ЗАЦЕПЛЕНИЕ ВИНТОВОЙ МАШИНЫ Российский патент 2013 года по МПК F04C18/16 

Изобретение относится к компрессорной технике, а именно к винтовым компрессорам и может быть использовано в расширительных машинах.

Известно зацепление винтовой машины с асимметричным профилем зубьев ведущего и ведомого роторов, в котором профиль тыльной по ходу вращения части впадины, являющийся профилем ножки зуба ведомого ротора, плавно сопряжен с его наружной окружностью, а соответствующий участок профиля зуба ведущего ротора выполнен по кривой обкатки зуба ведущего ротора по профилю зуба ведомого ротора, причем кривая профиля ведомого ротора в пределах начальной окружности выполнена в виде удлиненной эпициклоиды, образованной кривой качения вершины зуба ведущего ротора (см. Авторское свидетельство SU 1401158, опубликовано 07.06.1988).

Известно, что основными критериями для оценки профилей служат энергетические и весогабаритные показатели, определяя длину линии контакта, величину треугольной щели, защемленный объем и площадь впадины между зубьями роторов.

Одним из недостатков известного зацепления является высокая величина угла давления. Как известно, в месте контакта винтов возникают потери энергии, связанные с трением поверхностей друг о друга. С уменьшением угла давления эти потери уменьшаются, увеличивается нагрузочная способность, так как уменьшающиеся потери энергии приводят к уменьшению изнашивания зубьев.

Другим недостатком такого профиля является увеличенная треугольная щель между полостями сжатия (при вхождении соответствующих пар зубьев в зацепление), что приводит к увеличению перетечек между полостями сжатия, снижения коэффициента подачи и КПД. Треугольная щель является минимальным сечением пространственного канала сложной конфигурации, который соединяет соседние полости сжатия, если линия контакта винтов в точке не доходит до гребня расточки корпуса. Через треугольную щель газ из полости с более высоким давление перетекает в полость с более низким давлением. Стенки щели в этой плоскости образуются боковыми поверхностями ведущего и ведомого роторов и гребнем расточки корпуса.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД машины, уменьшение потерь энергии в местах контакта, а также уменьшение перетечки между полостями сжатия.

Указанный технический результат достигается за счет использования зубчатого зацепления винтовой машины с асимметричным профилем зубьев ведущего и ведомого роторов, в котором профиль тыльной по ходу вращения части впадины, являющийся профилем ножки зуба ведомого ротора, плавно сопряжен с его наружной окружностью, а соответствующий участок профиля зуба ведущего ротора выполнен по кривой обкатки зуба ведущего ротора по профилю зуба ведомого ротора, причем кривая профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора в пределах начальной окружности представляет собой удлиненную эпициклоиду, образованную кривой качения вершины зуба ведущего ротора, при этом сопряжение профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора с наружной окружностью выполнено через сопряженные друг с другом участки петель лемнискат Бер-нулли, одна из которых сопряжена с наружной окружностью ведомого ротора, а другая - с удлиненной эпициклоидой.

Кроме того, сопряжение участков петель лемнискат Бернулли может быть выполнено посредством отрезка прямой, концы которого лежат на центрах соответствующих лемнискат Бернулли и который лежит на прямой, проходящей через ось вращения ведомого ротора.

Кроме того, участки соответствующих петель соответствующих лемнискат Бернулли могут быть сопряжены непосредственно, при этом центры лемнискат Бернулли совпадают, а касательная к лемнискатам Бернулли в точке их сопряжения друг с другом проходит через ось вращения ведомого ротора.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен профиль тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора; на фиг.2 - то же с изображением петель лемнискат Бернулли, на фиг.3 показан профиль тыльной по ходу вращения стороны зуба ведущего ротора.

Зубчатое зацепление винтовой машины, например, компрессора с асимметричным профилем зубьев ведущего и ведомого роторов имеет зубья с выпуклыми и вогнутыми поверхностями. Выпуклую форму имеют зубья ведущего ротора, а вогнутую - зубья ведомого ротора, причем впадины соседних зубьев ведомого ротора образуют тыльную и переднюю по ходу вращения стороны. Кривая профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора в пределах начальной окружности d_2H выполнена в виде удлиненной эпициклоиды 1, образованной кривой качения вершины зуба ведущего ротора. Эпициклоида 1 плавно сопряжена с наружной окружностью d₂ зуба. Сопряжение эпициклоиды 1 с наружной окружностью d₂ зуба осуществляется через участок петли 2 первой лемнискаты Бернулли, отрезок 3 прямой и участок петли 4 второй лемнискаты Бернулли. Концы отрезка 3 расположены в пределах начальной окружности d_2H и лежат на центрах соответствующих лемнискат Бернулли в точках Е₂ и G₂. Участок G₂H₂ петли 2 первой лемнискаты Бернулли плавно сопрягает один конец (точка G₂) отрезка 3 с наружной окружностью d₂ ведомого ротора в точке Н₂. Участок F₂E₂ петли 4 второй лемнискаты Бернулли плавно сопрягает другой конец (точка Е₂) отрезка 3 с эпициклоидой 1 в точке F₂ (фиг.2).

Профиль зубьев ведомого и ведущего роторов выполнен таким образом, что обеспечивается наилучшее обтекание профиля зуба ведущего ротора с наилучшим углом контакта (давления), т.е. с его уменьшенным значением. В результате уменьшается треугольная щель между полостями большего и меньшего давления.

Таким образом, тыльная по ходу вращения часть впадины зуба ведомого ротора описана следующими кривыми: отрезком 3 прямой, расположенной под углом α к оси О₂А₂, двумя лемнискатами Бернулли и эпициклоидой 1, являющейся профилем ножки зуба ведомого ротора и лежащей на участке A₂F₂.

Участок A₂F₂ выполнен в виде удлиненной эпициклоиды, образованной точкой A₁ наружной окружности d₁ ведущего ротора при качении его начальной окружности d_1H по начальной окружности d_2H ведомого ротора;

Участок G₂H₂ петли 2 первой лемнискаты Бернулли описывается уравнением $${\left(x^2+y^2\right)}^2-2a^2\left(x^2-y^2\right)=0$$ . Оси первой лемнискаты повернуты относительно отрезка 3 на угол 45°, а пересечение осей совпадает с точкой G₂, что обеспечивает плавное сопряжение с отрезком 3.

Ось второй лемнискаты Бернулли повернута относительно отрезка 3 на угол -45°, а пересечение осей совпадает с точкой Е₂, что обеспечивает плавное сопряжение с отрезком 3.

Участок профиля зуба ведущего ротора выполнен по кривой обкатки зуба ведущего ротора по профилю зуба ведомого ротора. Так, профиль тыльной стороны зуба ведущего ротора имеет следующие участки (фиг.3): участок A₁E₁ выполнен по огибающей участка F₂E₂ второй лемнискаты Бернулли; участок E₁G₁ выполнен по огибающей отрезка E₂G₂, участок G₁H₁ выполнен по огибающей участка G₂H₂ первой лемнискаты Бернулли.

Кроме того, в вариантном выполнении профиль тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора может быть описана следующими кривыми: эпициклоидой 1 и двумя лемнискатами Бернулли, участки петель которых сопряжены друг с другом непосредственно так, что центры данных лемнискат Бернулли совпадают, а касательная к лемнискатам Бернулли в точке их сопряжения друг с другом проходит через ось вращения ведомого ротора.

Благодаря такому формированию профилей зубьев с меньшим углом давления, уменьшающим потери энергии в месте контакта, и уменьшенной площадью треугольной щели, уменьшающей перетечки между полостями сжатия, обеспечивается повышение КПД машины.

Изобретение относится к компрессорной технике, а именно к винтовым компрессорам, и может быть использовано в расширительных машинах. Зубчатое зацепление винтовой машины с асимметричным профилем зубьев ведущего и ведомого роторов, в котором профиль тыльной по ходу вращения части впадины, являющийся профилем ножки зуба ведомого ротора, плавно сопряжен с его наружной окружностью. Соответствующий участок профиля зуба ведущего ротора выполнен по кривой обкатки зуба ведущего ротора по профилю зуба ведомого ротора. Кривая профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора в пределах начальной окружности представляет собой удлиненную эпициклоиду 1, образованную кривой качения вершины зуба ведущего ротора. Сопряжение профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора с наружной окружностью выполнено через сопряженные друг с другом участки петель 2, 4 лемнискат Бернулли, одна из которых сопряжена с наружной окружностью ведомого ротора, а другая - с удлиненной эпициклоидой 1. Изобретение направлено на повышение КПД машины, уменьшение потерь энергии в местах контакта, а также уменьшение перетечки между полостями сжатия. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Зубчатое зацепление винтовой машины с асимметричным профилем зубьев ведущего и ведомого роторов, в котором профиль тыльной по ходу вращения части впадины, являющийся профилем ножки зуба ведомого ротора, плавно сопряжен с его наружной окружностью, а соответствующий участок профиля зуба ведущего ротора выполнен по кривой обкатки зуба ведущего ротора по профилю зуба ведомого ротора, причем кривая профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора в пределах начальной окружности представляет собой удлиненную эпициклоиду, образованную кривой качения вершины зуба ведущего ротора, отличающееся тем, что сопряжение профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора с наружной окружностью выполнено через сопряженные друг с другом участки петель лемнискат Бернулли, одна из которых сопряжена с наружной окружностью ведомого ротора, а другая - с удлиненной эпициклоидой.

2. Зацепление по п.1, отличающееся тем, что сопряжение участков петель лемнискат Бернулли выполнено посредством отрезка прямой, концы которого лежат на центрах соответствующих лемнискат Бернулли.

3. Зацепление по п.1, отличающееся тем, что участки соответствующих петель соответствующих лемнискат Бернулли сопряжены непосредственно, при этом центры лемнискат Бернулли совпадают.

4. Зацепление по п.2, отличающееся тем, что отрезок прямой лежит на прямой, проходящей через ось вращения ведомого ротора.

5. Зацепление по п.3, отличающееся тем, что касательная к лемнискатам Бернулли в точке их сопряжения друг с другом проходит через ось вращения ведомого ротора.