RU2232317C1 - Gyrator mechanism of helical hydraulic machine - Google Patents

Gyrator mechanism of helical hydraulic machine Download PDF

Info

Publication number
RU2232317C1
RU2232317C1 RU2003101951/11A RU2003101951A RU2232317C1 RU 2232317 C1 RU2232317 C1 RU 2232317C1 RU 2003101951/11 A RU2003101951/11 A RU 2003101951/11A RU 2003101951 A RU2003101951 A RU 2003101951A RU 2232317 C1 RU2232317 C1 RU 2232317C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
contour
rotor
teeth
profile
Prior art date
Application number
RU2003101951/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003101951A (en
Inventor
А.В. Цепков (RU)
А.В. Цепков
Ю.А. Коротаев (RU)
Ю.А. Коротаев
Original Assignee
Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=33413852&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2232317(C1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника" filed Critical Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Priority to RU2003101951/11A priority Critical patent/RU2232317C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2232317C1 publication Critical patent/RU2232317C1/en
Publication of RU2003101951A publication Critical patent/RU2003101951A/en

Links

Images

Landscapes

  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: gear-type gyrator mechanisms; drilling oil and gas wells.
SUBSTANCE: proposed gyrator mechanism has gear pair rotor-stator of internal cycloidal engagement whose teeth are in constant contact. Addendum modification shift is set taking into number of teeth according by the following relationships:
Figure 00000038
and maximum permissible magnitude of stator contour diameter are equal to
Figure 00000039
where
Figure 00000040
Figure 00000041
are maximum permissible positive and negative addendum modification shifts; a is engagement eccentricity;
Figure 00000042
is number of teeth of stator and rotor;
Figure 00000043
is root circle diameter at absence of shift.
EFFECT: enhanced adaptability.
9 dwg

Description

Изобретение относится к зубчатым героторным механизмам внутреннего зацепления (ГМ) с разницей в числах зубьев его деталей (статор и ротор), равной единице. Ось ротора смещена от оси статора на величину эксцентриситета зацепления. Торцовые профили их зубьев выполнены сопряженными с общим исходным контуром зацепления, представляющим собой профиль рейки, очерченный эквидистантой укороченной циклоиды, при этом исходный контур рейки (ИКР) и профили статора и ротора имеют смещение, перпендикулярное оси механизма. Профили зубьев статора и ротора выполняются плавными и находятся в непрерывном контакте с натягом.The invention relates to gear gerotor mechanisms of internal gearing (GM) with a difference in the number of teeth of its parts (stator and rotor) equal to one. The rotor axis is offset from the stator axis by the amount of engagement eccentricity. The end profiles of their teeth are made conjugated with a common initial gearing contour, which is a rail profile outlined by the equidistant of a shortened cycloid, while the initial rail contour (RBI) and stator and rotor profiles have an offset perpendicular to the axis of the mechanism. The tooth profiles of the stator and rotor are smooth and are in continuous contact with interference.

Подобные механизмы могут быть использованы в гидромашинах в качестве рабочих органов, например, гидродвигателей (и насосов) при винтовой форме зубьев органов и выполнении зубьев статора из эластичного материала.Similar mechanisms can be used in hydraulic machines as working bodies, for example, hydraulic motors (and pumps) in the helical shape of the teeth of organs and the execution of the teeth of the stator from an elastic material.

Известен ГМ с внутренним зацеплением, содержащий два зубчатых звена: статор и ротор с разницей в числах их зубьев, равной единице. Торцовые профили зубьев статора и ротора выполнены в виде кривых, огибаемых общим исходным контуром рейки, профиль которой очерчен эквидистантой укороченной циклоиды. Общий исходный контур рейки имеет смещение Δh1 при образовании профиля статора и Δh2 - ротора. Для уменьшения погрешностей зацепления приняты симметричные смещения исходного контура рейки относительно инструментальных центроид rw1 статора и rw2 ротора, величины которых равны:Known GM with internal gearing, containing two gear links: a stator and a rotor with a difference in the number of their teeth equal to one. The end profiles of the teeth of the stator and rotor are made in the form of curves enveloped by a common initial contour of the rack, the profile of which is outlined by the equidistant of a shortened cycloid. The general initial contour of the rail has an offset Δh 1 during the formation of the stator profile and Δh 2 of the rotor. To reduce the errors of engagement, symmetrical displacements of the initial contour of the rail relative to the instrumental centroids r w1 of the stator and r w2 of the rotor, the values of which are equal

Figure 00000004
Figure 00000004

где: a - эксцентриситет зацепления механизма,where: a is the eccentricity of the meshing mechanism,

r - радиус катящейся окружности, образующей циклоиду общего исходного контура рейки.r is the radius of the rolling circle forming a cycloid of the general initial contour of the rail.

Отношение r/е, обычно, назначается равным 1,1..1,3, поэтому величина смещения является небольшой. Например, при a=5 и r=1,2a смещения равны

Figure 00000005
The r / e ratio is usually set to 1.1..1.3, so the offset is small. For example, for a = 5 and r = 1.2a, the displacements are equal
Figure 00000005

Важнейшим параметром героторных механизмов является контурный диаметр Dk статора, связанный с номинальным диаметром Dfl окружности его впадин соотношением:The most important parameter of the gerotor mechanisms is the stator contour diameter D k associated with the nominal diameter D fl of the circumference of its depressions by the ratio:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Df1=2(rZ1–r+a+rц) - номинальный диаметр окружности впадин статора;where D f1 = 2 (rZ 1 –r + a + r c ) is the nominal diameter of the circumference of the stator troughs;

Z1 - число зубьев статора;Z 1 is the number of stator teeth;

rц - расстояние от укороченной циклоиды до точек исходного контура рейки, назначаемое в пределах (1,5...2,5)а.r c - the distance from the shortened cycloid to the points of the original contour of the rail, assigned within (1.5 ... 2.5) a.

Изменение Dк влияет на техническую характеристику гидродвигателя, так как от Dк зависит площадь проходного сечения S, крутящий момент Мкр и частота вращения n на выходном конце гидродвигателя.A change in D k affects the technical characteristic of the hydraulic motor, since the area of the passage section S, the torque M cr and the rotation speed n at the output end of the hydraulic motor depend on D k .

Недостатком данного механизма является то, что со стандартизацией формы исходного контура зацепления (рейки) контурный диаметр может быть изменен только путем замены числа зубьев Z1 или эксцентриситета а. Это накладывает ограничения на проектирование механизма и оптимизацию технической характеристики гидродвигателя.The disadvantage of this mechanism is that with the standardization of the shape of the initial engagement contour (rack), the contour diameter can only be changed by replacing the number of teeth Z 1 or eccentricity a. This imposes restrictions on the design of the mechanism and the optimization of the technical characteristics of the hydraulic motor.

Более близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является героторный механизм, описанный в ОСТ 39-164-84 [1]. В нем приняты следующие параметры исходного контура зацепления: r=1,175a, rц=2,175а, причем исходный контур может иметь смещение Δh1,2, изменяемое в достаточно широких пределах:Closer in technical solution to the proposed invention is the gerotor mechanism described in OST 39-164-84 [1]. It adopted the following parameters of the initial meshing contour: r = 1,175a, r c = 2,175a, and the initial circuit may have an offset Δh 1,2 , which can be changed over a fairly wide range:

Figure 00000007
Figure 00000007

где а - положительное смещение; -2a - отрицательное.where a is a positive offset; -2a is negative.

Благодаря соотношению (1) величина контурного диаметра статора может назначаться достаточно свободно и бесступенчато. Поэтому проектирование механизма имеет большую конструктивную гибкость по сравнению с аналогом.Due to relation (1), the value of the contour diameter of the stator can be assigned quite freely and steplessly. Therefore, the design of the mechanism has great structural flexibility in comparison with the analogue.

Недостаток механизма, проектируемого по OCT, заключается в том, что при назначении пределов смещения исходного контура зацепления стандарт не учитывает числа зубьев статора и ротора. Поэтому положительное смешение при числе зубьев Z = 2...10 и отрицательное смещение при Z ≥ 5 (фиг.5) оказываются заниженными, что не позволяет в полной мере использовать предельно допустимые смещения по условиям плавности профилей статора или ротора. В то же время отрицательное смещение (-2а) при Z<5 является завышенным, что приводит к подрезанию профиля зубьев и нарушению непрерывности их контакта.The drawback of the OCT-designed mechanism is that when assigning the displacement limits of the initial engagement contour, the standard does not take into account the number of stator and rotor teeth. Therefore, positive mixing with the number of teeth Z = 2 ... 10 and negative displacement at Z ≥ 5 (Fig. 5) turn out to be underestimated, which does not allow full use of the maximum allowable displacements according to the smoothness conditions of the stator or rotor profiles. At the same time, the negative displacement (-2a) at Z <5 is overestimated, which leads to undercutting of the tooth profile and disruption of the continuity of their contact.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение конструктивной гибкости зацепления и повышение эффективности работы гидродвигателя. Увеличение конструктивной гибкости зацепления обеспечивается изменением и оптимизацией формы профилей путем варьирования величины смещения профилей. Повышение эффективности работы гидродвигателя обеспечивается улучшением его технической характеристики.The task of the invention is to increase the structural flexibility of the gearing and increase the efficiency of the hydraulic motor. An increase in the design flexibility of engagement is provided by changing and optimizing the shape of the profiles by varying the magnitude of the displacement of the profiles. Improving the efficiency of the hydraulic motor is provided by improving its technical characteristics.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном героторном механизме, содержащем статор и эксцентрично расположенный в нем охватываемый ротор, зубья которых находятся в непрерывном контакте и имеют разницу их чисел, равную единице, торцовые профили статора и ротора образованы общим исходным контуром рейки (зацепления) со смещением, а профиль этого контура очерчен эквидистантой укороченной циклоиды, согласно изобретению наибольшее допустимое положительное и наибольшее допустимое отрицательное смещения исходного контура рейки задают из условия отсутствия среза профиля зубьев ротора и из условия отсутствия подреза профиля впадин статора с выполнением соотношений:The solution to this problem is achieved by the fact that in the well-known gerotor mechanism containing a stator and an enclosed rotor eccentrically located in it, the teeth of which are in continuous contact and have a difference of their numbers equal to unity, the end profiles of the stator and rotor are formed by a common initial contour of the rail (mesh) with an offset, and the profile of this contour is outlined by the equidistant of a shortened cycloid, according to the invention, the largest allowable positive and largest allowable negative bias of the original rail contour for ayut conditions of absence of shear rotor teeth profile and condition profile to lack undercut cavities of the stator with the performance ratios:

Figure 00000008
Figure 00000008

а допустимое значение контурного диаметра ограничено пределами:and the permissible value of the contour diameter is limited by:

Figure 00000009
Figure 00000009

гдеWhere

Figure 00000010
Figure 00000010

ΔhП, ΔhОТ - положительное и отрицательное соответственно смещение исходного контура рейки (или смещение профилей статора и ротора);Δh P , Δh OT - positive and negative, respectively, the offset of the initial contour of the rail (or the offset of the stator and rotor profiles);

Dkmax, DKmin - наибольшее и наименьшее значение контурного диаметра;D kmax , D Kmin - the largest and smallest value of the contour diameter;

а - эксцентриситет зацепления механизма;a - eccentricity of the meshing mechanism;

Z1,2 - числа зубьев статора и ротора соответственно;Z 1,2 - the number of teeth of the stator and rotor, respectively;

Dfl - номинальный диаметр впадин статора со смещением исходного контура рейки, равным нулю, который при учете того, что Z1 = Z2 +1, определится по формуле:D fl is the nominal diameter of the stator troughs with a displacement of the initial rail contour equal to zero, which, given the fact that Z 1 = Z 2 +1, is determined by the formula:

Figure 00000011
Figure 00000011

где r - радиус катящейся окружности, образующей нормальную циклоиду исходного контура рейки, равный 1,175a;where r is the radius of the rolling circle forming a normal cycloid of the original rail contour, equal to 1,175a;

rц - расстояние от укороченной циклоиды до точек профиля исходного контура рейки, равное 2,175a.r c is the distance from the shortened cycloid to the profile points of the original rail contour, equal to 2.175a.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1a показан профиль ротора со срезом у головки зуба при положительном смещении исходного контура рейки (ИКР), Z2=5, Dа=69,125, ΔhП=7, а=3,5, r=4,1125, rц=7,6125, а на фиг.1б - профиль статора с подрезом впадины у ножки зуба при отрицательном смещении исходного контура рейки (ИКР), Z1=5, Dа=37,125, ΔhОТ=7, a=3,5, r=4,1125, rц=7,6125. Точкой К обозначен излом профиля.On figa shows the profile of the rotor with a slice at the head of the tooth with a positive offset of the original contour of the staff (RBI), Z 2 = 5, D a = 69,125, Δh P = 7, a = 3,5, r = 4,1125, r c = 7.6125, and Fig. 1b shows a stator profile with an undercut of the cavity at the tooth leg with a negative displacement of the initial rail contour (RBI), Z 1 = 5, D a = 37.125, Δh OT = 7, a = 3.5 , r = 4.1125, r c = 7.6125. Point K indicates a kink in the profile.

На фиг.2 приведен ИКР, определяемый координатами Хр, Yp углом профиля αp и радиусом кривизны ρр в текущей точке М Нижняя вершина профиля ИКР касается базовой прямой циклоиды. Точка П обозначает перегиб профиля ИКР, определяемый параметром ΨП = arccos (а/r).Figure 2 shows the RBI determined by the coordinates X p , Y p the angle of the profile α p and the radius of curvature ρ p at the current point M The bottom vertex of the profile of the RBI touches the base straight cycloid. Point П denotes the inflection of the RBI profile, determined by the parameter Ψ П = arccos (а / r).

На фиг.3 зафиксирован момент зацепления ИКР с профилем зуба ротора или профилем впадины статора при повороте их осей координат Хд Yд на угол φ. Начальная окружность радиуса rw1,2=rz1,2, касается начальной прямой ИКР в nолоce зацепления Р.Figure 3 fixes the moment of engagement of the RBI with the profile of the tooth of the rotor or the profile of the cavity of the stator when you rotate their coordinate axes X d Y d at an angle φ. The initial circle of radius r w1,2 = r z1,2 is tangent to the initial line of RBI at the point of link R.

На фиг.4 приведены допустимые смещения ИКР, соответствующие каждой точке его профиля, в зависимости от параметра Ψ для конкретного числа зубьев Z=6, при а=1, r=1,75, rц=2,175. Кривая А относится к положительному смещению, Б - к отрицательному.Figure 4 shows the permissible displacement of the RBI corresponding to each point of its profile, depending on the parameter Ψ for a specific number of teeth Z = 6, with a = 1, r = 1.75, r c = 2.175. Curve A refers to a positive bias, B to a negative bias.

Значения ψэкс соответствуют экстремумам кривых А и Б.The values of ψ ex correspond to the extrema of curves A and B.

На фиг.5 приведены предельно допустимые смещения ИКР, определяемые параметром ψэкс в зависимости от числа зубьев статора или ротора. Кривая А относится к положительному смещению. Б - к отрицательному, линии В и Г - соответствуют рекомендуемым смещениям по ОСТ 39-164-84 согласно соотношению (1).Figure 5 shows the maximum permissible displacement of the RBI, determined by the parameter ψ ex depending on the number of teeth of the stator or rotor. Curve A refers to a positive bias. B - to negative, lines C and D - correspond to the recommended displacements according to OST 39-164-84 according to relation (1).

На фиг.6 а, б, в показаны зацепления ГМ и их погрешности в виде боковых натягов (или зазоров, например, на фиг.6в - у головки зуба) для всех зубьев статора и pотора, а - при отсутствии смещения профиля статора: Dk=63,35, Δh=0, Δh=+0,6125, наружный диаметр ротора Da2=66,3, б - при предельно допустимом отрицательном его смещении ΔhlOT: DK=48,173, Δhloт=-7,58828, Δh2oт=-6,9825, Da2=41,173, в - при предельно допустимом положительном смещении Δh: Dk=75,995, Δh=+5,1275, Δh=+5,7100,Da2=68,995, где Δh1 - смещение профиля статора, Δh2 - смещение профиля ротора. Индексом S обозначен элемент площади проходного сечения для жидкости, причем S2<S1<S3. Индекс "п" относится к положительному смещению, а знак минус и индекс "от" - к отрицательному, индекс 1 относится к профилю статора, а индекс 2 - к профилю ротора.In Fig.6 a, b, c shows the engagement of the GM and their errors in the form of lateral interference (or clearances, for example, in Fig.6c - at the head of the tooth) for all the teeth of the stator and rotor, and - in the absence of displacement of the stator profile: D k = 63.35, Δh 1P = 0, Δh 2P = + 0.6125, the outer diameter of the rotor D a2 = 66.3, b - with its maximum permissible negative offset Δh lOT : D K = 48.173, Δh loot = -7 , 58828, Δh 2 from = -6.9825, D a2 = 41.173, c - at the maximum permissible positive offset Δh 1P : D k = 75.995, Δh 1P = + 5.1275, Δh 2P = + 5.7100, D a2 = 68,995, where Δh 1 is the stator profile offset, Δh 2 is the rotor profile offset. The index S denotes the element of the flow area for the liquid, and S 2 <S 1 <S 3 . Index "p" refers to a positive offset, and the minus sign and index "from" to negative, index 1 refers to the stator profile, and index 2 refers to the profile of the rotor.

На фиг.6 приведено также смещение Δh2 профиля ротора. Оно связано со смещением профиля статора соотношением:6 also shows the offset Δh 2 of the rotor profile. It is associated with a displacement of the stator profile by the ratio:

Figure 00000012
Figure 00000012

где j - диаметральный натяг в зацеплении ГМ, задаваемый на вершине и во впадине профиля ротора.where j is the diametrical interference in the engagement of the GM, specified on the top and in the cavity of the rotor profile.

Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение конструктивной гибкости зацепления ГМ и повышение эффективности работы гидродвигателя. Повышение конструктивной гибкости зацепления ГМ происходит за счет оптимизации формы профилей зубьев механизма с обеспечением плавности профилей зубьев механизма при любом числе зубьев статора и ротора путем учета конкретного числа их зубьев. Форма профилей зависит от величин смещения. Величина смещения зависит от конкретного числа зубьев. Учет конкретного числа зубьев ГМ обеспечивается аналитически обоснованным расчетом. Плавность профилей приводит к непрерывности контакта зубьев статора и ротора. Оптимизация формы профилей улучшает контактирование зубьев гидродвигателя. Эффективность работы гидродвигателя повышается за счет оптимизации его технической характеристики, так как рациональный выбор контурного диаметра повышает или крутящий момент, или частоту вращения гидродвигателя в зависимости от требуемой характеристики и контурного диаметра статора.The present invention provides increased structural flexibility of the engagement of the GM and increase the efficiency of the hydraulic motor. An increase in the constructive flexibility of the engagement of the GM occurs due to the optimization of the shape of the tooth profiles of the mechanism with ensuring the smoothness of the tooth profiles of the mechanism for any number of stator and rotor teeth by taking into account the specific number of their teeth. The shape of the profiles depends on the offset values. The amount of displacement depends on the specific number of teeth. Accounting for a specific number of GM teeth is provided by analytically sound calculation. The smoothness of the profiles leads to the continuity of the contact of the teeth of the stator and rotor. The optimization of the shape of the profiles improves the contact between the teeth of the hydraulic motor. The efficiency of the hydraulic motor is increased by optimizing its technical characteristics, since a rational choice of the contour diameter increases either the torque or the frequency of rotation of the hydraulic motor, depending on the required characteristics and the contour diameter of the stator.

В прототипе с изменением числа зубьев соотношение (1) должно изменяться, что в прототипе не учтено и при указанных выше числах зубьев приводит к нарушению непрерывности контакта зубьев статора и ротора.In the prototype, with a change in the number of teeth, the ratio (1) should change, which is not taken into account in the prototype and with the above numbers of teeth leads to disruption in the continuity of contact between the teeth of the stator and rotor.

Предложенный героторный механизм представляет собой зубчатую пару с внутренним циклоидообразным зацеплением, содержащим две детали - охватываемый металлический ротор и охватывающий статор с эластичными зубьями, формируемыми в пресс-форме сердечником. Разность чисел зубьев статора и ротора равна единице. Торцовые профили статора и ротора выполнены сопряженными с общим исходным контуром зацепления механизма, представляющим собой рейку с профилем, очерченным эквидистантой укороченной циклоиды, причем исходный контур имеет положительное или отрицательное смещение, перпендикулярное оси механизма, а профили зубьев ротора и статора имеют плавную форму и находятся в непрерывном контакте.The proposed gerotor mechanism is a gear pair with an internal cycloid gearing containing two parts - a male metal rotor and a female stator with elastic teeth formed in the mold core. The difference between the numbers of teeth of the stator and rotor is equal to one. The end profiles of the stator and rotor are made conjugated to a common initial gearing contour of the mechanism, which is a rail with a profile defined by the equidistant of a shortened cycloid, the initial contour having a positive or negative bias perpendicular to the axis of the mechanism, and the profiles of the teeth of the rotor and stator have a smooth shape and are in continuous contact.

Плавность профилей исключает срезание вершин зубьев ротора или сердечника пресс-формы статора (фиг.1а) и подрезание их впадин (фиг.1б). Срез профиля происходит при недопустимо большом положительном смещении ИКР, а подрез - при недопустимо большом отрицательном смещении. При срезе и подрезе зубьев ротора или статора (сердечника) на их профилях появляются точки изломи А (фиг.1 а, б), которые в математике называют особыми точками. В точке излома радиус кривизны ρд профиля детали (статора или ротора) равен нулю:The smoothness of the profiles eliminates the cutting of the tops of the teeth of the rotor or core of the stator mold (figa) and the cutting of their troughs (figb). A profile slice occurs at an unacceptably large positive offset of the RBI, and a cut occurs at an unacceptably large negative offset. When cutting and undercutting the teeth of the rotor or stator (core), break points A appear on their profiles (Fig. 1 a, b), which in mathematics are called singular points. At the break point, the radius of curvature ρ d of the part profile (stator or rotor) is zero:

Figure 00000013
Figure 00000013

гдеWhere

Figure 00000014
Figure 00000014

При подстановке (4) в (3) предельно допустимое смещение ИКР. соответствующее появлению точки излома на профиле детали, определится аналитической зависимостью:When substituting (4) in (3), the maximum permissible displacement of the RBI. corresponding to the appearance of the break point on the part profile, is determined by the analytical dependence:

Figure 00000015
Figure 00000015

ΔhП.ОТ - положительное и отрицательное смещение ИКР соответственно относительно начальной окружности детали (или от оси ее вращения),Δh P. OT - positive and negative displacement of the RBI, respectively, relative to the initial circumference of the part (or from the axis of its rotation),

αp - угол профиля ИКР (фиг.2, 3) в текущей точкеα p - angle profile of RBI (figure 2, 3) at the current point

Figure 00000016
Figure 00000016

rW - радиус начальной окружности детали (фиг.3),r W is the radius of the initial circumference of the part (figure 3),

Z - число зубьев статора или ротора,Z is the number of teeth of the stator or rotor,

r - радиус катящейся окружности, образующей нормальную циклоиду ИКР,r is the radius of the rolling circle forming a normal RBI cycloid,

L - расстояние от точки М контакта ИКР (фиг.3) с точкой профиля детали до полюса Р зацепления;L is the distance from the point M of the contact of the RBI (figure 3) with the point of the profile of the part to the pole P of the mesh;

Xp - ордината профиля ИКР (фиг.3):X p - ordinate profile of RBI (figure 3):

Figure 00000017
Figure 00000017

а - радиус окружности, образующей укороченную циклоиду ИКР, равный эксцентриситету зацепления,a is the radius of the circle forming a shortened cycloid RBI equal to the eccentricity of the mesh,

rц - расстояние от укороченной циклоиды до каждой точки ИКР,r c - the distance from the shortened cycloid to each point of RBI,

Ψ - угловой параметр циклоиды, изменяемый в пределах 0...ΨП;Ψ - the angular parameter of the cycloid, variable within 0 ... Ψ P ;

Ψп - граничное значение Ψ, соответствующее точке перегиба П (фиг.2, 3)Ψп - the boundary value Ψ corresponding to the inflection point P (Fig.2, 3)

Figure 00000018
Figure 00000018

ρp - радиус кривизны профиля ИКР в текущей точкеρ p is the radius of curvature of the RBI profile at the current point

Figure 00000019
Figure 00000019

Знак плюс и индекс "п" в зависимости (5) относятся к положительному смещению, знак минус и индекс "от" - к отрицательному. При небольшом уменьшении величин положительного смещения на 0,1....0,3 мм и увеличении отрицательного смещения на эту же величину точка излома исчезает.The plus sign and index "p" in dependence (5) refer to a positive offset, the minus sign and the index "from" to negative. With a slight decrease in the values of the positive displacement by 0.1 .... 0.3 mm and an increase in the negative displacement by the same value, the break point disappears.

Например, рассчитанные по зависимости (5) значения положительного и отрицательного смещения для числа зубьев Z = 6 (для одного из десяти значений чисел зубьев при параметрах ИКР по ОСТ 39-164-84, а=1, r=1,175а, rц=2,175а и изменении параметра Ψ в пределах 0...Ψп) приведены на графике (фиг.4).For example, the values of positive and negative bias calculated by dependence (5) for the number of teeth Z = 6 (for one of ten values of the number of teeth with RBI parameters according to OST 39-164-84, а = 1, r = 1,175а, r c = 2,175a and a change in the parameter Ψ within 0 ... Ψ p ) are shown in the graph (Fig. 4).

Кривая А на графике соответствует положительному смещению ΔhП, которое имеет минимум Δhп=1,80125 при Ψ=Ψэкс=0,28934, а кривая Б соответствует отрицательному смещению, которое имеет максимум ΔhОТ=-2,17891 при Ψ=Ψэкс=0,42482. Положительным считается смещение, когда базовая прямая ИКР (фиг.2) смещена от оси вращения Од статора или ротора и отрицательным - когда к оси.Curve A in the graph corresponds to a positive displacement P Δh, which has a minimum Δh p = 1.80125 when Ψ = Ψ ex = 0.28934, and the curve B corresponds to a negative displacement, which has a peak RT = -2.17891 Δh at Ψ = Ψ ex = 0.42482. The offset is considered positive when the base straight line of the RBI (Fig. 2) is offset from the axis of rotation O d of the stator or rotor and negative when when to the axis.

Эти экстремумы соответствуют наибольшим допустимым смещениям ИКР, исключающим срезание или подрезание профиля детали с числом зубьев Z=6. Предельно допустимые смещения ИКР для других чисел зубьев при a=1 представлены кривыми А и Б на фигуре 5. При значениях a > 1 предельно допустимые смещения увеличиваются в а раз.These extremes correspond to the largest permissible RBI displacements, excluding cutting or trimming the part profile with the number of teeth Z = 6. The maximum permissible displacements of the RBI for other numbers of teeth for a = 1 are represented by curves A and B in figure 5. At values a> 1, the maximum permissible displacements increase by a factor of one.

Исследование зацепления статора и ротора показало, что наибольшее (предельно) допустимое положительное смещение ИКР ограничивается срезанием вершин зубьев ротора (фиг.1а), а отрицательное - подрезанием профиля впадин статора (фиг.1б).The study of the engagement of the stator and rotor showed that the largest (maximum) permissible positive offset of the RBI is limited by cutting the tops of the teeth of the rotor (figa), and negative - by cutting the profile of the stator troughs (fig.1b).

Для упрощения расчета величин наибольших допустимых смещений ИКР кривые А и Б (фиг.5) заменяются показательными функциями. Тогда наибольшее допустимое положительное и отрицательное смещение ИКР рассчитывается по соотношениям:To simplify the calculation of the values of the largest permissible displacements of the RBI, curves A and B (Fig. 5) are replaced by exponential functions. Then the largest allowable positive and negative bias of the RBI is calculated by the relations:

Figure 00000020
Figure 00000020

Таким образом, минуя трудоемкие исследования по определению предельных смещений по зависимости (5) и графического представления их на фиг.4, 5, исследования сводятся к расчету по простым показательным функциям по зависимостям (2).Thus, bypassing the time-consuming studies to determine the maximum displacements from the dependence (5) and their graphical representation in Figs. 4, 5, the studies are reduced to the calculation of simple exponential functions from the dependences (2).

При проектировании ГМ обычно задаются так называемым контурным диаметром Dk статора. Его величина должна ограничиваться пределами:When designing a GM, the so-called stator contour diameter D k is usually specified. Its value should be limited to:

Figure 00000021
Figure 00000021

гдеWhere

Figure 00000022
Figure 00000022

Dk - принятый контурный диаметр статора, задаваемый конструктором.D k is the adopted stator contour diameter specified by the designer.

Df1 - номинальный диаметр окружности впадин статора, который определяется по формуле:D f1 is the nominal diameter of the circumference of the stator cavities, which is determined by the formula:

Figure 00000023
Figure 00000023

Наружный диаметр ротора Da2 определяется зависимостью:The outer diameter of the rotor D a2 is determined by the dependence:

Figure 00000024
Figure 00000024

где j - диаметральный натяг в зацеплении ГМ, j = (-0,02...0,08)a.where j is the diametrical interference in the engagement of the GM, j = (-0.02 ... 0.08) a.

В случае произвольного задания диаметра Dk величина смещения ИКР для статора определится соотношением:In the case of an arbitrary specification of the diameter D k , the RBI displacement for the stator is determined by the ratio:

Figure 00000025
Figure 00000025

а для ротораand for the rotor

Figure 00000026
Figure 00000026

при этом величины Δh1,2 должны находиться в пределах:while the values of Δh 1,2 should be within:

Figure 00000027
Figure 00000027

При проектировании ГМ от общего ИКР возникают погрешности зацепления статора и ротора в большинстве случаев в виде натягов на боковых сторонах профиля зубьев при любом смещении ИКР (фиг.6). Погрешности зацепления ограничивают допуском 0,1 мм. Если они превосходят указанный допуск, то величины смещения ΔhП,ОТ следует уменьшить или задать соответствующее значение диаметрального натяга j, который перераспределит или уменьшит погрешности зацепления.When designing a GM from a general RBI, errors in the engagement of the stator and rotor arise in most cases in the form of interference on the lateral sides of the tooth profile at any RBI offset (Fig. 6). Engagement errors are limited to a tolerance of 0.1 mm. If they exceed the specified tolerance, then the offset values Δh P, OT should be reduced or the corresponding value of the diametrical interference fit j, which redistributes or reduces the errors of engagement , should be set.

Эти соотношения (2) поясняются фиг. 5:These relationships (2) are illustrated in FIG. 5:

1. Если1. If

Figure 00000028
Figure 00000028

то плавность обеспечивается, подрезы и срезы исчезают, и точка излома К исчезает на фиг.la, 1б, тем самым обеспечивается непрерывность контакта зубьев, а изменения контурного диаметра Dk в соответствии с соотношением (2) ограничены пределами.that smoothness is ensured, undercuts and slices disappear, and the fracture point K disappears in Figs. la, 1b, thereby ensuring continuity of the contact of the teeth, and changes in the contour diameter D k in accordance with relation (2) are limited by limits.

2. Если2. If

Figure 00000029
Figure 00000029

то профили плавные, на грани появления срезов и подрезов.then the profiles are smooth, on the verge of the appearance of slices and undercuts.

3. Если3. If

Figure 00000030
Figure 00000030

то плавность нарушается, и возникают срезы и подрезы (фиг.1а, б) с точками излома К, нарушается непрерывность контакта зубьев статора и ротора.then the smoothness is violated, and slices and undercuts occur (figa, b) with break points K, the continuity of the contact of the teeth of the stator and rotor is violated.

В одном случае лимитирует ротор, а в другом - статор.In one case, the rotor limits, and in the other, the stator.

Приведем пример 1 расчета Dk при положительном смещении ИКР из условия отсутствия среза профиля зубьев ротора (фиг.6в).We give an example 1 of the calculation of D k with a positive shift of RBI from the condition that there is no cut in the profile of the teeth of the rotor (Fig.6c).

Дано: а=3,5, r=1,175·a=4,1125, h=2a,Given: a = 3.5, r = 1.175; a = 4.1125, h = 2a,

rц=2,175·а=7,6125, Df2ном=63,75, Da2ном=56,35.r c = 2.175 · a = 7.6125, D f2nom = 63.75, D a2nom = 56.35.

Для предлагаемого изобретения:For the invention:

Δh=0,73·а·Z 0.5 2 =0,73·3,5·

Figure 00000031
=5,71;Δh 2P = 0.73 0.5 2 = 0.73 · 3.5 ·
Figure 00000031
= 5.71;

Da2=Da2ном+2(Δh+r-e)=56,35+2·(5,71+4,1125-3,5)=68,995;D a2 = D a2nom +2 (Δh 2P + re) = 56.35 + 2 · (5.71 + 4.1125-3.5) = 68.995;

DKmax=Da2+2·a=68,995+2·3,5=75,995.D Kmax = D a2 + 2 · a = 68.995 + 2 · 3.5 = 75.995.

Для прототипа:For prototype:

Δh=а=3,5;Δh 2P = a = 3.5;

Da2=Da2ном+2(Δh+r-e)=56,35+2·(3,5+4,1125-3,5)=64,57;D a2 = D a2nom +2 (Δh 2P + re) = 56.35 + 2 · (3.5 + 4.1125-3.5) = 64.57;

DKmax=Da2+2·a=64,575+2·3,5=71,575;D Kmax = D a2 + 2 · a = 64.575 + 2 · 3.5 = 71.575;

то есть недобор диаметра прототипа на 4.42 мм по сравнению с предлагаемым.that is, the shortage of the prototype diameter by 4.42 mm compared to the proposed one.

Уменьшение диаметра предельно возможно на

Figure 00000032
The reduction in diameter is extremely possible by
Figure 00000032

С увеличением Z этот процент будет увеличиваться, например при Z = 9, увеличение равно 100%, что иллюстрируется на фиг.5.With increasing Z, this percentage will increase, for example, at Z = 9, the increase is 100%, which is illustrated in Fig. 5.

Приведем пример 2 расчета DК при отрицательном смещении ИКР из условия отсутствия подреза профиля статора (фиг.6б).We give an example 2 of the calculation of D K with a negative bias of the RBI from the condition that there is no undercut of the stator profile (Fig.6b).

Для предлагаемого изобретения:For the invention:

Δh1ОТ=1,04·а·Z 0,41 1 =1,04·3,5·60,41=-7,58828;Δh 1OT = 1.04 0.41 1 = 1.04 · 3.5 · 6 0.41 = -7.58828;

DKmin=Df1-2Δh1ОТ=63,35-2·7,58828=48,173;D Kmin = D f1 -2Δh 1OT = 63.35-2 · 7.58828 = 48.173;

Dа2=DKmin-2a=48,173-2·3,5=41,173.D a2 = D Kmin -2a = 48.173-2.3.5 = 41.173.

Для прототипа:For prototype:

Δh1ОТ=-2а=-7;Δh 1OT = -2a = -7;

DKmin=Df1-2Δh1ОТ=63,35-2·|-2·a|=49,35;D Kmin = D f1 -2Δh 1OT = 63.35-2 · | -2 · a | = 49.35;

Dа2=DKmin-2a=49,35-2·3,5=42,35.D a2 = D Kmin -2a = 49.35-2.3.5 = 42.35.

При сравнении с результатами предлагаемого изобретения DКmin и Da2 получаются больше, но это недопустимо, так как получится срез профиля впадин и статора, ограниченного соотношением:When comparing with the results of the present invention, D Kmin and D a2 are obtained more, but this is unacceptable, as it will result in a slice of the profile of the troughs and stator, limited by the ratio:

Figure 00000033
Figure 00000033

Таким образом, данные расчеты обосновывают пределы смещения ИКР.Thus, these calculations substantiate the limits of the RBI displacement.

Преимуществом заявляемого героторного механизма является повышение качества его зацепления, исключающего подрезание или срезание профилей статора и ротора путем обоснованного расчета предельно допустимых границ смещения ИКР, учитывающих число зубьев и точность зацепления механизма. Вместе с тем при числе зубьев Z1,2>5 эти границы расширяются в 1,2...2 раза, что повышает конструктивность проектируемого ГМ.The advantage of the inventive gerotor mechanism is to improve the quality of its engagement, excluding trimming or cutting profiles of the stator and rotor by reasonably calculating the maximum permissible displacement boundaries of the RBI, taking into account the number of teeth and the accuracy of engagement of the mechanism. However, with the number of teeth Z 1.2 > 5, these boundaries expand by 1.2 ... 2 times, which increases the designability of the designed GM.

Источники информацииSources of information

1. ОСТ 39-164-84. Передача зубчатая ротор-статор винтового забойного двигателя.1. OST 39-164-84. Transmission gear rotor-stator of a downhole screw motor.

Claims (1)

Героторный механизм винтовой гидромашины, содержащий статор и эксцентрично расположенный в нем охватываемый ротор, зубья которых находятся в непрерывном контакте и имеют разницу их чисел, равную единице, торцовые профили статора и ротора образованы общим исходным контуром рейки (зацепления) со смещением, а профиль этого контура очерчен эквидистантой укороченной циклоиды, отличающийся тем, что наибольшее допустимое положительное и наибольшее допустимое отрицательное смещения исходного контура рейки задано с выполнением соотношенийThe gerotor mechanism of a screw hydraulic machine containing a stator and an enclosed rotor eccentrically located in it, the teeth of which are in continuous contact and have a difference of their numbers equal to unity, the end profiles of the stator and rotor are formed by a common initial contour of the rack (mesh) with an offset, and the profile of this contour outlined by the equidistant of a shortened cycloid, characterized in that the largest permissible positive and largest permissible negative bias of the original rail contour are given with the fulfillment of the relations
Figure 00000034
Figure 00000034
а допустимое значение контурного диаметра ограничено пределами:and the permissible value of the contour diameter is limited by:
Figure 00000035
Figure 00000035
гдеWhere
Figure 00000036
Figure 00000036
ΔhП, ΔhОТ - наибольшее допустимое положительное и наибольшее допустимое отрицательное смещения соответственно исходного контура рейки;Δh P , Δh OT - the largest allowable positive and largest allowable negative bias, respectively, of the original contour of the rail; Dkmax, Dkmin - наибольшее и наименьшее значения контурного диаметра;D kmax , D kmin - the largest and smallest values of the contour diameter; а - эксцентриситет зацепления механизма;a - eccentricity of the meshing mechanism; Z1,2 - число зубьев статора и ротора соответственно;Z 1,2 - the number of teeth of the stator and rotor, respectively; Dfl - номинальный диаметр впадин статора при отсутствии смешения исходного контура, который задают по формулеD fl is the nominal diameter of the stator troughs in the absence of mixing of the initial circuit, which is set by the formula
Figure 00000037
Figure 00000037
где Z2 - число зубьев ротора;where Z 2 is the number of teeth of the rotor; r - радиус катящейся окружности, образующей нормальную циклоиду исходного контура рейки;r is the radius of the rolling circle forming a normal cycloid of the original rail contour; rц - расстояние от укороченной циклоиды до точек профиля исходного контура рейки.r c is the distance from the shortened cycloid to the profile points of the original rail contour.
RU2003101951/11A 2003-01-24 2003-01-24 Gyrator mechanism of helical hydraulic machine RU2232317C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003101951/11A RU2232317C1 (en) 2003-01-24 2003-01-24 Gyrator mechanism of helical hydraulic machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003101951/11A RU2232317C1 (en) 2003-01-24 2003-01-24 Gyrator mechanism of helical hydraulic machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2232317C1 true RU2232317C1 (en) 2004-07-10
RU2003101951A RU2003101951A (en) 2004-07-27

Family

ID=33413852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003101951/11A RU2232317C1 (en) 2003-01-24 2003-01-24 Gyrator mechanism of helical hydraulic machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2232317C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101263037B1 (en) Crescent gear pump with novel rotor set
JP4429390B2 (en) Gear system
JP2019500562A (en) Continuous tooth root surface contact type conjugate gear
EP0158514B1 (en) Screw rotors
JP2007032836A (en) Gear using arc tooth profile, internal gear pump, gear transmission and gear manufacturing method
WO2008030004A1 (en) Tooth profile of internal gear
EP1497572A2 (en) Gear tooth profile
JP6211591B2 (en) Screw expander, screw machine design method, screw machine manufacturing method, screw machine and generator
KR101101610B1 (en) Method for designing the gerotor pump
JPS6042359B2 (en) screw rotor
RU2232317C1 (en) Gyrator mechanism of helical hydraulic machine
JP4618566B2 (en) A gear having an arc tooth profile and a gear transmission using the gear.
KR20070104387A (en) Method for establishing the gearing geometries of a gear pairing of two gears with intersecting axes
Bair Computer aided design of non-standard elliptical gear drives
JPH0328565A (en) Noise reducing gear
RU184504U1 (en) GEAR WHEEL WITH HARMONIOUS TEETH PROFILE
RU2250340C2 (en) Gear mechanism
US20200124047A1 (en) Curvilinear circular-arc tooth gears for use in external gear pumps
CN106762620B (en) A kind of manufacturing method of the floating side plate with novel compensating groove
WO2013067039A1 (en) Gear tooth profile with transition zone blending relief
CN116127639B (en) Unified model method for establishing theoretical displacement of gear pump under different side gaps and unloading grooves
RU217542U1 (en) Gerotor mechanism of the working bodies of a volumetric hydraulic machine
RU2205998C1 (en) Helical gear rotation mechanical of screw hydraulic machine
US11898560B1 (en) Working members of a rotary hydraulic or pneumatic machine
Mitchiner et al. The undercutting of hobbed spur gear teeth

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20070502

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190125

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200212