RU2299990C1

RU2299990C1 - Rotary piston machine

Info

Publication number: RU2299990C1
Application number: RU2005132438/06A
Authority: RU
Inventors: Павел Николаевич Евдокимов (RU); Павел Николаевич Евдокимов
Original assignee: Павел Николаевич Евдокимов
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-05-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines and compressors.

SUBSTANCE: proposed rotary piston machine has housing with intake and exhaust ports. Housing accommodates rotors installed for rotation and provided with pistons secured over its circumference and forming working chambers. Rotors are mechanically coupled with output shaft by synchronizer. Rotors consist of two rings. Synchronizer includes planet pinions, cranks, gears rigidly secured inside housing, sun gears rigidly secured on output shaft and mechanically coupled with planet pinions, and tie-rods. Each tie-rod is connected with rotor by one end, and with corresponding crank by other end, each being rigidly secured on two planet pinions.

EFFECT: improved reliability and increased efficiency of machine.

Description

Изобретение относится к области двигателей и компрессоров.The invention relates to the field of engines and compressors.

Известна объемная машина (патент РФ №2084641, МПК 7 F01С 9/00, F03С 4/00), содержащая цилиндрический корпус с крышками, всасывающими и выхлопными окнами, соосные втулки с лопастями, установленные внутри корпуса с образованием рабочих камер и с возможностью вращения и кинематически связанные с выходным валом посредством механизма синхронизации, включающего тяги, сателлит с кривошипами, водило и солнечное колесо. Солнечное колесо, водило, сателлит с кривошипами и тяги размещены в полости втулок, при этом кривошипы расположены диаметрально и жестко закреплены на сателлите, солнечное колесо связано с крышкой, а водило жестко соединено с выходным валом.Known volumetric machine (RF patent No. 2084641, IPC 7 F01C 9/00, F03C 4/00) containing a cylindrical body with covers, suction and exhaust windows, coaxial bushings with blades mounted inside the body with the formation of the working chambers and with the possibility of rotation and kinematically connected with the output shaft by means of a synchronization mechanism, including traction, a satellite with cranks, a carrier and a sun wheel. The sun wheel, carrier, a satellite with cranks and rods are located in the cavity of the bushings, while the cranks are diametrically and rigidly mounted on the satellite, the sun wheel is connected to the cover, and the carrier is rigidly connected to the output shaft.

Недостатками известной машины являются:The disadvantages of the known machines are:

- недостаточно высокая надежность, связанная с консольно закрепленным выходным валом, кривошипами, малым валом и возникновением изгибающего момента на водиле;- insufficiently high reliability associated with a console mounted output shaft, cranks, a small shaft and the occurrence of bending moment on the carrier;

- низкий КПД, связанный с большими поверхностями трения втулок (роторов) с крышками корпуса машины, с наличием большого количества подшипников;- low efficiency associated with large friction surfaces of the bushings (rotors) with covers of the machine body, with the presence of a large number of bearings;

- недостаточно высокая мощность из-за низкого коэффициента использования объема рабочей камеры (используются только 4 поршня), связанная с характером пространственной кривой (эпициклоидой), получаемой при движении кривошипа.- insufficiently high power due to the low utilization of the volume of the working chamber (only 4 pistons are used), associated with the nature of the spatial curve (epicycloid) obtained when the crank moves.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является роторно-поршневая машина, описанная в патенте Франции №657641 А, МПК 7 F01С 1/077.Closest to the technical nature of the present invention is a rotary piston machine described in French patent No. 657641 A, IPC 7 F01C 1/077.

Роторно-поршневая машина содержит цилиндрический корпус в виде тороидального сердечника с всасывающими и выхлопными окнами, выходной вал, проходящий через ось тороидального сердечника, на котором установлены свободно два ротора в виде дисков, которые могут вращаться один относительно другого. По окружности внутренней цилиндрической стенки корпуса расположены несколько пар поршней, связанных с этими двумя дисками таким образом, что поршни каждой пары связаны с соответствующим диском (т.е. один поршень - с одним диском, а второй поршень - с другим). На выходном валу установлен опорный орган в виде двух поводковых дисков, на котором смонтирован второй вал. На этом валу установлены кривошипы и сателлиты. Кривошипы установлены таким образом, что их шейки вводятся в направляющие пазы роторов. Пазы выполнены по кривой, описанной плечом кривошипа во время вращательного движения. Внутри корпуса установлены большие шестерни, кинематически связанные с сателлитами. The rotary piston machine comprises a cylindrical body in the form of a toroidal core with suction and exhaust windows, an output shaft passing through the axis of the toroidal core, on which two rotors are mounted freely in the form of disks that can rotate relative to one another. Around the circumference of the inner cylindrical wall of the housing are several pairs of pistons connected with these two disks in such a way that the pistons of each pair are connected with the corresponding disk (i.e., one piston with one disk and the second piston with the other). A support member in the form of two drive discs is mounted on the output shaft, on which the second shaft is mounted. Cranks and satellites are mounted on this shaft. The cranks are mounted in such a way that their necks are inserted into the guide grooves of the rotors. The grooves are made according to the curve described by the crank arm during rotational movement. Inside the case, large gears are installed kinematically connected to the satellites.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- недостаточно высокая надежность из-за наличия большого количества деталей (подшипников, промежуточных валов с подшипниками, дисков с прорезями на опорных подшипниках, поводков с подшипниками); движение кривошипа по пазам приводит к изменению динамических характеристик движения поршней и повышенному износу шейки кривошипа и прорезей в дисках, приводящему к вибрации машины;- insufficiently high reliability due to the presence of a large number of parts (bearings, intermediate shafts with bearings, discs with slots on the supporting bearings, leads with bearings); the movement of the crank along the grooves leads to a change in the dynamic characteristics of the movement of the pistons and increased wear of the neck of the crank and slots in the disks, leading to vibration of the machine;

- недостаточно высокий КПД из-за наличия трущихся поверхностей между кривошипом и прорезями в дисках;- insufficiently high efficiency due to the presence of rubbing surfaces between the crank and slots in the disks;

- сложность конструкции из-за наличия большого количества деталей.- the complexity of the design due to the presence of a large number of parts.

Задачей изобретения является повышение надежности и увеличение КПД машины.The objective of the invention is to increase reliability and increase the efficiency of the machine.

Поставленная задача достигается тем, что в известной роторно-поршневой машине, содержащей корпус с впускными и выпускными окнами, роторы, установленные внутри корпуса с возможностью вращения, с закрепленными по их окружности поршнями с образованием рабочих камер и кинематически связанные с выходным валом посредством механизма синхронизации, включающего сателлиты, кривошипы и шестерни, жестко закрепленные внутри корпуса, согласно изобретению, роторы выполнены в виде двух колец, механизм синхронизации снабжен двумя солнечными шестернями, жестко закрепленными на выходном валу и кинематически связанными с сателлитами, а также тягами, каждая из которых одним концом связана с одним из роторов, а другим - с соответствующим ему кривошипом, каждый из которых жестко закреплен на двух сателлитах.This object is achieved in that in the known rotary piston machine comprising a housing with inlet and outlet windows, rotors mounted rotatably inside the housing with pistons fixed around their circumference to form working chambers and kinematically connected to the output shaft via a synchronization mechanism, including satellites, cranks and gears, rigidly fixed inside the housing, according to the invention, the rotors are made in the form of two rings, the synchronization mechanism is equipped with two sun gear which are rigidly fixed to the output shaft and kinematically connected to the satellites, as well as rods, each of which is connected with one end to one of the rotors and the other with a corresponding crank, each of which is rigidly fixed to two satellites.

Такое выполнение роторно-поршневой машины позволяет изменить характер движения роторов, исключив резкие толчковые движения роторов, и сделать его более плавным в моменты начала и конца очередного цикла движения.This embodiment of the rotary piston machine allows you to change the nature of the movement of the rotors, eliminating the sharp jerky movements of the rotors, and make it smoother at the beginning and end of the next cycle of movement.

На фиг.1 показан общий вид роторно-поршневой машины со снятой верхней частью корпуса;Figure 1 shows a General view of a rotary piston machine with the removed upper part of the housing;

на фиг.2 показано сечение роторно-поршневой машины;figure 2 shows a cross section of a rotary piston machine;

на фиг.3 изображены кривые движения кривошипов внутри корпуса машины.figure 3 shows the curves of the movement of the cranks inside the body of the machine.

Роторно-поршневая машина (фиг.1) содержит корпус 1, состоящий из двух частей с впускными 2 и выпускными 3 окнами. Внутри корпуса с возможностью вращения установлены роторы 4 и 5 с закрепленными по их окружности поршнями 6 и 7 (фиг.2), образующими рабочие камеры. Поршни, принадлежащие верхнему ротору 4, расположены между поршнями, принадлежащими нижнему ротору 5. Роторы выполнены в виде двух колец и плотно подогнаны между собой и к корпусу машины. Между роторами, а также между роторами и корпусом машины, установлены уплотнительные кольца 8. Роторы кинематически связаны через механизм синхронизации с выходным валом 9. Механизм синхронизации включает в себя: большие шестерни 10 и 11, жестко закрепленные внутри корпуса, солнечные шестерни 12 и 13, жестко закрепленные на выходном валу 9, сателлиты 14, которые находятся в зацеплении с шестерней 12, и сателлиты 15, которые находятся в зацеплении с шестерней 13. В механизм синхронизации также входят кривошипы 16 и 17, жестко закрепленные между сателлитами 14 и 15. На кривошипах установлены с возможностью вращения тяги 18 и 19. Тяги 18 соединены с ротором 4, а тяги 19 - с ротором 5. Большие шестерни 10 и 11 кинематически связаны соответственно с сателлитами 14 и 15.The rotary piston machine (Fig. 1) comprises a housing 1 consisting of two parts with inlet 2 and outlet 3 windows. Rotors 4 and 5 are mounted inside the housing with the possibility of rotation with pistons 6 and 7 fixed along their circumference (FIG. 2), forming working chambers. Pistons belonging to the upper rotor 4 are located between the pistons belonging to the lower rotor 5. The rotors are made in the form of two rings and are tightly fitted together and to the machine body. O-rings are installed between the rotors, as well as between the rotors and the machine body 8. The rotors are kinematically connected via a synchronization mechanism to the output shaft 9. The synchronization mechanism includes: large gears 10 and 11, rigidly fixed inside the housing, sun gears 12 and 13, rigidly mounted on the output shaft 9, the satellites 14, which are meshed with the gear 12, and the satellites 15, which are meshed with the gear 13. The synchronization mechanism also includes cranks 16 and 17, rigidly fixed between the satellite 14 and 15. On the cranks, the rods 18 and 19 are mounted for rotation. The rods 18 are connected to the rotor 4, and the rods 19 are connected to the rotor 5. The large gears 10 and 11 are kinematically connected respectively to the satellites 14 and 15.

Машина работает следующим образом.The machine operates as follows.

Момент, приложенный к выходному валу 9, одновременно приводит во вращение жестко закрепленные на нем солнечные шестерни 12 и 13. Вращение от солнечных шестерен передается на входящие с ними в зацепление сателлиты 14 и 15 и жестко закрепленные на них кривошипы 16 и 17. Вращаясь, сателлиты 14 и 15 обкатываются по жестко закрепленным на корпусе 1 большим шестерням 10 и 11, одновременно двигаясь вокруг оси двигателя по гипоциклоидам (фиг.3).The moment applied to the output shaft 9 simultaneously rotates the sun gears 12 and 13 that are rigidly fixed on it. Rotation from the sun gears is transmitted to the satellites 14 and 15 and the cranks 16 and 17 that are rigidly fixed to them and rotate the satellites. 14 and 15 are driven around by large gears 10 and 11 rigidly fixed to the housing 1, while simultaneously moving around the axis of the engine along hypocycloids (Fig. 3).

В прототипе связь меду кривошипами и роторами, осуществляемая через пазы, приводит к длительным полным остановкам роторов с поршнями с последующим мгновенным разгоном их до больших скоростей, вследствие чего возникают толчковые движения и удары шеек кривошипов о прорези в дисках.In the prototype, the connection between the cranks and rotors through the grooves leads to long complete stops of the rotors with pistons, followed by their instant acceleration to high speeds, as a result of which there are jerky movements and impacts of the crank necks on the slots in the disks.

В отличие от прототипа в заявляемой конструкции кривошипы 16 и 17 через тяги 18 и 19 приводят в движение соединенные с ними роторы 4 и 5 с закрепленными на них поршнями 6 и 7. При этом пока кривошип 16 совершает движение по кривой АВС (фиг.3), другой кривошип 17 совершает движение из точки С в точку D, перемещаясь на угол α. В результате наложения движений кривошипов 16 и 17 по гипоциклоидам и концов тяг 18 и 19, соединенных с кривошипами по дугам окружностей, положение роторов с закрепленными на них поршнями, а следовательно, и объемы рабочих камер, заключенные между комплектами поршней 5 и 6, плавно изменяются. Одновременно изменяются и положения обоих комплектов поршней по отношению к корпусу двигателя. В одной части камер происходит расширение и, как следствие, всасывание через окна 2, а в другой части - сжатие с последующим выхлопом через выпускные окна 3. В результате сжатия, впрыска топлива и поджигания рабочей смеси в части камер возникает высокое давление, действующее как на стенки корпуса, так и на поршни 6 и 7, заставляя их разойтись. Через поршни усилие передается на роторы 4 и 5. Роторы через тяги 18 и 19 воздействуют на кривошипы 16 и 17, заставляя их перемещаться, тем самым приводя во вращение жестко закрепленные на них сателлиты 14 и 15. От сателлитов вращение передается солнечным шестерням 12 и 13, а следовательно, выходному валу 9. По мере того, как поршни 6 и 7 под действием высокого давления газов расходятся, в части других камер происходит сжатие, впрыск и поджигание рабочей смеси, и цикл повторяется. Применительно к компрессору количество впускных 2 и выпускных 3 окон должно быть увеличено.Unlike the prototype in the claimed design, the cranks 16 and 17 through the rods 18 and 19 drive the rotors 4 and 5 connected to them with the pistons 6 and 7 attached to them. At the same time, while the crank 16 is moving along the ABC curve (figure 3) , another crank 17 makes a movement from point C to point D, moving at an angle α. As a result of superposition of the movements of the cranks 16 and 17 along the hypocycloids and the ends of the rods 18 and 19 connected to the cranks along the arcs of circles, the position of the rotors with the pistons fixed on them, and therefore the volumes of the working chambers enclosed between the sets of pistons 5 and 6, smoothly change . At the same time, the positions of both sets of pistons with respect to the engine casing also change. In one part of the chambers, expansion occurs and, as a result, absorption through the windows 2, and in the other part, compression followed by exhaust through the exhaust windows 3. As a result of compression, fuel injection and ignition of the working mixture in the part of the chambers, high pressure acts, acting on the walls of the body, and on the pistons 6 and 7, forcing them to disperse. Through the pistons, the force is transmitted to the rotors 4 and 5. The rotors through the rods 18 and 19 act on the cranks 16 and 17, forcing them to move, thereby turning the satellites 14 and 15 rigidly fixed on them, and from the satellites the rotation is transmitted to the sun gears 12 and 13 and, consequently, the output shaft 9. As the pistons 6 and 7 diverge under the influence of high gas pressure, compression, injection and ignition of the working mixture occur in other chambers, and the cycle repeats. In relation to the compressor, the number of inlet 2 and outlet 3 windows should be increased.

По сравнению с известными предложенная роторно-поршневая машина обладает следующими преимуществами:Compared with the known proposed rotary piston machine has the following advantages:

- более высокая надежность в результате исключения некоторых подшипниковых узлов, изменения динамической характеристики роторов за счет исключения толчковых движений, приводящих к ухудшению общей динамической балансировки машины, снижению износа шеек кривошипов;- higher reliability as a result of the exclusion of some bearing assemblies, changes in the dynamic characteristics of the rotors due to the exclusion of jerky movements, leading to a deterioration in the overall dynamic balancing of the machine, reducing wear on the necks of the cranks;

- более высокий КПД из-за исключения трущихся поверхностей между кривошипом и прорезями в дисках;- higher efficiency due to the exclusion of rubbing surfaces between the crank and the slots in the disks;

- упрощение конструкции за счет исключения опорных дисков с подшипниковыми узлами и второго вала.- simplification of the design by eliminating the support discs with bearing assemblies and the second shaft.

Claims

A rotary piston machine comprising a housing with inlet and outlet windows, rotors mounted rotatably inside the housing, with pistons fixed around their circumference to form working chambers and kinematically connected to the output shaft via a synchronization mechanism including satellites, cranks and gears, rigidly fixed inside the housing, characterized in that the rotors are made in the form of two rings, the synchronization mechanism is equipped with two sun gears, rigidly fixed to the output shaft and kinematic Ski associated with satellites, and rods, each having one end connected to one of the rotors and the other - with the corresponding crank, each of which is rigidly fixed to the two satellites.