РОТОРНО-ЛОПАСТНАЯ МАШИНА Российский патент 2001 года по МПК F01C1/00 F04C2/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании роторно-лопастных двигателей, насосов, компрессоров, гидроприводов.

Известна роторная машина, содержащая корпус, торцовые крышки с окнами подвода и отвода рабочей среды, соосные валы с шестернями, установленные на валах роторы с лопастями, образующие рабочие камеры, и промежуточный вал с шестернями. Причем механизм неравномерного вращения роторов образован с помощью овальных шестерен. Применение овальных шестерен затрудняет использование данной машины из-за нетехнологичности их изготовления. Поэтому в данной машине применен механизм неравномерного вращения роторов в виде сложного карданного механизма с регулировочным винтом, обеспечивающим регулирование производительности за счет изменения угла преломления в шарнирах. Данный механизм не может обеспечить необходимую амплитуду колебаний роторов для создания высокопроизводительной машины без увеличения числа лопастей роторов. Примененный в данной роторной машине механизм с прерывистым движением роторов имеет существенный недостаток в том, что неизбежны ударные нагрузки на все звенья машины (SU а. с. N 1521914, кл. F 04 C 18/00, 15.11.1989).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности и простоте конструкции является роторно-лопастной двигатель, содержащий корпус с всасывающим и выхлопным окнами, торцовую крышку, центральный вал и два лопастных ротора, валы которых установлены на центральном валу соосно с ним и с возможностью независимого вращения от него и один от другого, жестко закрепленный вне корпуса на наружном конце центрального вала маховик, свечу зажигания, и механизм периодического изменения скоростей вращения роторов, который содержит полуось, установленную на эксцентриковом элементе с наружной стороны торцовой крышки параллельно центральному валу с возможностью ее перемещения по эксцентричной относительно центрального вала окружности, посредством ее закрепления на эксцентриковом кольце, установленном эксцентрично центральному валу с возможностью его вращения вокруг своей оси на опорных подшипниковых элементах, которые укреплены с внешней стороны торцовой крышки. Два водила жестко закреплены по одному на наружных концах вала каждого ротора, причем водила размещены вдоль радиусов, симметрично расположенных по разные стороны от указанной полуоси, а свободный конец каждого из водил шарнирно связан с ней посредством тяги. На наружном конце центрального вала жестко закреплено третье водило, сквозь радиальный паз которого проходит указанная полуось с возможностью ее перемещения вдоль указанного паза (RU N 2054122, кл. F 01 C 1/00, 10.02.1996).

Однако силовой импульс от расширяющихся газов, действующих на лопасти, передается на центральный вал через посредство эксцентрикового элемента. Причем равнодействующая сила от сил, передаваемых роторами на полуось, закрепленную на эксцентриковом элементе, действует всегда в направлении радиуса и изменяется лишь по знаку и величине. Если разложить эту силу на составляющие в направлении нормали к окружности, по которой движется полуось, и в направлении касательной к этой окружности, то видно, что составляющая в направлении нормали значительно больше по величине, чем составляющая в направлении касательной. Полезной является лишь составляющая в направлении касательной, а составляющая в направлении нормали нагружает эксцентриковый элемент и вызывает значительную вибрацию. Полезный силовой импульс мал в сравнении с импульсом, получаемым от расширяющихся газов. Поэтому затруднительна передача силового импульса от роторов к центральному валу, что является недостатком этого роторно- лопастного двигателя.

Задача изобретения - обеспечить легкую передачу вращающего момента от роторов к выходному валу и снизить вибрацию.

Данная задача решается в роторно-лопастной машине, содержащей полый цилиндрический корпус с впускными и выпускными отверстиями, торцевые крышки, выходной вал, два соосных с выходным валом вала с водилами на свободных концах и лопастными роторами, разделяющими внутренний объем корпуса на изолированные друг от друга полости, свечу зажигания и механизм периодического изменения скоростей и синхронизации вращения роторов и выходного вала, который выполнен в виде установленного на внутреннем конце выходного вала водила со свободно вращающимися на полуосях, расположенных параллельно с выходным валом, зубчатыми колесами, на дисках которых установлены параллельно осям колес полуоси, связанные с водилами валов лопастных роторов и неподвижного зубчатого колеса, установленного на внутренней стороне одной из крышек и входящего в зацепление с зубчатыми колесами, установленными на водиле.

Кроме того, водила на концах валов с роторами могут иметь радиальный паз, сквозь который проходит полуось, установленная на диске зубчатого колеса.

Кроме того, водила на концах валов с роторами могут быть шарнирно связаны тягами попарно с полуосями, установленными на дисках зубчатых колес.

Таким образом, при вращении выходного вала каждая полуось, закрепленная на диске зубчатого колеса, описывает гипоциклоиду, форма которой зависит от отношения чисел зубьев неподвижного зубчатого колеса, установленного на водиле, а также от расстояния между этой полуосью и осью зубчатого колеса и радиуса окружности, описываемой осью зубчатого колеса. От начальной установки каждого зубчатого колеса относительно водила зависит расположение гипоциклоиды, описываемой полуосью этого колеса относительно корпуса. Так, например, при соотношении чисел зубьев неподвижного зубчатого колеса и подвижного зубчатого колеса, равном двум, гипоциклоида имеет форму эллипса с эксцентриситетом, зависящим от радиуса окружности, описываемой осью зубчатого колеса, и расстоянием от нее до полуоси.

На фиг. 1 изображена роторно-лопастная машина в разрезе; на фиг. 2 - вид на корпус с роторами; на фиг. 3 - вид на корпус со стороны механизма периодического изменения скоростей; на фиг. 4 - вид на механизм периодического изменения скоростей и синхронизации вращения роторов и выходного вала; на фиг. 5 - вид на механизм периодического изменения скоростей и синхронизации вращения роторов и выходного вала с применением связи полуосей с водилами с помощью тяг.

Опишем здесь конструкцию четырехтактной роторно-лопастной машины с четырьмя лопастями, предназначенной для работы в качестве двигателя внутреннего сгорания. Роторно-лопастная машина содержит корпус 1, крышку 2, крышку 3. В корпусе 1 и крышке 2 установлены роторы 4 и 5, попарно жестко закрепленные на валах 6 и 7, на свободных концах которых установлены водила 8 и 9, имеющие радиальный паз. Валы 6 и 7 опираются на подшипники 10. В крышке 2 имеется резьбовое отверстие 11 для свечи зажигания. В корпусе 1 имеются впускное 12 и выпускное 13 отверстия. В крышке 3 соосно с роторами установлены подшипники 14, на которые опирается выходной вал 15. На валу 15 жестко закреплено водило 16 с установленными на полуосях 17 и 18 зубчатыми колесами 19 и 20, входящими в зацепление с зубчатым колесом 21 на внутренней стороне крышки 3. Зубчатые колеса 19 и 20 имеют полуоси 22 и 23, проходящие через радиальные пазы водил 8 и 9 соответственно. Отношение чисел зубьев неподвижного зубчатого колеса и подвижного зубчатого колеса равно двум. Зубчатые колеса 19, 20, 21 могут быть выполнены со смещением исходного контура для получения необходимого межосевого расстояния, причем два первые выполнены одинаковыми. Зубчатые колеса 19 и 20 установлены так, что большие полуоси эллипсов, которые описывают полуоси, установленные на дисках, взаимно перпендикулярны.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении выходного вала 15 зубчатые колеса 19 и 20 катятся по неподвижному зубчатому колесу 21 и через полуоси 22 и 23 воздействуют на водила 8 и 9, а через них и валы 6 и 7 - на роторы 4 и 5 соответственно. Вследствие этого происходят поочередно впуск, сжатие, зажигание горючей смеси, расширение газов и выпуск в каждой полости, образованной разделением лопастями внутреннего объема корпуса 1 и крышки 2. При горении смеси давление в полости значительно возрастает. Лопасти воспринимают давление газа и передают на валы 4 и 5 равные по значению и противоположно направленные моменты сил. Эти моменты передаются на водила 8 и 9. Силы, действующие со стороны водил 8 и 9 на полуоси 22 и 23, зависят от расстояния между осью вращения выходного вала и соответствующей полуосью 22 и 23 зубчатых колес 19 и 20. Эти силы всегда направлены по касательной к окружности с центром на оси выходного вала и также создают противоположно направленные вращающие моменты на водило 16, но значительно отличающиеся по значению из-за различия точек приложения этих сил. Водило 16 передает суммарный вращающий момент на выходной вал 15. Водило 16 с зубчатыми колесами 19 и 20 также выполняет роль маховика. Водила 8 и 9 и полуоси 22 и 23 соответственно можно связать шарнирно с помощью тяг 24 и 25, тем самым исключить передачу вращающего момента через радиальный паз.

Изобретение может быть использовано при создании роторно-лопастных двигателей, насосов, компрессоров, гидроприводов. В роторно-лопастной машине имеется неподвижный корпус, внутри которого вращаются лопастные роторы с изменяющейся скоростью, так что объемы, на которые разделен корпус роторами, изменяются циклически. Роторы закреплены на соосных валах, имеющих на свободных концах водила. Механизм периодического изменения скоростей и синхронизации вращения роторов и выходного вала выполнен в виде установленного на внутреннем конце выходного вала водила с свободно вращающимися на полуосях зубчатыми колесами, на дисках которых установлены полуоси, и неподвижного зубчатого колеса, входящего в зацепление с этими зубчатыми колесами. Водила на концах валов с роторами имеют радиальный паз, сквозь который проходит полуось, установленная на диске зубчатого колеса. Обеспечивается легкая передача вращающего момента от роторов к выходному валу, снижается вибрация. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Роторно-лопастная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с впускными и выпускными отверстиями, торцевые крышки, выходной вал, два соосных с выходным валом вала с водилами на свободных концах и лопастными роторами, разделяющими внутренний объем корпуса на изолированные друг от друга полости, свечу зажигания и механизм периодического изменения скоростей и синхронизации вращения роторов и выходного вала, отличающаяся тем, что механизм периодического изменения скоростей и синхронизации вращения роторов и выходного вала выполнен в виде установленного на внутреннем конце выходного вала водила со свободно вращающимися на полуосях, расположенных параллельно с выходным валом, зубчатыми колесами, на дисках которых установлены параллельно осям колес полуоси, связанные с водилами валов лопастных роторов и неподвижного зубчатого колеса, установленного на внутренней стороне одной из крышек и входящего в зацепление с зубчатыми колесами, установленными на водиле. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что водила на концах валов с роторами имеют радиальный паз, сквозь который проходит полуось, установленная на диске зубчатого колеса. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что водила на концах валов с роторами шарнирно связаны тягами попарно с полуосями, установленными на дисках зубчатых колес.