RU135021U1

RU135021U1 - ROTARY HYDRAULIC MACHINE

Info

Publication number: RU135021U1
Application number: RU2012151086/06U
Authority: RU
Inventors: Глеб Юрьевич Волков; Владимир Викторович Смирнов; Дмитрий Алексеевич Курасов
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-11-27

Abstract

1. Роторная гидромашина, содержащая корпус, два неподвижных эпициклических колеса с внутренними зубьями, оси которых смещены относительно центральной оси корпуса в противоположных направлениях, солнечную шестерню с двумя венцами, имеющими внешние зубья, две пары плавающих сателлитов, взаимодействующих с солнечной шестерней и эпициклическими колесами, торцовые перегородки, жестко связанные с корпусом, в которых выполнены впускные и выпускные окна, отличающаяся тем, что торцовые перегородки, ограничивающие рабочие полости гидромашины, взаимодействуют с торцами сателлитов и венцов солнечной шестерни, а вращающий момент к солнечной шестерне, совершающей планетарное движение, прикладывается с помощью внешнего устройства.2. Роторная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что солнечная шестерня, выполненная сборной, содержит вал, с которым зубчатые венцы связаны соединением, обеспечивающим передачу вращающего момента, например шпоночным или шлицевым.3. Роторная гидромашина по п.1, отличающаяся тем, что одна из крайних торцовых перегородок содержат впускное окно, другая - выпускное окно, а центральная торцовая перегородка - перепускное окно, причем длина каждого окна в окружном направлении превышает диаметр сателлита.4. Роторная гидромашина по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что начальные диаметры плавающих сателлитов составляют 0,1…0,25 от начального диаметра эпициклического колеса.1. A rotary hydraulic machine comprising a housing, two fixed epicyclic wheels with internal teeth, the axes of which are offset from the central axis of the housing in opposite directions, a sun gear with two crowns having external teeth, two pairs of floating satellites interacting with the sun gear and epicyclic wheels, end partitions rigidly connected to the housing, in which inlet and outlet windows are made, characterized in that the end partitions defining the working cavities of the hydraulic machine, interacting ones with the ends of the planet gears, and sun gear rims and the torque to the sun gear, engages the planetary motion is applied via external ustroystva.2. Rotary hydraulic machine according to claim 1, characterized in that the sun gear made by the team contains a shaft with which the gear rims are connected by a connection that provides torque transmission, for example, key or splined. A rotary hydraulic machine according to claim 1, characterized in that one of the extreme end partitions contains an inlet window, the other contains an outlet window, and the central end partition contains an overflow window, the length of each window in the circumferential direction exceeding the diameter of the satellite. Rotary hydraulic machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the initial diameters of the floating satellites are 0.1 ... 0.25 of the initial diameter of the epicyclic wheel.

Description

Полезная модель относится к гидромашинам объемного вытеснения с вращающимися рабочими органами, находящихся во взаимном зацеплении, и может использоваться в насосах и двигателях.The utility model relates to volumetric displacement hydraulic machines with rotating working bodies that are in mutual engagement, and can be used in pumps and engines.

В настоящее время для нагнетания и напорного перемещения вязких жидкостей, обладающих смазывающими свойствами, широко применяют шестеренные насосы с внутренним или внешним зацеплением круглых зубчатых колес, имеющих неподвижные оси (Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. - М.: Машиностроение, 1974. - 606 с. - стр.311). Эти насосы просты по конструкции, однако, их недостатком является относительно малый полезный объем, который ограничен пространством между впадинами зубьев и корпусом.Currently, for pumping and pressure transfer of viscous fluids with lubricating properties, gear pumps with internal or external gearing of circular gears with fixed axes are widely used (TM Bashta. Volumetric pumps and hydraulic hydraulic motors. - M.: Mechanical engineering, 1974.- 606 p. - p. 311). These pumps are simple in design, however, their disadvantage is the relatively small usable volume, which is limited by the space between the tooth cavities and the housing.

Известна роторная гидромашина (GB 1158638 МПК F1C 1/12, опубл. 1969 - fig.1-3), содержащая неподвижное круглое эпициклическое колесо с внутренними зубьями, круглое солнечное колесо с наружными зубьями, шарнирно закрепленное на вращающемся эксцентрике, ось вращения которого относительно корпуса смещена относительно оси эпициклического колеса на расстояние, равное эксцентриситету эксцентрика, два плавающих сателлита, взаимодействующих с эпициклическим и солнечным колесами, торцовые крышки и каналы подвода и отвода рабочей среды, выполненные в торцовой крышке и эпициклическом колесе. В проекции на торцовую плоскость центры сателлитов в исходном положении механизма расположены на одной прямой с совпадающими в этом положении центрами эпициклического и солнечного колес. Главный недостаток этой гидромашины заключается в том, что в определенных положениях солнечного колеса, сателлиты не могут «самостоятельно» выйти из «мертвого» положения.Known rotary hydraulic machine (GB 1158638 IPC F1C 1/12, publ. 1969 - fig.1-3) containing a stationary circular epicyclic wheel with internal teeth, a circular sun wheel with external teeth, pivotally mounted on a rotating cam, the axis of rotation of which relative to the housing displaced relative to the axis of the epicyclic wheel by a distance equal to the eccentricity of the eccentric, two floating satellites interacting with the epicyclic and sun wheels, end caps and channels for supplying and discharging the working medium, made at the ends th lid and epicyclic wheel. In the projection onto the end plane, the satellite centers in the initial position of the mechanism are located on one straight line with the centers of the epicyclic and sun wheels coinciding in this position. The main disadvantage of this hydraulic machine is that in certain positions of the sun wheel, satellites cannot "independently" get out of the "dead" position.

Известна роторная гидромашина (SU 699229 МПК F04C 1/06, опубл. 1979), содержащая статор в виде венца с внутренними зубьями, связанный через сателлиты с наружными зубьями ротора, установленного на вращающемся эксцентрике. Ротор изготовлен полым и на его внутренней поверхности выполнены зубья, гидромашина дополнительно содержит синхронизирующее устройство, обеспечивающее согласованное вращение ротора и эксцентрика. Эта система включает неподвижную шестерню с внешними зубьями, жестко связанную со статором, и паразитную шестерню, шарнирно закрепленную на эксцентрике, взаимодействующую с неподвижной шестерней и внутренними зубьями ротора. Достоинство данной конструкции гидромашины, по сравнению с предыдущей, состоит в том, что сателлиты беспрепятственно проходят «мертвые» положения. Недостатками этой гидромашины являются: технологическая сложность эксцентрика, большие потери на трение и неблагоприятные условия передачи движения, обусловленные наличием вращательных кинематических пар скольжения: между ротором и эксцентриком, осью эксцентрика и паразитной шестерней.Known rotary hydraulic machine (SU 699229 IPC F04C 1/06, publ. 1979), containing a stator in the form of a crown with internal teeth, connected through satellites with the outer teeth of the rotor mounted on a rotating eccentric. The rotor is made hollow and teeth are made on its inner surface, the hydraulic machine additionally contains a synchronizing device, which ensures coordinated rotation of the rotor and the eccentric. This system includes a fixed gear with external teeth rigidly connected to the stator, and a parasitic gear pivotally mounted on an eccentric, interacting with the fixed gear and internal teeth of the rotor. The advantage of this design of the hydraulic machine, in comparison with the previous one, is that the satellites freely pass through the “dead” positions. The disadvantages of this hydraulic machine are: the technological complexity of the eccentric, large friction losses and adverse conditions for the transmission of motion due to the presence of rotational kinematic slip pairs: between the rotor and the eccentric, the eccentric axis and the parasite gear.

Другая роторная гидромашина (RU 2445512, МПК F04C 2/08, опубл. 2012) отличается от предыдущей конструкцией дополнительного синхронизирующего устройства. Это устройство обеспечивает более надежную работу гидромашины, но не менее сложно.Another rotary hydraulic machine (RU 2445512, IPC F04C 2/08, publ. 2012) differs from the previous design of an additional synchronizing device. This device provides more reliable operation of the hydraulic machine, but no less difficult.

В гидромашине (US 4229152, МПК F01C 1/08, опубл. 1980) синхронизирующее устройство содержит пару зубчатых колес, расположенных по осям эксцентрика, образующих внешнее зацепление, одно из которых неподвижно закреплено относительно корпуса, а другое относительно солнечной шестерни. Недостатками этой гидромашины являются консольное расположение солнечного колеса на оси эксцентрика, необходимость герметичного сопряжения эксцентрика с корпусом по цилиндру большого диаметра и большая осевая сила давления на эксцентрик.In a hydraulic machine (US 4229152, IPC F01C 1/08, publ. 1980), the synchronization device comprises a pair of gears located along the axes of the eccentric, forming external gearing, one of which is fixedly mounted relative to the housing, and the other relative to the sun gear. The disadvantages of this hydraulic machine are the cantilever arrangement of the solar wheel on the axis of the eccentric, the need for tight coupling of the eccentric with the housing along a large diameter cylinder and the large axial pressure force on the eccentric.

Наиболее близкой по технической сущности предлагаемой конструции является гидромашина (GB 1158638 МПК F1C 1/12, опубл. 1969 - fig.5), содержащая корпус, неподвижное круглое эпициклическое колесо с внутренними зубьями, круглое солнечное колесо с наружными зубьями, шарнирно закрепленное на вращающемся эксцентрике, ось вращения которого относительно корпуса смещена относительно оси эпициклического колеса на расстояние, равное эксцентриситету эксцентрика, два плавающих сателлита, взаимодействующих с эпициклическим и солнечным колесами. В качестве синхронизирующей системы данная конструкция содержит вторую секцию гидромашины, подобную первой. Солнечные колеса обеих секций жестко связаны между собой и свободно насажены на ось общего эксцентрика. Рабочие полости этой гидромашины ограничены с торцов и разделены между собой перегородками, жестко связанными с корпусом, а также дисками, относящимися к кривошипу. При этом крайние диски жестко закреплены на кривошипе, а центральный диск является эксцентриком, плавающим в зазоре, образуемом центральной перегородкой корпуса и шейкой солнечного колеса. Впускные и выпускные окна рабочих полостей выполнены в боковых перегородках корпуса.The closest in technical essence of the proposed design is a hydraulic machine (GB 1158638 IPC F1C 1/12, publ. 1969 - fig.5), comprising a housing, a stationary circular epicyclic wheel with internal teeth, a circular sun wheel with external teeth, pivotally mounted on a rotating cam , the axis of rotation of which relative to the housing is offset relative to the axis of the epicyclic wheel by a distance equal to the eccentricity of the eccentric, two floating satellites interacting with the epicyclic and sun wheels. As a synchronization system, this design contains a second section of the hydraulic machine, similar to the first. The solar wheels of both sections are rigidly interconnected and freely mounted on the axis of a common eccentric. The working cavities of this hydraulic machine are limited from the ends and are divided among themselves by partitions rigidly connected to the body, as well as disks related to the crank. In this case, the extreme disks are rigidly fixed on the crank, and the central disk is an eccentric floating in the gap formed by the central partition of the housing and the neck of the sun wheel. The inlet and outlet windows of the working cavities are made in the side partitions of the housing.

Недостатками такого устройства являются его конструктивная и технологическая сложность. Для обеспечения качественного уплотнения по торцам необходимо обеспечить точное сопряжение подвижных звеньев с корпусом по трем поверхностям (двум торцовым и одной цилиндрической) с каждой стороны устройства. Надежность конструкции снижает наличие плавающего эксцентричного диска - он работает в условиях неблагоприятных углов давления.The disadvantages of such a device are its constructive and technological complexity. To ensure high-quality sealing at the ends, it is necessary to ensure exact coupling of the moving links with the housing along three surfaces (two end and one cylindrical) on each side of the device. Reliability of the design reduces the presence of a floating eccentric disk - it works in conditions of adverse pressure angles.

Задача предлагаемого изобретения - создание конструкции роторной гидромашины более простой, чем известные, не содержащей ненадежных и нетехнологичных элементов, обеспечивающей гарантированное преодоление сателлитами «мертвых» точек и качественное уплотнение рабочих полостей.The objective of the invention is to create a design of a rotary hydraulic machine simpler than the known ones, which does not contain unreliable and low-tech elements, which ensures guaranteed overcoming by satellites of the “dead” points and high-quality sealing of working cavities.

Предлагаемая роторная гидромашина, подобно прототипу, содержит корпус, два неподвижных эпициклических колеса с внутренними зубьями, оси которых смещены относительно центральной оси корпуса в противоположных направлениях, солнечную шестерню с двумя венцами, имеющими внешние зубья, две пары плавающих сателлитов, взаимодействующих с солнечной шестерней и эпициклическими колесами, торцовые перегородки, жестко связанные с корпусом, в которых выполнены впускные и выпускные окна. В отличие от прототипа, торцовые перегородки, ограничивающие рабочие полости гидромашины, взаимодействуют с торцами сателлитов и венцов солнечной шестерни, а вращающий момент к солнечной шестерне, совершающей планетарное движение, прикладывается с помощью внешнего устройства, например карданного вала.The proposed rotary hydraulic machine, like a prototype, contains a housing, two fixed epicyclic wheels with internal teeth, the axes of which are offset from the central axis of the housing in opposite directions, a sun gear with two crowns having external teeth, two pairs of floating satellites interacting with the sun gear and epicyclic wheels, end walls, rigidly connected with the housing, in which the inlet and outlet windows are made. Unlike the prototype, the end walls that limit the working cavities of the hydraulic machine interact with the ends of the satellites and the crowns of the sun gear, and the torque is applied to the sun gear making a planetary motion using an external device, such as a driveshaft.

В такой конструкции обеспечено повышение герметичности рабочих полостей. Уплотнение происходит только по плоской торцовой поверхности перегородок, а не по трем плоским и цилиндрическим поверхностям как в прототипе. При этом легче обеспечить необходимую точность прилегания деталей. В предлагаемой конструкции отсутствует ненадежный элемент - плавающий эксцентрик.In this design, an increase in the tightness of the working cavities is provided. Sealing occurs only on the flat end surface of the partitions, and not on three flat and cylindrical surfaces as in the prototype. At the same time, it is easier to provide the necessary accuracy of fit of parts. In the proposed design there is no unreliable element - a floating eccentric.

Для удобства сборки роторной гидромашины солнечная шестерня выполнена составной. Она содержит вал, с которым зубчатые венцы связаны соединением, обеспечивающим передачу вращающего момента, например, шпоночным или шлицевым.For ease of assembly of the rotary hydraulic machine, the sun gear is made integral. It contains a shaft with which the gear rims are connected by a connection providing transmission of torque, for example, key or splined.

Во избежание гидравлических ударов при работе на несжимаемых средах (жидкостях), полости (секции) гидромашины соединены окнами последовательно, т.е. одна из крайних торцовых перегородок содержит впускное окно, другая - выпускное окно, а центральная торцовая перегородка - перепускное окно, причем длина каждого окна в окружном направлении превышает диаметр сателлита.In order to avoid hydraulic shocks when working on incompressible media (liquids), the cavities (sections) of the hydraulic machine are connected by windows in series, i.e. one of the extreme end partitions contains an inlet window, the other contains an outlet window, and the central end partition contains a bypass window, and the length of each window in the circumferential direction exceeds the diameter of the satellite.

Оптимальными, с точки зрения обеспечения герметичности и производительности роторной гидромашины, являются параметрические соотношения, при которых начальные диаметры плавающих сателлитов составляют 0,1-0,25 от начального диаметра эпициклического колеса.Optimal, from the point of view of ensuring the tightness and performance of the rotary hydraulic machine, are parametric ratios, in which the initial diameters of the floating satellites are 0.1-0.25 of the initial diameter of the epicyclic wheel.

Примеры реализации конструкции гидромашины показаны на чертежах, где на фиг.1 изображен разрез роторной гидромашины плоскостью В-В, перпендикулярной главной оси; на фиг.2 - ее осевой разрез по Б-Б; на фиг.3 - разрез по плоскости А-А; на фиг.4 изображена гидромашина, содержащая четыре рабочие секции (разрез по А-А).Examples of the construction of the hydraulic machine are shown in the drawings, where Fig. 1 shows a section of a rotary hydraulic machine with a plane BB perpendicular to the main axis; figure 2 - its axial section along BB; figure 3 is a section along the plane aa; figure 4 shows a hydraulic machine containing four working sections (section aa).

Роторная гидромашина, изображенная на фиг.1, 2, 3 содержит корпус 1, два неподвижных эпициклических колеса 2, 3 с внутренними зубьями, оси A₂, А₃ которых смещены относительно центральной оси О корпуса на 180°. Солнечная шестерня с двумя венцами 4, 5, имеющими внешние зубья, выполнена сборной. Она содержит вал 6, на котором венцы 4, 5 закреплены с помощью шпонок 7. С каждым эпициклическим колесом 2, 3 и венцом 4, 5 солнечной шестерни взаимодействуют по два плавающих сателлита. Пара сателлитов 8, взаимодействует с солнечной шестерней 4 и эпициклическим колесом 2, а пара сателлитов 9 - с солнечной шестерней 5 и эпициклом 3. Сборка зубчатых колес проведена таким образом, что оси сателлитов в исходном положении механизма расположены на одной прямой с совпадающими в этом положении осями эпициклического и солнечного колес. Торцовые перегородки 10, 11, 12 жестко связаны с корпусом 1. При этом в крайней торцовой перегородке 10 выполнено впускное окно 13, в центральной перегородке 11 - перепускное окно 14, в крайней перегородке 12 - выпускное окно 15. Окна имеют форму, удлиненную в окружном направлении, причем длина каждого окна превышает диаметр сателлита. Вращающий момент подается на вал 6 солнечной шестерни с помощью карданного вала 16.The rotary hydraulic machine shown in figures 1, 2, 3 comprises a housing 1, two fixed epicyclic wheels 2, 3 with internal teeth, the axes A ₂ , A _{3 of} which are 180 ° offset from the central axis O of the housing. The sun gear with two crowns 4, 5 having external teeth is made by the national team. It contains a shaft 6, on which crowns 4, 5 are fixed with the help of dowels 7. Two floating satellites interact with each epicyclic wheel 2, 3 and crown 4, 5 of the sun gear. A pair of satellites 8 interacts with the sun gear 4 and the epicyclic wheel 2, and a pair of satellites 9 interacts with the sun gear 5 and the epicycle 3. The gears are assembled in such a way that the axis of the satellites in the initial position of the mechanism are located on a straight line with those coinciding in this position axes of the epicyclic and solar wheels. The end walls 10, 11, 12 are rigidly connected with the housing 1. At the same time, the inlet window 13 is made in the end wall 10, the bypass window 14 is in the central wall 11, and the outlet window 15 is in the end wall 12. The windows are elongated in circumferential direction, and the length of each window exceeds the diameter of the satellite. The torque is supplied to the shaft 6 of the sun gear using the driveshaft 16.

Роторная гидромашина работает следующим образом.Rotary hydraulic machine operates as follows.

С карданного вала 16 вращение передается валу 6 солнечной шестерни. Солнечная шестерня с венцами 4, 5 совершает сложное движение относительно эпициклических колес 2, 3. Сателлиты 8, 9 обкатываются по внутренним венцам колес 2, 3 и по венцам 4, 5 солнечной шестерни. Это приводит к циклическому изменению объемов рабочих полостей гидромашины. В той фазе движения механизма, которая показана на фиг.1, в секции гидромашины, образуемой звеньями 3, 5, 9, верхняя рабочая полость имеет минимальный объем, а нижняя максимальный. При этом обе полости сообщаются между собой через перепускное окно 14 и с выходом через окно 15. В тот же момент в секции, образуемой звеньями 4, 2, 8, левая и правая рабочие полости имеют одинаковый объем, но при этом объем правой полости уменьшается, а левой - увеличивается. В левой полости происходит всасывание через окно 13, а из правой полости рабочая среда вытесняется через перепускное окно 14 в секцию, образуемую звеньями 3, 5, 9. В следующей фазе движения работает секция, образуемая звеньями 3, 5, 9, а секция 4, 2, 8 перепускает среду. Таким образом, секции работают по очереди.From the driveshaft 16, rotation is transmitted to the sun gear shaft 6. The sun gear with crowns 4, 5 makes a complex motion relative to the epicyclic wheels 2, 3. Satellites 8, 9 run around the inner rims of wheels 2, 3 and the crowns 4, 5 of the sun gear. This leads to a cyclical change in the volume of the working cavities of the hydraulic machine. In that phase of the movement of the mechanism, which is shown in figure 1, in the section of the hydraulic machine formed by links 3, 5, 9, the upper working cavity has a minimum volume, and the lower maximum. In this case, both cavities communicate with each other through the bypass window 14 and exit through the window 15. At the same time, in the section formed by links 4, 2, 8, the left and right working cavities have the same volume, but the volume of the right cavity decreases, and left - increases. In the left cavity, absorption takes place through the window 13, and from the right cavity the working medium is forced out through the bypass window 14 into the section formed by links 3, 5, 9. In the next phase of movement, the section formed by links 3, 5, 9, and section 4, 2, 8 bypasses the medium. Thus, sections work in turn.

Роторная гидромашина, изображенная на фиг.4, отличается от предыдущей тем, что помимо двух основных, содержит две дополнительные секции, аналогичные основным. При этом все венцы 4 солнечного колеса, насажены на общий вал 6. Увеличение количества секций свыше двух устраняет перекосы вращающихся звеньев, возникающих в результате давления среды, и увеличивает производительность гидромашины. Гидравлически рабочие полости всех секций совмещены последовательно, либо каждая пара секций имеет свой выход на внешнюю цилиндрическую поверхность корпуса 1 (на фигурах не показано). Работа четырехсекционной машины происходит аналогично двухсекционной.The rotary hydraulic machine shown in figure 4, differs from the previous one in that in addition to the two main sections, it contains two additional sections, similar to the main ones. At the same time, all the crowns 4 of the sun wheel are mounted on a common shaft 6. An increase in the number of sections over two eliminates the distortions of the rotating links resulting from the pressure of the medium and increases the productivity of the hydraulic machine. Hydraulically, the working cavities of all sections are aligned in series, or each pair of sections has its own outlet to the outer cylindrical surface of the housing 1 (not shown in the figures). The work of a four-section machine is similar to a two-section one.

Представляется перспективным использование предлагаемой гидромашины в насосах для перекачки нефти и мазута, в насосах-дозаторах для различных жидкостей, в насосах и двигателях гидроприводов, в пневмодвигателях, в вакуумных насосах низкого вакуума. Технический эффект: повышение износостойкости оборудования и ресурса его работы за счет автоматической компенсации износа взаимодействующих поверхностей, увеличение производительности и удельной мощности шестеренных гидромашин за счет увеличения полезного объема.It seems promising to use the proposed hydraulic machine in pumps for pumping oil and fuel oil, in metering pumps for various liquids, in pumps and hydraulic motors, in air motors, in low vacuum pumps. EFFECT: increased wear resistance of equipment and its operating life due to automatic compensation of wear of interacting surfaces, increase in productivity and specific power of gear hydraulic machines due to increase in usable volume.

Claims

1. A rotary hydraulic machine comprising a housing, two fixed epicyclic wheels with internal teeth, the axes of which are offset from the central axis of the housing in opposite directions, a sun gear with two crowns having external teeth, two pairs of floating satellites interacting with the sun gear and epicyclic wheels, end partitions rigidly connected to the housing, in which inlet and outlet windows are made, characterized in that the end partitions defining the working cavities of the hydraulic machine, interacting ones with the ends of the planet gears, and sun gear rims and the torque to the sun gear, engages the planetary motion is applied by an external device.

2. The rotary hydraulic machine according to claim 1, characterized in that the sun gear made by the national team contains a shaft with which the gear rims are connected by a connection that provides torque transmission, for example, keyway or slotted.

3. The rotary hydraulic machine according to claim 1, characterized in that one of the extreme end walls contains an inlet window, the other contains an outlet window, and the central end wall contains a bypass window, the length of each window in the circumferential direction exceeding the diameter of the satellite.

4. Rotary hydraulic machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the initial diameters of the floating satellites are 0.1 ... 0.25 from the initial diameter of the epicyclic wheel.