной конструкции в принципе невозможно, так как не существует сопрягающей линии трохоид на внутренней шестерне, которая оставляла бы данную конструкцию работоспособной (не происходило бы заклинивания).

Технической задачей изобретения является увеличение производительности и эффективности машины и возможности регулирования степени сжатия рабочего тела.

Данная задача решается тем, что в предлагаемой машине, в отличие от известных, сопряжение зубьев наружной и внутренней шестерен выполнено участком трохоиды, являющейся огибающей зубьев наружной шестерни при ее планетарном движении вокруг оси внутренней шестерни, при этом крышка с выпускным окном может вращаться вокруг оси наружной шестерни.

На чертеже представлена схема машины.

Трохоидная роторная машина содержит цилиндрический корпус 1, закрытый с двух сторон крышками 2, а в которых находятся впускные 3 и выпускные 4 окна, причем крышка с впускным окном может вместе с осью внутренней шестерни вращаться вокруг оси внешней шестерни. В корпусе размещены наружная 5 и внутренняя 6 шестерни, имеющие внутреннее зацепление. Профиль зубьев наружной шестерни выполнен участками двух ветвей трохоиды, смещенной одна относительно другой, профиль зубьев внутренней шестерни выполнен участками двух ветвей огибающей трохоиды, смещенных одна относительно другой. Зубья наружной и внутренней шестерни сопряжены участком трохоиды, являющейся огибающей зубьев наружной шестерни при ее планетарном движении вокруг оси внутренней шестерни.

Образующий радиус определяется из системы уравнений, обеспечивающих минимальный зазор Δ и сохраняющих работоспособность данной конструкции.

В табл. 2 рассмотренного выше радиуса наружной шестерни R=72 и количества зубьев n=8 представлены величины зазора в зависимости от смещения H для оптимальной образующей.

Из сравнения табл. 1 и 2 видно, что выбор оптимальной образующей уменьшает примерно на порядок величину зазора, причем зазор уменьшается с уменьшением смещения. Учитывая вязкость рабочего тела и то, что процесс прохождения зуба внутренней шестерни над вершиной зуба наружной шестерни происходит в течение поворота наружной шестерни на малый угол (0,05 рад в среднем для рассматриваемых таблиц), можно считать, что перетечки будут минимальными и практически их можно свести к нулю за счет уменьшения частоты вращения. Наличие же минимального зазора положительно сказывается на долговечности машины, так как в этом случае отсутствует износ вершины зуба наружной шестерни.

В табл. 3 для радиуса наружной шестерни R=80 представлено теоретическое увеличение производительности (в процентах) роторной машины в зависимости от количества зубьев n и развода H за счет оптимального выбора образующей.

Регулирование степени сжатия происходит за счет выбора угла поворота оси внутренней шестерни вокруг оси внешней шестерни, что приводит к более раннему или позднему закрытию впускного окна.

Заявителям и авторам не известны трохоидные роторные машины, содержащие признаки, указанные в отличительной части формулы изобретения, поэтому, по нашему мнению, заявленная трохоидная машина обладает существенными отличиями.

Работа машины заключается в следующем.

При вращении шестерен в корпусе они образуют замкнутые полости, объем которых зависит от угла поворота шестерен. При определенном угле поворота происходит отсечка рабочего тела, затем сжатие, подвод его к впускному окну и его вытеснение. За счет поворота крышки с выпускным окном вокруг оси наружной шестерни можно, не меняя положения выпускного окна, добиться различной степени сжатия рабочего тела.

В настоящее время изготовлен опытный образец роторной машины и проведены испытания.

Формула изобретения

Трохоидная роторная машина, содежащая цилиндрический корпус, закрытый с двух сторон крышками, в которых находятся впускные и выпускные окна, размещенные в корпусе шестерни, имеющие внутреннее зацепление, профиль зубьев наружной шестерни выполнен участками двух ветвей трохоиды, смещенных одна относительно другой, профиль зубьев внутренней шестерни выполнен участками двух ветвей огибающей трохоиды, смещенных одна относительно другой, отличающаяся тем, что сопряжение зубьев наружной и внутренней шестерен выполнено в виде участка трохоиды, являющейся огибающей зубьев наружной шестерни при ее планетарном движении вокруг оси внутренней шестерни, при этом крышка с впускным окном может вращаться вокруг оси наружной шестерни.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2