РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2014 года по МПК F01C1/63 F04C2/63 F04C18/63 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к объемным роторным машинам, и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа роторная машина, содержащая, цилиндрический корпус, внутри которого установлены две лопасти с валами и роликами, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения - механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной. Крепление валов с роликами, контактирующих с крестовиной, осуществляется установкой последних на двух опорах в разборных лопастях, состоящих из набора профилированных вставок, накладок и дисков, содержащих отверстия и сегментные вырезы. В лопасти через сквозные отверстия вставлены подпружиненные валы с роликами на концах, в средней части которых имеется диск, монолитно выполненный с ними, цилиндрическая поверхность которого спрофилирована в виде шестигранника. На валах с обеих сторон от дисков имеются параллельные лыски, контактирующие с плоской поверхностью вырезанных в радиальном направлении продолговатых отверстий в лопастях. Для симметричного выхода удлиненных валов в лопастях предусмотрены сегментные вырезы (RU 2162523 C1, F01C 1/00, опубл.27.01.2001).

Недостатком известной роторной машины является то, что подпружиненные валы с роликами на концах, в средней части которых имеется диск, монолитно выполненный с ними, цилиндрическая поверхность которого спрофилирована в виде шестигранника, то есть виде шестигранной призмы, грани которой воспринимают большие нагрузки при контакте с радиальными направляющими крестообразного механизма и увеличивают силы трения при скольжении, что снижает КПД роторной машины.

Задачей изобретения является снижение удельной нагрузки и сил трения между контактирующими поверхностями подпружиненных валов, что достигается изменением формы конструктивных элементов и способами их фиксации при контакте с направляющими крестообразного механизма связи.

Технический результат достигается тем, что в роторной машине, содержащей цилиндрический корпус, внутри которого установлены две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения - механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной, в лопасти через сквозные отверстия вставлены подпружиненные валы с роликами на концах, в средней части которых имеются диски, монолитно выполненные с ними, крепление валов с роликами, контактирующих с крестовиной, осуществлено установкой последних на двух опорах в лопастях, согласно изобретению указанные диски выполнены в виде квадратных призм с кругленными вершинами прямоугольных граней, на поверхности которых установлены игольчатые подшипники с фиксацией от осевых смещений, предусмотрена пара разрезных колец, расположенных в пазах граней квадратной призмы с двух сторон, от радиальных перемещений с двух сторон предусмотрена пара крышек, спрофилированных аналогично квадратной призме с кругленными вершинами граней, с их фиксацией от осевых перемещений разрезными кольцами, с установкой последних в пазы подпружиненного вала.

Анализ прототипа показывает, что заявляемая роторная машина отличается конструкцией валов, формой цилиндрической поверхности дисков с установкой игольчатых подшипников и их фиксацией на валу в осевом и радиальном направлении, что дает возможность использовать игольчатые подшипники как с сепаратором, так и без него.

На фиг.1 представлен продольный разрез роторной машины, на фиг.2 - игольчатый подшипник, на фиг.3 - сечение по А-А на фиг.1, на фиг.4 - сечение по Б-Б на фиг.1.

Роторная машина содержит полый цилиндрический корпус 1 с торцевыми крышками 2, внутри цилиндра расположены две лопасти 3,4, установленные на подшипниках 5, 6 в торцевых крышках 2,7. Лопасти 3, 4 связаны крестовиной 8, монолитно выполненной с валом 9, через подпружиненные удлиненные валы 10 с дисками 11 и роликами 12 на концах. Диски 11 расположены посредине удлиненных валов 10 и выполнены монолитно с ними, форма диска 11 выполнена в виде квадратной призмы вершины ее прямоугольных граней скруглены и на их поверхность установлены игольчатые подшипники 13 с фиксацией от осевых смещений, установкой в пазы диска 11 с двух сторон разрезных колец 14 и в радиальных направлении с двух сторон с помощью крышек 15, спрофилированных аналогично квадратной призме с кругленными вершинами с фиксацией их разрезными кольцами 16 с установкой последних в пазы подпружиненного удлиненного вала 10.

С двух сторон от дисков 11, на удлиненных валах 10, имеются параллельные лыски 17, поверхности которых контактируют с плоской поверхностью вырезанных в радиальном направлении продолговатых отверстий 18 в лопастях 3, 4.

Диск 11 в виде квадратной призмы с кругленными вершинами прямоугольных граней с игольчатым подшипником 13 контактирует с направляющими крестовины 8 вала 9, пружины 19 установлены симметрично в диаметрально противоположных направлениях в профилированных дисках лопастей 3, 4, свободные концы которых выходят в радиальном направлении и поджимают удлиненные валы 10 до контакта роликов 12 к цилиндрической профилированной поверхности 20 (фиг.3) торцевых крышек 2. Вал 9 установлен в подшипниковых опорах 21 крышек 7 и зафиксирован крышками 22. Для выхода в обе стороны удлиненных валов 10 в обеих лопастях 3, 4 предусмотрены сегментные вырезы 23.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 1, торцевые поверхности крышек 2 образуют рабочие камеры 24 (фиг.2) переменного объема. При работе машины в режиме двигателя внутреннего сгорания в ней может быть предусмотрена свеча зажигания 25.

В ближайшем аналоге движение механизма связи происходит по траектории, приблизительно совпадающей с укороченной эпициклоидой.

Для придания движения по нужной траектории удлиненные валы 10 с диском 11 в виде квадратной призмы, лысками 17 и роликами 12 установлены в продолговатых отверстиях, плоская поверхность которых ориентирована параллельно оси симметрии профилированных дисков лопастей 3, 4, что даст возможность колебания в радиальном направлении удлиненного вала 10, обеспечивая тем самым постоянный параллельный контакт игольчатого подшипника 13, находящегося на диске 11, с направляющей крестовины 8, которая в свою очередь постоянно в радиальном направлении отжимает на периферию удлиненные валы 10. Ограничение перемещения в радиальном направлении происходит через ролики 12, движение которых происходит по нужной траектории, в торцевых крышках 2 по профилированной цилиндрической поверхности 20, обеспечивая контакт игольчатого подшипника 13 с направляющими крестовины 8, тем самым, сближая или разводя лопасти 3, 4. При вращении, когда происходит разрыв контакта игольчатого подшипника 13 с направляющими крестовины 8 и нарушается постоянный отжим удлиненных валов 10 к периферии от центра вращения на малых оборотах, предусмотрены пружины 19, которые обеспечивают постоянное подпружинивание удлиненных валов 10 и соблюдение нужной траектории при движении во всех режимах вращения.

Установка игольчатых подшипников 13 на дисках 11, выполненных в виде квадратных призм с кругленными вершинами прямоугольных граней расположенных посредине удлиненных валов 10 с плоскими поверхностями, контактирующих с направляющими крестовины 8 и наличие лысок 17 на удлиненных валах 10, причем лыски 17 контактируют с плоской поверхностью продолговатых отверстий 18, обеспечивает большую площадь соприкосновения лопастей и крестовины, механизма связи, что снижает удельную нагрузку и трение.

Таким образом, введение в лопасти подпружиненных удлиненных валов с монолитными дисками в виде квадратных призм с кругленными вершинами прямоугольных граней с установкой на них игольчатых подшипников обеспечивают снижение удельных нагрузок на площадь контакта направляющих крестообразного механизма связи, снижает силу трения и повышает КПД роторной машины.

Изобретение может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания. Роторная машина содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого установлены две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения - механизм синхронизации в виде вала 9 с монолитной крестовиной. В лопасти через сквозные отверстия вставлены подпружиненные валы 10 с роликами 12 на концах, в средней части которых имеются диски 11, монолитно выполненные с ними. Крепление валов 10 с роликами 12, контактирующих с крестовиной, осуществлено установкой последних на двух опорах в лопастях. Диски 11 выполнены в виде квадратных призм с кругленными вершинами прямоугольных граней, на поверхности которых установлены игольчатые подшипники с фиксацией от осевых смещений. Предусмотрена пара разрезных колец, расположенных в пазах граней квадратной призмы с двух сторон. От радиальных перемещений с двух сторон предусмотрена пара крышек 15, спрофилированных аналогично квадратной призме с кругленными вершинами граней, с их фиксацией от осевых перемещений разрезными кольцами, с установкой последних в пазы подпружиненного вала 10. Изобретение направлено на снижение удельной нагрузки и сил трения между контактирующими поверхностями подпружиненных валов. 4 ил.

Роторная машина, содержащая цилиндрический корпус, внутри которого установлены две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения - механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной, в лопасти через сквозные отверстия вставлены подпружиненные валы с роликами на концах, в средней части которых имеются диски, монолитно выполненные с ними, крепление валов с роликами, контактирующих с крестовиной, осуществлено установкой последних на двух опорах в лопастях, отличающаяся тем, что указанные диски выполнены в виде квадратных призм с кругленными вершинами прямоугольных граней, на поверхности которых установлены игольчатые подшипники с фиксацией от осевых смещений, предусмотрена пара разрезных колец, расположенных в пазах граней квадратной призмы с двух сторон, от радиальных перемещений с двух сторон предусмотрена пара крышек, спрофилированных аналогично квадратной призме с кругленными вершинами граней, с их фиксацией от осевых перемещений разрезными кольцами, с установкой последних в пазы подпружиненного вала.