РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 1998 года по МПК F01C1/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам, и может быть использовано в компрессорах, насосах или двигателях внутреннего сгорания.

Известна роторная машина, содержащая корпус, два ротора, пару лопастей, установленных на коаксиальных валах и связанных механизмом преобразования (GB, патент, 1422678, кл. F 1 F, 1974).

Известна также роторная машина объемного типа, содержащая полый цилиндрический корпус, внутри которого установлены две пары лопастей, жестко соединенные с двумя соосными валами и механизмом синхронизации движения лопастей, позволяющим изменять величину минимального объема (SU, авторское свидетельство, 973878, кл. F 01 C 5/02, 1982).

Недостатком известных роторных машин является неравномерное восприятие нагрузок механизмом синхронизации, а также возвратно-поступательное движение его элементов и их несбалансированность.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа роторная лопастная машина с крестообразным механизмом синхронизации (Гуськов Г.Г. Необычные двигатели.- М.: Знание, 1971, с. 23), содержащая полый цилиндрический корпус с торцовыми крышками, внутри которого установлены две лопасти с роликами, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной.

Недостатком известной роторно-лопастной машины является заклинивание крестообразного механизма синхронизации.

Техническая заявка изобретения - устранение заклинивания:
1. Введением в каждую лопасть по два вала с симметричными с обоих концов эксцентриками, имеющими эксцентриситет, равный (фиг.1)
ξ = e + r₁ - r₂,
где e - эксцентриситет вала механизма синхронизации относительно оси вращения лопастей;
r₁ - радиус окружности, описываемой осью эксцентрика относительно центра вращения механизма синхронизации в диапазоне 2ϕ (фиг.2);
r₂ - радиус окружности, описываемой осью средней части симметричного эксцентрикового вала относительно центра вращения лопастей (фиг.1),
расположенных в сквозных отверстиях, находящихся на оси симметрии лопасти в радиально-противоположных направлениях от центра вращения лопасти на расстоянии с радиусом

где ϕ - угол между вертикальной осью симметрии и линией, проходящей через центр вращения лопастей и точку пересечения двух окружностей с радиусами r₁ и r₂ (фиг.2);
d - половина ширины крестовины;
r₀ - радиус ролика (фиг.2).

2. В торцовых крышках спрофилированы цилиндрические поверхности с радиусом
R₁ = r₁ + r_o,
смещенным от центра вращения лопастей по вертикали в координатной сетке на величину ±e и с R₂, смещенным в горизонтальном направлении на ±k

k = R_o + ξ - R₂,
где R_о - радиус окружности, вписанной в профилированные поверхности крышки.

Анализ ближайшего аналога показывает, что заявляемый механизм связи роторно-лопастной машины отличается: типом вала, установленного в лопасти, количеством роликов и конструкцией торцовых крышек.

На фиг. 1 представлена роторно-лопастная машина, продольный разрез; на фиг. 2, 3 - поперечные разрезы крестообразного механизма связи и торцовой крышки с профилированными цилиндрическими поверхностями.

Машина содержит корпус 1, в котором размещены две лопасти 2, установленные на подшипниках 3 в торцовых крышках 4. Лопасти 2 связаны крестовиной 5, монолитно выполненной с валом 6, через эксцентриковые валы 7, на которых установлены ролики 8, 9. Ролики 8 соприкасаются с крестовиной 5 вала 6, а ролики 9 соприкасаются с цилиндрической поверхностью 10 торцовых крышек 4. Вал 6 установлен в подшипниковых опорах 11 крышек 12 и зафиксирован крышками 13.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 1, торцовые поверхности крышек 4 с лопастями 2 образуют рабочие камеры 14 (фиг.2) переменного объема. При работе машины в режиме двигателя внутреннего сгорания в ней может быть предусмотрена свеча зажигания 15.

В ближайшем аналоге траектория движения центров роликов 8 относительно оси вращения лопастей 2 представляет собой окружность, что приводит к заклиниванию механизма в диапазонах

где γ - угловые размеры траектории, в точках которой происходит заклинивание.

Анализ геометрии движения механизма синхронизации показал, что траектория должна приблизительно совпадать с укороченной эпициклоидой.

Для придания движения по нужной траектории валы 7, на которых насажены ролики 8, 9, сделаны симметрично-эксцентриковыми с обеих сторон, что дает возможность роликам 8, 9 совершать круговые движения относительно оси вращения средней части вала 7, и установлены в каждую лопасть по оси симметрии в диаметрально противоположных направлениях. Для того, чтобы движение роликов 8, 9 происходило по расчетной траектории, в торцовых крышках 4 спрофилированы поверхности 10 с радиусами R₁ и R₂ (фиг.3), в этом случае ролики 9 движутся по этим поверхностям, заставляя ролики 8 контактировать с крестовиной и тем самым сближая или разводя лопасти.

Таким образом, введение в лопасти валов с симметричными с обеих концов эксцентриками и профилированных поверхностей в торцовых крышках роторной машины убирает заклинивание крестообразного механизма связи.

Использование: в компрессорах, насосах или двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: роторная машина содержит полый цилиндрический корпус с торцовыми крышками. Внутри цилиндра расположены лопасти с роликами, которые делят полость на четыре замкнутых объема, и механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной. В лопасти через сквозные отверстия вставлены валы с роликами, которые снабжены эксцентриками. В торцовых крышках спрофилированы цилиндрические поверхности симметрично в диаметрально противоположных направлениях с радиусом, смещенным от центра вращения лопастей по вертикали в координатной сетке на величину плюс-минус эксцентриситета и радиусом, смещенным по горизонтали симметрично относительно центра вращения. 3 ил.

Роторная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены две лопасти с роликами, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной, отличающаяся тем, что в лопасти через сквозные отверстия вводятся по два вала с роликами, имеющие с обеих сторон одинаковые эксцентрики, а в торцевых крышках спрофилированы цилиндрические поверхности симметрично в диаметрально противоположных направлениях с радиусом, смещенным от центра вращения лопастей по вертикали в координатной сетке на величину плюс-минус эксцентриситета, и радиусом, смещенным по горизонтали симметрично относительно центра вращения на величину, которая рассчитывается по формуле

где r₁ радиус окружности, описываемой осью эксцентрика относительно центра вращения механизма синхронизации;
r₂ радиус окружности, описываемой осью средней части симметричного эксцентрикового вала относительно центра вращения лопастей;
e эксцентриситет вала механизма синхронизации относительно оси вращения лопастей;
r₀- радиус ролика;
R_о- радиус окружности, вписанной в профилированные поверхности крышки;
d половина ширины крестовины.