RU2062907C1

RU2062907C1 - Rotary machine

Info

Publication number: RU2062907C1
Application number: RU93017885A
Authority: RU
Inventors: В.М. Рязанцев
Original assignee: Акционерное общество гидравлических машин "Ливгидромаш"
Priority date: 1993-04-02
Filing date: 1993-04-02
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering for handling working media in hydraulic drives of various machines. SUBSTANCE: rotary machine has housing and two engageable profiled rotors. Each profile of rotor has addendum part of tooth on its load-bearing end limited by epicycloid and section of involute adjoining pitch circle of rotor. Profile of tooth dedendum of rotor load-bearing end is limited by hyrocycloid enveloped with epicycloid of addendum part of other rotor and section of involute adjoining pitch circle of rotor. Line of contact of involute sections of both rotors is just section of straight line drawn at pressure angle Ltw till intersection of generatrices of addendum part epicycloid and dedendum hypocycloid. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для перекачки рабочей среды и в гидроприводах различных машин. The invention relates to mechanical engineering and can be used for pumping a working environment and in hydraulic drives of various machines.

Известен винтовой негерметичный насос, содержащий два взаимодействующих между собой винтовых ротора, причем взаимоогибаемые профили роторов содержат на своей силовой стороне вершину /начальную головку/, ограниченную эпициклоидой, и основание /начальную ножку/, причем обе стороны профиля идентичны, и одновременно они являются уплотняющими сторонами /SU, авторское свидетельство N 842222, F 04 C 2/00, 1975/. Known screw leaking pump containing two interacting screw rotors, and mutually flexible profiles of the rotors contain on its power side the top / start head / limited by the epicycloid and the base / start leg /, both sides of the profile are identical, and at the same time they are sealing sides / SU, copyright certificate N 842222, F 04 C 2/00, 1975 /.

Недостатками известного насоса являются сложность изготовления и малый ресурс при перекачивании жидкости с механическими частицами. The disadvantages of the known pump are the complexity of manufacture and a small resource when pumping liquid with mechanical particles.

Наиболее близким к предлагаемой роторно-вращательной машине является винтовой негерметичный насос, содержащий два взаимодействующих между собой винтовых ротора, размещенных в цилиндрических расточках корпуса, взаимоогибаемые силовые стороны поперечных профилей которых имеют профилированные основание /начальную ножку/ и вершину /начальную головку/ /SU, авторское свидетельство N 1751408, F 04 C 2/00, 1992/. Closest to the proposed rotary rotary machine is a screw leaking pump containing two interacting screw rotors located in cylindrical bores of the housing, the mutually bent power sides of the transverse profiles of which have a profiled base / initial leg / and apex / initial head / / SU certificate N 1751408, F 04 C 2/00, 1992 /.

Недостатками винтового негерметичного насоса являются незначительный срок службы при перекачивании жидкости с механическими частицами и низкая стойкость режущего инструмента из-за неоптимальных углов резания при нарезке винтов. The disadvantages of a screw leaking pump are their short service life when pumping fluid with mechanical particles and the low resistance of the cutting tool due to suboptimal cutting angles when cutting screws.

Техническая задача повышение срока службы насоса и уменьшение трудоемкости нарезки винтов /роторов/ путем создания более пологого и плавного силового профиля для плавного направления потока перекачиваемой жидкости и для оптимальных условий нанесения износостойких покрытий, а также повышение технологичности нарезки винтов. The technical task is to increase the life of the pump and reduce the complexity of cutting screws / rotors / by creating a flatter and smoother power profile for a smooth direction of flow of the pumped liquid and for optimal conditions for applying wear-resistant coatings, as well as improving the adaptability of cutting screws.

Технический результат достигается тем, что в роторно-вращательной машине, содержащей два взаимодействующих между собой винтовых ротора, размещенных в цилиндрических расточках корпуса, взаимосгибаемые силовые стороны поперечных /торцовых/ профилей которых имеют профилированные начальную головку /вершину/ и ножку /основание/, начальная ножка силовой стороны каждого профиля выполнена из двух участков: гипоциклоиды и эвольвенты, а начальная головка из эвольвенты и гипоциклоиды. Причем эпициклоида одного профиля взаимоогибаема с гипоциклоидой другого профиля, образующая их окружность имеет радиус /r/, меньший, чем радиус центроиды /R_w/, т.е. модуль кривых /m= r/R_w меньше единицы /фиг. 2/.The technical result is achieved by the fact that in a rotary-rotary machine containing two interacting screw rotors located in cylindrical bores of the housing, the bending power sides of the transverse / end / profiles of which have profiled initial head / top / and leg / base /, initial leg the power side of each profile is made of two sections: hypocycloids and involutes, and the initial head of involutes and hypocycloids. Moreover, the epicycloid of one profile is mutually bending with the hypocycloid of another profile, the circle that forms them has a radius / r / smaller than the radius of the centroid / R _w /, i.e. the modulus of the curves / m = r / R _{w is} less than unity / Fig. 2 /.

Эвольвента каждого профиля соответствует ее линии зацепления в виде отрезка прямой, проведенной под назначаемым углом зацепления α_tw через полюс зацепления до пересечения с образующими окружностями циклоидальных кривых /фиг.2/.The involute of each profile corresponds to its engagement line in the form of a straight line drawn at an assignable angle of engagement α _tw through the engagement pole to the intersection with the generatrices of the cycloidal curves (Fig. 2/).

Полученная силовая сторона профиля представляет силовую циклоидальную сторону профиля, взятую в качестве прототипа, в середину которой вставлен эвольвентный участок, благодаря чему касательная к профилю в полюсе зацепления P наклонна к радиусу-вектору в этой точке. Т.е. профиль зуба во всех точках получается пологим, соответственно пологий и режущий инструмент для нарезки ротора. The obtained force side of the profile represents the cycloidal force side of the profile, taken as a prototype, in the middle of which an involute section is inserted, so that the tangent to the profile in the engagement pole P is inclined to the radius vector at this point. Those. the tooth profile at all points is gently sloping, respectively a gently sloping and cutting tool for cutting the rotor.

На фиг. 1 изображена роторно-вращательная машина, поперечный разрез /представлены однозубые роторы/; на фиг. 2 схема контакта профиля ведущего ротора с профилем ведомого в поперечном сечении /торцовом перпендикулярном оси ротора/. In FIG. 1 shows a rotary rotary machine, a transverse section / presents single-tooth rotors /; in FIG. 2 diagram of the contact profile of the leading rotor with the profile of the follower in the cross section / end face perpendicular to the axis of the rotor /.

Роторно-вращательная машина содержит ведущий 1 и ведомый 2 профилированные роторы с винтовыми или прямыми зубьями, установленные в корпусе 3 параллельно и с возможностью взаимодействия между собой. The rotary-rotary machine comprises a leading 1 and a driven 2 profiled rotors with helical or straight teeth mounted in the housing 3 in parallel and with the possibility of interaction between each other.

Профиль ABDС зуба ведущего ротора 1 в торцовом сечении взаимоогибаемый с профилем cdba зуба ведомого ротора 2. В общем случае роторы 1 и 2 различны, но для упрощения рассуждений примем, что они идентичны, как это и принято в конструкциях двухвинтовых, шестеренных и коловратных насосов. В нашем случае диаметр начальной окружности d_w равен d_w= (d_a+d_f)/2, где d_a(d_f) диаметр вершин (впадин) зубьев ротора. Дополнительно введем понятие безразмерного диаметра вершин зубьев E= d_a/d_w. Для профилирования взаимоогибаемых зубьев за основу берем их линию зацепления NKHT (фиг. 2). Известно, что линию зацепления в виде дуг окружности, касающейся начальной окружности, имеют взаимоогибаемые эпициклоида и гипоциклоида, а линию зацепления в виде отрезка прямой имеют взаимоогибаемые эвольвенты. Принимая во внимание этот факт и назначая минимально возможный модуль m_min=0,5(E-1) образующих окружностей 6 и 9 [3] а также назначая угол зацепления α_tw (α_tw угол между отрезком прямой KH и прямой, перпендикулярной межосевой линии), получим линию зацепления NKHT. Из анализа линии зацепления следует, что угол зацепления α_tw можно назначать в пределах

. При данных величинах модуля и угла зацепления получается профиль, состоящий из трех участков: дуги NK окружности 9 радиуса r= m_min•R_w, касающейся начальной окружности 7 и окружности 10 впадин гипоциклоида CD; отрезка прямой KH эвольвента DB, где точки K и H - точки пересечения прямой, проходящей через полюс зацепления P под углом зацепления α_tw, с образующими окружностями 9 и 6; дуги HT окружности 6 радиуса r эпициклоида BA. Получается, что профиль начальной головки ABP зуба состоит из двух участков: участок AB эпициклоида, участок BP эвольвента. Профиль начальной ножки CDP зуба состоит из двух участков: участок CD - гипоциклоида, участок DP эвольвента. Уравнения взаимоогибаемых профилей зубьев роторов получаем, записывая уравнения линии зацепления в подвижных системах координат, связанных с этими роторами.The end ABC profile of the tooth of the driving rotor 1 in the end section is mutually bent with the cdba profile of the tooth of the driven rotor 2. In general, the rotors 1 and 2 are different, but to simplify the discussion, we assume that they are identical, as is customary in the designs of twin-screw, gear and rotary pumps. In our case, the diameter of the initial circle d _w is equal to d _w = (d _a + d _f ) / 2, where d _a (d _f ) is the diameter of the vertices (depressions) of the rotor teeth. In addition, we introduce the concept of dimensionless diameter of the tooth tips E = d _a / d _w . To profile mutually deflectable teeth, we take their NKHT line of engagement as a basis (Fig. 2). It is known that the line of engagement in the form of arcs of a circle tangent to the initial circle has mutually bendable epicycloids and hypocycloids, and the line of engagement in the form of a straight line segment has mutually bendable involutes. Taking this fact into account and assigning the minimum possible modulus m _min = 0.5 (E-1) of the forming circles 6 and 9 [3] and also assigning the angle of engagement α _tw (α _{tw the} angle between the segment of the line KH and the line perpendicular to the center line ), we obtain the NKHT link line. From the analysis of the engagement line, it follows that the engagement angle α _tw can be assigned within

. With these values of the modulus and the angle of engagement, a profile is obtained consisting of three sections: an arc NK of circle 9 of radius r = m _min • R _w , touching the initial circle 7 and circle 10 of the troughs of the hypocycloid CD; the line segment KH of the involute DB, where the points K and H are the intersection points of the line passing through the pole of the link P at the angle of the link α _tw , with the generatrices 9 and 6; arcs HT of circle 6 of radius R of the epicycloid BA. It turns out that the profile of the initial head of the ABP tooth consists of two sections: section AB of the epicycloid, section BP of the involute. The profile of the initial pedicle of the CDP tooth consists of two sections: the CD-hypocycloid section, the DP involute section. We obtain the equations of mutually bending profiles of the teeth of the rotors by writing down the equations of the line of engagement in the moving coordinate systems associated with these rotors.

Рассматриваемые силовые стороны профилей роторов полностью закрывают средние щели, так как линия зацепления непрерывно соединяет окружности впадин 10 и 11 обоих роторов, но боковые щели между ротором и обоймой (корпусом) очень большие, поэтому для двухвинтовых насосов необходимо применять уплотняющую сторону профиля ротора. Для зубчатых насосов (шестеренных, коловратных) боковые щели не имеют значения, поэтому для коловратных насосов уплотняющую сторону можно не применять, т.е. обе стороны профиля идентичные, силовые. Хотя для коловратных насосов понятие силовая сторона условное, т.к. есть синхронизирующие шестерни, поэтому можно применять как винтовые роторы, так и прямые. Для шестеренных насосов роторы должны быть обязательно винтовыми, т.к. предлагаемый профиль имеет коэффициент торцового перекрытия всегда меньше единицы. The considered power sides of the rotor profiles completely cover the middle slots, since the engagement line continuously connects the circles of the depressions 10 and 11 of both rotors, but the side slots between the rotor and the holder (housing) are very large, therefore, for twin-screw pumps, the sealing side of the rotor profile must be used. For gear pumps (gear, rotary), side slots are not important, therefore, for rotary pumps, the sealing side can be omitted, i.e. both sides of the profile are identical, power. Although for rotary pumps, the concept of the power side is conditional, because There are synchronizing gears, so you can use both screw rotors and straight ones. For gear pumps, rotors must be screw type, as the proposed profile has a mechanical overlap coefficient of always less than one.

Необходимо соблюдать условие равенства суммы радиусов центроид 7 и 8 межцентровому расстоянию и сумме радиуса окружности вершин зубьев одного ротора и радиуса окружности впадин зубьев другого. В общем случае радиусы центроид разные, т.е. роторы имеют разное число зубьев, и радиусы образующих окружностей 9 и 6 разные, т.е. профили зубьев роторов разные. Для двухвинтовых насосов, а также для зубчатых насосов рекомендуется применять одну и ту же геометрию ведущего и ведомого роторов, что позволяет применять для их нарезки и контроля один и тот же инструмент. Для этого необходимо, чтобы радиусы центроид 7 и 8 были равны между собой и радиусы образующих окружностей 6 и 9 были также равны между собой. Взаимоогибаемые уплотняющие стороны EFM и efm профилей ведущего и ведомого роторов идентичны и состоят из двух участков: удлиненная эпициклоида MF образуется точкой m при качении ее центроиды 8 по центроиде 7, а эпициклоида EF образуется точкой f при качении ее центроиды 8 по центроиде 7. It is necessary to observe the condition of equality of the sum of the radii of the centroids 7 and 8 to the intercenter distance and the sum of the radius of the circle of the tops of the teeth of the teeth of one rotor and the radius of the circle of the gaps of the teeth of the other. In general, the centroid radii are different, i.e. rotors have a different number of teeth, and the radii of the forming circles 9 and 6 are different, i.e. the tooth profiles of the rotors are different. For twin-screw pumps, as well as for gear pumps, it is recommended to use the same geometry of the driving and driven rotors, which makes it possible to use the same tool for cutting and control them. For this, it is necessary that the radii of the centroids 7 and 8 are equal to each other and the radii of the generatrices 6 and 9 are also equal to each other. The mutually bending sealing sides of the EFM and efm profiles of the driving and driven rotors are identical and consist of two sections: the elongated epicycloid MF is formed by point m when its centroid 8 rolls along centroid 7, and the epicycloid EF is formed by point f when its centroid 8 rolls along centroid 7.

Насос работает следующим образом. При вращении роторов 1 и 2 объемы жидкости, заключенные между ними и корпусом 3 и ограниченные взаимоогибаемыми сторонами ABDC и cdba, а также EFM и mfe профилей зубьев, перемещаются из всасывающей камеры 4 в нагнетательную камеру 5. The pump operates as follows. When the rotors 1 and 2 rotate, the volumes of fluid enclosed between them and the housing 3 and limited by the mutually deflectable sides of the ABDC and cdba, as well as the EFM and mfe of the tooth profiles, move from the suction chamber 4 to the discharge chamber 5.

Использование предлагаемого профиля при изготовлении роторов увеличивает их долговечность, соответственно машины, а также режущего инструмента для нарезки роторов. Using the proposed profile in the manufacture of rotors increases their durability, respectively, of the machine, as well as cutting tools for cutting rotors.

Claims

A rotary-rotary machine, comprising a housing, two profiled rotors interconnected therebetween, each of which mutually bent profiles contains on its power side an apex limited by an epicycloid and a base limited by a hypocycloid, characterized in that portions of the head epicycloid and hypocycloid the tooth sides of each rotor adjacent to the initial circumference are made of mutually bending involute sections, the engagement line of which is a straight line segment, through the pole of engagement of the rotors at an angle of engagement

to the intersection of the forming circles of the head epicycloids and pedicle hypocycloids.