RU2016241C1 - Positive displacement machine - Google Patents
Positive displacement machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2016241C1 RU2016241C1 SU5027171A RU2016241C1 RU 2016241 C1 RU2016241 C1 RU 2016241C1 SU 5027171 A SU5027171 A SU 5027171A RU 2016241 C1 RU2016241 C1 RU 2016241C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- satellite
- blades
- shaft
- axis
- counterweight
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Retarders (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторно-лопастным объемным машинам, и может быть использовано в двигателестроении. The invention relates to mechanical engineering, in particular to rotary vane volumetric machines, and can be used in engine building.
Известен двигатель с кольцевой рабочей камерой, в которой размещены две пары лопастей, одна из которых равномерно вращается с выходным валом, а другая пара лопастей кинематически связана с валом механизмом периодического изменения угловой скорости, выполненным в виде кривошипно-шатунной передачи, в которой один конец шатуна закреплен эксцентрично на шестерне, обкатывающейся по неподвижной опорной шестерне, а второй конец шатуна на качающемся элементе и совершает относительно выходного вала возвратно-вращательное движение по дуге окружности. A motor with an annular working chamber is known, in which two pairs of blades are placed, one of which rotates uniformly with the output shaft, and the other pair of blades is kinematically connected with the shaft by a mechanism of periodic variation of angular velocity, made in the form of a crank gear, in which one end of the connecting rod fixed eccentrically on the gear rolling around the stationary support gear, and the second end of the connecting rod on the swinging element and makes relative to the output shaft reverse-rotational movement along the arc okr zhnosti.
Недостатком этой конструкции являются значительные инерционно-вращательные нагрузки на выходном валу и шестернях от качающейся пары лопастей, несинусоидальный характер колебаний и громоздкость конструкции. The disadvantage of this design is significant inertial-rotational loads on the output shaft and gears from the swinging pair of blades, the non-sinusoidal nature of the vibrations and the bulkiness of the structure.
Известен также двигатель, содержащий цилиндрическую полость, размещенные в ней секторные лопасти, установленные на соосных валах, и механизм преобразования движения лопастей, выполненный в виде пары рычагов, соединенных валами лопастей, и кулисы, установленной на выходном валу и взаимодействующей с роликами рычагов таким образом, что обеспечивается качание пар лопастей в противофазе относительного выходного вала. There is also known an engine containing a cylindrical cavity, sectorial blades placed in it mounted on coaxial shafts, and a mechanism for converting the movement of the blades, made in the form of a pair of levers connected by the shafts of the blades, and a link mounted on the output shaft and interacting with the rollers of the levers in this way which ensures the swinging of the pairs of blades in antiphase of the relative output shaft.
К недостаткам этой конструкции относятся низкая надежность взаимодействия роликов с поверхностями обкатки из-за неуравновешенных инерционных моментов на выходном валу и деталях механизма от инерционно-вращательных сил лопастей, малый ресурс работы, большая масса и габариты и т.п. The disadvantages of this design include the low reliability of the interaction of the rollers with the break-in surfaces due to unbalanced inertial moments on the output shaft and the parts of the mechanism from the inertial-rotational forces of the blades, small service life, large mass and dimensions, etc.
Известна также среднеосевая ротационно поршневая машина (прототип) с двумя неравномерно вращающимися внутри кольцеобразного кожуха поршневыми парами, находящимися в противофазе с помощью планетарного механизма, который состоит из укрепленного на корпусе основного конического колеса, сцепленного с планетарным (сателлитным) зубчатым колесом внутри чашкообразного корпуса. Каждая пара поршней снабжена валом с планетарным приводом. Между каждым планетарным зубчатым колесом и валом не параллельно к оси колеса находится шарнирный шток, который поворотно размещен в планетарном колесе и таким образом связан с каждым валом, что вращается в той плоскости, которая образуется осью вала и линией зацепления комплекта зубчатых колес. Also known is a mid-axial rotary piston machine (prototype) with two piston pairs non-uniformly rotating inside the annular casing, which are in antiphase using a planetary mechanism, which consists of a main bevel gear fixed to the housing, coupled to a planetary (satellite) gear inside the cup-shaped housing. Each pair of pistons is equipped with a planetary drive shaft. Between each planetary gear wheel and the shaft, not parallel to the axis of the wheel, there is a hinged rod, which is rotatably placed in the planetary wheel and thus connected to each shaft, which rotates in the plane that is formed by the shaft axis and the gearing line of the gear set.
Этой конструкции также присущи недостатки, относящиеся к значительным знакопеременным инерционным моментам на выходном валу от лопастей, значительным инерционным нагрузкам на зубчатые пары и элементы механизма, наличие дополнительного к полувалам лопастей выходного вала с дополнительными шестеренчатыми передачами. This design also has inherent disadvantages related to significant alternating inertial moments on the output shaft from the blades, significant inertial loads on the gear pairs and mechanism elements, the presence of the output shaft blades additional to the half shafts with additional gear transmissions.
Технический результат, полученный при использовании данного изобретения, состоит в уравновешивании знакопеременных инерционных моментов сил на выходном валу, возникающих от качания лопастей, устранении инерционных нагрузок на шестерни механизма, улучшение массо-габаритных характеристик за счет снижения веса маховика, уменьшения нагрузок на элементы механизма качания лопастей, устранения дополнительной зубчатой передачи с чашкообразного корпуса на выходной вал, упрощения конструкции. The technical result obtained by using this invention consists in balancing alternating inertial moments of forces on the output shaft arising from the swinging of the blades, eliminating inertial loads on the gears of the mechanism, improving the weight and size characteristics by reducing the weight of the flywheel, and reducing the loads on the elements of the mechanism of swinging blades eliminating the additional gear from the cup-shaped housing to the output shaft, simplifying the design.
Этот результат достигается тем, что в конструкцию каждого из двух механизмов качания вводится вращающийся в корпусе машины кольцеобразный балансировочный груз, соединенный с саталлитной шестерней с помощью штыря, закрепленного на шестерне, который может проворачиваться и скользить в прорези балансировочного груза, выполненной в плоскости, проходящей через ось вращения лопастей, причем ось штыря проходит через точку пересечения сателлитного вала с осью вращения лопастей, оптимальное угловое расстояние точки закрепления штыря на шестерне от точки приложения силы к шестерне со стороны лопастей составляет 90о (оптимальный угол). Такое закрепление балансировочного груза при определенном соотношении моментов инерции груза и лопастей с радиусами закрепления на сателлитной шестерне точки приложения силы лопастей и штыря приводит к отсутствию на выходе машины знакопеременных инерционных моментов и отсутствию на шестернях инерционных нагрузок от качания лопастей.This result is achieved by the fact that an annular balancing weight rotating in the machine body is introduced into the design of each of the two swing mechanisms, connected to the satellite gear using a pin mounted on the gear, which can rotate and slide into the slots of the balancing weight made in the plane passing through the axis of rotation of the blades, and the axis of the pin passes through the point of intersection of the satellite shaft with the axis of rotation of the blades, the optimal angular distance of the point of attachment of the pin to the pole RNU from the force application point to the gear side of the blades 90 (optimal angle). This fixing of the balancing load with a certain ratio of the moments of inertia of the load and the blades with the fixing radii on the satellite gear of the point of application of the force of the blades and the pin leads to the absence of alternating inertial moments at the machine outlet and the absence of inertial loads from the swinging of the blades on the gears.
Исполнение выходного вала из двух частей с рамкообразной частью, в которой размещается сателлитный механизм качания лопастей, и соединение этих валов соединительной муфтой позволило устранить дополнительную (к сателлитной) зубчатую передачу. Исполнение сателлитного вала в виде единой жесткой конструкции с противовесом сателлитной шестерни разгружает подшипники сателлитного вала от центробежных сил, уменьшает на них радиальные нагрузки и уменьшает габариты механизма. The execution of the output shaft in two parts with a frame-shaped part in which the satellite mechanism for swinging the blades is located, and the connection of these shafts with a coupling, eliminated the additional (to the satellite) gear train. The execution of the satellite shaft in the form of a single rigid structure with the counterweight of the satellite gear unloads the bearings of the satellite shaft from centrifugal forces, reduces radial loads on them and reduces the dimensions of the mechanism.
На фиг. 1 представлена исходная конструктивная схема машины; на фиг. 2 - вариант машины с использованием сферического шатуна; на фиг. 3 - вариант машины с использованием скользящей опоры для связи лопастей с сателлитной шестерней; на фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг. 3; на фиг. 5 - вариант машины с использованием наклонного подшипника на сателлитном валу; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 - вариант исполнения конструктивной связи балансировочного груза с сателлитной шестерней с помощью сферического шатуна; на фиг. 8 - вариант исполнения балансировочного груза в виде сферического шатуна; на фиг. 9 - разрез В-В на фиг. 8. In FIG. 1 shows the original structural diagram of the machine; in FIG. 2 is an embodiment of a machine using a spherical connecting rod; in FIG. 3 is an embodiment of a machine using a sliding support for connecting the blades to a satellite gear; in FIG. 4 is a view along arrow A in FIG. 3; in FIG. 5 is an embodiment of a machine using an angular contact bearing on a satellite shaft; in FIG. 6 is a section BB in FIG. 5; in FIG. 7 is an embodiment of a structural connection of a balancing load with a satellite gear using a spherical connecting rod; in FIG. 8 is an embodiment of a balancing load in the form of a spherical connecting rod; in FIG. 9 is a section BB in FIG. 8.
Предлагаемая машина содержит цилиндрический корпус 1 с торцовыми крышками 2, две пары лопастей 3 (на схеме показана половина машины, вторая половина симметрична) с боковыми крышками 4 и центральными втулками 5, две части выходного вала 6, которые с помощью соединительной муфты 7 образуют единый вал, два механизма качания лопастей, каждый из которых содержит ведущую вилку 8, внутри которой проходит выходной вал и которая жестко скреплена с лопастями 3, в подшипниках 9 которой на оси 10, перпендикулярной оси 11 вращения лопастей и выходного вала, установлен промежуточный элемент 12, который может вращаться вокруг наклонной части 13 сателлитного вала 14, выполненного в виде косого кривошипа и вращающегося в подшипниках 15, укрепленных на валу 6 в рамкообразной его части так, что ось сателлитного вала перпендикулярна оси выходного вала. На одном конце сателлитного вала 14 закреплена сателлитная шестерня 16, а на другом конце противовес 17, причем на сателлитной шестерне и на противовесе установлены штыри 18, ось которых проходит через точку пересечения осей сателлитного вала и лопастей, штыри 18 входят в прорезь 19 (в которой могут проворачиваться и скользить) кольцеобразного балансировочного груза 20, прорезь выполнена в плоскости, проходящей через ось вращения лопастей, а балансировочный груз может вращаться в корпусе. К корпусу жестко закреплена шестерня 21, находящаяся в зацеплении с сателлитной шестерней 16. The proposed machine contains a
Кроме описанной схемы возможны другие варианты конструктивного исполнения механизма. На фиг. 2 представлен вариант, в котором ведущая вилка 8 лопастей с помощью введенного сферического шатуна 22 шарнирно соединена с эксцентрично расположенными штырями 18 сателлитной шестерни 16 и противовеса, а в прорезь 19 груза 20 входят пальцы 23, закрепленные с помощью кронштейнов 24 на штырях сателлитной шестерни и противовеса. В этой конструкции не требуется рамкообразной части выходного вала и сателлитный вал выполнен в виде обычного прямого вала без наклонной части. In addition to the described scheme, other options for the design of the mechanism are possible. In FIG. 2 shows a variant in which the leading fork of 8 blades is pivotally connected to the eccentrically arranged
На фиг. 3 ведущая вилка 8 лопастей выполнена в виде кронштейнов с прорезями 25 в плоскости, проходящей через ось лопастей; в прорези могут скользить и проворачиваться штыри 18 сателлитной шестерни 16 и противовеса 17, а сферический шатун 22 (фиг. 2) отсутствует. In FIG. 3 leading
На фиг. 4 промежуточный элемент 12 выполнен в виде кольца и закреплен на подшипнике 26, воспринимающем двухсторонние осевые нагрузки, подшипник наклонно установлен на сателлитном валу 14, при этом наклонная часть сателлитного вала отсутствует. In FIG. 4, the
На фиг. 5 на кольцеобразном балансировочном грузе 20 установлены цилиндрические выступы 27, которые могут проворачиваться в специально введенном в конструкцию сферическом шатуне 28, который, в свою очередь, шарнирно скреплен с штырями 18 сателлитной шестерни 16 и противовеса 17, в этом случае прорези в балансировочном грузе для штырей 18 отсутствуют. In FIG. 5,
На фиг. 6 роль балансировочного груза выполняет сферический шатун 20, который может проворачиваться относительно штырей 18 сателлитной шестерни и противовеса, а также с помощью закрепленных на шатуне стержней 29 может проворачиваться в корпусе машины, при этом стержни 29 скользят и проворачиваются в направляющих корпуса, установленных в плоскости, проходящей через ось сателлитного вала и перпендикулярной выходному валу. In FIG. 6, the role of the balancing weight is played by a
Объемная машина работает следующим образом. Volumetric machine operates as follows.
При вращении выходного вала 6 (фиг. 1) сателлитная шестерня 16 обкатывается по неподвижной шестерне 21, а так как радиус зацепления шестерни 16 в два раза меньше радиуса зацепления шестерни 21, то за половину оборота выходного вала сателлитный вал 14 делает полный оборот, а с помощью промежуточного элемента 12 ведущая вилка лопастей вместе с парой лопастей 3 осуществляет полный период колебаний относительно выходного вала. Вторая пара лопастей при этом совершает колебания в противофазе. За полный оборот выходного вала в каждой из четырех камер осуществляются все четыре цикла четырехтактного двигателя (всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп); рабочий ход осуществляется через каждые 90о поворота выходного вала, что эквивалентно 8-ми цилиндровому двигателю обычной схемы.When the output shaft 6 (Fig. 1) rotates, the
При неравномерном вращении лопастей 3 вращательно-инерционные моменты силы от них с ведущей вилкой 8 и приведенной массой промежуточного элемента 12 равны и противоположны по направлению, но они могут быть приведены к приложению через сателлитный вал к сателлитной шестерне 16 в точке пересечения плоскости зацепления шестерни с осью наклонной части сателлитного вала с разными плечами для разных пар лопастей относительно точки зацепления шестерен. Это создает разные крутящие моменты на сателлитной шестерне, которые воспринимаются через ось сателлитного вала 14 выходным валом 6, что и создает на нем знакопеременный инерционно-вращательный момент, нагрузки от которого на элементы конструкции могут в несколько раз превышать нагрузки от газодинамических сил. When the
При закреплении штыря 18, скользящего и поворачивающегося в прорези балансировочного груза 20, на сателлитной шестерне 16 с угловым смещением 90о относительно точки пересечения наклонной части сателлитного вала с плоскостью сателлитной шестерни, проходящей через точку зацепления, инерционные моменты пары: лопасть-груз определяются выражением
Мд1 + Мб1= А (cos 2 Q - sin 2 Q),
Мд2 + Мб2 = А (- сos 2 Q + sin 2 Q), где Мл1 и Мл2 - инерционные моменты сил со стороны первой и второй пар соответственно;
Мб1, Мб2 - инерционные моменты сил первого и второго грузов соответственно;
Q - угол поворота выходного вала;
А - конструктивный параметр.When fixing the
M d1 + M b1 = A (cos 2 Q - sin 2 Q),
M d2 + M b2 = A (- cos 2 Q + sin 2 Q), where M l1 and M l2 are inertial moments of forces from the first and second pairs, respectively;
M b1 , M b2 - inertial moments of the forces of the first and second loads, respectively;
Q is the angle of rotation of the output shaft;
A is a design parameter.
Суммируясь, эти моменты полностью разгрузят выходной вал от знакопеременных инерционных вращающих моментов. Однако, для этого должно соблюдаться условие
Jл tg2 α л=Jбxtg2 αб, где Jл - момент инерции лопастей с присоединенными массами;
Jб - момент инерции балансировочного груза;
αл - угол между наклонной частью сателлитного вала и осью вращения этого вала;
αб - угол между осью штыря 18 и осью вращения сателлитного вала.Summing up, these moments completely unload the output shaft from alternating inertial torques. However, the condition must be met for this
J l tg 2 α l = J b xtg 2 α b , where J l - moment of inertia of the blades with attached masses;
J b - moment of inertia of the balancing load;
α l - the angle between the inclined part of the satellite shaft and the axis of rotation of this shaft;
α b - the angle between the axis of the
При соблюдении приведенных условий инерционные моменты сил, действующие на сателлитную шестерню относительного ее оси вращения, создаваемые действующими в плоскости вращения - силами со стороны балансировочного груза 20 через штырь 18 и со стороны лопастей через промежуточный элемент 12 и наклонную часть 13 сателлитного вала 14, равны по величине и противоположны по направлению, т.е. зубья шестерен разгружаются от инерционных сил. Subject to the above conditions, the inertial moments of forces acting on the satellite gear relative to its axis of rotation, created by the forces acting on the plane of rotation — forces from the side of the balancing
Введенный в машину противовес 17 уравновешивает центробежные силы от шестерни 16 с присоединенными к ней массами, уравновешивание вращающихся масс относительно оси сателлита 14 осуществляется известными способами. The
Вращающиеся вокруг сателлитного вала массы при вращении самого сателлитного вала вместе с выходным валом создают на подшипниках сателлитного вала 15, через выходной вал на корпус, вращающийся гироскопический момент, который уравновешивается гироскопическим моментом от второго сателлитного вала с вращающимися массами. Для этого оси сателлитов устанавливаются в одной плоскости, а направление вращения сателлитов - противоположное путем установки сателлитных шестерен 16 обоих механизмов одной стороны от оси вращения лопастей при симметричной установке шестерен 21. The masses rotating around the satellite shaft during rotation of the satellite shaft together with the output shaft create on the bearings of the
Инерционные моменты с каждой пары лопастей со своим балансировочным грузом равны и противоположны по направлениям действия и уравновешиваются на выходном валу с помощью соединительной муфты 7. The inertial moments from each pair of blades with their own balancing weight are equal and opposite in the directions of action and are balanced on the output shaft using the
Схема работы сохраняется для всех последующих вариантов конструктивных схем машины со следующими отличиями. The operation scheme is saved for all subsequent variants of the machine design schemes with the following differences.
В варианте 2 (фиг. 2) введенный в конструкцию сферический шатун 22 взамен наклонной части сателлитного вала и промежуточного элемента 12 при вращении сателлитной шестерни 16 проворачивается вокруг штыря 18 и совершает вращательно-колебательные движения вокруг оси 10 ведущей вилки лопастей 3. Оптимальный угол между осями сателлитного вала 14 и осью вилки 10 составляет 90о. Оптимальный угол в плоскости сателлитной шестерни, между пальцами 23, взаимодействующими с балансировочным грузом 20, и штырями 18, взаимодействующими непосредственно или через элементы конструкции с ведущей вилкой лопастей, составляет 90о.In option 2 (Fig. 2), the
В варианте 3 (фиг. 3 и 4) штырь 18 сателлитной шестерни 16, которые может скользить и проворачиваться в прорези ведущей вилки, непосредственно воздействует на ведущую вилку лопастей, заставляя их совершать вращательно-колебательное движение относительно выходного вала. In option 3 (Figs. 3 and 4),
В варианте 4 (фиг. 5 и 6) колебания ведущей вилки 8 осуществляется за счет колебаний шарнирно скрепленного с вилкой промежуточного элемента 12, скрепленного с внешним кольцом подшипника 26, наклонно установленного внутренней обоймой на сателлитном валу. In option 4 (Figs. 5 and 6), the oscillations of the
В варианте 5 (фиг. 7) введенный в конструкцию сферический шатун 28 совершает вращательно колебательные движения относительно балансировочного груза с помощью цилиндрических выступов 27 и проворачивается относительно штырей 18 сателлитной шестерни 16. Оптимальный угол между осями цилиндрических выступов 27 и 18 составляет 90о.In option 5 (Fig. 7), the
В варианте 6 (фиг. 8 и 9) стержни 29, заделанные в сферический шатун, скользят и проворачиваются в направляющей корпуса, лежащей в плоскости, проходящей через сателлитный вал перпендикулярно выходному валу, а штыри 18 сателлитной шестерни и противовес проворачиваются в шатуне, а сам шатун является балансировочным грузом. Оптимальный угол между осями штырей 18 и стержнями 29 в плоскости сателлитной шестерни составляет 90о.In option 6 (Figs. 8 and 9), the
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5027171 RU2016241C1 (en) | 1992-03-01 | 1992-03-01 | Positive displacement machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5027171 RU2016241C1 (en) | 1992-03-01 | 1992-03-01 | Positive displacement machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016241C1 true RU2016241C1 (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=21596825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5027171 RU2016241C1 (en) | 1992-03-01 | 1992-03-01 | Positive displacement machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2016241C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004106712A1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-09 | Georgiy Alekseevich Savin | Vane-type rotary internal combustion engine (variants), a blade-swinging mechanism, unit of blade sealing elements and a bearing support for said blade swinging mechanism |
-
1992
- 1992-03-01 RU SU5027171 patent/RU2016241C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент ФРГ N 2400324, кл. F 01C 1/42, 1975. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004106712A1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-09 | Georgiy Alekseevich Savin | Vane-type rotary internal combustion engine (variants), a blade-swinging mechanism, unit of blade sealing elements and a bearing support for said blade swinging mechanism |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3592571A (en) | Rotary volumetric machine | |
| KR870000927B1 (en) | Scroll type compressor | |
| WO1998026165A1 (en) | Assembly for direct connection of internal combustion engine and machine driven | |
| JPH0138162B2 (en) | ||
| RU2016241C1 (en) | Positive displacement machine | |
| US3922121A (en) | Rotary combustion engine | |
| RU2016240C1 (en) | Positive displacement machine | |
| RU2016239C1 (en) | Positive displacement engine | |
| SU421167A3 (en) | AGENT OF VIBRATIONS WITH ROTATING IMPERATENTAL | |
| JP2000073701A (en) | Direct-coupled crank device for two linearly reciprocating movable bodies | |
| JP2009121540A (en) | Crank device | |
| US5203858A (en) | Alternating velocity rotary engine employing a gear control mechanism | |
| JP2895431B2 (en) | Direct-coupled assembly of internal combustion engine and driven machinery | |
| RU165866U1 (en) | CRANKS-STAINLESS MECHANISM | |
| CN217736157U (en) | Novel internal combustion engine balance structure and internal combustion engine | |
| RU2100653C1 (en) | Rotary-vane machine | |
| JP3107738B2 (en) | Crank device | |
| SU1467288A1 (en) | Arrangement for balancing internal combustion engine | |
| SU372393A1 (en) | BI BL IO T E! \ L | |
| RU2119074C1 (en) | Piston machine | |
| RU2257475C2 (en) | Rotary positive-displacement machine | |
| RU2273739C2 (en) | Positive-displacement rotary machine | |
| JPS6098241A (en) | Balancer of piston crank mechanism | |
| RU2085796C1 (en) | Mechanism for conversion of rotary motion into variable rotary motion | |
| EP0229142A1 (en) | Rotary engine with non-uniform piston speed |