РОТОРНАЯ ГИДРОМАШИНА Российский патент 1999 года по МПК F04C2/08 

Предлагаемое изобретение относится к гидромашинам и насосам объемного вытеснения с вращающимся рабочими органами, а именно, к роторным машинам и насосам с зацеплением взаимодействующих элементов, подобно зубчатому, и может найти применение в гидросистемах различного назначения в качестве насоса или двигателя.

Из патентной документации и научно-технической информации известно значительное количество роторных гидромашин, предназначенных для использования в качестве насосов или двигателей и различающихся конструктивным исполнением отдельных узлов и деталей.

Известен планетарно-кулачковый двигатель по патенту СССР N 1403993, содержащий некруглые солнечные колеса с внутренними и внешними зубьями, торцевую крышку и сателлиты, сопряженные с солнечными колесами [1]. Солнечное колесо с внешними зубьями имеет снаружи три выступа, а солнечное колесо с внутренними зубьями имеет четыре впадины. Устройство в режиме двигателя при неподвижном солнечном колесе с внутренними зубьями работает следующим образом.

Рабочая жидкость, циклически попадая под давлением в рабочую полость через каналы, размещенные на торцевой крышке, оказывает воздействие на сателлиты и на солнечное колесо с внешними зубьями. В результате действия жидкости создается момент, приводящий во вращение солнечное колесо.

Известен также объемный роторный двигатель по патенту СССР N 484710 [2]. Этот двигатель по своей технической сущности и достигаемому положительному эффекту является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, вследствие чего он и принят нами за прототип. Двигатель содержит два некруглых солнечных колеса, сателлиты и две крышки. Внутреннее солнечное колесо с внешними зубьями выполнено в виде кулачка с n выступами, а наружное солнечное колесо с внутренними зубьями содержит n+1 впадин. Сателлиты находятся в зацеплении с солнечными колесами и их количество равно 2n+1.

При подводе рабочей жидкости по каналам, выполненным во внутреннем солнечном колесе, увеличивается объем рабочей полости и внутреннее солнечное колесо приводится во вращение.

Упомянутые двигатели, обладая хорошими характеристиками, имеют и недостатки. При указанных сочетаниях количества выступов и впадин (n выступов на внутреннем солнечном колесе и n+1 впадин на наружном солнечном колесе ) невозможно уравновесить силы, приложенные на солнечные колеса от сателлитов и рабочей жидкости, и, следовательно, всегда присутствуют опорные реакции на валу. Кроме того, относительные размеры сателлитов малы, в связи с чем напряжения (контактные, изгибные) на зубьях достигают больших величин и тем самым ограничивают предельное давление рабочей жидкости. Это объясняется тем, что при уменьшении диаметра сателлита, хотя и снижается общая нагрузка, но уменьшение размеров зубьев сказывается значительно больше.

Поставлена задача - разработать такую роторную гидромашину, в которой бы происходило уравновешивание сил, приложенных на солнечные колеса, а следовательно, исключались бы опорные реакции на оси колес и, соответственно, увеличилась величина допускаемого давления рабочей жидкости. В конечном итоге это позволило бы повысить удельную мощность и производительность машины.

Поставленная задача решена следующим образом. Роторная гидромашина планетарного типа содержит некруглые солнечные колеса с внутренними и внешними зубьями, сателлиты и торцевые крышки с каналами для подвода и отвода рабочей жидкости. Центроида солнечного колеса с внешними зубьями имеет n выступов, а центроида солнечного колеса с внутренними зубьями содержит k впадин, связанных условием n+3 ≥ k ≥ n+1. Сателлиты находятся в зацеплении с солнечными колесами и их количество не превышает n+k.

Далее сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1-поперечный разрез гидромашины (см. фиг.2, разрез по Б-Б); на фиг. 2-продольный разрез гидромашины (см. фиг. 1, разрез по А-А).

Устройство состоит из солнечного колеса с внешними зубьями 1, центроида которого имеет два выступа 2 (n=2); солнечного колеса с внутренними зубьями 3 с четырьмя впадинами 4 на центроиде (k=n+2 =4); шести сателлитов 5 (k+n= 6), находящихся в зацеплении с солнечными колесами; торцевых крышек 6 с восемью подводящим и отводящим каналами 7 для рабочей жидкости (часть каналов закрыты сателлитами); вала 8, связанного с солнечным колесом 1. Пространство, заключенное между двумя соседними сателлитами 5, солнечными колесами 1 и 3 и торцевыми крышками 6, является рабочей полостью 9. Торцевые крышки 6 и солнечное колесо 3 соединены между собой неподвижно. Между боковыми поверхностями сателлитов 5, солнечного колеса 1 и торцевых крышек 6 предусмотрены зазоры 10 для смазки. Отличительной особенностью конструкции является - за счет принятого сочетания количества выступов и впадин на центроидах солнечных колес увеличены относительные размеры сателлитов.

Работа роторной гидромашины в режиме двигателя происходит следующим образом.

В зоне рабочего хода, когда подводящий канал 7 не закрыт сателлитом 5, рабочая жидкость под давлением поступает в рабочую полость 9. При этом результирующая сила, действующая на солнечное колесо 1 от двух сателлитов 5, создает момент, приводящий во вращение указанное солнечное колесо и связанный с ним вал 8 (направление вращения показано стрелкой W). Кроме того, в результате непосредственного воздействия рабочей жидкости на солнечное колесо 1, возникает дополнительный вращающий момент. При дальнейшем вращении солнечного колеса 1 подводящий канал 7 перекрывается сателлитом 5 и в этот же момент открывается отводящий канал - завершается фаза рабочего хода и наступает фаза холостого хода. Затем вновь наступает рабочий ход и т. д. Описанные процессы происходят во всех шести (n+k) рабочих полостях 9. Таким образом, движущий момент, приложенный на солнечное колесо 1 и вал 8, является результирующим. Изменение направления вращающего момента можно осуществить путем переключения каналов 7 подвода и отвода рабочей жидкости.

Основные преимущества предлагаемого изобретения заключаются в том, что все силы, действующие на солнечные колеса, расположены симметрично относительно осей симметрии указанных колес, поэтому их сумма равна нулю, а опорных реакций не возникает. Кроме того, увеличены относительные размеры сателлитов. Указанные обстоятельства позволяют увеличить величину допускаемого давления рабочей жидкости в роторной гидромашине и, соответственно, повысить мощность гидравлического двигателя или производительность насоса.

Источники информации:
1. Патент СССР N1403993, М.кл.F 03 C 2/22, 1988 г.

2. Патент СССР N 484710, М.кл.F 04 C 1/08, 1975 г.

Роторная гидромашина может быть использована в гидросистемах различного назначения в качестве насоса или двигателя. Роторная гидромашина планетарного типа содержит некруглые солнечные колеса с внутренними и внешними зубьями, сателлиты и торцевые крышки с каналами для подвода и отвода рабочей жидкости. Центроида солнечного колеса с внешними зубьями имеет n выступов, а центроида солнечного колеса с внутренними зубьями содержит k впадин, связанных условием n + 3 ≥ k ≥ n + 1. Сателлиты находятся в зацеплении с солнечными колесами и их количество не превышает n + k. Повышается мощность и производительность машины. 2 ил.

Роторная гидромашина планетарного типа, содержащая два некруглых солнечных колеса с внешними и внутренними зубьями, сопряженные с ними сателлиты и торцевые крышки с каналами для подвода и отвода рабочей жидкости, отличающаяся тем, что центроида солнечного колеса с внешними зубьями имеет n выступов, а центроида солнечного колеса с внутренними зубьями содержит K впадин, связанных условием n + 3 ≥ K ≥ n + 1, при этом количество сателлитов не превышает n + K.