RU1778334C - Роторный двигатель - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : роторный двигатель содержит корпус с цилиндрической полостью и двум  профилированными поверхност ми , две пары поршней в виде лопастей , составной выходной вал и кинематически св занный с ним ротор, состо щий из двух уплотнительных дисков. Ротор жестко св зан с одной парой поршней и кинематически - с другой через два шарнирных замкнутых четырехзвенных механизма . Последние св заны через промежуточное звено с выходным звеном и расположены с возможностью взаимодействи  с профилированными поверхност ми. Корпус выполнен в виде единой детали, составной вал состоит из трех частей, одной центральной оси и двух ступенчатых втулок, расположенных по концам центральной оси. Ступенчатые втулки имеют радиальные отверсти  на цилиндрической поверхности большего диаметра. В их полост х расположены шарнирные замкнутые четырехзвен- ные механизмы. Промежуточные звень  жестко установлены на центральной оси, с которой жестко св заны поршни, кинематически св занные с дисками. 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к двигател м с вращающимис  поршн ми типа лопастей, и может быть использовано в различных област х народного хоз йства в качестве стационарных двигателей или приводов машин, генераторов , транспортных средств.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорани , содержащий корпус с полостью в виде пр мого круглого цилиндра, две пары поршней, установленных на двух соос- ных валах, соединенных между собой и корпусом с помощью втулки со спиральным и осевым пазами, при этом на валах установлены пальцы дл  взаимодействи  с пазами, храповые колеса и собачки. Втулка с пазами установлена на первом валу и дважды совершает возвратно-поступательное движение за один оборот этого вала. Втулка удерживаетс  с двух сторон прижимными элементами, содержащими коромысло, пружину и кулачковый диск. Храповые колеса и собачки предназначены дл  предотвращени  проворачивани  вала в обратную сторону . Палец установлен на втором валу и взаимодействует со спиральным пазом втулки, установленной на первом валу. В результате измен етс  угловое соотношение между первым и вторым валами, а следовательно , между лопатками. Таким образом обеспечиваетс  последовательное чередование открытых и закрытых состо ний промежутков между первыми и вторыми лопатками, где осуществл етс  впуск, сжатие, зажигание и выпуск отработанных

Х|

4 OD О) СА) 4

газов. Выходную мощность получают с первого вала.

В известном двигателе существенным недостатком  вл етс  тот факт, что при вращении вала относительно втулки палец будет работать на подрезание, что может привести к преждевременному выходу из стро  двигател .

Известен также двигатель с вращающимис  поршн ми, который содержит корпус с полостью в виде пр мого круглого сечени  и с впускными и выпускными отверсти ми, две пары поршней консольно установлены на дисках соосно с центральным валом, а диски соединены с валом с помощью цилиндрических и эллиптических зубчатых колес и двух вспомогательных валов. При этом поршни установлены попарно на дисках с возможностью поворота одной пары поршней относительно другой в цилиндрической полости на концентричной цилиндру и дискам оси, выходной и вспомогательный валы вращаютс  каждый на своей неподвижной оси, на каждом из них по обе стороны от поршней установлены концентрично цилиндрические и эксцентрично-эллиптические колеса (шестерни). Зубчатые колеса наход тс  в посто нном зацеплении, соедин   каждую пару поршней с общим валом таким образом, что неравномерное продвижение , в пор дке очередности, поршней вокруг оси вращени  преобразовываетс  в посто нную скорость вращени  выходного вала.

Конструкци  двигател  предполагает использование сложных в изготовлении эксцентричных эллиптических зубчатых колес , которые быстро выход т из стро , так как схема их соединени  с парти ми предполагает воздействие на них больших импульсных усилий.

Наиболее близким к предложенному  вл етс  роторный двигатель, содержащий корпус с цилиндрической полостью, в которой выполнены две профилированные поверхности , две пары поршней, выполненных в виде радиальных лопастей, размещенных в полости корпуса, составной вал и кинематически св занный с ним ротор , состо щий из двух уплотнительных дисков , жестко св занных с одной парой поршней, и кинематически - с другой, и двух шарнирных замкнутых четырехзвенных-ме- ханизмов, кинематически св занных промежуточным звеном с составным валом и расположенных с возможностью взаимодействи  с профилированными поверхност ми .

Конструкци  описанного двигател  чрезвычайно сложна. Так, усили  взаимодействи  двигател  рабочих газов, поршней , корпуса четырехзвенных замкнутых шарнирных механизмов осуществл ютс  с помощью деталей сложной формы: звеньев

четырехзвенного механизма, имеющих сложные шарнирные и шлицевые соединени , шлицевого составного вала, сухариков и др. Кроме того, все детали двигател  соединены в один сложный блок, что исключает

0 возможность отладки более простых автономных блоков, усложн ет сборку и ремонт двигател , снижает надежность его эксплу- - атации.

Цель изобретени  - упрощение конст5 рукции, повышение ее надежности и технологичности .

Цель достигаетс  тем, что в известном роторном двигателе, содержащем корпус с цилиндрической полостью, в которой вы0 полнены две профилированные поверхности , две пары поршней, выполненных в виде радиальных лопастей, размещенных в полости корпуса, составной вал и кинетически св занный с ним ротор, состо щий из двух

5 уплотнительных дисков, жестко св занных с одной парой поршней и кинематически - с другой, и двух шарнирных замкнутых четырехзвенных механизмов, кинематически св занных промежуточным звеном с состав0 ным валом и расположенных с возможностью взаимодействи  с профилированными поверхност ми, согласно изобретению, корпус выполнен в виде единой детали, составной вал состоит из трех частей, одна из

5 которых выполнена в виде центральной оси. а две другие выполнены в виде ступенчатых втулок и расположенных по концам первой детали и имеющих радиальные отверсти  на цилиндрической поверхности большого ди0 аметра, в полости которой расположены шарнирные замкнутые четырехзвенные механизмы , кинетически св занные, причем промежуточные звень  жестко установлены на центральной оси, с которой жестко св 5 заны поршни, кинематически св занные с дисками.

Такое выполнение средств соединени  составного вала с поршн ми и корпусом позвол ет упростить кинематическую схему

0 передачи усилий с поршнем на выходной вал, уменьшить контактные нагрузки на трущиес  детали и упростить их форму, а следовательно , выполнить их с большой точностью.

5 Кроме того, предлагаема  схема соединени  деталей двигател  предполагает предварительное соединение деталей в более простые автономные узлы и последующую сборку отлаженных узлов, что упрощает монтаж двигател , повышает его

надежность, технологичность и ремонтос- пособность.

В частности, окончательна  сборка состоит из соединени  двух основных деталей: ротора и корпуса.-

На фиг.1 представлен общий вид двигател , продольный разрез; на фиг.2 - схемы относительного размещени  поршней в положении Рабочий на фиг.З - схема расположени  четырехзвенного шарнирно- го механизма в положении Рабочий на фиг.4 - схема относительного размещени  поршней в положении Мертва  точка ; на фиг.5 - схема расположени  четырехзвенного механизма в положении Мертва  точка.

Двигатель содержит корпус 1 с цилиндрической внутренней полостью 2, внутри ко- торой установлен с возможностью вращени  ротор 3. На торцовой части корпуса 1 имеетс  внутренний кулачок 4, который может быть выполнен за одно целое с корпусом 1. Ротор 3 содержит составной вал 5. Составной вал 5 состоит из трех частей, одна из которых выполнена в виде центральной оси б, а две другие выполнены в виде ступенчатых втулок 7 и 8, расположенных на концах первой детали. На внутренних концах ступенчатых втулок 7 и 8 имеютс  жестко скрепленные с ними диски 9. На центральной оси 6 жестко установлена перва  пара поршней 10 и 11. Втора  пара поршней 12 и 13 с помощью болтов 14 жестко укреплена соосно составному валу 5 между дисками 9, которые могут быть выполнены за одно целое со ступенчатыми втулками 7 и 8. Четырехзвенный шарнирный механизм 15, в вершинах которого имеютс  опорные ролики 16, вращающиес  на оси 17 шарнирного соединени , установлен внутри кулачка 4 таким образом, чтобы опорные ролики 16 входили в контакт с его поверхностью. Середины первой пары 18 противоположных звеньев шарнирного ме- ханизма 15 шарнирно соединены с центральной осью 6 с помощью дополнительного звена 19, которое может быть выполнено за одно целое с центральной осью 6. Дополнительное звено 19 шар- нирно соединено со срединой звеньев 18 с помощью пальцев 20, Середины второй пары 21 противоположных звеньев шарнирно соединены с помощью пальцев 22 с составным валом 5. В приведенном примере вы- полнени  двигател  пары звеньев 18 и 19 выполнены попарно, а ролики 16укреплены на ос х 20 между звень ми.

В ступенчатых втулках 7 и 8 выполнены по числу опорных роликов 16 отверсти  23, а в корпусе 1 выполнены окна 24 и 25 дл 

впуска и выпуска рабочей смеси. Корпус 1 (после сборки) закрываетс  с двух сторон крышками 26 и 27, одна из которых может быть выполнена цельной, а друга  - с отверстием дл  вывода составного вала 5.

За вленный двигатель работает следующим образом. Поршни 10-13 цилиндрической полости 2 осуществл ют такое движение, которое приводит к образованию камер между лопаст ми, объем которых посто нно мен етс . Это обеспечиваетс  тем, что движение обеих пар поршней непрерывно ускор етс  или замедл етс  относительно друг друга. Термодинамические циклы протекают следующим образом. На фиг.4 камеры обозначены 28-31.

В камере 28, образованной полостью 2 и поршн ми 11 и 13, в положении на фиг,4 начинаетс , а на фиг.2 продолжаетс  процесс всасывани  рабочей смеси через окно 24. В камере 29, образованной полостью 2 и поршн ми 11 и 12, на фиг.4 начинаетс , а на фиг.2 продолжаетс  процесс сжати . В камере 30, образованной полостью 2 и поршн ми 10 и 12, на фиг.4 начинаетс , а на фиг.2 продолжаетс  процесс сгорани  и расширени  рабочей смеси. В случае карбюраторного выполнени  зажигание в камере происходит от свечи, в случае дизельного исполнени  зажигание происходит в результате высокой степени сжати  воздуха, а следовательно, существенного погашени  его температуры и впрыскивани  в камеру 30 топлива. В камере 31, образованной полостью 2 и поршн ми 10 и 14, на фиг.4 начинаетс , а на фиг.2 продолжаетс  процесс выхода продуктов сгорани  через окно 25.

Вращающий момент на составной вал 5 передаетс  следующим образом. Когда в камере 30 происходит процесс сгорани  рабочей смеси, в результате чего давление газов значительно возрастает, что создает усилие на поршень 10 и 12. и, в свою очередь , вызывает увеличение камеры 30 и увеличение угла поворота поршней 10 и 11 относительно поршней 12 и 13. Поскольку поршни 10 и 11 и дополнительное звено 19 с пальцами 20 жестко закреплены на центральной оси 6, а поршни 12 и 13 и пальцы 22 жестко закреплены на ступенчатых втулках , 8 вала 5, то усили  от поршней 10 и 12 передаютс  на пальцы 20 и 22, которые шарнирно соединены со звень ми 18 и 21, и на ось 17 и ролики 16, которые кат тс  по поверхности кулачка 4. При качении роликов 16 по поверхности кулачка 4 происходит изменение угла поворота между парами звеньев 18 и 21 шарнирного механизма 15

и он из положени  Мертва  точка (фиг.5) переходит в положение Рабочий ход (фиг.З). При переходе шарнирного механизма 15 из одного положени  (фиг.5) в другое положение (фиг.З) ролики 16 кат тс  по наклонной поверхности и их усилие на поверхность кулачка 4 направлено под углом, что создает вращающий момент, который передаетс  на ротор 3, а следовательно, на составной вал 5, Вращающий момент создаетс  в результате противодействи  кулачка 4 на ролики 16, и его величина (см.фиг.З) будет равна произведению величины усили  Р кулачка 4 на плечо I.

Ролики 16 взаимодействуют с кулачком 4 через отверсти  23, выполненные в составном валу 5, и частично выступают за его пределы.

При вращении ротора 3 ролики 16 кат тс  по рабочей поверхности кулачка 4, при этом угол поворота центральной оси 6 относительного составного вала 5 будет периодически мен тьс , достига  экстремального значени  через каждые четверть оборота составного вала. Так как кулачок 4 жестко закреплен относительно корпуса, то экстремумы относительного угла между поршн ми фиксированы относительно корпуса, что обеспечивает осуществление процессов выпуска , сжати , сгорани , расширени  и впуска в фиксированных относительно корпуса 1 местах.

Таким образом, усили  расшир ющихс  газов посредством шарнирного механизма 15, роликов 16 и кулачка 4 преобразуютс  во вращательный момент составного вала 5 относительно корпуса 1.

Так как поршни 12 и 13 жестко закреплены на ступенчатых втулках 7, 8,то скорость их вращени  одинакова и посто нна, центральна  ось 7, жестко св занные с ней поршни 10 и 11 вращаютс  по отношению к ступенчатым втулкам 7, 8 с переменной скоростью , что обеспечивает увеличение или уменьшение камер 28-31 между поршн ми. Образующа  внутреннего кулачка 4 может быть выполнена по следующей параметрической зависимости радиуса кулачка рот угла поворота р (см.фиг.З):

р - Ч + arcsin-Ј- sin Ч7:

cos2 + (sin p +у)2 , где

p а1Г+Рсоз У;ф arctg ;

а,р,у- посто нные параметры, завис щие от размеров и соотношений четырех- звенного механизма и кулачка;

ХР- переменный параметр параметрической зависимости р от р в виде: р -fiCP): (4/).

Поскольку основные силы, действую- 5 щие в двигателе, замыкаютс  на шарнирном механизме в кулачке, то они используютс  в качестве основных подшипников ротора, что также позвол ет уменьшить габариты двигател .

0 Существенным преимуществом за вл емого двигател  по сравнению с прототипом  вл етс  то, что при небольших контактных нагрузках в детал х обеспечиваетс  значительна  выходна  мощность.

5 Снижение контактных нагрузок в детал х двигател  обеспечиваетс  упрощением схемы передачи усилий с поршней на составной вал, что обуславливает снижение механических потерь и повышение надеж0 ности работ. Поскольку все детали механизма св зи просты по форме, это обеспечивает их выполнение с большой точностью и улучшает технологичность изготовлени  двигател .

5 Упрощаетс  ремонт двигател , в частности замена наиболее изнашиваемых деталей , уплотнений и роликов, может быть осуществлена без разборки всего ротора. Уплотнени  просто вынимаютс  из пазов и

0 вставл ютс  в них новые.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Роторный двигатель, содержащий кор5 пус с цилиндрической полостью, в которой выполнены две профилированные поверхности , две пары поршней, выполненных в виде радиальных лопастей, размещенных в полости корпуса, составной выходной вал и

   0 кинематически св занный с ним ротор, состо щий из двух уплотнительных дисков, жестко св занных с одной парой поршней, и кинематически - с другой, и двух шарнирных замкнутых четырехзвенных механиз5 мов, кинематически св занных промежуточным звеном с выходным валом и расположенных с возможностью взаимодействи  с профилированными поверхност ми , отличающийс  тем, что, с целью

   0 упрощени  конструкции и повышени  ее надежности и технологичности, корпус выполнен в виде единой детали, составной вал состоит из трех частей, одна из которых выполнена в виде центральной оси, а две

   5 другие выполнены в виде ступенчатых втулок , расположенных по концам первой детали и имеющих радиальные отверсти  на цилиндрической поверхности большего диаметра , в полости которой расположены

   шарнирные замкнутые четырехзвенные ной оси, с которой жестко св заны поршни, механизмы, причем промежуточные а поршни кинематически св заны с диска- звень  жестко установлены на централь- - ми.

   26

   П

   13

   Фиг.

   30

   лад  

   Ш

   Si si at

   г /

   и

   м

   и

   и

   8-8

   ШШ

   21 22 23

   19 20 18

   Фиг. 5

   в- в

   1 3 ft 5

   17 16 Я