RU2250340C2 - Героторный механизм - Google Patents
Героторный механизм Download PDFInfo
- Publication number
- RU2250340C2 RU2250340C2 RU2002123327/03A RU2002123327A RU2250340C2 RU 2250340 C2 RU2250340 C2 RU 2250340C2 RU 2002123327/03 A RU2002123327/03 A RU 2002123327/03A RU 2002123327 A RU2002123327 A RU 2002123327A RU 2250340 C2 RU2250340 C2 RU 2250340C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ellipse
- teeth
- radius
- coefficient
- contour
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
- F01C1/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or engines
- F01C1/084—Toothed wheels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
- F01C1/10—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
Abstract
Изобретение относится к зубчатым героторным механизмам (ГМ) внутреннего зацепления с разницей в числах зубьев ротора и статора, равной единице. Ось ротора ГМ, совершающего планетарное движение, смещена относительно оси статора на расстояние эксцентриситета зацепления. ГМ могут быть использованы в различных отраслях горного дела и в общем машиностроении в качестве рабочих органов насосов, гидродвигателей, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и редукторов с прямыми и винтовыми зубьями. Новым является то, что в качестве исходного вспомогательного контура используют эллипс, при этом коэффициент пропорциональности k, определяющий радиус направляющей окружности, принимают равным половине необходимого числа зубьев z колеса (k = z/2), оптимальная форма его зубьев обеспечивается рациональным сочетанием коэффициента формы эллипса λ, равным отношению длин его полуосей и коэффициента внецентроидности вспомогательного контура, представляющим собой отношение длины большой полуоси эллипса к радиусу катящейся окружности, причем внутренний и наружный профили выполняют в виде эллипсоидальных профилей от общего контура эллипса. Обеспечивается упрощение технологии изготовления героторных механизмов при повышении эффективности их проектирования. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.
Description
Изобретение относится к зубчатым героторным механизмам (ГМ) внутреннего зацепления с разницей в числах зубьев ротора и статора, равной единице. Ось ротора ГМ, совершающего планетарное движение, смещена относительно оси статора на расстояние эксцентриситета зацепления.
ГМ могут быть использованы в различных отраслях горного дела в качестве рабочих органов насосов, гидродвигателей, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и редукторов с прямыми и винтовыми зубьями.
Известен традиционный ГМ с внутренним внецентроидным циклоидальным зацеплением, торцовые профили которого образуются в общем случае как огибающие эквидистанты укороченной циклоидальной рейки при ее обкатке по направляющей окружности [Героторный механизм. А.с.СССР 803572 от 08.10.1979] [1].
Известен классический ГМ предельного типа с однозубым ротором круглого сечения центроидного циклоидального зацепления, торцовый профиль статора которого образуется как эквидистанта траектории точки окружности при качении последней по направляющей окружности удвоенного радиуса [Винтовые насосы, М., Машиностроение, 1983].
Недостатком традиционного ГМ является сложность его исходного профиля, форма которого при заданном контурном диаметре в общем случае определяется сочетанием пяти безразмерных геометрических параметров (кинематического отношения, коэффициентов типа зацепления (эпи или гипо), внецентроидности, формы зуба и смещения рейки), что усложняет технологию изготовления (необходимость выполнения процедур смещения и эквидистантирования контура рейки, приобретения специализированных станков и создания специальных фрез) и выбор оптимальной формы профилей, описываемых сложными математическими выражениями (сочетания значений четырех безразмерных параметров).
Недостатком классического ГМ, форма профилей которого зависит только от одного безразмерного параметра (коэффициента формы зуба), является ограниченность его области применения из-за повышенного перепада давления между рабочими камерами ввиду меньшего числа контактных линий, отделяющих вход и выход гидромашины, что требует при создании высоконапорного насоса значительного увеличения осевого габарита рабочих органов и, как следствие, дополнительных технологических и материальных затрат.
Из известных ГМ наиболее близким к предлагаемому является частный случай традиционного циклоидального ГМ с кинематическим отношением 2:3 (с овальным двузубым ротором), используемый в качестве рабочих органов одновинтовых насосов вместо классических рабочих пар с кинематическим отношением 1:2 с целью повышения давления [2]. Недостатком таких ГМ также являются трудности технологии их изготовления и выбора оптимальной формы профилей.
Задачей изобретения является повышение эффективности проектирования и упрощение технологии изготовления рабочих органов ГМ.
Поставленная задача решается тем, что в качестве исходного контура при образовании ГМ используется эллипс, а профиль рабочего органа ГМ образуется как внешняя огибающая семейства эллипсов при обкатке начальных окружностей (центроид) определенного радиуса в зависимости от требуемого кинематического отношения.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием и сопровождается чертежами, где на фиг.1 показано исходное положение начальных окружностей и вспомогательного контура при образовании эллипсоидального профиля; на фиг.2-5 представлены схемы образования профилей эллипсоидального ГМ с различным числом зубьев (соответственно z=3; 4; 5; 6) по методу обкатки эллипса; на фиг.6-8 - профили четырехзубого рабочего органа ГМ при различных значениях коэффициента внецентроидности (соответственно Со=1; 2; 3) и одинаковом коэффициенте формы эллипса (λ=1,5); на фиг.9-11 - сопряженные профили ГМ с эллипсоидальным зацеплением с кинематическим отношением 2:3 при различном коэффициенте формы эллипса (соответственно λ=1,1; 1,5; 2).
Эллипсоидальный ГМ представляет собой зубчатую пару внутреннего зацепления, состоящую из сопряженных z1-зубого внешнего колеса (статора) и z2-зубого внутреннего колеса (ротора), разница в числах зубьев которых равна единице (z1=z2+1), профили которых образованы от правильного эллипса.
Эллипсоидальный профиль зубчатых колес образуется по методу обкатки начальных окружностей (фиг.1), одна из которых (единичного радиуса r), связанная с исходным вспомогательным контуром, расположена внутри направляющей (большего радиуса R=kr; где k - число, изменяющееся от 1,5 с шагом 0,5: k=1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4...) и обкатывается без скольжения, совершая планетарное движение.
Профиль зубчатого колеса представляет собой внешнюю огибающую вспомогательного контура.
При профилировании эллипсоидальных колес в качестве исходного вспомогательного контура принимается правильный эллипс, большая и малая полуоси которого соответственно равны а и b, причем оси эллипса совпадают с осями катящейся окружности.
Форма эллипсоидального профиля ГМ при заданном его контурном диаметре (максимальном наружном диаметре) полностью определяется тремя безразмерными геометрическими параметрами:
- числом зубьев колеса, равным удвоенному отношению радиусов начальных окружностей
- коэффициентом формы эллипса, равным отношению длин его полуосей:
- коэффициентом внецентроидности исходного контура, равным отношению длины большой оси эллипса к радиусу катящейся окружности единичного радиуса:
Примеры профилей эллипсоидальных зубчатых колес с различным числом зубьев, полученных методом обкатки, представлены на фиг 2-5. Варьируя значениями коэффициентов λ и cо, можно в широких пределах изменять форму профиля. Влияние коэффициента внецентроидности на форму четырехзубого профиля показано на фиг.6-8.
Параметрические уравнения исходного вспомогательного контура (правильного эллипса) относительно подвижных осей имеют элементарный вид:
где τ - угловой параметр, изменяющийся в интервале от 0 до 2π.
Семейство профилей эллипса при его обкатке описывается следующими координатами относительно центральных осей, связанных с направляющей окружностью:
X=x1cosφ-y1sinφ+H соsφп,
где Н - межцентровое расстояние, H=R-r=(k-1)r;
φп - угол поворота оси катящейся окружности в переносном движении,
φ - угол поворота катящейся окружности в абсолютном движении.
Параметрические уравнения эллипсоидального профиля (огибающей семейства эллипсов) получаются при подстановке в (2) уравнения связи между φ и τ, устанавливаемого при помощи основной теоремы зацепления.
Диаметры эллипсоидального колеса по вершинам выступов и впадин его зубьев соответственно составляют
Высота зубьев
На основе колес с эллипсоидальным зацеплением можно создавать ГМ с различным кинематическим отношением.
В общем случае при выбранном z-зубом эллипсоидальном профиле, принимаемом в качестве исходного, сопряженный ему профиль образуется как внешняя (эпизацепление) или внутренняя (гипозацепление) огибающая исходного профиля при обкатке центроид колес, отношение радиусов которых выбирается в зависимости от кинематического отношения ГМ.
На практике в ГМ, зубья колес наружного элемента которых выполняются эластичными, целесообразно использовать упрощенный метод образования сопряженного профиля, апробированный при изготовлении рабочих органов винтовых машин с циклоидально-реечным зацеплением, когда сопряженный профиль выполняется аналогично исходному по методу обкатки от общего исходного вспомогательного контура.
В общем случае условие сопряженности профилей (условие зацепления вершин выступов и впадин) имеет следующий вид:
где здесь и далее индекс 1 относится к наружному элементу (статору), 2 - к внутреннему (ротору).
В идеальном циклоидальном зацеплении условие (5) соблюдается только для центроидных профилей (cо=1), то есть может быть реализовано в механизмах 1:2.
В реечном зацеплении для выполнения условия (5) принимают определенное сочетание между смещениями контуров рейки при образовании профилей статора и ротора.
В эллипсоидальном зацеплении с числами зубьев колес, отличающихся на единицу (k2=k1-1), условие сопряженности (5) в отличие от циклоидального механизма может быть реализовано для ГМ с любым кинематическим отношением, если обеспечить соотношение между коэффициентами формы эллипса и внецентроидности, выражаемое формулой:
Таким образом, для образования взаимоогибаемых профилей ГМ от общего контура эллипса коэффициенты λ и cо являются зависимыми параметрами и при выбранной форме эллипса (заданных значениях а и λ) радиус катящейся окружности должен составлять
а радиусы направляющих окружностей статора и ротора в зависимости от кинематического отношения механизма выбирают следующим образом:
R1=kr; R2=(k-0,5)r.
При этом числа зубьев колес статора и ротора соответственно равны
z1=2k; z2=2k-1,
а контурный диаметр (максимальный диаметр статора) согласно (3) и (6) выражается зависимостью
Эксцентриситет зацепления ГМ при заданном контуре эллипса не зависит от кинематического отношения:
В частном случае трехзубого исходного контура (k=1,5; z1=3) сопряженным профилем является непосредственно контур эллипса.
Наибольший практический интерес с точки зрения технологичности производства представляет эллипсоидальный ГМ с кинематическим отношением 2:3 (с кратностью действия механизма, равной 2), сечение ротора которого является правильным эллипсом, что позволяет использовать его при создании высоконапорных насосов взамен рабочих органов с кинематическим отношением 1:2.
Используемый в насосостроении подобный ГМ, выполненный на базе традиционного гипоциклоидального зацепления, имеет исходный профиль (в данном случае профиль наружного элемента), описываемый параметрическими уравнениями:
где cо, cΔ, cе - безразмерные коэффициенты внецентроидности, смещения и формы зуба;
Как видно, параметрические уравнения традиционного исходного профиля (7) значительно сложнее уравнений эллипса (1), что обеспечивает преимущество при проектировании и изготовлении эллиптических рабочих органов, профилирование которых не предусматривает процедур смешения и эквидистантирования вспомогательного контура.
На фиг.9-11 представлены различные варианты исполнения профилей эллипсоидального механизма 2:3, образованных от общего вспомогательного контура и отличающихся коэффициентом формы эллипса.
Изобретение позволит упростить процесс проектирования и изготовления рабочих органов машин и механизмов, использующих в своей конструкции ГМ, что создаст предпосылки дальнейшего повышения эффективности применения роторных машин с плоским и пространственным зацеплением в различных отраслях техники.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №803572, 1979.
2. Балденко Д.Ф. и др. Винтовые забойные двигатели, Справочное пособие, Москва, Недра, 1999, с.20-22.
Claims (3)
1. Героторный механизм, содержащий внутренний ротор и наружный статор, выполненные в виде колес, зубья которых находятся в непрерывном контакте между собой и имеют разницу в числах зубьев, равную единице, а оси смещены на расстояние эксцентриситета, отличающийся тем, что эллипсоидальный профиль зубчатых колес механизма образован по методу обкатки начальных окружностей, одна из которых единичного радиуса r, концентрично связанная с исходным вспомогательным контуром, расположена внутри другой неподвижной окружности радиуса R=kr с возможностью обкатывания по ней без скольжения, при этом в качестве исходного вспомогательного контура использован эллипс, а коэффициент пропорциональности k, определяющий радиус направляющей окружности, равен половине необходимого числа зубьев z колеса, k = z / 2.
2. Героторный механизм по п.1, отличающийся тем, что форма его зубьев обеспечена сочетанием коэффициента формы эллипса λ, равным отношению длин его полуосей и коэффициента внецентроидности вспомогательного контура cо, представляющего собой отношение длины большой полуоси эллипса к радиусу катящейся окружности.
3. Героторный механизм по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутренний и наружный профили выполнены в виде эллипсоидальных профилей от общего контура эллипса, коэффициент формы эллипса λ и коэффициент внецентроидности cо для обеспечения условия сопряжения профилей связаны соотношением:
а радиусы направляющих окружностей наружного статора R1 и внутреннего ротора R2 равны
где r - радиус начальной окружности;
z1; z2 - соответственно числа зубьев наружного статора и внутреннего ротора.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002123327/03A RU2250340C2 (ru) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | Героторный механизм |
PCT/RU2003/000320 WO2004020826A2 (en) | 2002-08-30 | 2003-07-18 | Gerotor mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002123327/03A RU2250340C2 (ru) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | Героторный механизм |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002123327A RU2002123327A (ru) | 2004-03-10 |
RU2250340C2 true RU2250340C2 (ru) | 2005-04-20 |
Family
ID=31974196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002123327/03A RU2250340C2 (ru) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | Героторный механизм |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2250340C2 (ru) |
WO (1) | WO2004020826A2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534657C1 (ru) * | 2013-09-10 | 2014-12-10 | Виктор Владимирович Становской | Рабочий орган винтовой роторной машины |
RU192348U1 (ru) * | 2019-05-24 | 2019-09-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные механические системы" | Эллипсно-циклоидальное зубчатое зацепление |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0801392D0 (en) * | 2008-01-25 | 2008-03-05 | Artificial Lift Co Ltd | Downhole motor gearbox |
US10677006B2 (en) * | 2017-11-17 | 2020-06-09 | Rival Downhole Tools Lc | Vibration assembly and method |
CN110864645B (zh) * | 2019-11-27 | 2021-03-26 | 湖南科技大学 | 基于蒙日圆定理的椭圆工件检测装置 |
US11898560B1 (en) * | 2022-07-22 | 2024-02-13 | Perfobore Inc. | Working members of a rotary hydraulic or pneumatic machine |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69817378T2 (de) * | 1997-09-04 | 2004-06-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Innenzahnradpumpe |
RU2150566C1 (ru) * | 1998-09-24 | 2000-06-10 | ОАО НПО "Буровая техника" | Способ оптимизации геометрических параметров профиля рабочих органов одновинтовой гидромашины |
RU2162926C1 (ru) * | 2000-01-26 | 2001-02-10 | ОАО Научно-производственное объединение "Буровая техника" | Героторный механизм |
-
2002
- 2002-08-30 RU RU2002123327/03A patent/RU2250340C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-07-18 WO PCT/RU2003/000320 patent/WO2004020826A2/ru active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БАЛДЕНКО Д.Ф. и др. Винтовые забойные двигатели. Справочное пособие. - М.: Недра, 1999, с. 20-22. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534657C1 (ru) * | 2013-09-10 | 2014-12-10 | Виктор Владимирович Становской | Рабочий орган винтовой роторной машины |
WO2015038032A1 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-03-19 | Stanovskoi Viktor Vladimirovich | Рабочий орган винтовой роторной машины |
EA028571B1 (ru) * | 2013-09-10 | 2017-12-29 | Закрытое Акционерное Общество "Технология Маркет" | Рабочий орган винтовой роторной машины |
US9951619B2 (en) | 2013-09-10 | 2018-04-24 | ZAO “Technology Market” | Actuator of a rotary positive displacement machine |
RU192348U1 (ru) * | 2019-05-24 | 2019-09-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные механические системы" | Эллипсно-циклоидальное зубчатое зацепление |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2004020826A2 (en) | 2004-03-11 |
RU2002123327A (ru) | 2004-03-10 |
WO2004020826A3 (fr) | 2004-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Stosic et al. | Geometry of screw compressor rotors and their tools | |
US7766634B2 (en) | Crescent gear pump with novel rotor set | |
Chen et al. | Gear geometry of cycloid drives | |
JP4155841B2 (ja) | 歯車のトゥーシング | |
JP2019500562A (ja) | 連続歯元面接触方式の共役歯車 | |
US6230587B1 (en) | Corrugated gear and process for calculating gear profiles for corrugated gears | |
EP1382853B1 (en) | Rotary screw machine and method of transforming a motion in such a machine | |
JP2007032836A (ja) | 円弧歯形を使用した歯車及び内接歯車式ポンプ、歯車伝達装置、歯車製造法 | |
JP2001519013A (ja) | 歯車形状構成 | |
RU2250340C2 (ru) | Героторный механизм | |
JP2018513332A (ja) | 部分サイクロイド歯輪郭を有する駆動装置 | |
JPS618484A (ja) | 内接型ギヤポンプ | |
CA2520760A1 (en) | Gerotor mechanism for a screw hydraulic machine | |
JP4618566B2 (ja) | 円弧歯形を持つ歯車及びそれを使用した歯車伝達装置。 | |
RU192348U1 (ru) | Эллипсно-циклоидальное зубчатое зацепление | |
WO2017030471A1 (ru) | Двухстороннее цевочно-циклоидальное зацепление двух колес и механизм с зубчатыми колесами | |
RU184504U1 (ru) | Зубчатое колесо с гармоническим профилем зубьев | |
CN212508795U (zh) | 一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子 | |
Baldenko | Wheel Tooth Profiles of Hydraulic Machines and Mechanical Gears: Traditions and Innovations | |
CN111648956A (zh) | 一种双螺杆泵的多点啮合螺杆转子 | |
JPH05332404A (ja) | 撓み噛合い式歯車噛合構造 | |
RU217542U1 (ru) | Героторный механизм рабочих органов объемной гидравлической машины | |
CN109372746B (zh) | 一种双螺杆真空泵的正态螺线型螺杆转子 | |
RU2162926C1 (ru) | Героторный механизм | |
RU62436U1 (ru) | Рабочие органы двухвинтовой машины |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20071116 |
|
MZ4A | Patent is void |
Effective date: 20100407 |