РОТОРНО-ВРАЩАТЕЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 1998 года по МПК F04C2/00 

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

Известна объемная роторная машина, содержащая корпус и установленные в корпусе параллельно с возможностью взаимодействия между собой два профилированных ротора с винтовыми или прямыми зубьями, профиль начальной головки каждого из которых в торцовом сечении ограничен эпициклоидой, а профиль начальной ножки зуба каждого ротора в торцовом сечении ограничен гипоциклоидой, взаимоогибаемой с эпициклоидой начальной головки зуба другого ротора и сопряженной с ней в точке, соответствующей точке эпициклоиды, лежащей на окружности вершин зубьев другого ротора, удлиненной эпициклоидой, очерченной точкой окружности вершин зубьев другого ротора до касания с окружностью впадин зубьев.

Недостатком известной объемной роторной машины является ее пониженная долговечность и пониженная долговечность инструмента для нарезки роторов из-за того, что в точке b профиля ротора, лежащей на начальной окружности, касательная к профилю направлена по радиусу и поэтому близлежащий участок профиля получается крутым. Это приводит к повышенному износу этого участка ротора при перекачивании жидкостей с большим содержанием механических частиц, при этом уменьшается стойкость режущего инструмента, соответствующего указанному участку ротора, из-за неоптимальных углов резания и создаются трудности для нанесения на профиль роторов износостойких покрытий. Все это снижает долговечность роторов объемной машины и увеличивает трудоемкость их изготовления.

Технической задачей изобретения является повышение долговечности машины при перекачивании жидкости с абразивом путем создания более пологого и плавного профиля для плавного направления потока перекачиваемой жидкости и для оптимальных условий нанесения износостойких покрытий, а также повышение технологичности нарезки зубьев.

Это достигается тем, что начальная ножка каждого профиля выполнена из трех участков: удлиненной эпициклоиды, гипоциклоиды и эвольвенты, а начальная головка - из эвольвенты и эпициклоиды. При этом эпициклоида одного профиля взаимоогибаема с гипоциклоидой другого профиля, образующая их окружность имеет радиус r меньший, чем радиус центроиды R_w, т.е. модуль кривых меньше единицы (фиг.2). Эвольвента каждого профиля соответствует ее линии зацеплении в виде отрезка прямой, проведенной под назначаемым углом зацепления α_tw через полюс зацепления до пересечения с образующими окружностями циклоидальных кривых (фиг.2).

Полученный профиль представляет собой циклоидальный профиль, взятый в качестве прототипа, в середину которого вставлен эвольвентный участок, благодаря чему касательная к профилю в полюсе зацепления P наклонна к радиусу-вектору в этой точке. То есть 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 роторы с одним зубом; для применения роторов с прямыми зубьями без синхронизирующих шестерен необходимо обеспечить коэффициент торцового перекрытия передачи больше единицы, что достигается выбором соответствующего числа зубьев для конкретной относительной глубины нарезки ротора, характеризуемой отношением (фиг.2)); на фиг. 2 - схема контакта профиля ведущего ротора с профилем ведомого в торцовом сечении (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 ABDCC₁ зуба ведущего ротора 1 в торцовом сечении взаимоогибаемый с профилем cdbaa₁ 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 , где d_a(d_f) - диаметр вершин (впадин) зубьев. Дополнительно введем понятие безразмерного диаметра вершин зубьев . Для профилирования взаимоогибаемых зубьев за основу берем их линию зацепления MNKHTF (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 модуль m образующих окружностей 6 и 9, а также назначая угол зацепления α_tw(α_tw - угол между отрезком прямой КН и прямой, перпендикулярной межосевой линии), получим линию зацепления MNKHTF. Из анализа линии зацепления следует, что угол зацепления α_tw можно назначить в пределах

а модуль можно назначить в пределах
0,5 (E - 1) < m ≤ 0,5.

При данных величинах модуля и угла зацепления получится профиль, состоящий из четырех участков: дуге MN окружности диаметра вершин d_a линии зацепления соответствует участок профиля CC₁ - удлиненная эпициклоида; дуге NK окружности 9 радиуса r=m•R_w, касающейся начальной окружности 7 - гипоциклоида СД; отрезку прямой КН - эвольвента ДВ, где точки К и Н - точки пересечения прямой, проходящей через полюс зацепления P под углом зацепления α_tw , с образующими окружностями 9 и 6; дуге НТ окружности 6 радиуса r - эпициклоида ВА; дуге TF окружности 1 - точка А.

Получается, что профиль начальной головки АВР зуба состоит из двух участков: участок АВ - эпициклоида, участок ВР - эвольвента. Профиль начальной ножки C₁СДР зуба состоит из трех участков: участок C₁C - удлиненная эпициклоида, участок СД - гипоциклоида, участок ДР - эвольвента.

Уравнения взаимоогибаемых профилей зубьев роторов получаем, записывая уравнения линии зацепления в подвижных системах координат, связанных с этими роторами.

Рассматриваемые профили 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) открыты. Но для зубчатых насосов боковые щели не имеют значения, а в двухвинтовых насосах ввиду малых ходов винтов уменьшения объемного КПД насоса незначительно.

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 шестеренных 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.

Насос работает следующим образом. При вращении роторов 1 и 2 объемы жидкости, заключенные между ними и корпусом 3 и ограниченные взаимоогибаемыми профилями ABDCC₁ и cdbaa₁ зубьев, перемещаются из всасывающей камеры 4 в нагнетательную камеру 5.

Использование предлагаемого профиля при изготовлении цилиндрических зубчатых передач увеличивает долговечность самого зацепления и машины, а также режущего инструмента для нарезки роторов.

Использование: в машиностроении, в частности для перекачки рабочей среды, и в гидроприводах или пневмоприводах различных машин. Сущность изобретения: ведущий и ведомый роторы 1 и 2 выполнены профилированными с винтовыми и прямыми зубьями. Начальная ножка каждого профиля выполнена из трех участков: удлиненной эпициклоиды, гипоциклоиды и эвольвенты, а начальная головка - из эвольвенты и эпициклоиды. При этом эпициклоида одного профиля взаимоогибаема с гипоциклоидой другого профиля, образующая их окружность имеет радиус, меньший, чем радиус центроиды, т.е. модуль кривых меньше единицы. Эвольвента каждого профиля соответствует ее линии зацепления в виде отрезка прямой, проведенной под назначаемым углом зацепления через пполюс зацепления до пересечения с образующими окружностями циклоидальных кривых. 2 ил.

Роторно-вращательная машина, содержащая корпус, установленные в корпусе параллельно и с возможностью взаимодействия между собой два профилированных ротора с зубьями, профиль участка начальной головки, прилегающего к вершине зуба, каждого из зубьев в торцевом сечении ограничен эпициклоидой, а профиль участка начальной ножки зуба каждого ротора в торцевом сечении ограничен гипоциклоидой, взаимоогибаемой с эпициклоидой участка начальной головки зуба другого ротора и сопряженной с ней в точке, соответствующей точке эпициклоиды, лежащей на окружности вершин зубьев другого ротора, удлиненной эпициклоидой, очерченной точкой окружности вершин зубьев другого ротора до касания с окружностью впадин зубьев, отличающаяся тем, что профиль зуба каждого ротора имеет в середине профиля эвольвентный участок, располагающийся по обе стороны от начальной окружности и сопряженный с эпициклоидальным участком головки и с гипоциклоидальным участком ножки зуба и взаимоогибаемый с эвольвентным участком зуба другого ротора, линия зацепления которых есть отрезок прямой, проведенной через полюс зацепления роторов под заданным углом зацепления α_tw до пересечения ее с образующими окружностями эпициклоиды головки и гипоциклоиды ножки зуба.