РОТОРНО-ВРАЩАТЕЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 1996 года по МПК F04C2/00 F04C2/16 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для перекачки рабочей среды и в гидроприводах различных машин.

Известен винтовой негерметичный насос, содержащий два взаимодействующих между собой винтовых ротора, причем взаимоогибаемые профили роторов содержат на своей силовой стороне вершину /начальную головку/, ограниченную эпициклоидой, и основание /начальную ножку/, причем обе стороны профиля идентичны, и одновременно они являются уплотняющими сторонами /SU, авторское свидетельство N 842222, F 04 C 2/00, 1975/.

Недостатками известного насоса являются сложность изготовления и малый ресурс при перекачивании жидкости с механическими частицами.

Наиболее близким к предлагаемой роторно-вращательной машине является винтовой негерметичный насос, содержащий два взаимодействующих между собой винтовых ротора, размещенных в цилиндрических расточках корпуса, взаимоогибаемые силовые стороны поперечных профилей которых имеют профилированные основание /начальную ножку/ и вершину /начальную головку/ /SU, авторское свидетельство N 1751408, F 04 C 2/00, 1992/.

Недостатками винтового негерметичного насоса являются незначительный срок службы при перекачивании жидкости с механическими частицами и низкая стойкость режущего инструмента из-за неоптимальных углов резания при нарезке винтов.

Техническая задача повышение срока службы насоса и уменьшение трудоемкости нарезки винтов /роторов/ путем создания более пологого и плавного силового профиля для плавного направления потока перекачиваемой жидкости и для оптимальных условий нанесения износостойких покрытий, а также повышение технологичности нарезки винтов.

Технический результат достигается тем, что в роторно-вращательной машине, содержащей два взаимодействующих между собой винтовых ротора, размещенных в цилиндрических расточках корпуса, взаимосгибаемые силовые стороны поперечных /торцовых/ профилей которых имеют профилированные начальную головку /вершину/ и ножку /основание/, начальная ножка силовой стороны каждого профиля выполнена из двух участков: гипоциклоиды и эвольвенты, а начальная головка из эвольвенты и гипоциклоиды. Причем эпициклоида одного профиля взаимоогибаема с гипоциклоидой другого профиля, образующая их окружность имеет радиус /r/, меньший, чем радиус центроиды /R_w/, т.е. модуль кривых /m= r/R_w меньше единицы /фиг. 2/.

Эвольвента каждого профиля соответствует ее линии зацепления в виде отрезка прямой, проведенной под назначаемым углом зацепления α_tw через полюс зацепления до пересечения с образующими окружностями циклоидальных кривых /фиг.2/.

Полученная силовая сторона профиля представляет силовую циклоидальную сторону профиля, взятую в качестве прототипа, в середину которой вставлен эвольвентный участок, благодаря чему касательная к профилю в полюсе зацепления P наклонна к радиусу-вектору в этой точке. Т.е. профиль зуба во всех точках получается пологим, соответственно пологий и режущий инструмент для нарезки ротора.

На фиг. 1 изображена роторно-вращательная машина, поперечный разрез /представлены однозубые роторы/; на фиг. 2 схема контакта профиля ведущего ротора с профилем ведомого в поперечном сечении /торцовом перпендикулярном оси ротора/.

Роторно-вращательная машина содержит ведущий 1 и ведомый 2 профилированные роторы с винтовыми или прямыми зубьями, установленные в корпусе 3 параллельно и с возможностью взаимодействия между собой.

Профиль ABDС зуба ведущего ротора 1 в торцовом сечении взаимоогибаемый с профилем cdba зуба ведомого ротора 2. В общем случае роторы 1 и 2 различны, но для упрощения рассуждений примем, что они идентичны, как это и принято в конструкциях двухвинтовых, шестеренных и коловратных насосов. В нашем случае диаметр начальной окружности d_w равен d_w= (d_a+d_f)/2, где d_a(d_f) диаметр вершин (впадин) зубьев ротора. Дополнительно введем понятие безразмерного диаметра вершин зубьев E= d_a/d_w. Для профилирования взаимоогибаемых зубьев за основу берем их линию зацепления NKHT (фиг. 2). Известно, что линию зацепления в виде дуг окружности, касающейся начальной окружности, имеют взаимоогибаемые эпициклоида и гипоциклоида, а линию зацепления в виде отрезка прямой имеют взаимоогибаемые эвольвенты. Принимая во внимание этот факт и назначая минимально возможный модуль m_min=0,5(E-1) образующих окружностей 6 и 9 [3] а также назначая угол зацепления α_tw (α_tw угол между отрезком прямой KH и прямой, перпендикулярной межосевой линии), получим линию зацепления NKHT. Из анализа линии зацепления следует, что угол зацепления α_tw можно назначать в пределах . При данных величинах модуля и угла зацепления получается профиль, состоящий из трех участков: дуги NK окружности 9 радиуса r= m_min•R_w, касающейся начальной окружности 7 и окружности 10 впадин гипоциклоида CD; отрезка прямой KH эвольвента DB, где точки K и H - точки пересечения прямой, проходящей через полюс зацепления P под углом зацепления α_tw, с образующими окружностями 9 и 6; дуги HT окружности 6 радиуса r эпициклоида BA. Получается, что профиль начальной головки ABP зуба состоит из двух участков: участок AB эпициклоида, участок BP эвольвента. Профиль начальной ножки CDP зуба состоит из двух участков: участок CD - гипоциклоида, участок DP эвольвента. Уравнения взаимоогибаемых профилей зубьев роторов получаем, записывая уравнения линии зацепления в подвижных системах координат, связанных с этими роторами.

Рассматриваемые силовые стороны профилей роторов полностью закрывают средние щели, так как линия зацепления непрерывно соединяет окружности впадин 10 и 11 обоих роторов, но боковые щели между ротором и обоймой (корпусом) очень большие, поэтому для двухвинтовых насосов необходимо применять уплотняющую сторону профиля ротора. Для зубчатых насосов (шестеренных, коловратных) боковые щели не имеют значения, поэтому для коловратных насосов уплотняющую сторону можно не применять, т.е. обе стороны профиля идентичные, силовые. Хотя для коловратных насосов понятие силовая сторона условное, т.к. есть синхронизирующие шестерни, поэтому можно применять как винтовые роторы, так и прямые. Для шестеренных насосов роторы должны быть обязательно винтовыми, т.к. предлагаемый профиль имеет коэффициент торцового перекрытия всегда меньше единицы.

Необходимо соблюдать условие равенства суммы радиусов центроид 7 и 8 межцентровому расстоянию и сумме радиуса окружности вершин зубьев одного ротора и радиуса окружности впадин зубьев другого. В общем случае радиусы центроид разные, т.е. роторы имеют разное число зубьев, и радиусы образующих окружностей 9 и 6 разные, т.е. профили зубьев роторов разные. Для двухвинтовых насосов, а также для зубчатых насосов рекомендуется применять одну и ту же геометрию ведущего и ведомого роторов, что позволяет применять для их нарезки и контроля один и тот же инструмент. Для этого необходимо, чтобы радиусы центроид 7 и 8 были равны между собой и радиусы образующих окружностей 6 и 9 были также равны между собой. Взаимоогибаемые уплотняющие стороны EFM и efm профилей ведущего и ведомого роторов идентичны и состоят из двух участков: удлиненная эпициклоида MF образуется точкой m при качении ее центроиды 8 по центроиде 7, а эпициклоида EF образуется точкой f при качении ее центроиды 8 по центроиде 7.

Насос работает следующим образом. При вращении роторов 1 и 2 объемы жидкости, заключенные между ними и корпусом 3 и ограниченные взаимоогибаемыми сторонами ABDC и cdba, а также EFM и mfe профилей зубьев, перемещаются из всасывающей камеры 4 в нагнетательную камеру 5.

Использование предлагаемого профиля при изготовлении роторов увеличивает их долговечность, соответственно машины, а также режущего инструмента для нарезки роторов.

Использование: в области машиностроения для перекачки рабочей среды в гидроприводах различных машин. Сущность изобретения: в роторно-вращательной машине, содержащей корпус и два взаимодействующих между собой профилированных ротора, каждый из взаимосгибаемых профилей которых содержит на своей стороне начальную головку, ограниченную эпициклоидой и участком эвольвенты, прилегающим к начальной окружности ротора, а профиль начальной ножки силовой стороны ротора ограничен гипоциклоидой, взаимоогибаемой с эпициклоидой начальной головки другого ротора, и участком эвольвенты, прилегающим к начальной окружности ротора, линия зацепления участков эвольвент обоих роторов есть отрезок прямой, проведенной под углом зацепления α_tw до пересечения образующих окружностей эпициклоиды головки и гипоциклоиды ножки. 2 ил.

Роторно-вращательная машина, содержащая корпус, установленные в нем два взимодействующих между собой профилированных ротора, каждый из взаимоогибаемых профилей которых содержит на своей силовой стороне вершину, ограниченную эпициклоидой, и основание, ограниченное гипоциклоидой, отличающаяся тем, что участки эпициклоиды головки и гипоциклоиды ножки силовой стороны зуба каждого ротора, прилегающие к начальной окружности, выполнены взаимоогибаемыми участками эвольвент, линия зацепления которых представляет собой отрезок прямой, проведенной через полюс зацепления роторов под углом зацепления до пересечения образующих окружностей эпициклоиды головки и гипоциклоиды ножки.