ШЕСТЕРЕННАЯ РОЛИКОЛОПАСТНАЯ МАШИНА Российский патент 2013 года по МПК F01C1/113 

Изобретение относится к объемным машинам и может быть использовано в качестве гидромоторов, гидронасосов и пневмоприводов различного назначения.

Известна роликолопастная гидромашина, содержащая рабочую камеру, включающую корпусные детали, в расточках которых размещены с образованием большой и малой межроликовых камер ротор с лопастями и ролики-разделители, соединенные друг с другом посредством синхронизирующих шестерен, причем в корпусных деталях выполнены каналы подвода и отвода рабочей среды. Рабочая камера снабжена бандажом, охватывающим ее по периферии, в виде распределительного узла, напрессованного на одну или несколько корпусных деталей или посаженного по цилиндрической посадке с диаметральным зазором (см. RU 2205273. 27.05.2003, F01C 1/14).

Довольно сложная конструкция известного прототипа обладает относительно небольшим рабочим объемом и плохой технологичностью, затрудняющей ее непосредственное использование для привода колеса, пропеллера, гребного винта и других полезных нагрузок.

Технической задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно существенное увеличение рабочего объема машины, упрощение конструкции, снижение ее металлоемкости, себестоимости, нежелательных вибраций и гидравлических потерь.

Указанная задача достигается в шестеренной роликолопастной машине, содержащей корпус, каналы подвода и отвода рабочей среды, рабочую камеру, образованную корпусными деталями ротора и статора, в котором выполнены расточки для размещения роликов-разделителей с образованием большой и малой межроликовых камер, синхронизирующую зубчатую передачу, согласно изобретению на внешнем стаканообразном роторе с внутренним зубчатым зацеплением выполнены лопасти в виде крупномодульных зубьев зубчатого зацепления с возможностью скольжения по цилиндрической части поверхности внутреннего статора, в расточках статора размещены один или два ролика-разделителя, на поверхности которых выполнены впадины крупномодульного зубчатого зацепления, сопрягаемые при вращении с зубьями-лопастями ротора и размещенные диаметрально, при этом впадины крупномодульного зубчатого зацепления геометрически сопряжены с мелкомодульными зубьями синхронизирующей зубчатой передачи, выполненными на цилиндрической части роликов-разделителей, а крупномодульные зубья-лопасти ротора геометрически сопряжены с впадинами мелкомодульных зубьев синхронизирующей зубчатой передачи зубьями-лопастями ротора, а каналы подвода и отвода рабочей среды сообщаются с присоединительными отверстиями крышки статора и с большой межроликовой камерой вблизи роликов-разделителей.

При размещении в расточках статора одного ролика-разделителя профиль зубьев-лопастей ротора соответствует огибающей двух рядом стоящих зубьев циклоидального часового зацепления, а профиль вершины зубьев-лопастей по дуге окружности соответствует профилю впадин крупномодульного зубчатого зацепления ролика-разделителя.

Такое выполнение конструкции гидромашины позволяет упростить технологию ее изготовления, снизить металлоемкость и себестоимость, а также адаптировать ее использование в качестве встроенных гидроредукторов колес автотранспорта, рулевого винта вертолета и мультипликатора ветроэлекторогенераторов.

Для пояснения изобретения на фиг.1 показан поперечный разрез гидромашины с двумя роликами-разделителями, на фиг.2 - ее продольный разрез, на фиг.3 - поперечный разрез с одним роликом-разделителем.

Предлагаемая машина содержит внешний стаканообразный ротор 1 с торцевой шестерней или шлицами 2 для связи с нагрузкой и внутренним разномодульным зубчатым зацеплением в виде крупномодульных зубьев-лопастей 3 и мелкомодульных синхронизирующих зубьев 4, геометрически сопряженных между собой для обеспечения равномерного вращения.

Крупномодульные зубья-лопасти сопрягаются при вращении с крупномодульными диаметрально расположенными впадинами 5 двух роликов-разделителей 6 с однотипными мелкомодульными синхронизирующими зубьями 7 на цилиндрической части поверхности роликов-разделителей 6. Эти ролики-разделители 6 расположены в проточках внутреннего статора 8 с гладкой цилиндрической поверхностью, по которой герметично скользят вершины крупномодульных зубьев-лопастей 3.

Статор 8 снабжен каналами 9 подвода и отвода рабочей среды, которые совмещены с соответствующими присоединительными отверстиями приштифтованной крышки 10 статора с крепежным болтом 11, уплотнителем 12 и радиально-упорным подшипником 13 на роликах качения с перекрещивающимися осями. Второй подшипник 14 установлен на противоположном торце статора 8 и запрессован в днище сварного стаканообразного ротора 1. Внутренняя поверхность ротора 1 и цилиндрическая поверхность статора 8 образуют рабочую полость, которую ролики-разделители 6 делят на большую 15 и малую 16 межроликовые камеры, снабженные торцевыми уплотнениями 17, которые могут быть изготовлены из фторопласта или баббита и одновременно являются подшипниками скольжения осей роликов-разделителей 6. Каналы подвода и отвода рабочей среды 9 сообщаются с большой межроликовой камерой 15 вблизи роликов-разделителей 6, которые по углу установки развернуты относительно друг друга так, что при прохождении крупномодульного зуба-лопасти 3 один из них герметично блокирует малую межроликовую камеру 16.

При упрощенном исполнении роликолопастной машины она содержит лишь один ролик-разделитель 18, установленный на подшипнике 19 неподвижной оси 20 статора 21. Каналы 22 подвода и отвода рабочей среды статора 21 также сообщаются с присоединительными отверстиями торцевой крышки. При этом для увеличения высоты крупномодульного зуба-лопасти 23 и его прочности профиль такого зуба соответствует огибающей двух соседних (рядом стоящих) зубьев циклоидального часового зацепления.

Вершина такого упрочненного зуба 23 соответствует дуге окружности крупномодульных впадин ролика-разделителя 18. Тогда как впадины внутреннего зацепления стаканообразного ротора 24 (части поверхности ротора между зубьев 23) и выступы ролика-разделителя 18 (части ротора, разделенные диаметрально расположенными впадинами) снабжены мелкомодульным синхронизирующим зубчатым зацеплением 25. Профиль крупномодульных зубьев 23 геометрически сопряжен с мелкомодульным зубчатым зацеплением ротора.

Предлагаемая роликолопастная машина работает следующим образом. Под действием энергии давления рабочей среды, подводимой по каналу 9 в рабочую полость (обозначено (+) на фиг.1), она воздействует на ролики-разделители 6, один из которых всегда перекрывает малую межроликовую камеру 16, и крупномодульные зубья-лопасти 3 внешнего ротора 1, который начинает вращаться, перенося рабочую среду в отводящий канал 9 (обозначено (-) на фиг.1).

Благодаря разномодульному зубчатому зацеплению между ротором 1 и каждым роликом-разделителем 6, они начинают синхронно вращаться так, что один из роликов-разделителей 6 пропускает через свою крупномодульную впадину соответствующий зуб-лопасть 3, а другой, образуя с поверхностью статора 8 лабиринтное уплотнение из своих мелкомодульных зубьев и с обкатываемой поверхностью этого зуба ротора 1 - другой уплотняющий зазор, разделяет рабочую область на зону высокого и низкого давления.

Поскольку подвижная граница перепада давлений всегда находится на крупномодульных зубьях-лопастях в большой межроликовой камере 15, а малая 16 - только выполняет функцию шлюза, то на каждый оборот ротора приходится максимально возможный рабочий объем, который меньше геометрического лишь на величину собственного объема крупномодульных зубьев-лопастей 3, что позволяет существенно его увеличить относительно рабочего объема гидромашин с внутренним ротором меньшего диаметра.

При наличии одного ролика-разделителя (фиг.3) блокирующее действие создается за счет значительной величины дуги уплотнения статора между вершинами зубьев-лопастей циклоидального часового зацепления, соответствующих профилю сдвоенных зубьев.

Поскольку разграничение зон высокого и низкого давления происходит как по линии контакта крупномодульных зубьев-лопастей 22 ротора и соответствующих впадин ролика-разделителя 18, так и по поверхности контакта статора 20, то весь вращающий момент приложен именно к внешнему ротору, так как ролик-разделитель лишь свободно вращается на своем подшипнике 19 вокруг неподвижной оси статора 20.

Это позволяет снимать всю полезную мощность непосредственно с внешнего ротора, пристыкованного к пропеллеру, колесу или иной механической нагрузке при максимально возможном рабочем объеме и минимальном количестве деталей предлагаемой гидромашины.

Изобретение относится к объемным машинам и может быть использовано в качестве гидромоторов, гидронасосов и пневмоприводов различного назначения. Шестеренная роликолопастная машина содержит внешний стаканообразный ротор 1 с внутренним зубчатым зацеплением. На роторе 1 выполнены крупномодульные зубья-лопасти 3 с возможностью скольжения по цилиндрической части поверхности внутреннего статора 8. В расточках статора 8 размещены один или два ролика-разделителя 6, на поверхности которых выполнены впадины 5 крупномодульного зубчатого зацепления, сопрягаемые при вращении с зубьями-лопастями 3 ротора 1 и размещенные диаметрально. Впадины 5 геометрически сопряжены с мелкомодульными зубьями 7 синхронизирующей зубчатой передачи, выполненными на цилиндрической части роликов-разделителей 6. Зубья-лопасти 3 ротора 1 геометрически сопряжены с впадинами мелкомодульных зубьев 4 синхронизирующей зубчатой передачи. Каналы 9 подвода и отвода рабочей среды сообщаются с присоединительными отверстиями крышки статора 8 и с большой межроликовой камерой 15 вблизи роликов-разделителей 6. Изобретение направлено на увеличение рабочего объема машины, упрощение конструкции, снижение ее металлоемкости, себестоимости, нежелательных вибраций и гидравлических потерь. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шестеренная роликолопастная машина, содержащая корпус, каналы подвода и отвода рабочей среды, рабочую камеру, образованную корпусными деталями ротора и статора, в котором выполнены расточки для размещения роликов-разделителей с образованием большой и малой межроликовых камер, синхронизирующую зубчатую передачу, отличающаяся тем, что на внешнем стаканообразном роторе с внутренним зубчатым зацеплением выполнены лопасти в виде крупномодульных зубьев зубчатого зацепления с возможностью скольжения по цилиндрической части поверхности внутреннего статора, в расточках статора размещены один или два ролика-разделителя, на поверхности которых выполнены впадины крупномодульного зубчатого зацепления, сопрягаемые при вращении с зубьями-лопастями ротора и размещенные диаметрально, при этом впадины крупномодульного зубчатого зацепления геометрически сопряжены с мелкомодульными зубьями синхронизирующей зубчатой передачи, выполненными на цилиндрической части роликов-разделителей, а крупномодульные зубья-лопасти ротора геометрически сопряжены с впадинами мелкомодульных зубьев синхронизирующей зубчатой передачи между зубьями-лопастями ротора, а каналы подвода и отвода рабочей среды сообщаются с присоединительными отверстиями крышки статора и с большой межролировой камерой вблизи роликов-разделителей.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что при размещении в расточках статора одного ролика-разделителя профиль зубьев-лопастей ротора соответствует огибающей двух рядом стоящих зубьев циклоидального часового зацепления, а профиль вершины зубьев-лопастей по дуге окружности соответствует профилю впадин крупномодульного зубчатого зацепления ролика-разделителя.