СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ КРИВОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ РОТОРА ИЛИ КОРПУСА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК F02B55/00 F01C21/00 

Изобретения относятся к машиностроению и могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, тепловых машинах, пневматических устройствах, насосах и гидроагрегатах.

Известен способ построения направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса, заключающийся в том, что ее построение осуществляют в системе координат X и Y и обкатывают без скольжения производящую окружность по неподвижной окружности (Бирюков Б.Н. Роторно-поршневые гидравлические машины. - М.: Машиностроение, 1972, стр. 41-49, рис. 30-32).

Недостатками известных способов построения направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса является то, что они не позволяют построить такую направляющую кривую цилиндрической поверхности ротора или корпуса, которая позволила бы поверхности ротора или корпуса принимать и передавать максимальные значения энергии термодинамических процессов на вращательное движение, т.е. повысить КПД устройств.

Задачей изобретений является увеличение КПД устройств.

Технический результат достигается тем, что цилиндрическая поверхность ротора или корпуса с направляющей кривой построенной по предлагаемому способу имеет уникальные свойства и решает поставленную задачу. Основой достигаемого технического результата является способ построения направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса, заключающийся в том, что в системе координат X и Y производящую окружность обкатывают без скольжения по неподвижной окружности, где с производящей окружностью жестко закрепляют кривошип четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма так, что точки кривошипа описывают эпитрохоиды или гипотрохоиды, а несимметричную относительно оси Y системы координат направляющую кривую описывают точкой, расположенной на конце дуги - траектории одной из точек коромысла четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, энергетический параметр которого
A(λ,ρ,δ)≠2,
где A - энергетический параметр механизма;
λ - относительная величина шатуна четырехзвенника;
ρ - относительная величина коромысла четырехзвенника;
δ - относительная величина стойки четырехзвенника;
кроме того, при построении эпитрохоиды задают величину отношения радиусов неподвижной и производящей окружностей в диапазоне 1-12, а при построении гипотрохоиды - в диапазоне 2-12, а точки направляющей кривой определяют следующими уравнениями:


где X и Y - оси декартовых координат;
R_о - радиус неподвижной окружности;
r_о - радиус производящей окружности;
ϕ - угол поворота вращения луча, проходящего через центр вращения производящей окружности и осью X;
r - длина кривошипа;
l - длина шатуна;
ϕ(λ,ρ,δ) - угол между осью X и шатуном;
R₂ - расстояние от начала коромысла до точки, от которой отходит дуга-траектория;
R₁ - расстояние от начала коромысла до центра крепления шарнира с шатуном;
ϕ(λ,ρ,δ)₁ - угол между осью X и коромыслом;
a - длина хорды дуги-траектории;
ϕ(λ,ρ,δ)₂ - угол между осью X и хордой дуги-траектории.

Энергетический параметр механизма обозначает работу сил, передаваемых на вращательное движение, в содержащих кривошип механизмах при силе, равной единице, и длине кривошипа, равной единице. Для шарнирного четырехзвенного механизма при A(λ,ρ,δ) = 2 = const происходит симметричный прямой и обратный ход по углу поворота кривошипа.

На фиг. 1 в шарнирном четырехзвеннике: r - длина кривошипа, l - длина шатуна, R₁ - длина коромысла, L - длина стойки. Относительные величины: l/r = λ - шатуна, R₁/r = ρ - коромысла, L/r = δ - стойки четырехзвенника, получены делением величины звена на длину кривошипа. Отношение радиусов неподвижной и производящей окружностей для эпитрохоиды от единицы до двенадцати, а для гипотрохоиды от двух до двенадцати приняты исходя из практики по количеству цилиндров двигателей внутреннего сгорания (Орлин А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания, конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1984 г.).

Точки направляющей кривой определяются уравнениями по фиг. 1, где первые слагаемые представляют собой эпитрохоиду и гипотрохоиду. Значения углов ϕ(λ,ρ,δ);ϕ(λ,ρ,δ)₁;ϕ(λ,ρ,δ)₂ выводятся по теореме косинусов из треугольников O₁AB и O₁CB или AO₁C и ABC, угол τ принимается как конструктивный и определяющий положение шарнирного четырехзвенника относительно луча, проходящего через центр производящей окружности. На фиг. 1 обозначение углов соответствует γ = ϕ(λ,ρ,δ);β = ϕ(λ,ρ,δ)₁;θ = ϕ(λ,ρ,δ)₂.
Из соотношений:
b² = l² + R₁² - 2lR₁cos(∠ABC);
b² = r² + L² - 2rLcos(∠AO₁C);
определяется значение угла ∠ABC, после замены на относительные параметры имеем

Из соотношений:
d² = r² + l² - 2rlcos(∠O₁AB);
d² = L² + R₁² - 2LR₁cos(∠O₁CB);
определяется угол ∠O₁AB:

значение хорды определяется:

значение углов γ,β и θ определяется:



Анализируя уравнения криволинейной направляющей, можно сделать вывод, что ее вид зависит от значений параметров четырехзвенного механизма и от отношения радиусов неподвижной и производящей окружностей.

На фиг. 2-6 приведены различные формы замкнутых направляющих кривых с отношением радиусов неподвижной и производящей окружностей, равным двум, и с различными относительными параметрами четырехзвенника. На фиг. 2 - направляющая кривая с относительными параметрами λ = 2,86; ρ = 2,28: δ = 1,86 и энергетическим параметром A(λ,ρ,δ)≠2.

На фиг. 3 приведена направляющая кривая с энергетическим параметром четырехзвенника A(λ,ρ,δ) = 2 и значениями относительных параметров δ = 4,6; λ = ρ = 3,2.

На фиг. 4 приведена направляющая кривая с энергетическим параметром четырехзвенника A(λ,ρ,δ)≠2 и значениями параметров λ = 4, ρ = 4, δ = 1,9.

На фиг. 5 и 6 приведены примеры направляющих кривых с отношением радиусов неподвижной и производящей окружностей, равным двум, и со значениями параметров λ = 4, ρ = 4, δ = 2,5 и λ = 2,69, ρ = 2,6, δ = 4,6 соответственно. Пример по фиг. 3 не может быть отнесен в рамки данного изобретения как симметричная направляющая кривая с энергетическим параметром механизма A(λ,ρ,δ) = 2,, а фиг. 4 - возможный аномальный вариант направляющей кривой и имеет впадину или задир, который не позволит выполнить конструкцию ротора или корпуса, точнее устройство, выполненное с данной направляющей кривой, неработоспособно ввиду заклинивания "дуги - траектории одной из точек коромысла", которая будет выполнять роль разделительной перегородки изменяемого объема, заключенного между цилиндрическими поверхностями с круговой направляющей и с цилиндрическими поверхностями с направляющей кривой по предлагаемому способу построения.

Энергетические параметры шарнирных четырехзвенных кривошипно-коромысловых механизмов получаем в результате интегрирования суммарных единичных моментов при силе, равной единице, и длине кривошипа, равной единице (RU, 2073803 C1, кл. F 16 H 21/00, опубл. 20.02.97; RU, 2043550 C1, кл. F 16 H 21/00, опубл. 10.09.95). Для центрального кривошипно-ползунного механизма энергетический параметр выводится следующим образом:

где M_к - крутящий момент выходного вала;
P_г - силы давления расширяющихся газов;
ϕ - угол поворота выходного вала;
r - длина кривошипа;
β - угол наклона шатуна к оси, проходящей через центр вращения выходного вала и центр движения поршня.

После замены угла β на ϕ и интегрирования имеем

при P_г = 1, r = 1

Энергетическая характеристика или энергетический параметр центрального кривошипно-коромыслового механизма не зависит от величин звеньев (шатуна и кривошипа) и равен постоянной величине (двум) и принят в качестве эталонной. Он имеет симметричный характер и представляет собой синусоиду. Энергетический параметр механизма, содержащего кривошип, означает способность совершения работы силой, передаваемой на вращение кривошипа, при силе, равной единице, и кривошипе, равном единице.

На фиг. 7 показана несимметричная направляющая кривая при отношении радиусов неподвижной и производящей окружностей эпитрохоиды равном единице с параметрами четырехзвенника λ = 4; ρ = 4; δ = 1,9.

На фиг. 8 показана несимметричная направляющая кривая при отношении радиусов неподвижной и производящей окружностей, эпитрохоиды и гипотрохоиды, равном четырем, с определенными значениями параметров четырехзвенника. Воспроизведение криволинейной направляющей с отношениями радиусов, равными единице, для гипотрохоиды невозможно по известным причинам невозможности осуществления.

Свойства цилиндрической поверхности ротора или корпуса с направляющей кривой по предлагаемому автором способу построения.

1. Передавать или воспринимать распределенные усилия силы, вдоль направляющей кривой, по несимметричной механической характеристике фиг. 9-11 или собственной механической характеристике.

Для каждого соотношения параметров четырехзвенника имеет место своя собственная несимметричная или симметричная механическая характеристика, соответствующая направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса. В зависимости от параметров четырехзвенника амплитуды собственных механических характеристик (несимметричных) имеют свойство смещаться влево или вправо от точки симметрии.

2. Возможность образования с касающейся круговой цилиндрической поверхностью несимметричных объемов за соответствующий период относительно половины периода. При рассмотрении фиг. 2 в периоде (промежутке) длины дуги заключен несимметричный объем abc относительно половины в точке b - ось y является осью симметрии и отношение этих частей объема приблизительно соответствует 2:1.

3. Возможность изменения рабочего объема, образованного цилиндрической поверхностью с направляющей кривой по предложенному автором способу построения, цилиндрической поверхностью с круговой направляющей и другой частью цилиндрической поверхности на основе дуги - траектории одной из точек коромысла, крайней точкой которой выполнена направляющая кривая по автору, к примеру по фиг. 7, в зависимости от параметров шарнирного четырехзвенника, в различной степенной зависимости от длины окружности или части окружности за период. К примеру, если принять Z - среднюю линию по длине несимметричного объема, тогда V = Z^k, где k - показатель степени изменяемого объема. Реально достигаемое изменение объема по степенной зависимости 0,4<k<1 и 1<k<1,6 соответственно при прямом и обратном вращении (ротора или корпуса). При k=1 получается симметричная направляющая кривая - эллипс. На фиг. 5 дуга-траектория условно в зависимости от направления вращения ротора делит несимметричный объем, перемещаясь возвратно-поворотно, а объемы, заключенные между соответствующими поверхностями, изменяются по степенной зависимости. Дуга ab скользит точкой a по направляющей кривой, по предлагаемому автором способу построения, вращающегося ротора и образует несимметричный объем, изменяемый по степенной зависимости V = Z^k.

4. Цилиндрическая поверхность ротора с направляющей кривой по предлагаемому автором способу построения, с учетом трех вышеизложенных свойств, имеет свойство передавать энергию термодинамических процессов или сил давления газов непосредственно на выходной вал двигателя внутреннего сгорания, т.е. без механического преломления.

5. Двигатель внутреннего сгорания, в котором будут применены ротор или корпус с цилиндрической поверхностью с направляющей кривой по предлагаемому автором способу построения, имеет существенно более высокий термический КПД.

На фиг. 1 изображен схематично механизм для построения направляющей кривой ротора или корпуса со следующими обозначениями: неподвижная окружность R_о, производящая окружность r_о с жестко закрепленным кривошипом r, производящая окружность закреплена на луче, повернутом на угол ϕ, с этим же лучом в определенном положении закреплена стойка L шарнирного четырехзвенника с кривошипом r, шатуном l, коромыслом R₁, продолжением коромысла R₂, на конце которого показана дуга - траектория одной из точек коромысла. На этой же фигуре представлены обозначения всех углов и вспомогательных отрезков, необходимых для вывода уравнений направляющей кривой по автору. Это угол ϕ(λ,ρ,δ) = γ между шатуном и осью X, угол ϕ(λ,ρ,δ)₁= β - между коромыслом и осью X, угол ϕ(λ,ρ,δ)₂= θ - между хордой дуги-траектории и осью X. Диагонали d и b четырехзвенника. Угол τ - конструктивный параметр и определяет положение четырехзвенника относительно луча, проходящего через ось вращения производящей окружности. Хорда дуги-траектории - a. На фиг. 2 изображена направляющая кривая цилиндрической поверхности. Для наглядности и понимания предложенная кривая показана вписанной в окружность. Отношение радиусов неподвижной и производящей окружностей равно двум. Имеется надпись, обозначающая значения относительных параметров четырехзвенника. Буквами abc обозначены несимметричный объем относительно оси y, как одно из свойств предложенного изобретения. На фиг. 3 и 4 с целью объяснения сути изобретения показаны направляющие кривые, не обладающие вышеназванными свойствами или свойствами, приводящими к заклиниванию при определенных условиях: на фиг. 3 - кривая, не решающая поставленную задачу, на фиг. 4 - не обеспечивающая работоспособность ротора или корпуса устройства. На фиг. 5 и 6 показаны для наглядности различные направляющие кривые цилиндрических поверхностей при соответствующих относительных параметрах четырехзвенника, которые указаны на чертежах. На фиг. 5 условно показана дуга - траектория одной из точек коромысла, которая делит несимметричный объем, образованный известной цилиндрической поверхностью с круговой направляющей кривой и предлагаемой с направляющей кривой автора. При вращении ротора происходит изменение несимметричного объема по степенной зависимости - как объяснение третьего свойства цилиндрической поверхности с направляющей кривой по автору. На фиг. 7 наглядно показана несимметричная направляющая кривая цилиндрической поверхности по предлагаемому автором способу построения с отношением неподвижной и производящей их радиусов окружностей, равным единице. Одновременно показан четырехзвенник с указанием звеньев и дуги-траектории одной из точек коромысла. На фиг. 8 для наглядности вариантов показана несимметричная направляющая кривая цилиндрической поверхности по автору с числом отношения радиусов неподвижной и производящей окружностей, равным четырем, при определенных значениях относительных параметров четырехзвенника. Для наглядности и представления свойств заявленных направляющих кривых цилиндрических поверхностей ротора или корпуса на всех фигурах они показаны вписанными в окружность. На фиг. 9-11 показаны графики моментов распределенных сил F, равномерных по цилиндрической поверхности ротора относительно центра вращения O в системе декартовых координат: фиг. 9, 11 - с периодом "пи" - 180, для цилиндрической поверхности с несимметричной направляющей кривой с отношением радиусов окружностей, равным двум, и определенным соотношением параметров четырехзвенника; фиг. 10, 11 - с периодом "два пи" - 360, для цилиндрической поверхности ротора с направляющей кривой с отношением радиусов неподвижной и производящей окружностей, равным единице. На фиг. 9 и 10 показан пример определения момента одной из точек цилиндрической поверхности с кривой автора, где no - плечо, сила F действует перпендикулярно плечу для данной точки поверхности, расположенной на радиусе под углом Ψ к оси X. Пунктирной линией показаны границы aoc и a'oc' положительных значений моментов, cob и c'oa' отрицательных значений моментов собственной механической характеристики цилиндрических поверхностей роторов с криволинейной направляющей по автору, которые зависят только от соотношения параметров четырехзвенников. На фиг. 12 показан пример построения направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса с указанием положения точки дуги - траектории одной из точек коромысла четырехзвенника через каждые 45 градусов угла поворота луча, проходящего через центр производящей окружности.

Возможность осуществления изобретения.

Построение направляющей кривой автора для цилиндрической поверхности ротора или корпуса осуществляют следующим образом. В системе декартовых координат X и Y производящую окружность обкатывают без скольжения по неподвижной окружности, при этом с производящей окружностью жестко закрепляют кривошип четырехзвенника шарнирного кривошипно-коромыслового механизма так, что точки кривошипа описывают эпитрохоиды или гипотрохоиды, а несимметричную относительно оси Y системы координат направляющую кривую описывают точкой, расположенной на конце дуги - траектории одной из точек коромысла четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, энергетический параметр которого A, кроме того, при построении эпитрохоиды задают величину отношения радиусов неподвижной и производящей окружностей в диапазоне 1-12, а при построении гипотрохоиды - в диапазоне 2-12, а точки направляющей кривой определяют следующими уравнениями по (I и II), а направляющая по автору вычерчивается точкой, по фиг. 1, D конца дуги - траектории одной из точек E коромысла четырехзвенника O₁ABC, точки кривошипа которого (A) описывают к примеру эпитрохоиду (или гипотрохоиду), четырехзвенник со стойкой O₁C зафиксирован под углом τ к лучу с началом в центре неподвижной окружности и проходящим через центр производящей окружности, при этом получается направляющая кривая вышеприведенной формы. На фиг. 12 наглядно показано построение направляющей кривой с отношением радиусов неподвижной и производящей окружностей для случая По этой фигуре в начальный момент времени задаем следующие значения параметров ϕ = 0^°,γ,θ,Ψ = 0^° для данного соотношения параметров четырехзвенника OABC с длиной дуги ED. Значение угла τ между лучом OO₁ и звеном O₁C зафиксировано в постоянном положении. Весь период вращения кривошипа O₁A соответствует разделенным равным интервалам, которым соответствуют 1, 2, 3, 4, 5 положения луча OO₁ с вращением без скольжения производящей окружности с центром O₁ по неподвижной окружности O. В следующий момент времени производящая окружность O'₁ катится без скольжения по неподвижной окружности по часовой стрелке равномерно. Луч OO₁ принимает положение 2 по наружной окружности. Произошел поворот кривошипа на 90 градусов вместе с производящей окружностью. Для положения 2 углы принимают значения ϕ = -45^°,γ′,θ′,β′,Ψ = 90^°.
четырехзвенник принимает значение-положение O'₁A'B'C', положение дуги D'E', а точка D' совершает неравномерное сложное движение по радиусу OD, описываемое уравнениями, приведенными в формуле изобретения (I и II), и за это время быстро достигает крайнего положения. От положения 1 до положения луча O₁O угол γ изменяется на более чем 90 градусов относительно поворота кривошипа, но относительно оси X он изменился не более чем на 20 градусов, угол β′ уменьшился, угол θ′ немного уменьшился. Далее в положении 3 луча O₁O четырехзвенный механизм примет положение O''₁A''B''C'', при этом углы ϕ = -90^°,Ψ = 180^°,γ″,β″,θ″;γ - увеличатся, β″ - уменьшится, θ″ - увеличится. Скорость изменения положения точки D'' по радиусу конца дуги одной из точек коромысла изменится в обратном направлении от крайнего положения O'₁ и за оставшееся время в три раза быстрее будет возвращаться в первоначальное положение. В следующий момент времени в положении 4 луча OO₁ примет состояние OO'''₁. Во избежание дальнейшего загромождения чертежа, которое приведет к путанице, углы не показаны. Угол θ″′ увеличится. Точка D''' продолжает с меньшей неравномерностью возвращаться в первоначальное положение, образуя другую часть формы направляющей кривой, при этом ϕ = -135^o, Ψ = 270^o. В следующем положении луча OO''''₁ происходит возвращение точки D'''' в первоначальное положение. Завершается один период вращения кривошипа и производящая окружность совершает один полный оборот вокруг оси O₁, перекатываясь без скольжения по неподвижной окружности, охватив ее длину ровно наполовину, что соответствует отношению радиусов, равному числу два по формуле. Дальнейшее вращение производящей окружности без скольжения по неподвижной окружности приведет к образованию такой же формы направляющей кривой, ее второй половины по предлагаемому автором способу построения.

Вариант второй. Технический результат достигается тем, что цилиндрическая поверхность ротора или корпуса с направляющей кривой, построенной по предлагаемому автором способу, имеет уникальные свойства и решает поставленную задачу. Основу достигаемого технического результата является новый способ построения направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса, заключающийся в том, что в системе координат X и Y неподвижно фиксируют стойку или кривошип четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, затем вращают соответственно кривошип или стойку так, что их точки описывают окружности, а направляющую кривую описывают точкой, расположенной на конце дуги - траектории одной из точек коромысла четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, энергетический параметр которого
A(λ,ρ,δ)≠2
где A - энергетический параметр механизма;
λ - относительная величина шатуна четырехзвенника;
ρ - относительная величина коромысла четырехзвенника;
δ - относительная величина стойки четырехзвенника, кроме того, точки направляющей кривой определяют следующими уравнениями:


где X и Y - оси декартовых координат;
r - длина кривошипа;
ϕ - угол между осью X и кривошипом;
l - длина шатуна;
ϕ(λ,ρ,δ) - угол между осью X и шатуном;
R₂ - расстояние от начала коромысла до точки, от которой отходит дуга-траектория;
ϕ(λ,ρ,δ)₁ - угол между осью X и коромыслом;
R₁ - расстояние от начала коромысла до шарнира крепления с шатуном (длина коромысла);
ϕ(λ,ρ,δ)₂ - угол между осью X и хордой дуги-траектории;
a - длина хорды дуги-траектории.

Точки направляющей кривой определены уравнениями (III, IV) по фиг. 14, аналогично варианту предыдущего описания изобретения с разницей - нет окружностей, как неподвижной, так и производящей, а точка пересечения осей координат совпадает с центром вращения кривошипа. Значения углов ϕ(λ,ρ,δ);ϕ(λ,ρ,δ)₁;ϕ(λ,ρ,δ)₂ выводятся по теореме косинусов из треугольников OAB и OCB или AOC и ABC, τ - принимается равным нулю как совпадающий с осью X (на фиг. 14 показан общий случай). На фиг. 14 принято обозначение углов как зависящих от относительных параметров четырехзвенника. Из соотношений
γ = ϕ(λ,ρ,δ);
β = ϕ(λ,ρ,δ)₁;
θ = ϕ(λ,ρ,δ)₂;
b² = l² + R₁² - 2lR₁cos(∠ABC);
b² = r² + L² - 2rLcos(∠AOC)
определяется значение угла, ∠ABC после замены на относительные параметры имеет

Из соотношений
d² = r² + l² - 2rlcos(∠OAB);
d² = L² + R₁² - 2LR₁cos(∠OCB)
определяется угол ∠OAB

значение хорды определяется:

Значение углов γ,β и θ определяется:
γ = ϕ(λ,ρ,δ) = ∠OAB-180^°+ϕ;
β = ϕ(λ,ρ,δ)₁= ∠OAB+∠ABC-180^°+ϕ;

Рассмотрев уравнения направляющей кривой (III, IV), можно сделать вывод, что ее вид зависит только от относительных параметров четырехзвенника в отличие от первого варианта изобретения. На фиг. 13 изображен вид направляющей кривой по второму варианту изобретения и четырехзвенник с дугой-траекторией, образующей ее. Период образования кривой автора всегда равен длине окружности. При энергетическом параметре четырехзвенника A(λ,ρ,δ) = 2 имеет место симметричная цилиндрическая поверхность ротора или корпуса с направляющей кривой.

Свойства цилиндрической поверхности ротора или корпуса с несимметричной направляющей кривой автора.

1. Передавать или воспринимать на вращательное движение распределенных по поверхности сил по несимметричной собственной механической характеристике в зависимости от параметров четырехзвенника по фиг. 8.

2. Возможность образования с описанной цилиндрической поверхностью с круговой направляющей несимметричных объемов по фиг. 9.

3. Возможность изменения рабочего объема, образованного цилиндрической поверхностью с направляющей кривой, известной цилиндрической поверхностью с круговой направляющей и дугой - траекторией одной из точек коромысла четырехзвенника, являющейся направляющей частью цилиндрической поверхности, по степенной зависимости. Вид с "торца" на фиг. 9.

4. Передавать энергию термодинамических процессов с учетом свойств 1-3 непосредственно на выходной вал ротора.

5. ДВС с ротором или корпусом с цилиндрической поверхностью с направляющей кривой, предлагаемой автором, имеет существенный КПД.

На фиг. 14 изображена схема механизма для выполнения направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса с обозначениями для выведения формул кривой. В системе координат X и Y неподвижно фиксируют кривошип r или стойку L четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма OABC, затем вращают соответственно стойку или кривошип так, что их точки описывают окружности, а направляющую кривую описывают точкой D, расположенной на конце дуги - траектории DE одной из точек коромысла шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, а точки направляющей кривой определяют уравнениями (III, IV).

Способ построения направляющей кривой автора цилиндрической поверхности ротора или корпуса можно осуществить двумя путями, при которых получится одно и то же уравнение (III и IV).

1. Зафиксировать на плоскости в системе координат X и Y шарнирный четырехзвенник по фиг. 14 OABC, совместив начало координат O с центром вращения кривошипа r и совместив стойку четырехзвенника с осью X. Данная плоскость должна иметь дугообразную прорезь так, чтобы зафиксированное в точке D острие карандаша (ручки), перпендикулярное плоскости, могло наносить кривую на подложенный лист бумаги под эту плоскость. При этом на нижнем листе бумаги также нанесены оси декартовых координат X и Y, совпадающие с осями координат X и Y на плоскости в первоначальном положении. При этом кривошип жестко связан с нижним листом бумаги в центре точки O с возможностью его вращения совместно. При вращении кривошипа на плоскости вокруг центра O и неподвижной стойке острие карандаша ручки нанесет направляющую кривую на вращающемся нижнем листе бумаги по предложенному автором способу построения.

2. Зафиксировать на плоскости в системе координат X и Y шарнирный четырехзвенник по фиг. 14 OABC, совместив начало координат O с центром вращения стойки L при неподвижном кривошипе r. При вращении стойки точка D дуги - траектории DE одной из точек коромысла четырехзвенника опишет направляющую кривую автора, цилиндрической поверхности ротора или корпуса устройства, соответствующую уравнениям (III и IV). На фиг. 14 также показаны углы γ = ϕ(λ,ρ,δ);β = ϕ(λ,ρ,δ)₁;θ = ϕ(λ,ρ,δ)₂, фигурирующие при выводе формул направляющей кривой, звенья четырехзвенника r - кривошип, l - шатун, R₁ - коромысло, R₂ - продолжение коромысла, расстояние от начала коромысла до точки, от которой отходит дуга-траектория, диагонали четырехзвенника d, b. Угол ϕ поворота кривошипа или стойки, угол τ показан как конструктивный, но при выводе формулы он принят равным нулю для упрощения выкладок. Угол α центральный угол дуги DE. На фиг. 13 изображена направляющая кривая цилиндрической поверхности ротора или корпуса с несимметричной направляющей кривой со схемой механизма ее образования и с указанием относительных параметров четырехзвенника λ,ρ,δ. На фиг. 11 показан график 11 моментов распределенных сил F равномерно по цилиндрической поверхности ротора относительно центра вращения O в системе декартовых координат X и Y с периодом "два пи" - 360 градусов для цилиндрической поверхности с несимметричной направляющей кривой автора по второму варианту изобретения. На фиг. 9 и 10 пунктирной линией показаны границы секторов O'OC' - верхние положительные значения моментов, C'OO' - нижних отрицательных значений моментов собственных механических характеристик цилиндрических поверхностей, которые зависят только от соотношения параметров образующих четырехзвенников. На фиг. 15 представлен пример построения направляющей кривой для цилиндрической поверхности ротора или корпуса по второму варианту изобретения. В случае примера построения направляющей кривой, изображенной на фиг. 13, в начальный момент времени задаем следующими значениями параметров на фиг. 15: ϕ = 90^°;γ,θ,τ = const, которым соответствует начальное расположение четырехзвенника OABC и дуги на коромысле ED. В следующий момент времени после поворота кривошипа OA по часовой стрелке на 45 градусов значения углов начинают изменяться ϕ = 45^o, γ′ - увеличится, θ′ - увеличится, β′ - увеличится, τ = const, а положение четырехзвенника примет состояние OA'B'C. В связи с тем что "ротор" повернется совместно с кривошипом также на 45 градусов, эту точку надо перенести в точку 2 кривой, или 2' на вспомогательной окружности, по лучу поворота кривошипа. В следующий момент времени после поворота кривошипа OA по часовой стрелке на 90 градусов вместе с жестко закрепленным по оси "ротором" и на нем точка D'' дуги одной из точек коромысла D''E'' продолжает описывать кривую автора, а значение углов изменяется далее: ϕ = 90^o, γ″ - увеличивается, β″ - увеличивается (не показано, чтобы не загромождать чертеж), θ″ - увеличивается (не показано, чтобы не загромождать чертеж), а положение четырехзвенника примет состояние OA''B''C, скорость точки D вдоль OD'' увеличивается. Фиг. 15 соответствует точке 3 после переноса точки в точку 3' "ротора", который условно вращается под листом вместе с кривошипом. В следующий момент времени после поворота кривошипа OA по часовой стрелке на 135 градусов значение углов изменится далее: ϕ = 135^o, γ″′ - начинает уменьшаться (не показано), β″′ - продолжает увеличиваться (не показано), θ″′ - также увеличивается (не показано), они стремятся к предельному значению и далее эти углы начнут уменьшаться. Точка D''' - максимально приблизится к центру O и далее начнет отдаляться так же неравномерно от него. Положение четырехзвенника имеет обозначение OA'''B'''C для данного состояния. Аналогичная кривая получится, если на листе бумаги в системе координат X и Y, к примеру, неподвижно зафиксировать кривошип OA четырехзвенника в определенном положении, к примеру OABC, а затем вращать стойку OC вокруг оси O на той же фиг. 15. Тогда опять-таки точка D дуги - траектории DE одной из точек E коромысла начертит несимметричную кривую. Это покажет совпадение точки D с цифрами 1, 2, 3... и так до восьмой. Если начертить четырехзвенники OABC с зафиксированным в одном положении кривошипом OA, а звено OC начертить через каждые 45 градусов последовательно по часовой стрелке совместно с остальными звеньями AB и BC для соответствующего положения.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, пневматических устройствах, насосах и агрегатах гидравлики. Способ построения направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса заключается в том, что в системе координат Х и Y производящую окружность обкатывают без скольжения по неподвижной окружности. С производящей окружностью жестко закрепляют кривошип четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, так что точки кривошипа описывают эпитрохоиды или гипотрохоиды, а несимметричную относительно оси Y системы координат направляющую кривую описывают точкой, расположенной на конце дуги - траектории одной из точек коромысла четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма. Задачей изобретения является повышение КПД. 2 с.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ построения направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса, заключающийся в том, что в системе координат X и Y производящую окружность обкатывают без скольжения по неподвижной окружности, отличающийся тем, что с производящей окружностью жестко закрепляют кривошип четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, так, что точки кривошипа описывают эпитрохоиды или гипотрохоиды, а несимметричную относительно оси Y системы координат направляющую кривую описывают точкой, расположенной на конце дуги - траектории одной из точек коромысла четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, энергетический параметр которого
A(λ,ρ,δ) ≠ 2,
где A - энергетический параметр механизма;
λ - относительная величина шатуна четырехзвенника;
ρ - относительная величина коромысла четырехзвенника;
δ - относительная величина стойки четырехзвенника,
кроме того, при построении эпитрохоиды задают величину отношения радиусов неподвижной и производящей окружностей в диапазоне 1 - 12, а при построении гипотрохоиды - в диапазоне 2 - 12, а точки направляющей кривой определяют следующими уравнениями:

R₀ ± r₀,

где X и Y - оси декартовых координат;
R₀ - радиус неподвижной окружности;
r₀ - радиус производящей окружности;
ϕ - угол поворота вращения луча, проходящего через центр вращения производящей окружности и осью X;
r - длина кривошипа;
l - длина шатуна;
ϕ(λ, ρ, δ) - угол между осью x и шатуном;
R₂ - расстояние от начала коромысла до точки, от которой отходит дуга - траектория;
R₁ - расстояние от начала коромысла до центра крепления шарнира с шатуном;
ϕ(λ, ρ, δ)₁ - угол между осью x и коромыслом;
a - длина хорды дуги - траектории;
ϕ(λ, ρ, δ)₂ - угол между осью x и хордой дуги - траектории. 2. Способ построения направляющей кривой цилиндрической поверхности ротора или корпуса, заключающийся в том, что ее построение осуществляют в системе координат X и Y, отличающийся тем, что неподвижно фиксируют кривошип или стойку четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, затем вращают соответственно стойку или кривошип так, что их точки описывают окружности, а направляющую кривую описывают точкой, расположенной на конце дуги - траектории одной из точек коромысла четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, энергетический параметр которого
A(λ, ρ, δ) ≠ 2,
где A - энергетический параметр механизма;
λ - относительная величина шатуна четырехзвенника;
ρ - относительная величина коромысла четырехзвенника;
δ - относительная величина стойки четырехзвенника,
кроме того, точки направляющей кривой определяют следующими уравнениями:


где x и y - оси декартовых координат;
r - длина кривошипа;
ϕ - угол между осью x и кривошипом;
l - длина шатуна;
ϕ(λ, ρ, δ) - угол между осью x и шатуном;
R₂ - расстояние от начала коромысла до точки, от которой отходит дуга - траектория;
R₁ - расстояние от начала коромысла до шарнира крепления с шатуном (длина коромысла);
ϕ(λ, ρ, δ)₁ - угол между осью x и коромыслом;
a - длина хорды дуги - траектории;
ϕ(λ, ρ, δ)₂ - угол между осью x и хордой дуги - траектории.