RU2113622C1

RU2113622C1 - Revolving rotor machine

Info

Publication number: RU2113622C1
Application number: RU93013871A
Authority: RU
Inventors: В.М. Рязанцев
Original assignee: Акционерное общество "Ливгидромаш"
Priority date: 1996-03-17
Filing date: 1996-03-17
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumping working medium; hydraulic or pneumatic drives of various machines. SUBSTANCE: driving and driven rotors 1 and 2 are shaped structures with helical and straight teeth. Starting leg of each section is built up of three parts: elongated epicycloid, hypocycloid, and involute; starting head is built up of involute and epicycloid. Epicycloid of one section and hypocycloid of other section are relatively rounding; radius of circumference forming them is smaller than that of centroid, that is, modulus of curves is smaller than unity. Involute of each section corresponds to its engagement line in the form of section of straight line drawn at assigned generating angle through meshing pole up to point of intersection with generating circumferences of cycloidal curves. EFFECT: enlarged functional capabilities. 2 dwg

Description

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

Известна объемная роторная машина, содержащая корпус и установленные в корпусе параллельно с возможностью взаимодействия между собой два профилированных ротора с винтовыми или прямыми зубьями, профиль начальной головки каждого из которых в торцовом сечении ограничен эпициклоидой, а профиль начальной ножки зуба каждого ротора в торцовом сечении ограничен гипоциклоидой, взаимоогибаемой с эпициклоидой начальной головки зуба другого ротора и сопряженной с ней в точке, соответствующей точке эпициклоиды, лежащей на окружности вершин зубьев другого ротора, удлиненной эпициклоидой, очерченной точкой окружности вершин зубьев другого ротора до касания с окружностью впадин зубьев. A volumetric rotary machine is known, comprising a housing and two profiled rotors with helical or straight teeth mounted in parallel with the possibility of interaction between each other, the profile of the initial head of each of which in the end section is limited by an epicycloid, and the profile of the initial tooth leg of each rotor in the end section is limited by a hypocycloid mutually bent with the epicycloid of the initial head of the tooth of another rotor and conjugated to it at a point corresponding to the point of the epicycloid lying on the circumference of the vertices ev of the other rotor, elongated by an epicycloid, outlined by the point of circumference of the tops of the teeth of the other rotor until it touches the circumference of the tooth cavities.

Недостатком известной объемной роторной машины является ее пониженная долговечность и пониженная долговечность инструмента для нарезки роторов из-за того, что в точке b профиля ротора, лежащей на начальной окружности, касательная к профилю направлена по радиусу и поэтому близлежащий участок профиля получается крутым. Это приводит к повышенному износу этого участка ротора при перекачивании жидкостей с большим содержанием механических частиц, при этом уменьшается стойкость режущего инструмента, соответствующего указанному участку ротора, из-за неоптимальных углов резания и создаются трудности для нанесения на профиль роторов износостойких покрытий. Все это снижает долговечность роторов объемной машины и увеличивает трудоемкость их изготовления. A disadvantage of the known volumetric rotary machine is its reduced durability and reduced durability of the tool for cutting rotors due to the fact that at point b of the profile of the rotor lying on the initial circumference, the tangent to the profile is directed along the radius and therefore the adjacent section of the profile is steep. This leads to increased wear of this section of the rotor when pumping liquids with a high content of mechanical particles, while the resistance of the cutting tool corresponding to the specified section of the rotor is reduced due to non-optimal cutting angles and difficulties are created for applying wear-resistant coatings to the rotor profile. All this reduces the durability of the rotors of the volumetric machine and increases the complexity of their manufacture.

Технической задачей изобретения является повышение долговечности машины при перекачивании жидкости с абразивом путем создания более пологого и плавного профиля для плавного направления потока перекачиваемой жидкости и для оптимальных условий нанесения износостойких покрытий, а также повышение технологичности нарезки зубьев. An object of the invention is to increase the durability of the machine when pumping fluid with an abrasive by creating a more gentle and smooth profile for a smooth direction of flow of the pumped fluid and for optimal conditions for applying wear-resistant coatings, as well as improving the adaptability of cutting teeth.

Это достигается тем, что начальная ножка каждого профиля выполнена из трех участков: удлиненной эпициклоиды, гипоциклоиды и эвольвенты, а начальная головка - из эвольвенты и эпициклоиды. При этом эпициклоида одного профиля взаимоогибаема с гипоциклоидой другого профиля, образующая их окружность имеет радиус r меньший, чем радиус центроиды R_w, т.е. модуль кривых

меньше единицы (фиг.2). Эвольвента каждого профиля соответствует ее линии зацеплении в виде отрезка прямой, проведенной под назначаемым углом зацепления α_tw через полюс зацепления до пересечения с образующими окружностями циклоидальных кривых (фиг.2).This is achieved by the fact that the initial leg of each profile is made of three sections: an elongated epicycloid, hypocycloid and involute, and the initial head is made of involute and epicycloid. In this case, the epicycloid of one profile is mutually flexible with the hypocycloid of another profile, the circle forming them has a radius r smaller than the radius of the centroid R _w , i.e. curve modulus

less than one (figure 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).

Полученный профиль представляет собой циклоидальный профиль, взятый в качестве прототипа, в середину которого вставлен эвольвентный участок, благодаря чему касательная к профилю в полюсе зацепления P наклонна к радиусу-вектору в этой точке. То есть профиль зуба во всех точках получается пологим, соответственно, пологий и режущий инструмент для нарезки ротора. The resulting profile is a cycloidal profile, taken as a prototype, in the middle of which an involute section is inserted, so that the tangent to the profile in the mesh pole P is inclined to the radius vector at this point. That is, the tooth profile at all points is gently sloping, respectively, a flat and cutting tool for cutting the rotor.

На фиг. 1 изображена роторно-вращательная машина, поперечный разрез (представлены роторы с одним зубом; для применения роторов с прямыми зубьями без синхронизирующих шестерен необходимо обеспечить коэффициент торцового перекрытия передачи больше единицы, что достигается выбором соответствующего числа зубьев для конкретной относительной глубины нарезки ротора, характеризуемой отношением

(фиг.2)); на фиг. 2 - схема контакта профиля ведущего ротора с профилем ведомого в торцовом сечении (перпендикулярном оси ротора).In FIG. Figure 1 shows a rotary-rotational machine, a transverse section (rotors with one tooth are presented; for the use of rotors with straight teeth without synchronizing gears, it is necessary to provide a mechanical overlap coefficient of transmission greater than unity, which is achieved by selecting the appropriate number of teeth for a specific relative cutting depth of the rotor, characterized by the ratio

(figure 2)); in FIG. 2 is a diagram of the contact profile of the leading rotor with the profile of the follower in the end section (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 ABDCC₁ зуба ведущего ротора 1 в торцовом сечении взаимоогибаемый с профилем cdbaa₁ 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

, где d_a(d_f) - диаметр вершин (впадин) зубьев. Дополнительно введем понятие безразмерного диаметра вершин зубьев

. Для профилирования взаимоогибаемых зубьев за основу берем их линию зацепления MNKHTF (фиг.2).The profile ABDCC _{1 of the} tooth of the leading rotor 1 in the end section is mutually bent with the profile cdbaa _{1 of the} tooth of the driven rotor 2. In general, the rotors 1 and 2 are different, but to simplify the argument, 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

where d _a (d _f ) is the diameter of the vertices (depressions) of the teeth. In addition, we introduce the concept of dimensionless tooth tip diameter

. For profiling mutually bent teeth as a basis, take their line of engagement MNKHTF (figure 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 модуль m образующих окружностей 6 и 9, а также назначая угол зацепления α_tw(α_tw - угол между отрезком прямой КН и прямой, перпендикулярной межосевой линии), получим линию зацепления MNKHTF. Из анализа линии зацепления следует, что угол зацепления α_tw можно назначить в пределах

а модуль можно назначить в пределах
0,5 (E - 1) < m ≤ 0,5.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 modulus m of forming circles 6 and 9, as well as assigning the angle of engagement α _tw (α _tw is the angle between the segment of the straight line KH and the straight line perpendicular to the center line), we obtain the engagement line MNKHTF. From the analysis of the engagement line, it follows that the engagement angle α _tw can be assigned within

and the module can be assigned within
0.5 (E - 1) <m ≤ 0.5.

При данных величинах модуля и угла зацепления получится профиль, состоящий из четырех участков: дуге MN окружности диаметра вершин d_a линии зацепления соответствует участок профиля CC₁ - удлиненная эпициклоида; дуге NK окружности 9 радиуса r=m•R_w, касающейся начальной окружности 7 - гипоциклоида СД; отрезку прямой КН - эвольвента ДВ, где точки К и Н - точки пересечения прямой, проходящей через полюс зацепления P под углом зацепления α_tw , с образующими окружностями 9 и 6; дуге НТ окружности 6 радиуса r - эпициклоида ВА; дуге TF окружности 1 - точка А.With these values of the modulus and the angle of engagement, a profile will be obtained consisting of four sections: an arc MN of a circle of the diameter of the vertices d _{a of} the engagement line corresponds to a section of profile CC ₁ — an elongated epicycloid; an arc NK of circle 9 of radius r = m • R _w tangent to the initial circle 7 of the DM hypocycloid; the segment of the straight line KN is the involute of the DW, 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 engagement α _tw with generatrices 9 and 6; arc NT circle 6 radius r - epicycloid VA; arc TF of circle 1 - point A.

Получается, что профиль начальной головки АВР зуба состоит из двух участков: участок АВ - эпициклоида, участок ВР - эвольвента. Профиль начальной ножки C₁СДР зуба состоит из трех участков: участок C₁C - удлиненная эпициклоида, участок СД - гипоциклоида, участок ДР - эвольвента.It turns out that the profile of the initial head of the ABP of the tooth consists of two sections: section AB - epicycloid, section BP - involute. The profile of the initial leg of the C ₁ SDR tooth consists of three sections: the C ₁ C region is an elongated epicycloid, the SD region is a hypocycloid, and the DR region is an involute.

Уравнения взаимоогибаемых профилей зубьев роторов получаем, записывая уравнения линии зацепления в подвижных системах координат, связанных с этими роторами. 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 профили 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) открыты. Но для зубчатых насосов боковые щели не имеют значения, а в двухвинтовых насосах ввиду малых ходов винтов уменьшения объемного КПД насоса незначительно. The rotor profiles under consideration 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 cage (case) are open. But for the gear pumps, the side slots do not matter, and in twin-screw pumps, due to the small strokes of the screws, the decrease in the volumetric efficiency of the pump is insignificant.

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 шестеренных 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. 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 vertices of the teeth of one rotor and the radius of the circle of the valleys 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.

Насос работает следующим образом. При вращении роторов 1 и 2 объемы жидкости, заключенные между ними и корпусом 3 и ограниченные взаимоогибаемыми профилями ABDCC₁ и cdbaa₁ 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 liquid enclosed between them and the housing 3 and limited by the mutually deflectable profiles ABDCC ₁ and cdbaa _{1 of the} teeth are moved from the suction chamber 4 to the discharge chamber 5.

Использование предлагаемого профиля при изготовлении цилиндрических зубчатых передач увеличивает долговечность самого зацепления и машины, а также режущего инструмента для нарезки роторов. Using the proposed profile in the manufacture of cylindrical gears increases the durability of the gearing and the machine, as well as the cutting tool for cutting rotors.

Claims

A rotary-rotary machine comprising a housing, two profiled rotors with teeth mounted in parallel with each other and interacting with each other, the profile of the portion of the initial head adjacent to the top of the tooth, each of the teeth in the end section is limited to an epicycloid, and the profile of the portion of the initial tooth leg of each the rotor in the end section is limited by a hypocycloid, bending with the epicycloid portion of the initial head of the tooth of the other rotor and mating with it at a point corresponding to the point of the epicycloid lying and the circumference of the tops of the teeth of the other rotor, elongated by an epicycloid, outlined by the point of the circumference of the tops of the teeth of the other rotor before touching the circumference of the tooth cavities, characterized in that the tooth profile of each rotor has an involute section in the middle of the profile located on both sides of the initial circumference and paired with an epicycloidal section of the head and with the hypocycloidal section of the tooth leg and interlocking with the involute section of the tooth of the other rotor, the engagement line of which is a straight line segment drawn through a pole rotors meshing engagement at a predetermined angle α _tw to its intersection with the circumference of the head of the epicycloid and hypocycloid tooth base.