Сферический передаточный механизм преимущественно роторной машины лопастного типа Советский патент 1993 года по МПК F04C15/00 

Фиг.

и 2. Валы 1 и 2 снабжены двухлепестковыми вилками 4 и 5 соответственно, а вал 3 - четырехлепестковой вилкой 6, противолежащие лепестки 7, 8 и 9, 10 которой расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Вилки 4 и 5 охватывают вилку 6 и связаны с ней двумя крестовинами посредством вращательных кинематических пар. Каждая из двух крестовин имеет по четыре равноудаленных от геометрического центра шипа 11-14 и 15-18 соответственно и выполнена в виде центрального, не проходящего через геометрйчекий центр крестовины стержня 19 и 20 соответственно, соединяющего два противоположных шипа 11, 12 и 15, 16, и двух изогнутых периферийных рычагов 2.1, 22 и 23, 24 соответственно, жестко соединяющих два других шипа 13,14

и 17, 18 соответственно. При этом шип 13 одной крестовины жестко соединен изогнутым периферийным рычагом 21 с одним концом центрального стержня 19, а шип 14 изогнутым периферийным рычагом 22 - с другим концом центрального стержня 19. Шип 17 другой крестовины изогнутым периферийным рычагом 23 жестко соединен с одним концом центрального стержня 20, а шип 18 изогнутым периферийным рычагом 24 - с другим концом центрального стержня 20 Расширение диапазона регулирования относительных угловых перемещений кон- центрично расположенных валов механизма и связанных с ними лопастей роторной машины обеспечивает возможность использования роторной машины в вариантах двигателя внутреннего сгорания или насоса. 4 ил.

Изобретение может быть использовано в качестве передаточного механизма, например, .роторных двигателей, насосов и компрессоров лопастного типа. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования относительных угловых перемещений концентрично расположенных валов путем увеличения углового перемещения третьего вала. Сущность изобретения: механизм содержит валы 1 и 2, концентрично расположенные относительно их общей Ори X-Х, и вал 3, установленный так/чти Положение его продольной оси Y-Y может изменяться с образованием задаваемого угла Наклона относительно оси X-Х концентрично1 расположенных валов 1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве передаточного механизма, например, роторных двигателей, насосов и компрессоров лопастного типа.

Известен передаточный механизм роторной машины лопастного типа, содержащий два концентрично расположенных вала и установленный с возможностью углового перемещения относительно их продольной оси третий вал. Концентрично расположенные валы снабжены двухлепестковыми вилками разных размеров, а тертий вал - двухлепестковой вилкой и Т-образным наконечником. Вилки валов на концах лепестков и Т-образный наконечник на концах перекладины снабжены шипами и связаны между собой двумя разновеликими кольцами посредством вращательных кинематических пар. Кольца выполняют функцию крестовин универсальных шарниров, т.е. удерживают ответные элементы вращательных кинематических пар (подшипники), со- прягаемые с шипами, на равных расстояниях от геометрических центров колец. Меньшая двухлепестковая вилка внутреннего из концентрично расположенных валов своими лепестками связана через кольцо меньшего диаметра с Т-образным наконечником третьего вала, а большая двухлепестковая зилка наружного из концентрично расположенных валов своими лепестками связана через кольцо большего диаметра с двухлепестковой вилкой третьего вала. Все элементы известного передаточного механизма выполнены и расположены так, что геометрические центры колец и центры вращения элементов совмещены с

геометрическим центром механизма и точкой пересечения осей валов механизма.

Известный передаточный механизм обеспечивает вращение концентрично расположенных валов с относительными угловыми перемещениями, что определяет схождение и расхождение связанных с указанными валами лопастей роторной машины. Величина относительных угловых перемещений концентрично расположенных валов зависит от угла наклона оси третьего вала относительно общей оси концентрично расположенных валов и увеличивается с увеличением этого угла.

Существенным недостатком известного

передаточного механизма является то, что его кинематика обеспечивает возможность регулирования угла наклона третьего вала относительно концентрично расположенных валов в пределах 30-35°, а при дальнейшем его увеличении происходит заклинивание механизма. В таком диапазоне регулирования обеспечивается возможность лишь незначительных относительных угловых перемещений концентрично расположенных валов, а следовательно, и связанных с ними лопастей роторной машины. Удельная производительность снабженной таким механизмом роторной машины на один оборот третьего вала низка, что позволяет использовать ее лишь в качестве насоса. Кроме того, незначительность величины относительного углового перемещения лопастей роторной машины, снабженной известным механизмом, не позволяет использовать ее в варианте двигателя внутреннего сгорания, поскольку не обеспечивается необходимая степень сжатия горючей смеси.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования относительных угловых перемещений концентрично расположенных валов путем увеличения углового перемещения третьего вала.

Нафиг.1 изображена структурная схема заявляемого сферического передаточного механизма; на фиг.2 - схема роторной машины лопастного типа в варианте насоса; на фиг.З - схема роторной машины лопастного типа в варианте двигателя внутреннего сгорания; на фиг.4 - график функции положения валов механизма.

Сферический передаточный механизм содержит валы 1 и 2, концентрично расположенные относительно их общей оси Х-Х, и вал 3, установленный так, что положение его продольной оси Y-Y может изменяться с образованием задаваемого угла наклона а. относительно оси X-Х концентрично расположенных валов 1 и 2. Валы 1 и 2 снабже- ны двухлепестковыми вилками 4 и 5 соответственно, а вал 3 - четырехлепестко- вой вилкой 6, противолежащие лепестки 7, 8 и 9, 10 которой расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, Вилки 4 и 5 охватывают вилку 6 и связаны с ней двумя крестовинами посредством вращательных кинематических пар. Каждая из двух крестовин имеет по четыре равноудаленных от геометрического центра шипа 11-14 и 15-18 соответственно и выполнена в виде центрального, не проходящего через геометрический центр крестовины стержня 19 и 20 соответственно, соединяющего два противоположных шипа 11, 12 и 15, 16, и двух изогнутых периферийных рычагов 21, 22 и 23, 24 соответственно, жестко соединяющих два других шипа 13, 14 и 17, 18 соответственно с противоположными концами центрального стержня 19 и 20 соответственно. При этом шип 13 одной крестовины жестко соединен изогнутым периферийным рычагом 21 с одним концом центрального стержня 19, а шип 14 - изогнутым периферийным рычагом 22 с другим концом центрального стержня 19. Шип 17 другой крестовины изогнутым периферийным рычагом 23 жестко соединен с одним концом центрального стержня 20, а шип 18 изогнутым периферийным рычагом 24 - с другим

концом центрального стержня 20 (элементы

4,5.21-24 на фиг.1 условно удлинены для

облегчения зрительного восприятия схемы).

Крестовины механизма расположены

так, что их геометрические центры совмещены s одной точке, совпадающей с точкой О пересечения осей X-Х и Y-Y,

Лепестки всех вилок механизма снабжены ответными элементами вращательных

кинематических пар (подшипниками), посредством которых лепестки вилок кинематически связаны с шипами крестовин. Так, одна пара противолежащих лепестков 7, 8 четырех.пепестковой вилки 6 кинематически

связана с парой шипов 11, 12, соединенных между собой центральным стержнем 19 одной из крестовин, а другая пара противолежащих лепестков 9, 10 вилки б - с парой шипов 15, 16, соединенных центральным

стержнем 20 другой крестовины.

Лепестки двухлепестковой вилки 4 кинематически связаны с шипами 13 и 14, расположенными на концах изогнутых периферийных рычагов 21 и 22 соответственно одной крестовины, а лепестки двухлепестковой вилки 5 - с шипами 17 и 18, расположенными на концах изогнутых периферийных рычагов 23 и 24 соответственно другой крестовины.

Кроме того, на фигурах; (и i . , Шз - угловые скорости залов 1,2,3 соответственно; 25 - лопасть роторной машины, связанная с залом 1 передаточного механизма; 26 - лопасть роторной машины, связанная с

валом 2 передаточного механизма; 27 - свеча зажигания; (р -угол поворота вала 1 и связанной с ним лопасти 25; - угол поворота вала 2 и связанной с ним лопасти 25.

Заявляемый сферический передаточный механизм в случае использования роторной машины в варианте насоса работает следующим образом.

Вращающий момент от приводного двигателя (на фигурах не показан) подают на вал 3, сообщая ему постоянную угловую скорость шз . В этом случае вал 3 является входным. На выходе получают неравномерное вращение валов 1 и 2 с угловыми скоростями а)- и о) 2 соответственно, причем угловые скорости валов 1 и 2 изменяются по. закону, обеспечивающему вращение связанных с указанными валами лопастей 25 и 26 роторной машины согласно ее рабочим

циклам. Закон вращения каждой лопасти определяется конструкцией сферического передаточного механизма, при этом разность углов поворота лопастей Л(р-(р - р2 , определяющая угловое

расстояние между лопастями 25 и 26, а следовательно, и текущий объем цилиндра в данный момент времени, зависит от угла поворота рз вала 3 и угла наклона о. оси Y-Y этого вала относительно общей оси Х-Х валов 1 и 2.5

Математически эта функциональная зависимость выражается формулой

A/tg p3 ,tgf(y 3-90° Ay arctg()-arctg cos a

При этом вращательный момент с вала 3 передается на вилку 6, с лепестков 7, 8 которой - на шипы 11, 12 крестовины, с другой пары шипов той же крестовины - на вилку 4 вала 1, с лепестков 9, 10 вилки 6 крутящий момент передается на шипы 15, 16 второй крестовины, с пары шипов 17, 18 которой - на вилку 5 вала 2. итбор мощности производят с валов 1 и 2 применительно к рассматриваемому случаю использования роторной машины лопастного типа в качестве насоса посредством связанных с валами 1 и 2 лопастей 25 и 26, совершающих полезную работу по перекачиванию среды.

В случае использования роторной машины лопастного типа в качестве двигателя внутреннего сгорания сферический передаточный механизм работает аналогично, но крутящий момент передается в обратном направлении от валов 1, 2, которые в этом случае служат входными валами механизма, на вал 3, являющийся в этом случае выходным валом, с которого производят отбор мощности. Крутящий момент на валах 1 и 2 возникает в результате сгорания сжатой между лопастями 25 и 26 горючей смеси, поджигаемой свечой 27 зажигания в момент наименьшего углового расстояния между указанными лопастями ( ). Степень сжатия (К) горючей смеси в:этом случае определяется на основании приведенной ранее формулы (1) из выражения

К

1

п

2 arctg (1

cos a

где максимальное угловое расстояние между лопастями роторной машины;

Д /эМин-минимальноеугловое расстояние между лопастями роторной машины.

5

Ю

20

25

30

35

40

45

50

55

Как видно из приведенной формулы (2), степень сжатия К является функцией угла наклона а оси Y-Y вала 3 относительно оси X-Х валов 1 и 2. С увеличением угла «степень сжатия К повышается.

Кинематика заявляемого сферического передаточного механизма обеспечивает его нормальную работу с углом а до 80-85°. Такое расширение диапазона регулирования относительных угловых перемещений концентрично расположенных валов механизма и связанных с ними лопастей роторной машины обеспечивает возможность использования роторной машины в варианте двигателя внутреннего сгорания, поскольку получаемая степень сжатия горючей смеси вполне достаточна. В случае использования роторной машины лопастного типа в варианте насоса также обеспечивается положительный эффект, выражающийся в повышении удельной производительности машины на один оборот приводного вала.

Формула изобретения

Сферический передаточный механизм преимущественно роторной машины лопастного типа, содержащий два концентрично расположенных вала и установленный с возможностью углового перемещения относительно их продольной оси третий вал, причем все валы снабжены вилками, которые связаны между собой крестовинами посредством вращательных кинематических пар, отличающийся тем, что, о целью расширения диапазона регулирования относительных угловых перемещений концентрично расположенных валов путем увеличения углового перемещения третьего вала, он снабжен четырехлепестковой вилкой, установленной с охватом двухлепестко- выми вилками, закрепленными на концентрично расположенных валах, а каждая крестовина выполнена в виде центрального не проходящего через геометрический центр крестовины стержня, соединяющего два противоположных шипа крестовины, и двух изогнутых периферийных рычагов, жестко соединяющих два других шипа кресто- вины с противоположными концами центрального стержня, причем противолежащие лепестки четырехлепестковой вилки кинематически попарно связаны с шипами, соединенными центральными стержнями крестовин, а лепестки двухлепестковых вилок кинематически попарно связаны с шипами, соединенными изогнутыми периферийными рычагами.

Фиг.5