Сопряженные роторы
Владельцы патента RU 2403396:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)
Изобретение относится к машиностроению. Сопряженные роторы выполнены в виде пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении. Каждая эллипсовидная шестерня по делительной линии состоит из двух соприкасающихся окружностей и огибающих, представляющих собой дуги. Окружности выполнены радиусом r1, определяемым по формуле:
где h - межосевое расстояние между эллипсовидными шестернями,
r - радиус соприкасающихся окружностей, центры которых находятся на той же линии, что и центры окружностей с радиусом r1, при этом r=rб/2, где rб - большая полуось эллипсовидной шестерни. Дуги выполнены с радиусом R1, определяемым по формуле:
где e=h-3r - высота между дугой и касательной линией к двум соприкасающимся окружностям в эллипсовидной шестерне. Малая полуось эллипсовидной шестерни rм=r+е. Техническим результатом является устранение заклинивания и разрывов во всем диапазоне контактирования, а также повышение КПД. 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам, и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания.
Известны сопряженные роторы, которые могут быть использованы в роторных двигателях внутреннего сгорания, насосах, состоящие из сопряженных роторов с эвольвентными рабочими зубьями и соответствующими им впадинами, расположенными вдоль внешних окружностей. При этом характеристики их равномерного вращения по окружности совпадают с характеристиками вращения эвольвентного зуба. Форма рабочих зубьев и впадин определяется согласно расчетным формулам, что обеспечивает равномерность скорости вращения (RU 2112885, F01C 1/20, F04C 2/20, опубл. 1998).
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата данного сопряжения роторов, является невозможность использования расчетных формул для сопряженных роторов эллипсовидного профиля.
Известны сопряженные роторы, состоящие из пары эллипсовидных шестерен с волнообразными зубьями, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении (US 6644947 В2, 11.11.2003, F04C 2/18).
Причина, препятствующая достижению требуемого технического результата известного сопряжения, является высокая точность изготовления и соблюдение точного межосевого расстояния между сопряженными роторами.
Известны сопряженные роторы, которые могут быть использованы в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания. Сопряженные роторы выполнены в виде пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении (RU 2295042 С2, F01C 1/18 опубл. 2007).
Причиной, препятствующей достижению требуемого результата известного сопряжения роторов, является увеличение высоты зубьев в четырех зонах, что приводит при вращении к заклиниванию сопряженных роторов.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение конструктивных закономерностей для работоспособного сопряжения эллипсовидных шестерен в механизме связи роторов.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет устранения зазора в четырех зонах зацепления и установления строгих конструктивных размеров зубчатого зацепления, обеспечивающих постоянное межосевое расстояние и расположение эвольвентных зубьев строго на делительной линии при вращении сопряженной пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении.
Указанный технический результат достигается тем, что в сопряженных роторах, выполненных в виде пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении, каждая эллипсовидная шестерня по делительной линии состоит из двух соприкасающихся окружностей радиусом r и огибающих, представляющих собой дуги окружности радиусом R, проходящие через центры этих окружностей с центром в точке пересечения линии симметрии, которая проходит между двумя окружностями, образуя угол 2φ, и согласно изобретению каждая эллипсовидная шестерня по делительной линии состоит из дополнительных двух окружностей радиусом r1, определяемым по формуле:
где h - межосевое расстояние между эллипсовидными шестернями; и двух дополнительных огибающих дуг окружностей с радиусом R1, определяемым по формуле:
где е=h-3r - высота между дугой окружности и касательной линией к двум соприкасающимся окружностям в эллипсовидной шестерне.
Центры дополнительных окружностей с радиусом r1 находятся на той же делительной линии, но ближе к точке соприкосновения окружностей с радиусом r, при этом прежний радиус большой полуоси эллипсовидной шестерни rб=2·r остается постоянным.
Центры дополнительных огибающих дуг окружностей с радиусом R1 расположены в диаметрально-противоположных направлениях на линии симметрии, проходящей через точку перпендикулярно линии соединяющих центров соприкасающихся окружностей радиусом r, при этом малая полуось эллипсовидной шестерни rм=r+е остается постоянной.
Анализ показывает, что сопряженные роторы, каждый из которых сформирован из дополнительных двух увеличенных окружностей радиусом r1 и двух огибающих дуг с увеличенными радиусами окружностей R1, при не меняющихся малой и большой полуосях эллипсовидных шестерен, образуют делительную линию, которая устраняет зазоры в четырех зонах и точно выдерживает межосевое расстояние и устраняет заклинивание при вращении.
На чертеже представлено сопряжение эллипсовидных шестерен.
Сопряженные роторы содержат пару эллипсовидных шестерен, выполненных в виде пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении. Каждая эллипсовидная шестерня имеет не менее 14 эвольвентных зубьев, расположенных равномерно по делительной линии во всех точках без зазоров. Каждая эллипсовидная шестерня по делительной линии состоит из двух соприкасающихся окружностей радиусом r и огибающих, представляющих собой дуги окружности радиусом R, проходящие через центры этих окружностей с центром в точке пересечения линии симметрии, которая проходит между двумя окружностями, образуя угол 2φ. Каждая эллипсовидная шестерня по делительной линии состоит из дополнительных двух увеличенных окружностей радиусом r1, определяемым по формуле:
где h - межосевое расстояние между эллипсовидными шестернями.
Центры дополнительных окружностей с радиусом r1 находятся на той же линии, но ближе к точке соприкосновения окружностей с радиусом r, при этом прежний радиус большой полуоси эллипсовидной шестерни rб=2·r остается постоянным.
Огибающие дуги окружностей с большими радиусами R1 определяются по формуле:
где е=h-3·r - высота между дугой окружности и касательной линией к двум соприкасающимся окружностям в эллипсовидной шестерни.
Центры огибающих дуг окружностей радиусом R1 расположены в диаметрально-противоположных направлениях на линии симметрии, проходящей перпендикулярно через точку соприкосновения окружностей радиусом r, при этом малая полуось эллипсовидной шестерни rм=r+е остается постоянной.
При вращении эллипсовидных шестерен, соединенных во взаимно-перпендикулярном направлении по делительной линии образованных большими радиусами окружностей и дуг, ликвидируют заклинивание и разрывы во всем диапазоне контактирования, а аналитические зависимости позволяют точно рассчитать и разместить эвольвентные зубья в сопряженных роторах.
Таким образом, конструкция, построенная на основе расчетных формул сопряжения эллипсовидных шестерен, преобразует неравномерное движение роторов в равномерное с высоким КПД и позволяет данное сопряжение роторов использовать в широком диапазоне различных механизмов.
Сопряженные роторы, выполненные в виде пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении, при этом каждая эллипсовидная шестерня по делительной линии состоит из двух соприкасающихся окружностей и огибающих, представляющих собой дуги, отличающиеся тем, что окружности выполнены радиусом r1, определяемым по формуле:
где h - межосевое расстояние между эллипсовидными шестернями,
r - радиус соприкасающихся окружностей, центры которых находятся на той же линии, что и центры окружностей с радиусом r1, при этом r=rб/2, где rб - большая полуось эллипсовидной шестерни; дуги выполнены с радиусом R1, определяемым по формуле:
где e=h-3r - высота между дугой и касательной линией к двум соприкасающимся окружностям в эллипсовидной шестерне; при этом малая полуось эллипсовидной шестерни rм=r+е.
