ОБЪЕМНАЯ МАШИНА САВИНА Российский патент 1994 года по МПК F04C2/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторно-лопастным объемным машинам, и может быть использовано в двигателестроении.

Известен двигатель с кольцевой рабочей камерой, в которой размещены две пары лопастей, одна из которых равномерно вращается с выходным валом, а другая пара лопастей кинематически связана с валом механизмом периодического изменения угловой скорости, выполненным в виде кривошипно-шатунной передачи, в которой один конец шатуна закреплен эксцентрично на шестерне, обкатывающейся по неподвижной опорной шестерне, а другой конец шатуна - на качающемся элементе и совершает относительно выходного вала возвратно-вращательное движение по дуге окружности.

Недостатком этой конструкции являются значительные инерционно-вращательные нагрузки на выходном валу и шестернях от качающейся пары лопастей, несинусоидальный характер колебаний и громоздкость конструкции.

Известен также двигатель, содержащий цилиндрическую полость, размещенные в ней секторные лопасти, установленные на соосных валах, и механизм преобразования движения лопастей, выполненный в виде пары рычагов, соединенных валами лопастей, и кулисы, установленной на выходном валу и взаимодействующей с роликами рычагов таким образом, что обеспечивается качание пар лопастей в противофазе относительно выходного вала.

К недостаткам этой конструкции относятся низкая надежность взаимодействия роликов с поверхностями обкатки из-за неуравновешенных инерционных моментов на выходном валу и деталях механизма от инерционно-вращательных сил лопастей, малый ресурс работы, большая масса и габариты.

Известна также среднеосевая ротационно-поршневая машина (прототип) с двумя неравномерно вращающимися внутри кольцеобразного кожуха поршневыми парами, находящимися в противофазе с помощью планетарного механизма, который состоит из укрепленного на корпусе основного конического колеса, сцепленного с планетарным сателлитным зубчатым колесом внутри чашкообразного корпуса. Каждая пара поршней снабжена валом с планетарным приводом. Между каждым планетарным зубчатым колесом и валом не параллельно к оси колеса находится шарнирный шток, который поворотно размещен в планетарном колесе и таким образом связан с каждым валом, что вращается в той плоскости, которая образуется осью вала и линией зацепления комплекта зубчатых колес.

Этой конструкции также присущи недостатки, относящиеся к наличию шестеренчатых передач сателлитного механизма и тракта передачи крутящего момента на выходной вал, причем все шестеренчатые передачи подвержены ударным динамическим нагрузкам, что ограничивает ресурс машины.

Технический результат, полученный при использовании изобретения, состоит в улучшении массогабаритных характеристик, увеличении надежности и ресурса машины, упрощении конструкции и уменьшении трудоемкости изготовления.

Этот результат достигается тем, что вал отбора мощности расположен под углом к оси вращения лопастей, а механизм связи лопастей выполнен в виде шарниров Гука, соединяющих лопасти с валом отбора мощности, причем центры шарниров совпадают, а рамки шарниров, закрепленных на валу отбора мощности, установлены под углом 90^о друг к другу (оптимальный угол).

На фиг. 1 представлена конструктивная схема машины со сдвоенным шарниром Гука; на фиг. 2 - вариант конструктивной схемы машины с двумя сдвоенными шарнирами Гука; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 3 - вариант конструктивной схемы с двумя шарнирами Гука и механической связью между валами отбора мощности.

Объемная машина содержит цилиндрический корпус 1 с торцовыми крышками 2 и 3, две пары лопастей 4 с боковыми, вращающимися вместе с лопастями крышками 5 и центральными втулками 6, вал 7 отбора мощности, установленный под углом α к оси вращения лопастей; шарнир Гука первой пары лопастей, состоящий из ведомой вилки 8, закрепленной на валу 7, пустотелой крестовины 9 и ведущей вилки 10, закрепленной на первой паре лопастей; шарнир Гука второй пары лопастей, состоящий из ведомой вилки 11, закрепленной на валу 7, крестовины 12 и ведущей вилки 13, скрепленной с помощью соединительного вала 14 с второй парой лопастей, причем вал 14 может размещаться внутри пустотелой центральной втулки 6 первой пары лопастей.

Машина (фиг. 2) содержит цилиндрический корпус 1 с торцовыми крышками 3, две пары лопастей 4 с боковыми крышками 5 и центральными втулками 6, два наклонных вала 7 отбора мощности, выполненных в виде кольца, закрепленных на обоймах двух подшипников 17, другие кольца которых с помощью соединительного элемента 15 установлены на корпусе; два внутренних шарнира Гука, каждый из которых содержит ведомую вилку 8, закрепленную на выходном валу 18, пустотелую крестовину 9, ведущую вилку 10, закрепленную на наклонном валу 7; два внешних шарнира Гука, каждый из которых состоит из ведомой вилки 11, закрепленной с помощью кронштейнов 16 на наклонном валу 7, пустотелой крестовины 12 и ведущей вилки 13, закрепленной на крышке 5 лопастей 4, вращающейся вместе с лопастями.

Машина (фиг. 3) содержит цилиндрический корпус 1 с торцовыми крышками 2 и 3, две пары лопастей 4 с боковыми крышками 5 и центральными втулками 6, два вала 7 отбора мощности, установленные под углом к оси вращения лопастей, два шарнира Гука, соединяющие лопасти 4, центральные втулки 6 и боковые крышки 5 с наклонными валами 7, две зубчатые конические передачи, выходной вал, соединенный с наклонными валами передачей.

Машина работает следующим образом.

В первом варианте (фиг. 1) при вращении вала 7 за счет установки его под углом к оси лопастей и соединения лопастей и вала с помощью шарнира Гука, лопасти совершают неравномерное вращение с периодом полных колебаний, равным 180^о угла поворота вала 7. А так как ведомые вилки шарниров пар лопастей установлены под углом друг к другу, то фазы колебаний лопастей смещены, а при угле 90^о колебания пар лопастей будут находиться в противофазе и, таким образом, в каждом из четырех рабочих объемов за один оборот вала 7 осуществляются все четыре цикла работы четырехтактного двигателя.

Во втором варианте машины (фиг. 2) при вращении вала 18 наклонный вал 7 совершает неравномерное вращение с периодом полных колебаний, равным 180^о угла поворота вала 18. За счет соединения вала 7 с лопастями с помощью шарнира Гука и смещения осей ведущей вилки 10 внутреннего шарнира и ведомой вилки 11 внешнего шарнира на оптимальный угол 90^о эта неравномерность вращения вала 7 передастся лопастям и будет усилена. За счет установки осей ведомых вилок 8 обоих механизмов под оптимальным углом 90^о друг к другу в плоскостях вращения достигается противофазное качание обеих пар лопастей относительно равномерно вращающегося вала 18.

В третьем варианте машины (фиг. 3) равномерно вращающийся вал с помощью зубчатых конических передач 9 передает синхронное равномерное вращение наклонных валов 7, которые, будучи соединены с помощью шарниров Гука с лопастями, обеспечивают неравномерное вращение лопастей с периодом 180^о. Установка осей ведомых вилок шарниров под углом 90^о друг к другу в плоскостях вращения, обеспечивает их противофазное качание.

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: в корпусе размещены две пары лопастей, закрепленные на полувалах, кинематически связанные посредством механизма качения лопастей с валом отбора мощности. Вал отбора мощности выполнен в виде кольца, установленного с возможностью вращения на подшипнике, и посредством шарнира Гука соединен с выходным валом, который установлен соосно относительно полувалов лопастей, а вилки шарниров Гука, закрепленные на выходном валу, расположены под углом одна к другой. 4 ил.

Объемная машина, содержащая корпус, размещенные в нем две пары лопастей, закрепленные на полувалах, кинематически связанные посредством механизма качания лопастей с валом отбора мощности, и выходной вал, отличающаяся тем, что вал отбора мощности выполнен в виде кольца, установленного с возможностью вращения на подшипнике, и посредством шарнира Гука соединен с выходным валом, который установлен соосно относительно полувалов лопастей, а вилки шарниров Гука, закрепленные на выходном валу, расположены под углом одна к другой.