РОТОРНАЯ ГИДРОМАШИНА Российский патент 2000 года по МПК F04C2/08 

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

Из патентной и научно-технической литературы 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). Приток и слив рабочей жидкости происходят через каналы, размещенные на крышке. Число каналов равно удвоенному числу впадин на солнечном колесе с внутренними зубьями. Управляют каналами сателлиты, перекрывая их своими торцевыми поверхностями при смене цикла работы.

Устройство в режиме двигателя при неподвижном солнечном колесе с внутренними зубьями работает следующим образом.

Рабочая жидкость, циклически попадая под давлением в рабочие полости через каналы, размещенные на крышке, оказывает воздействие на сателлиты и на солнечные колеса. В результате на вращающемся солнечном колесе создается суммарный момент (от реакции сателлитов и действия жидкости), 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 изобретения, вследствие чего он и принят за прототип.

Двигатель содержит два некруглых солнечных колеса с внешними и внутренними зубьями, сопряженные с ними сателлиты, диски, а также каналы для подвода и отвода рабочей жидкости, выполненные во внутренней шестерне (на солнечном колесе с внешними зубьями), а выход их находится в середине каждого участка подъема. Количество каналов равно удвоенному числу выступов на внутренней шестерне.

При подводе рабочей жидкости по каналам увеличивается объем рабочей полости, и внутренняя шестерня приводится во вращение.

Указанные двигатели, обладая хорошими характеристиками, имеют и недостатки.

В планетарно-кулачковом двигателе (1) размер канала для подвода и отвода рабочей жидкости ограничен общей частью кругов окружностей впадин зубьев двух соседних сателлитов, находящихся соответственно в начале и конце одноименного цикла работы (подвода или отвода жидкости). Площадь канала зависит от степени перекрытия кругов и не превышает площади круга, а при некоторых сочетаниях геометрических параметров близка к нулю. Указанное обстоятельство ограничивает пропускную способность рабочей жидкости и уменьшает производительность двигателя, а в некоторых случаях двигатель вовсе становится неработоспособным. В объемно-роторном двигателе (2) форму канала определяют две точки на центроиде солнечного колеса с внешними зубьями, являющиеся следами касания с центроидой сателлита в начале фазы и в конце одноименной фазы в предыдущей рабочей камере по ходу движения сателлита. Условие сохранения зацепления колес накладывает ограничение на ширину канала. Кроме того, увеличению площади канала препятствует условие прочности колеса и зубьев. Поэтому размеры канала ограничены, и пропускная способность его невелика.

Поставлена задача - разработать роторную гидромашину с увеличенными размерами каналов, в которой была бы улучшена пропускная способность рабочей жидкости, а также допускающую варьирование геометрическими параметрами в широком диапазоне, сохраняя при этом приемлемые размеры канала. В конечном итоге это позволило бы повысить удельную мощность и производительность.

Поставленная задача решена следующим образом.

Роторная гидромашина планетарного типа содержит два некруглых солнечных колеса с внутренними и внешними зубьями, сопряженные с ними сателлиты, диски, а также каналы для подвода и отвода рабочей жидкости. При этом каналы для подвода и отвода рабочей жидкости выполнены на торцевых поверхностях дисков, жестко связанных с солнечным колесом с внешними зубьями. Открытие и закрытие каналов производятся торцевыми поверхностями сателлитов. Форма канала определяется следом перемещения круга впадин зубьев сателлита от начала цикла в рабочей камере до конца одноименного цикла в предшествующей рабочей камере по ходу движения сателлита. Количество каналов на диске равно удвоенному числу выступов на солнечном колесе с внешними зубьями. Подводящие и отводящие каналы расположены последовательно.

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, солнечного колеса с внутренними зубьями 2, сателлитов 3, находящихся в зацеплении с солнечными колесами, и дисков 4, установленных на солнечном колесе 1 и жестко связанных с ним. Пространство, заключенное между солнечными колесами 1 и 2, двумя соседними сателлитами 3 и дисками 4, служит рабочей камерой 5. На торцевых поверхностях дисков 4 выполнены четыре канала 6 (один из них с невидимой частью показан штриховкой) для подвода и отвода рабочей жидкости. Отличительными особенностями конструкции являются увеличенные площади каналов 6, улучшающие пропускную способность рабочей жидкости, а в итоге увеличивающие мощность и производительность гидромашины.

Работа роторной гидромашины в режиме двигателя и при неподвижном солнечном колесе с внешними зубьями 1 происходит следующим образом.

В зоне рабочего хода рабочая жидкость под давлением поступает в рабочую полость 5 через открытый участок канала 6 (фиг. 1). При этом результирующая сила, действующая на солнечное колесо с внутренними зубьями 2 от двух сателлитов 3 и 7 (фиг. 1), создает момент, приводящий во вращение солнечное колесо с внутренними зубьями 2 (направление вращения показано стрелкой W). Кроме того, в результате непосредственного воздействия рабочей жидкости на солнечное колесо 2 возникает дополнительный вращающий момент, направление которого совпадает с предыдущим. В момент завершения цикла отвода рабочей жидкости в рабочей камере 8 (фиг. 1) открывается канал 6 в результате перемещения сателлита 7 и начинается рабочий цикл (подвод рабочей жидкости) в камере 8. При дальнейшем повороте солнечного колеса с внутренними зубьями 2 на 45 градусов канал 6 (фиг. 1) закрывается сателлитом 7, и рабочий цикл в камере 5 завершается и начинается цикл отвода рабочей жидкости, так как в этом момент сателлит 3 (фиг. 1) начинает освобождать следующий канал по ходу перемещения, являющийся отводящим. Аналогичные процессы происходят во всех рабочих камерах соответствующим сдвигом фаз. Изменение направления вращения солнечного колеса с внутренними зубьями 2 осуществляется путем переключения каналов.

Основное преимущество изобретения заключается в том, что за счет увеличения площади каналов для подвода и отвода рабочей жидкости достигается повышение мощности гидравлического двигателя или производительности насоса. Кроме того, допустимо варьирование геометрическими параметрами гидромашины в широких пределах, сохраняя при этом приемлемые размеры каналов.

Источники информации
1. Патент СССР N 1403993, F 03 C 2/22, 1988.

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

Роторная гидромашина может найти применение в гидросистемах различного назначения в качестве насоса или двигателя. Гидромашина планетарного типа содержит два некруглых солнечных колеса с внутренними и внешними зубьями, сопряженные с ними сателлиты, диски, а также каналы для подвода и отвода рабочей жидкости. При этом каналы для подвода и отвода рабочей жидкости выполнены на торцевых поверхностях дисков, жестко связанных с солнечным колесом с внешними зубьями. Повышаются удельная мощность и производительность. 2 ил.

Роторная гидромашина планетарного типа, содержащая два некруглых солнечных колеса с внешними и внутренними зубьями, сопряженные с ними сателлиты, диски, а также каналы для подвода и отвода рабочей жидкости, отличающаяся тем, что каналы для подвода и отвода рабочей жидкости выполнены на торцевых поверхностях дисков, жестко связанных с солнечным колесом с внешними зубьями.