RU2701306C1 - Rotary bulk machine - Google Patents
Rotary bulk machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701306C1 RU2701306C1 RU2018112941A RU2018112941A RU2701306C1 RU 2701306 C1 RU2701306 C1 RU 2701306C1 RU 2018112941 A RU2018112941 A RU 2018112941A RU 2018112941 A RU2018112941 A RU 2018112941A RU 2701306 C1 RU2701306 C1 RU 2701306C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gear
- working
- housing
- gears
- teeth
- 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
- F01C3/00—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members
- F01C3/06—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
- F01C3/08—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/48—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members
- F04C18/54—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
- F04C18/56—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к компрессорам для перекачивания газов, создания вакуума, а так же к силовым элементам пневмоприводов - пневмомоторам, пневмокомпрессорам, и кроме того, может составлять основу для создания роторных ДВС.The invention relates to mechanical engineering, in particular to compressors for pumping gases, creating a vacuum, as well as to power elements of pneumatic drives - pneumatic motors, pneumatic compressors, and in addition, can form the basis for creating rotary internal combustion engines.
В объемных гидромашинах роторного типа в создании потока рабочей среды и придания ему напора (давления) участвуют вытеснители, принцип функционирования которых сводится либо к изменению межлопаточного объема при вращении ротора за счет архитектуры корпуса, либо к слиянию нескольких потоков в результирующий, так же за счет соответствующей формы корпуса и при наличии экранирующих (запирающих) пластин, либо к непосредственному вытеснению жидкости, на пример, зубьями зубчатых колес.In volumetric hydraulic machines of rotary type, displacers are involved in creating a working medium flow and giving it a pressure (pressure), the principle of operation of which is either to change the interscapular volume during rotation of the rotor due to the housing architecture, or to merge several flows into the resulting one, also due to the corresponding the shape of the case and in the presence of shielding (locking) plates, or to direct displacement of the liquid, for example, by the teeth of gears.
Эффективность рабочего процесса рассматриваемого второго типа роторных гидромашин во многом зависит от изоляции порций рабочей среды, располагающихся между лопатками, во-первых, друг от друга, во-вторых, в направлении пазух между дисками роторов и крышками корпуса.The efficiency of the working process of the considered second type of rotary hydraulic machines largely depends on the isolation of portions of the working medium located between the blades, firstly, from each other, and secondly, in the direction of the sinuses between the rotor disks and the housing covers.
В известном роторно-поршневом - радиальном компрессоре (WO 03/055551 A1 (SELEON GMBH), 10.07.2003, F04C 18/56), содержащем входной канал, выходной канал, первое рабочее колесо с лопастями, второе рабочее колесо с лопастями, которому через приводной вал передается вращение, корпус, который образуется исключением объемов подшипников рабочих колес симметрично относительно плоскости симметрии, при этом рабочие колеса расположены в корпусе таким образом, что лопасти первого рабочего колеса внедряются в полость между лопастями другого рабочего колеса, а их оси вращения пересекаются в точке под углом в плоскости симметрии, при этом одна лопасть в первой полости при повороте рабочего колеса вытесняет больший или меньший объем, так что жидкость благодаря выходному каналу (11) удаляется, или благодаря входному каналу всасывается, в лопасти рабочего колеса встроены магниты, так что каждая лопасть одного рабочего колеса отталкивает близлежащие лопасти другого рабочего колеса, и таким образом от одного рабочего колеса к другому рабочему колесу мощность передается без контакта.In the well-known rotary piston-radial compressor (WO 03/055551 A1 (SELEON GMBH), 07/10/2003,
В предлагаемом варианте передачи крутящего момента на второе рабочее колесо отсутствуют всякие механические износы между колесами. Однако, такое устройство может работать лишь в качестве центробежно-вихревого насоса с низким коэффициентом полезного действия (30-40%) при преобразовании энергии из механической формы в гидравлическую, поскольку отсутствует смыкание лопастей в их зацеплении и рабочая среда перетекает из зоны высокого давления в зону низкого через незапертый лабиринт между лопастями обратным перетоком.In the proposed embodiment, the transmission of torque to the second impeller is not any mechanical wear between the wheels. However, such a device can only work as a centrifugal vortex pump with a low efficiency (30-40%) when converting energy from a mechanical form to hydraulic, since there is no closure of the blades in their engagement and the working fluid flows from the high pressure zone to the zone low through an unlocked labyrinth between the blades by the reverse flow.
Известна так же роторная гидро-пневмомашина (патент на изобретение №2627753, опубл. 11.8.2017., Бюл. №23), принятая за прототип, содержащая корпус с торцовыми крышками, в расточках которого размещены ведущая и ведомая рабочие шестерни, состоящие из полой ступицы и диска с размещенными на его периферии зубьями с несимметричным профилем, образующими зубчатый венец, имеющими лицевую и тыльную поверхности, каналы подвода-отвода рабочей жидкости, уплотнительные элементы, рабочие шестерни выполнены коническими и каждая из двух пар одноименных шестерен образуют аксиальные передачи с пересекающимися в одной точке осями вращения, при этом, два канала подвода-отвода расположены на корпусе в зоне максимального перекрытия зубьев рабочих шестерен, а два других в зонах начала сцепления зубьев, каналы расположены на периферии корпуса и снабжены запорной аппаратурой.Also known is a rotary hydro-pneumatic machine (patent for the invention No. 2627753, publ. 11.8.2017., Bull. No. 23), adopted for the prototype, containing a housing with end caps, in the bores of which are placed the driving and driven working gears, consisting of a hollow hubs and discs with teeth placed on its periphery with an asymmetric profile, forming a ring gear, having front and back surfaces, channels for supplying and discharging working fluid, sealing elements, working gears are made bevel and each of two pairs of the same gears form axial gears with axes of rotation intersecting at one point, while two supply and exhaust channels are located on the housing in the zone of maximum overlap of the teeth of the working gears, and the other two in the zones of the beginning of tooth adhesion, the channels are located on the periphery of the housing and are equipped with locking equipment.
Рассматриваемая конструкция роторной гидро-пневмомашины предполагает выполнение каждого зуба ведущей и ведомой рабочих конических шестерен в виде секций (п. 1.13. формулы изобретения прототипа), которые при зацеплении образуют сложный лабиринт, препятствующий перетоку через него рабочей жидкости. Сопрягаемые поверхности каждой пары частей зуба из каждой секции зацепляющихся рабочих конических шестерен спрофилированы линейчатой поверхностью, образованной образующей, исходящей из центра пересечения осей рабочих конических шестерен, по условию кинематики движения входной кромки зуба по мере вхождения ее в зацепление при синхронном повороте этих шестерен. Такой профиль предполагает непосредственный контакт частей зубьев, а значит, и исключение зазора между ними, что при точном исполнении конических шестерен предупреждает произвольный переток рабочей среды через сопряжение из одного межзубового пространства в другое.The considered design of a rotary hydro-pneumatic machine involves the implementation of each tooth of the driving and driven working bevel gears in the form of sections (paragraph 1.13 of the claims of the prototype), which, when engaged, form a complex maze that prevents the flow of working fluid through it. The mating surfaces of each pair of tooth parts from each section of the engaging working bevel gears are profiled with a ruled surface formed by a generatrix originating from the center of intersection of the axes of the working bevel gears, according to the kinematics of the movement of the tooth input edge as it engages when these gears rotate synchronously. Such a profile implies direct contact of the parts of the teeth, and hence the exclusion of the gap between them, which, when the bevel gears are executed accurately, prevents an arbitrary flow of the working medium through mating from one interdental space to another.
Однако, неконтролируемый переток из одного межзубового объема в другой в той или иной мере имеет место через пазухи между диском рабочей конической шестерни и торцовыми крышками корпуса (Фиг. 1, элемент 1), поскольку существующее в прототипе лабиринтное уплотнение в виде кольцевого выступа на диске с сопрягаемой канавкой на торцовой крышке снижает переток, но не исключает его совсем.However, an uncontrolled transfer from one interdental volume to another takes place, to one degree or another, through the sinuses between the disk of the working bevel gear and the end caps of the housing (Fig. 1, element 1), since the labyrinth seal in the form of an annular protrusion on the disk with mating groove on the end cap reduces overflow, but does not exclude it at all.
Снижение функциональных показателей (объемного к.п.д.) рассматриваемой роторной гидро-пневмомашины может иметь место так же из-за возможного перетока рабочей среды с зубьев в зазор:A decrease in functional indicators (volumetric efficiency) of the considered rotary hydro-pneumatic machine may also occur due to the possible overflow of the working medium from the teeth into the gap:
- на малом радиусе зубчатого венца (Фиг. 1, элемент 2) каждой из рабочих конических шестерен между неподвижной конической корпусной стенкой в расточке корпуса и подвижными торцами зубьев;- on a small radius of the ring gear (Fig. 1, element 2) of each of the working bevel gears between the fixed bevel housing in the housing bore and the movable ends of the teeth;
- на наибольшем радиусе зубьев рабочих конических шестерен между торцами подвижных зубьев и периферийными стенками расточек корпуса (Фиг. 1, элемент 3);- on the largest radius of the teeth of the working bevel gears between the ends of the movable teeth and the peripheral walls of the bore of the body (Fig. 1, element 3);
- между вершинами подвижных зубьев и неподвижной торцовой стенкой в каждой из расточек корпуса (Фиг. 1, элемент 4).- between the vertices of the movable teeth and the fixed end wall in each of the bores of the body (Fig. 1, element 4).
Причем, эти перетоки с повышением быстроходности роторной гидро-пневмомашины, что имеет место на газообразных средах, будут увеличиваться, поскольку к разности статических давлений по обе стороны сопряженных лопастей добавится еще неравномерность давлений за счет динамической составляющей от воздействия каждой быстровращающейся лопасти на рабочую среду.Moreover, these flows, with an increase in the speed of the rotary hydraulic-pneumatic machine, which takes place on gaseous media, will increase, since the pressure unevenness on both sides of the mating blades will add pressure unevenness due to the dynamic component from the influence of each rapidly rotating blade on the working medium.
В процессе эксплуатации вышерассмотренные зазоры имеют тенденцию расти либо за счет щелевой кавитации при работе на жидкостях, либо за счет абразивного износа при работе на абразивных рабочих средах, следовательно, рабочие показатели таких устройств будут снижаться:During operation, the above clearances tend to increase either due to crevice cavitation when working on liquids, or due to abrasive wear when working on abrasive media, therefore, the performance of such devices will decrease:
- при их использовании в качестве насосов и компрессоров напор и подача будут падать;- when they are used as pumps and compressors, the pressure and flow will fall;
- при их использовании в качестве гидро и пневмомоторов будут снижаться момент на валу и его обороты, что в обоих случаях приведет к необходимости повышения потребляемой мощности для достижения требуемых показателей работы роторной гидро-пневмомашины.- when they are used as hydraulic and pneumatic motors, the torque on the shaft and its speed will decrease, which in both cases will lead to the need to increase power consumption to achieve the required performance of a rotary hydraulic pneumatic machine.
Достройка устройств системой контактных уплотнений значительно усложнит конструкцию в целом, повысит ее стоимость, снизит надежность. Кроме того, высокий перепад давлений на уплотнении требует большей степени прижатия скользящих поверхностей, а это в значительной степени увеличивает момент на валу роторной гидро-пневмомашины за счет повышения трения.The completion of devices with a contact seal system will significantly complicate the design as a whole, increase its cost, and reduce reliability. In addition, the high pressure drop across the seal requires a greater degree of pressing of the sliding surfaces, and this greatly increases the moment on the shaft of the rotary hydraulic-pneumatic machine due to increased friction.
Другой особенностью прототипа является то, что подводящие и отводящие каналы имеют протяженность почти по всей зоне обжатия и расширения, что обуславливает работу зубьев только в районе замыкателя. Таким образом, зона всасывания от зоны нагнетания отделяется только одной парой сопряженных зубьев и выдерживает полный перепад давления, создаваемого насосом, или гидромотором при нагрузке. Такой перепад давления при существующих зазорах вокруг вращающихся зубьев, охватываемых соответствующими неподвижными поверхностями проточек корпуса обуславливает высокие объемные потериAnother feature of the prototype is that the inlet and outlet channels extend over almost the entire compression and expansion zone, which determines the operation of the teeth only in the area of the contactor. Thus, the suction zone from the discharge zone is separated by only one pair of mating teeth and can withstand the complete pressure drop created by the pump or by a hydraulic motor under load. Such a pressure drop with existing gaps around the rotating teeth covered by the corresponding fixed surfaces of the grooves of the housing causes high volumetric losses
гдеWhere
μ - коэффициент расхода, обуславливаемый схемой истечения;μ is the flow coefficient determined by the flow pattern;
ω - площадь поперечного сечения контура истечения, м2;ω is the cross-sectional area of the outflow circuit, m 2 ;
Н - напор жидкости перед зазором, м;N is the pressure of the fluid in front of the gap, m;
g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с.g - gravity acceleration, g = 9.81 m / s.
Целесообразно было бы распределить этот перепад давления на большее число (k) пар лопастей. Тогда общие потери на каскаде последовательных местных сопротивлений составили бы толькоIt would be advisable to distribute this differential pressure to a larger number (k) of pairs of blades. Then the total losses in the cascade of consecutive local resistances would be only
гдеWhere
k - число пар лопастей, участвующих в блокаде перепада давления.k is the number of pairs of blades involved in the blockade of differential pressure.
Однако, в прототипе это мероприятие не предусмотрено.However, the prototype of this event is not provided.
Причем, при частичном перекрытии венцов рабочих конических шестерен, что имеет место у прототипа, количество пар зубьев участвовавших бы в сдерживании перепада давления в этом случае так же не соответствует максимально возможному, поскольку зубья вне зацепления зубчатых шестерен совершают лишь холостой ход на дуге вне зацепления и не участвуют в создании и сдерживании давления. Кроме того, не участвующие в зацеплении зубья обуславливают нефункциональные, паразитные объемы, а значит избыточные габариты и массу гидромашины.Moreover, with a partial overlap of the crowns of the working bevel gears, which is the case with the prototype, the number of tooth pairs involved in restraining the pressure drop in this case also does not correspond to the maximum possible, since the teeth outside the mesh gears make only idle on the arc outside the mesh and Do not participate in the creation and containment of pressure. In addition, the teeth that are not involved in the engagement cause non-functional, parasitic volumes, which means excessive dimensions and weight of the hydraulic machine.
Третьей особенностью такой компоновки является то, что в этом случае не обеспечивается плавное обжатие жидкости при повышенной частоте вращения рабочих конических шестерен, и поэтому имеют место значительные гидравлические потери, пропорциональные квадрату скорости перетока.The third feature of this arrangement is that in this case, a smooth compression of the liquid is not ensured at an increased rotational speed of the bevel gears, and therefore significant hydraulic losses occur proportional to the square of the flow rate.
Следующей особенностью наличия зоны, в которой зубья не находятся в зацеплении является то, что все элементы деталей и сами детали роторной гидро-пневмомашины в процессе работы совершают колебания с собственными частотами. При вхождении зубьев из свободного состояния в зацепление они, зубья, так же колеблются, во-первых, как консольные элементы, установленные на диске, во-вторых, за счет колебаний сложной формы самого диска, как несущего элемента зубьев, в-третьих, за счет колебаний неподвижных элементов корпуса, удерживающих подвижные, а так же за счет колебаний самих подвижных элементов в пределах зазоров их монтажа.Another feature of the presence of the zone in which the teeth are not engaged is that all the elements of the parts and the details of the rotary hydraulic-pneumatic machine during operation operate with natural frequencies. When the teeth enter from the free state into engagement, they, the teeth, also oscillate, firstly, as cantilever elements mounted on the disk, and secondly, due to vibrations of the complex shape of the disk itself as a bearing element of the teeth, and thirdly, due to vibrations of the fixed elements of the housing holding the movable, as well as due to vibrations of the moving elements themselves within the gaps of their installation.
Следовательно, такой колеблющийся зуб занимает гораздо больший объем, чем определяемый геометрическими размерами в статике, и при вхождении в зацепление с другим таким же зубом (другой рабочей конической шестерни) происходит их взаимное соударение. Результат соударения передается по материалу рабочих конических шестерен на другие зубья, находящиеся в зацеплении, и так же заставляет их дрожать. Взаимные соударения зубьев, находящихся в зацеплении, обуславливают и взаимные их отталкивания, что вызывает периодическое создание зазора между ними, то есть периодическую разгерметизацию стыка.Consequently, such an oscillating tooth occupies a much larger volume than that determined by the geometrical dimensions in statics, and when they engage with another same tooth (another working bevel gear), they mutually collide. The result of the impact is transmitted through the material of the working bevel gears to other teeth that are engaged, and also makes them tremble. Mutual collisions of the teeth engaged, cause their mutual repulsion, which causes periodic creation of a gap between them, that is, periodic depressurization of the joint.
Кроме того, это обстоятельство является дополнительным сопротивлением вращению рабочих конических шестерен во время фазы каждого вхождения зубьев в зацепление, а так же причиной износа, как самих зубьев, так и корпуса в этой зоне и зоне расхождения зубьев.In addition, this circumstance is additional resistance to the rotation of the working bevel gears during the phase of each tooth engagement, as well as the cause of wear of both the teeth themselves and the housing in this zone and the zone of divergence of the teeth.
Другим обстоятельством, обуславливающим отрицательное следствие, является наличие элемента корпуса между центральными частями рабочих конических шестерен в виде аксиального кольца, подвешенного к корпусу на тонкой перемычке. Небольшая жесткость консольной перемычки дает возможность колебаний этого элемента корпуса с большой амплитудой, что в свою очередь вызывает повышение объемных потерь через зазор стенка корпуса - вращающийся зуб, его увеличение за счет износа от периодического ударного контакта, и поэтому еще большее возрастание объемных потерь по мере работы.Another circumstance causing a negative consequence is the presence of a housing element between the central parts of the bevel gears in the form of an axial ring suspended from the housing on a thin jumper. The small rigidity of the cantilever jumper makes it possible to oscillate this element of the casing with a large amplitude, which in turn causes an increase in volumetric losses through the gap of the casing wall - a rotating tooth, its increase due to wear from periodic impact contact, and therefore an even greater increase in volumetric losses during operation .
К тому же небольшая толщина перемычки не позволяет в ней разместить коммуникации подвода - отвода рабочей среды, поскольку с одной стороны их там просто трудно разместить, а с другой стороны целенаправленное их размещение в еще большей степени снизит жесткость и прочность такой перемычки.In addition, the small thickness of the jumper does not allow it to accommodate the supply and exhaust communications of the working environment, since on the one hand they are simply difficult to place there, and on the other hand, their targeted placement will even more reduce the rigidity and strength of such a jumper.
Увеличение же толщины перемычки можно осуществить только за счет увеличения угла θ развала рабочих конических шестерен, а это мероприятие приведет к сокращению числа зубьев участвующих одновременно в зацеплении и увеличение количества зубьев вне зацепления.An increase in the thickness of the jumper can only be achieved by increasing the angle θ of the camber of the working bevel gears, and this measure will lead to a reduction in the number of teeth participating simultaneously in the engagement and an increase in the number of teeth outside the engagement.
Научно-технический прогресс обеспечивает должный уровень материального благополучия общества, а для обеспечения более интенсивного развития техники следует учитывать объективные законы ее эволюции. В настоящее время техника развивается по двум направлениям:Scientific and technological progress provides the proper level of material well-being of society, and to ensure a more intensive development of technology, the objective laws of its evolution should be taken into account. Currently, the technology is developing in two directions:
- создание новых устройств, технологий на основе новых физических принципов действия;- the creation of new devices, technologies based on new physical principles of action;
- совершенствование существующих машин.- improvement of existing machines.
Первые образцы новых устройств чаще всего более перспективны, но несовершенны и подвержены «детским болезням», для устранения которых необходим хронологический ресурс.The first samples of new devices are most often more promising, but imperfect and prone to "childhood diseases", for the elimination of which a chronological resource is needed.
Традиционные конструкции тоже были когда-то принципиальными новинками, но в значительной мере прошли путь совершенствования, следовательно, должны обладать, как высокими функциональными показателями, так и эксплуатационными характеристиками - долговечность, экономичность, надежность, массогабаритные характеристики, низкая стоимость и т.д.Traditional designs were also once fundamental innovations, but to a considerable extent have gone the way of improvement, therefore, they must have both high functional indicators and operational characteristics - durability, economy, reliability, weight and size characteristics, low cost, etc.
Рассматриваемый же прототип обладает пониженными качествами по герметичности, что снижает эффективность его рабочего процесса, а это обстоятельство делает необходимым для достижения требуемых результатов:The prototype under consideration has reduced qualities of tightness, which reduces the efficiency of its working process, and this circumstance makes it necessary to achieve the required results:
- либо увеличивать габариты машины по сравнению с ее возможно более совершенным вариантом;- either increase the dimensions of the machine compared to its possibly more advanced version;
- либо увеличивать обороты его роторной части - скорость вращения рабочих конических шестерен.- either increase the speed of its rotor part - the speed of rotation of the bevel gears.
Каждое из указанных мероприятий влечет за собой необходимость повышения мощности привода, а значит в обоих случаях увеличение габаритов агрегата в целом, следовательно, и его стоимости, и стоимости всей машины, чей частью он является.Each of these measures entails the need to increase drive power, which means in both cases an increase in the overall dimensions of the unit, and therefore, its cost and the cost of the entire machine, of which it is a part.
Несовершенство рабочего процесса будет так же повышать и эксплуатационные расходы, суммарное удорожание которых со временем в сотни раз могут превысить капитальные затраты.The imperfection of the working process will also increase operating costs, the total rise in price of which over time can be hundreds of times higher than capital costs.
Таким образом, эксплуатационные показатели таких гидромашин на сегодняшний день еще низкие, что обуславливает их недостаточную эффктивность и недостаточные объемы применения их в промышленности. Так пока еще громоздкие массогабаритные показатели этих устройств ограничивают их использование в авиации и космонавтике, недостаточная надежность часто вообще исключает их применение в военной технике. Низкая экономичность рабочего процесса таких устройств обуславливает и низкую конкурентную способность на рынке продаж.Thus, the operational performance of such hydraulic machines is still low today, which leads to their insufficient efficiency and insufficient volumes of their use in industry. Since the bulky overall dimensions of these devices still limit their use in aviation and astronautics, insufficient reliability often generally excludes their use in military equipment. The low efficiency of the working process of such devices leads to low competitive ability in the sales market.
Область использования данного типа машин очень обширна: насосная, компрессорная техника, исполнительные механизмы в гидро-пневмосистемах, ручная насосо-компрессорная техника в садово-огородном и фермерском хозяйствах, они могут являться напорными элементами при безмоторном подъеме воды из рек и родников для водоснабжения хуторов и малых поселений, могут быть использованы в качестве турбин, причем, как в системе с другими механизмами (ДВС с наддувом), так и в виде собственно турбин при производстве электроэнергии, являться основой роторных ДВС, и т.д.The field of use of this type of machine is very extensive: pumping, compressor equipment, actuators in hydro-pneumatic systems, manual pump-compressor equipment in gardening and farming enterprises, they can be pressure elements in the non-motorized rise of water from rivers and springs for water supply to farms and small settlements, can be used as turbines, and, both in a system with other mechanisms (ICE with supercharging), and in the form of turbines themselves in the production of electricity, the rotor is the basis s ICE, etc.
При существующем уровне показателей качества это устройство может быть использовано в небольшой, ограниченной частиWith the existing level of quality indicators, this device can be used in a small, limited part
вышерассмотренного сегмента, а при достижении устройством более совершенного исполнения оно может занять более значительную нишу среди перечисленных механизмов.the above segment, and when the device reaches a more perfect performance, it can occupy a more significant niche among the listed mechanisms.
Кроме того, технически совершенные машины являются основой для создания на основе их комплексов с новыми свойствами, с расширенной областью использования, в том числе в нетрадиционных на данный момент сферах жизнедеятельности людей.In addition, technically advanced machines are the basis for creating on the basis of their complexes with new properties, with an expanded area of use, including in areas that are currently not traditional for people.
Так, согласно объективным законам развития техники, следующим этапом производства машин является этап создания адаптирующихся к условиям и поставленным задачам устройств-роботов путем дополнения многовариантной механической части искусственным интеллектом. Следовательно, необходимо уже сейчас производить такие механизмы и устройства, которым присущи вариантность, возможность перевоплощения путем либо изменения режима рабочего процесса, либо путем незначительной конструктивной подналадки. При этом их рабочие процессы должны быть совершенны, а массогабаритные показатели минимальны.So, according to the objective laws of the development of technology, the next stage in the production of machines is the stage of creating robotic devices that adapt to the conditions and tasks set by supplementing the multivariate mechanical part with artificial intelligence. Therefore, it is necessary now to produce such mechanisms and devices that are characterized by variability, the possibility of reincarnation by either changing the mode of the working process, or by a slight constructive subadjustment. At the same time, their work processes must be perfect, and overall dimensions are minimal.
В отношении, например, роботов-манипуляторов это устройство актуально так же и для обеспечения движения, поскольку в данном случае пневмопривод характеризуется высоким быстродействием, малыми габаритами и весом, составляющих его деталей, бесплатной рабочей средой - воздухом.With respect to, for example, robotic manipulators, this device is also relevant for providing movement, since in this case the pneumatic actuator is characterized by high speed, small dimensions and weight, its constituent parts, and a free working medium - air.
Таким образом, в настоящее время назрела необходимость наличия малогабаритной, но с требуемыми показателями качества роторной объемной машины для работы на газах. Наиболее целесообразным вариантом ее создания является использование в качестве ее основы роторной гидро- пневмомашины.Thus, at present, there is a need for a small-sized, but with the required quality indicators of a rotary volumetric machine for working on gases. The most appropriate option for its creation is to use a rotary hydro-pneumatic machine as its basis.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности роторной объемной машины при работе на газах путем увеличения объемного коэффициента полезного действия.The aim of the invention is to increase the efficiency of a rotary volumetric machine when working on gases by increasing the volumetric efficiency.
Для достижения поставленной цели в известной роторной гидро- пневмомашине, содержащей корпус с торцовыми крышками, в расточках которого размещены ведущая и ведомая рабочие шестерни, образующие аксиальную передачу, каждая рабочая шестерня которой состоит из полой ступицы и диска с размещенными на его периферии, в виде венца, зубьями, состоящими из отдельных секций с несимметричным профилем, имеющими лицевую и тыльную поверхности, в корпусе образованы каналы подвода-отвода рабочей среды, рабочие шестерни установлены на полых осях под углом, обеспечивающим перекрытие их венцов зубьев на всей окружности, каждая полая ось закреплена с одной стороны на торцовой крышке корпуса, а с другой стороны соединена с частью корпуса, расположенной между центральными частями рабочих шестерен, диск каждой рабочей шестерни снабжен, по крайней мере, двумя обечайками, охватывающими венец из зубьев с наружной и внутренней стороны, каждая секция зубьев снабжена постоянными магнитами, диск ведущей рабочей шестерни снабжен зубчатой передачей с выходом вала из внутреннего пространства корпуса через уплотнение, сквозные отверстия полых осей являются каналами подвода-отвода рабочей среды.To achieve this goal, in the well-known rotary hydro-pneumatic machine, comprising a housing with end caps, in the bores of which are placed the driving and driven working gears forming an axial gear, each working gear of which consists of a hollow hub and a disk with a crown placed on its periphery , with teeth consisting of separate sections with an asymmetric profile having front and rear surfaces, channels for supplying and discharging the working medium are formed in the housing, working gears are mounted on the hollow axes at an angle m, ensuring the overlapping of their tooth crowns on the entire circumference, each hollow axis is fixed on one side to the end cover of the housing, and on the other hand is connected to a part of the housing located between the central parts of the working gears, the disk of each working gear is equipped with at least two with shells covering the crown of teeth from the outer and inner sides, each section of the teeth is equipped with permanent magnets, the drive drive gear wheel is equipped with a gear transmission with the output of the shaft from the inner space of the housing through the seal, the through holes of the hollow axes are channels for supplying and discharging the working medium.
При этом:Wherein:
- корпус может быть образован непосредственно из торцовых крышек, каждая из которых имеет меридиональный разъем по плоскости осей вращения рабочих шестерен;- the housing can be formed directly from the end caps, each of which has a meridional connector along the plane of the axes of rotation of the working gears;
- каждая из обечаек каждой рабочей шестерни может быть выполнена в виде части полого тора, образующего в сечении наибольшего перекрытия зубьев или замкнутое кольцо, или кольцо с одним, или кольцо двумя окнами;- each of the shells of each working gear can be made in the form of a part of a hollow torus, forming in the cross section of the greatest overlap of the teeth either a closed ring, or a ring with one, or a ring with two windows;
- поверхности обечаек могут быть выполнены сферическими с радиусами, проведенными из центра, совпадающего с точкой пересечения осей рабочих шестерен аксиальной передачи:- the surface of the shells can be made spherical with radii drawn from the center coinciding with the point of intersection of the axes of the working gears of the axial gear:
- - поверхности обечаек каждой из рабочих шестерен могут иметь равные одноименные радиусы с произвольным соотношением ширин, при условии суммарной ширины обечаек не превышающей ширину зубчатого венца;- - the surface of the shells of each of the working gears can have equal radii of the same name with an arbitrary ratio of the widths, provided the total width of the shells does not exceed the width of the ring gear;
- - поверхности обечаек рабочих шестерен могут сопрягаться по всей ширине венца с минимальным радиальным зазором у одноименных обечаек между собой, как с наружной, так и с внутренней стороны венцов, а меньшая по диаметру обечайка наружной пары, и большая по диаметру обечайка внутренней пары имеют за каждой секцией своих зубьев прорези под секции зубьев другой рабочей шестерни;- - the surfaces of the shells of the working gears can be mated along the entire width of the crown with a minimum radial clearance between the shells of the same name, both from the outer and the inside of the crowns, and the smaller shell of the outer pair and the larger shell of the inner pair have each section of its teeth cuts under the tooth section of another working gear;
- - одна из обечаек может охватывать зубчатый венец частично, а другая охватывает зубчатый венец по всей ширине с выборкой четверти со стороны венца под размещение первой с минимальным радиальным зазором и образованием герметизирующего лабиринта;- - one of the shells may partially cover the ring gear, and the other covers the ring gear over the entire width with a quarter sampling from the side of the ring for placing the first with a minimum radial clearance and the formation of a sealing labyrinth;
- - каждая из обечаек, ограничивающих зубчатый венец, может выполняться на одной из рабочих шестерен с полным или частичным охватом обоих венцов в зоне минимального сведения зубьев и проникновением в корпус по сферической прорези с минимальными радиальными зазорами в зоне максимального сведения зубьев:- - each of the shells limiting the gear ring can be made on one of the working gears with full or partial coverage of both crowns in the zone of minimum tooth reduction and penetration into the housing along a spherical slot with minimal radial clearances in the zone of maximum tooth reduction:
- - - на периферии, на пример, ведущей рабочей шестерни, на тыльном ее торце может быть устанавлена сферическая обечайка, сопрягаемая с внутренней поверхностью обечайки ведомой рабочей шестерни;- - - on the periphery, for example, of the driving working gear, on its rear end a spherical shell may be mounted, mating with the inner surface of the shell of the driven working gear;
- - - на тыльном торце ведущей рабочей шестерни, на радиусах, меньших периферийного, могут быть устанавлены одна или несколько концентричных цилиндрических обечаек, входящих в скользящее сопряжение с канавками в корпусе;- - - at the rear end of the driving working gear, at radii smaller than the peripheral one or more concentric cylindrical shells that are included in the sliding interface with grooves in the housing can be installed;
- - - обечайка с внутренней стороны венца может быть выполнена отдельной деталью общей для обеих рабочих шестерен в виде подвижно сопрягаемого с венцами сферического кольца, установленного с возможностью вращения в наклонной канавке части корпуса, расположенной между центральными частями рабочих шестерен, и образованием зоны, свободной от перекрытия им одного из венцов в области максимального сведения зубьев;- - - the shell on the inside of the crown can be made a separate part common to both working gears in the form of a spherical ring movably mating with the crowns, mounted with the possibility of rotation in the inclined groove of the housing located between the central parts of the working gears, and the formation of a zone free from overlapping them with one of the crowns in the area of maximum tooth reduction;
- - - средняя часть корпуса, расположенная между центральными частями рабочих шестерен, может быть выполнена или в виде отдельной плавающей сферы, или сферы, принадлежащей одной из рабочих шестерен;- - - the middle part of the housing located between the central parts of the working gears can be made either as a separate floating sphere, or a sphere belonging to one of the working gears;
- - торцы сопрягаемых обечаек (и сферических, и торовых) могут иметь сопрягаемые выступы и впадины, переходящие на уступы корпуса под эти обечайки, образующие герметизирующий лабиринт;- - the ends of the mating shells (both spherical and torus) can have mating protrusions and depressions, passing on the ledges of the body under these shells, forming a sealing labyrinth;
- зубчатая передача может быть выполнена в виде цилиндрической передачи, или конической передачи, или планетарной передачи:- the gear drive can be made in the form of a cylindrical gear, or a bevel gear, or a planetary gear:
- - цилиндрическая передача может быть подключена на наибольшем радиусе рабочей шестерни, или на ее полой ступице;- - a cylindrical gear can be connected on the largest radius of the working gear, or on its hollow hub;
- - планетарная передача может быть выполнена с остановленным водилом, или с остановленной солнечной шестерней, или с механизмом изменения ее структуры:- - the planetary gear can be performed with the carrier stopped, or with the sun gear stopped, or with a mechanism for changing its structure:
- - - механизм изменения структуры планетарной передачи может- - - a mechanism for changing the structure of a planetary gear may
быть выполнен в виде электромагнитных муфт, одна из которых связывает корпус с водилом, а другая полую ось ведущей шестерни с солнечной шестерней:be made in the form of electromagnetic couplings, one of which connects the housing to the carrier, and the other the hollow axis of the pinion gear with the sun gear:
- - - - электромагнитная муфта, связывающая полую ось ведущей шестерни с солнечной шестерней, может быть выполнена в виде кольцевой полости с внутренней стороны солнечной шестерни, с установленными в этой полости радиальными перегородками и заполненной ферромагнитным порошком, или ферромагнитной жидкостью, а с внутренней стороны полой оси на части ее проходного сечения в пределах кольцевой полости установлен соленоид с возможностью подключения к источнику электрического тока;- - - - the electromagnetic coupling connecting the hollow axis of the pinion gear to the sun gear can be made in the form of an annular cavity on the inside of the sun gear, with radial partitions installed in this cavity and filled with ferromagnetic powder or ferromagnetic fluid, and hollow on the inside the axis on the part of its passage section within the annular cavity installed solenoid with the ability to connect to a source of electric current;
- - - - электромагнитная муфта, связывающая водило с корпусом, может быть выполнена в виде кольцевой полости с наружной стороны водила, с установленными в этой полости радиальными перегородками и заполненной ферромагнитным порошком, или ферромагнитной жидкостью, а с наружной стороны корпуса в пределах этой кольцевой полости установлен соленоид с возможностью подключения к источнику электрического тока;- - - - the electromagnetic coupling connecting the carrier to the body can be made in the form of an annular cavity on the outer side of the carrier, with radial partitions installed in this cavity and filled with ferromagnetic powder or ferromagnetic fluid, and on the outside of the body within this ring cavity a solenoid is installed with the ability to connect to an electric current source;
- зубчатая передача может быть размещена с наружной стороны корпуса и соединена с полой ступицей рабочей шестерни;- the gear can be placed on the outside of the housing and connected to the hollow hub of the working gear;
- при использовании роторной объемной машины в качестве роторного двигателя внутреннего сгорания центральная часть ее корпуса в зоне максимального расхождения зубьев снабжена патрубком, к которому подведен топливопровод, соединенный с топливным баком через насос высокого давления, к одной из двух групп патрубков на периферийной части этой же зоны подсоединен компрессор, а в зоне максимального схождения зубьев размещены запальные устройства;- when using a rotary volumetric machine as a rotary internal combustion engine, the central part of its body in the zone of maximum divergence of teeth is equipped with a nozzle to which a fuel pipe connected to the fuel tank is connected via a high pressure pump to one of two groups of nozzles on the peripheral part of the same zone a compressor is connected, and ignition devices are placed in the zone of maximum convergence of the teeth;
- - запальное устройство может быть выполнено в виде магнитов, размещенных в торцовых крышках корпуса в зоне максимального схождения зубьев, а в каждом межзубовом интервале диска рабочей шестерни размещены катушки индуктивности с выходом концов проводника в свое межзубовое пространство, с зазором между ними;- - the ignition device can be made in the form of magnets placed in the end caps of the housing in the zone of maximum convergence of the teeth, and in each interdental interval of the disk of the working gear there are inductors with the ends of the conductor in its interdental space, with a gap between them;
- - - торцовые крышки, корпус, рабочие шестерни или их отдельные части могут быть изготовлены или из металлов, или из полимеров, или из керамики, или из оптически прозрачного материала.- - - end caps, case, working gears or their separate parts can be made either of metals, or of polymers, or of ceramics, or of optically transparent material.
Предлагаемые конструктивные мероприятия обеспечивают следующие преимущества устройству.The proposed design measures provide the following advantages to the device.
Установка рабочих конических шестерен под угломInstallation of working bevel gears at an angle
где:Where:
В - ширина венца в меридиональном сечении рабочей шестерни;In - the width of the crown in the meridional section of the working gear;
D - наибольший диаметр рабочей шестерни,D is the largest diameter of the working gear,
обеспечивающим перекрытие их венцов зубьев (Фиг. 2, заштрихованный треугольник), дает возможность увеличить число пар зубьев, участвующих одновременно в рабочем процессе, а это в свою очередь:providing overlapping of their tooth crowns (Fig. 2, a shaded triangle), makes it possible to increase the number of pairs of teeth participating simultaneously in the working process, and this in turn:
- исключает наличие нефункциональных паразитных объемов, уменьшает габариты и массу гидропневмомашины;- eliminates the presence of non-functional parasitic volumes, reduces the size and weight of the hydropneumatic machine;
- уменьшает объемные утечки из одного межзубового отсека в другой, поскольку перепад давлений на устройстве распределяется на несколько ступеней, состоящих из пар зубьев, что очень важно для пневмомашины, поскольку вязкость газов, используемых в качестве рабочей среды, существенно меньше, чем у жидкостей и их проникающая способность даже через узкие щели значительно выше;- reduces volumetric leaks from one interdental compartment to another, since the pressure drop across the device is distributed over several stages consisting of pairs of teeth, which is very important for a pneumatic machine, since the viscosity of the gases used as a working medium is significantly lower than that of liquids and their penetration even through narrow slots is much higher;
- делает более благоприятными динамические качества процесса зацепления, во-первых, за счет того, что уменьшение угла θ за счет изменения геометрии, обеспечивает более плавное обжатие жидкости, особенно при повышенной частоте вращения, что согласно теории присоединенных масс снижает гидравлические потери;- makes the dynamic qualities of the engagement process more favorable, firstly, due to the fact that a decrease in the angle θ due to a change in geometry provides a smoother compression of the liquid, especially at an increased rotational speed, which, according to the theory of attached masses, reduces hydraulic losses;
Во-вторых, в этом случае исключается удар одного зуба о другой за счет их собственных колебаний при вхождении в зацепление (поскольку в этом случае оно, вхождение, отсутствует), что снижает их износы, а так же устраняет передачу этого удара по телу каждой рабочей шестерни на зацепляющиеся другие зубья. Поэтому это мероприятие предупреждает так же и периодический переток рабочей среды между отталкивающимися при дрожании зубьями в каждой сопрягаемой паре.Secondly, in this case, the impact of one tooth on the other due to their own vibrations when entering the mesh is excluded (since in this case it does not enter), which reduces their wear and tear, and also eliminates the transmission of this blow to the body of each worker gears on engaging other teeth. Therefore, this measure also prevents periodic overflow of the working medium between the teeth repelled by trembling in each pair of mating.
Указанные преимущества обеспечивают решение технической проблемы по расширению арсенала технических средств, которые в качестве рабочего тела используют газообразные продукты, то есть таких роторных объемных машин, которые работают на повышенных степенях сжатия.These advantages provide a solution to the technical problem of expanding the arsenal of technical means that use gaseous products as a working fluid, that is, such rotary volumetric machines that operate at high compression ratios.
Уменьшение угла развала θ рабочих шестерен так же устраняет перемычку к элементу корпуса между центральными частями рабочих шестерен в виде аксиальной шайбы и все негативные факторы с ней связанные:Reducing the camber angle θ of the working gears also eliminates the jumper to the housing element between the central parts of the working gears in the form of an axial washer and all the negative factors associated with it:
- колебания аксиальной шайбы во время рабочего процесса;- fluctuations of the axial washer during the working process;
- ее износ от соударений с колеблющимися зубьями рабочих шестерен;- its wear from collisions with oscillating teeth of the working gears;
- износ самих зубьев об аксиальную шайбу и увеличение зазора шайба - движущийся зуб;- wear of the teeth themselves on the axial washer and an increase in the clearance of the washer - a moving tooth;
- повышенные объемные потери через увеличенный по вышеприведенным причинам зазор, а так же за счет его переменной величины от колебаний аксиальной шайбы;- increased volumetric losses through an increased gap due to the above reasons, as well as due to its variable value from oscillations of the axial washer;
- трудности прокладки в шайбе коммуникаций подвода - отвода рабочей среды.- the difficulties of laying in the washer of the inlet and outlet communications;
Однако, сама по себе эта часть корпуса, расположенная между центральными частями рабочих шестерен, в виде аксиальной шайбы позиционироваться и удерживаться в заданном положении не может - необходимы фиксирующие и крепежные элементы. Целесообразно в качестве таких элементов использовать полые оси, на которых установлены рабочие шестерни (полыми ступицами).However, this part of the housing itself, located between the central parts of the working gears, cannot be positioned and held in the set position in the form of an axial washer - fixing and fixing elements are necessary. It is advisable to use hollow axes as such elements on which working gears (hollow hubs) are installed.
Для этого в предлагаемом техническом решении «каждая полая ось закреплена с одной стороны на крышке корпуса, а с другой стороны соединена с частью корпуса (аксиальной шайбой), расположенной между центральными частями рабочих шестерен». В этом случае момент инерции поперечного сечения трубчатой оси значительно выше, чем у консольной поддержки аксиальной шайбы прототипа, следовательно, выше и жесткость. Две поддержки в виде таких полых осей образуют пространственную ажурную конструкцию, жесткость и прочность которой еще выше, следовательно, меньше податливость, а значит и амплитуда микроперемещений аксиальной шайбы при вибрациях и ее износ (Фиг. 3).To this end, in the proposed technical solution "each hollow axis is fixed on one side to the housing cover, and on the other hand is connected to a part of the housing (axial washer) located between the central parts of the working gears." In this case, the moment of inertia of the cross section of the tubular axis is significantly higher than that of the cantilever support of the axial washer of the prototype, therefore, the rigidity is also higher. Two supports in the form of such hollow axes form a spatial openwork design, the rigidity and strength of which is even higher, therefore, less flexibility, and hence the amplitude of the micromovement of the axial washer during vibration and its wear (Fig. 3).
Такая конструкция центральной части корпуса уменьшает размеры роторной объемной машины в осевом направлении и тем самым обеспечивает высокие удельные показатели (по отношению к массе и размерам) ее рабочего процесса.This design of the Central part of the body reduces the dimensions of the rotary volumetric machine in the axial direction and thereby provides high specific indicators (in relation to weight and size) of its working process.
Сквозные отверстия полых осей при этом целесообразно использовать в качестве каналов подвода - отвода рабочей среды. Проходные сечения таких каналов достаточны для этой роли. В части корпуса между центральными частями рабочих шестерен эти каналы продолжаются на требуемую угловую величину для ввода рабочей среды в межзубовую систему рабочих шестерен.It is advisable to use the through holes of the hollow axes as channels for supplying and discharging the working medium. The cross sections of such channels are sufficient for this role. In the part of the housing between the central parts of the working gears, these channels continue to the required angular value for introducing the working medium into the interdental system of working gears.
Снабжение каждой секции зубьев постоянными магнитами, во-первых, обеспечивает необходимое поджатие их сопрягаемых лицевых профилированных поверхностей, что обеспечивает герметичность межзубовых пространств в окружном направлении. Во-вторых, магниты удерживают ферромагнитный порошок в зазорах между секциями применяемого магнитожидкостного уплотнения. В-третьих, при работе устройства в качестве ДВС (Фиг. 16, Фиг. 17) неподвижные магниты в корпусе и вращающиеся магниты секций зубьев при взаимодействии будут создавать неравномерное, нестационарное магнитное поле, с высокими градиентами напряженностей. Это обстоятельство будет способствовать наведению повышенной ЭДС в катушках индуктивности (зажигания).The supply of each section of the teeth with permanent magnets, firstly, provides the necessary compression of their mating facial profiled surfaces, which ensures the tightness of the interdental spaces in the circumferential direction. Secondly, the magnets hold the ferromagnetic powder in the gaps between the sections of the applied magneto-liquid seal. Thirdly, when the device operates as an internal combustion engine (Fig. 16, Fig. 17), the stationary magnets in the housing and the rotating magnets of the tooth sections during interaction will create an uneven, unsteady magnetic field with high intensity gradients. This circumstance will contribute to the induction of increased EMF in the inductors (ignition).
Дополнение диска каждой рабочей шестерни, по крайней мере, двумя обечайками, охватывающих венец из зубьев с наружной и внутренней сторон заменяет установку уплотняющих устройств на указанных местах. В этом случае рабочая среда отгораживается непроницаемой стенкой от перетока в нефункциональных направлениях, что гораздо проще и надежней, чем установка уплотнений различных конструкций (Фиг. 3…Фиг. 7, Фиг. 10; Фиг. 11; Фиг. 13; Фиг. 14; Фиг. 15; Фиг. 16).Supplementing the disk of each working gear with at least two shells covering the crown of teeth from the outer and inner sides replaces the installation of sealing devices at the indicated places. In this case, the working medium is fenced off by an impermeable wall from overflow in non-functional directions, which is much simpler and more reliable than installing seals of various designs (Fig. 3 ... Fig. 7, Fig. 10; Fig. 11; Fig. 13; Fig. 14; Fig. 15; Fig. 16).
Причем, зазор между вершинами зубьев и корпусом устранился, поскольку консольная перемычка, удерживающая аксиальную шайбу (часть корпуса между центральными частями рабочих шестерен), по причине малого угла θ сведения рабочих конических шестерен отсутствует.Moreover, the gap between the tops of the teeth and the housing has been eliminated, since the cantilever jumper holding the axial washer (part of the housing between the central parts of the operating gears) is absent due to the small angle θ.
Герметичность сопряжения зубьев рабочих конических шестерен благодаря их секционному исполнению в совокупности с использованием магнитожидкостных составов, а так же благодаря установке герметизирующих обечаек достигает необходимого уровня для работы устройства в качестве роторных объемных машин компрессорного действия.The tightness of the mating teeth of the working bevel gears due to their sectional performance in combination with the use of magneto-liquid compositions, as well as due to the installation of sealing shells, reaches the required level for the operation of the device as rotary volumetric compressor-driven machines.
Исполнение корпуса в виде двух торцовых крышек, каждая из которых имеет меридиональный разъем позволяет сделать легче процесс сборки изделия, поскольку монтаж в этом случае можно вести с каждого из шести направлений (Фиг. 3…Фиг. 7, Фиг. 10; Фиг. 11; Фиг. 13; Фиг. 14; Фиг. 15).The housing in the form of two end caps, each of which has a meridional connector, makes it easier to assemble the product, since installation in this case can be carried out from each of six directions (Fig. 3 ... Fig. 7, Fig. 10; Fig. 11; Fig. 13; Fig. 14; Fig. 15).
При этом обечайки могут иметь различные исполнения:At the same time, shells can have various designs:
- выполнение межзубовых каналов в меридиональном сечении в виде окружности (Фиг. 3), иначе, самих каналов в виде торов, дает возможность по сравнению с вариантом исполнения профиля зуба в виде многоугольника более тщательно герметизировать каждый элемент зуба от перепада давлений в окружном направлении, то есть одно межзубовое пространство отделить от другого. Для этого на отдельные секции зуба следует одеть поршневые кольца от поршней ДВС соответствующего размера, что исполнено в одном из конструктивных вариантов прототипа.- the implementation of the interdental canals in the meridional section in the form of a circle (Fig. 3), otherwise, the channels themselves in the form of tori, makes it possible, in comparison with the embodiment of the tooth profile in the form of a polygon, to more carefully seal each tooth element from the differential pressure in the circumferential direction, then there is one interdental space to separate from another. To do this, on separate sections of the tooth should wear piston rings from the pistons of the internal combustion engine of the appropriate size, which is made in one of the design options of the prototype.
Однако, слабым местом такой конструкции роторной объемной пневмомашины остается возможность перетока рабочей среды в пазухи между вращающимся диском рабочей шестерни и неподвижным корпусом. Через эти зазоры (подвижная стенка - неподвижная поверхность) возможен переток рабочей среды из одного межзубового объема в другой, обуславливающий объемные потери и снижение эффективности рабочего процесса, особенно на газообразных рабочих средах.However, the weak point of such a design of a rotary volumetric pneumatic machine remains the possibility of overflow of the working medium into the sinuses between the rotating disk of the working gear and the stationary case. Through these gaps (moving wall - fixed surface), the overflow of the working medium from one interdental volume to another is possible, causing volumetric losses and a decrease in the efficiency of the working process, especially on gaseous working media.
Использование лабиринтных уплотнений в виде окружного бурта в концентричной канавке, что сделано в прототипе, не в полной мере решает эту проблему даже для жидких рабочих сред. Использование контактных уплотнений влечет за собой необходимость их дополнения системой смазки и охлаждения, что существенно усложняет конструкцию, повышает ее стоимость, снижает надежность. Более перспективным решением этой проблемы является использование магнито-жидкостных уплотнений, однако их наличие, их обслуживание так же приведет к усложнению и удорожанию устройства.The use of labyrinth seals in the form of a circumferential collar in a concentric groove, which is done in the prototype, does not fully solve this problem even for liquid working environments. The use of contact seals entails the need to supplement them with a lubrication and cooling system, which significantly complicates the design, increases its cost, and reduces reliability. A more promising solution to this problem is the use of magneto-liquid seals, however, their presence, their maintenance will also lead to the complication and cost of the device.
Наиболее простым и целесообразным решением является, как уже отмечалось выше, дополнение диска каждой рабочей шестерни, как с наружной стороны зубчатого венца, так и с внутренней дополнительными стенками в виде обечаек, отгораживающих межзубовое пространство от пазух.The simplest and most appropriate solution is, as noted above, the addition of the disk of each working gear, both on the outer side of the ring gear, and with internal additional walls in the form of shells that enclose the interdental space from the sinuses.
Использование обечаек в виде части тора позволяет в области максимального совмещения зубьев получить полную герметизацию сечения, особенно в сочетании с поршневыми кольцами и при использовании на стыках лабиринтного сопряжения. На оставшейся части окружности зубчатого венца, особенно в области минимального сведения зубьев эти обечайки охватывают лишь часть контура каждой зубчатой рабочей шестерни. В этом случае достижению необходимой герметичности будет способствовать тщательная герметизация сопряжения кольцевой торец обечайки - кольцевой уступ корпуса под эту обечайку, например, сопряжения выступа со впадиной, обеспечивающих герметизирующий лабиринт (Фиг. 3). Окна между обечайками служат для размещения в корпусе в пределах этих окон подводящих или отводящих каналов.The use of shells in the form of a part of the torus allows for complete sealing of the cross section in the region of maximum tooth alignment, especially in combination with piston rings and when using labyrinth mating at the joints. On the remaining part of the circumference of the ring gear, especially in the region of the minimum tooth alignment, these shells cover only a part of the contour of each gear working gear. In this case, the achievement of the necessary tightness will be facilitated by careful sealing of the mating of the annular end of the shell — the annular ledge of the body under this shell, for example, the coupling of the protrusion with the cavity providing the sealing maze (Fig. 3). The windows between the shells are used for placement in the case within these windows of the inlet or outlet channels.
Выполнение поверхностей обечаек сферическими с равными одноименными радиусами, проведенными из центра, совпадающего с точкой пересечения осей рабочих шестерен аксиальной передачи, при котором они сопрягаются кольцевыми торцами и могут быть изготовлены с произвольным соотношением ширин, при условии суммарной ширины обечаек не превышающей совместную ширину зубчатых венцов в зоне их максимального совмещения (Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6) обеспечивает полное перекрытие ими венцов зубьев, так же как и вышерассмотренном случае, лишь в зоне максимального сопряжения зубьев, на остальной - большей части окружности их торцы контактируют с уступом корпуса. В этом случае также торцовые части стыков, в том числе и с корпусом, целесообразно выполнить в виде сопрягающихся выступов и впадин, образующих лабиринт (см. п. 12 формулы изобретения).The execution of the surfaces of the shells spherical with equal radii of the same name, drawn from the center coinciding with the point of intersection of the axes of the working gears of the axial gear, at which they are mated by ring ends and can be made with an arbitrary ratio of widths, provided the total width of the shells does not exceed the joint width of the gear rims in the zone of their maximum alignment (Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6) ensures that they completely overlap the tooth crowns, as well as in the above case, only in the maximum th coupling teeth, the rest - the majority of the circumference of their ends are in contact with the shoulder of the housing. In this case, also the end parts of the joints, including with the body, it is advisable to perform in the form of mating protrusions and depressions forming a maze (see
Для обеспечения возможности подвода - отвода рабочей среды в межзубовые пространства в зоне максимального совмещения зубьев суммарная ширина обечаек выполняется меньшей совместной ширины зубчатых венцов в этой зоне на ширину коммуникационных каналов (Фиг. 5).To ensure the possibility of supplying and draining the working medium into the interdental spaces in the zone of maximum tooth alignment, the total width of the shells is smaller than the joint width of the gear rims in this zone by the width of the communication channels (Fig. 5).
Для удобства размещения каналов подвода - отвода обечайки у рабочих шестерен выполняется не одинаковыми, но чтобы их суммарная ширина (вместе с шириной каналов) не превышала совместную ширину зубчатых венцов в зоне максимального совмещения зубьев (Фиг. 6).For the convenience of placing the channels of supply and removal of the shell, the working gears are not the same, but so that their total width (together with the width of the channels) does not exceed the joint width of the gear rims in the zone of maximum tooth alignment (Fig. 6).
Такая конструкция обечаек аналогично вышеприведенному случаю лишь частично отгораживает рабочий объем устройства от пространства радиальных зазоров на периферии, однако, она хорошо герметизирует его от пазух за вращающимися дисками и частично от перетока в торцовый зазор на малом радиусе зубчатого венца.Such a shell design, similar to the above case, only partially blocks the working volume of the device from the space of radial gaps on the periphery, however, it seals it well from the sinuses behind the rotating disks and partially from the overflow into the end gap at a small radius of the ring gear.
Особенность сферической обечайки позволяет по всей поверхности сопряжения меридиональный контур зуба - корпус получить равномерный и минимальный зазор и исключить тем самым проблемные точки вышерассмотренной конструкции (и конструкции прототипа) в пересечении контуров зубьев (Фиг. 3, точки М, N). В этих точках имеет место точечный зазор, одна из стенок которого (между сопрягающимися элементами зубьев) имеет бесконечно малую толщину в виде кромки.The peculiarity of the spherical shell allows the meridional contour of the tooth — the body — to obtain a uniform and minimal clearance over the entire mating surface, thereby eliminating the problem points of the above construction (and prototype construction) at the intersection of the tooth contours (Fig. 3, points M, N). At these points there is a point gap, one of the walls of which (between the mating elements of the teeth) has an infinitely small thickness in the form of an edge.
- - при исполнении сопряжения поверхностей обечаек рабочих шестерен по всей ширине венца с минимальным радиальным зазором у одноименных обечаек между собой (Фиг. 7), для исключения утыкания обечайки и зубьев необходимо, чтобы меньшая по диаметру обечайка наружной пары, и большая по диаметру внутренней пары имели за своими зубьями прорези под зубья другой рабочей шестерни (Фиг. 9). Рассматриваемая конструкция обладает большей герметичностью по отношению к предыдущей, что исключит объемные потери каждого межзубового объема с одного направления, отгороженного сплошной обечайкой, и существенно сократит их с оставшихся направлений.- - when pairing the surfaces of the shells of the working gears along the entire width of the crown with a minimum radial clearance of the shells of the same name between them (Fig. 7), to prevent sticking of the shell and teeth it is necessary that the shell of the outer pair is smaller in diameter and larger in diameter of the inner pair had behind their teeth cuts under the teeth of another working gear (Fig. 9). The design under consideration has greater tightness in relation to the previous one, which eliminates the volumetric losses of each interdental volume from one direction, enclosed by a continuous shell, and significantly reduces them from the remaining directions.
Полная же герметизация в этом случае отсутствует по причине наличия зон g (Фиг. 9), в пределах контуров которых пространство подвижного межзубового канала контактирует с неподвижным корпусом, следовательно, и с радиальным зазором между рабочей шестернью и корпусом. В зазоре объемные потери растекаются по всем направлениям и тем самым снижают эффективность работы устройства.Full sealing in this case is absent due to the presence of zones g (Fig. 9), within the contours of which the space of the movable interdental canal is in contact with the fixed housing, and therefore with the radial clearance between the working gear and the housing. In the gap, volumetric losses spread in all directions and thereby reduce the efficiency of the device.
- - исполнение одной из одноименных обечаек охватывающей зубчатый венец частично, а другой охватывающей зубчатый венец по всей ширине с выборкой четверти со стороны венца под размещение первой с минимальным радиальным зазором и образованием герметизирующего лабиринта (Фиг. 10) является гибридом вышерассмотренных конструктивных вариантов. Такой конструктивный вариант уплотнения рабочего пространства в большей степени, чем стыковая форма обечаек герметизирует рабочее пространство, однако, он не исключает полностью переток рабочей среды между корпусом и короткой обечайкой, а так же между корпусом и частью венца не закрытой этой обечайкой. Данный вариант сложней и дороже чем варианты встык (Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6), но проще и дешевле варианта радиального сопряжения обечаек с окнами в одной под зубья другой - зацепляемой с ней рабочей шестерни (Фиг. 7).- - the execution of one of the shells of the same name covering the ring gear partially, and the other covering the ring gear over the entire width with a quarter sampling from the side of the ring for placing the first with a minimum radial clearance and the formation of a sealing labyrinth (Fig. 10) is a hybrid of the above design options. Such a constructive variant of sealing the working space to a greater extent than the butt shape of the shells seals the working space, however, it does not completely exclude the overflow of the working medium between the body and the short shell, as well as between the body and part of the crown not covered by this shell. This option is more complicated and more expensive than butt joints (Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6), but it is simpler and cheaper than the radial conjugation of the shells with windows in one of the teeth of the other - the working gear engaged with it (Fig. 7).
- - выполнение большой и малой обечаек, ограничивающих зубчатый венец, на одной из рабочих шестерен с полным или частичным охватом обоих венцов в зоне минимального сведения зубьев и проникновением в корпус по сферической прорези с минимальными радиальными зазорами в зоне максимального сведения зубьев дает возможность, как полностью отгородить рабочее пространство от корпуса (и со стороны внутреннего радиуса венца и с внешней стороны), так и обеспечивать сообщение части корпуса с рабочим пространством, например, для подвода коммуникаций (Фиг. 11, при выполнении малой обечайки меньшей ширины венца).- - the implementation of large and small shells bounding the ring gear on one of the working gears with full or partial coverage of both crowns in the zone of minimum tooth reduction and penetration into the housing along a spherical slot with minimal radial clearances in the zone of maximum tooth reduction makes it possible, as completely to isolate the working space from the housing (both from the side of the inner radius of the crown and from the outside), and to ensure that part of the housing communicates with the working space, for example, for supplying communications ( Fig. 11, when performing a small shell smaller width of the crown).
В этом случае при переходе зубьев, по мере вращения рабочей шестерни, из положения минимального сведения в положение их полного совмещения каждый зуб рабочей шестерни, не снабженной обечайкой, или его элементы совершает небольшое, равное ширине венца, перемещение в осевом направлении вдоль обечайки второй рабочей шестерни. Скорость этого перемещения значительно меньше окружной скорости вращения зубьев, примерно в π×D/b раз. Эта особенность позволяет использовать либо надежное уплотнение (контактное (Фиг. 12), магнитожидкостное и др.) между межзубовыми каналами, то есть в зазорах между зубом или его элементами и обечайкой второй рабочей шестерни, либо выполнить канавки с внутренней стороны обечаек под уширенные зубья или их элементы.In this case, during the transition of the teeth, as the working gear rotates, from the position of minimum reduction to the position of their full alignment, each tooth of the working gear not equipped with a shell, or its elements makes a small, equal to the width of the crown, axial movement along the shell of the second working gear . The speed of this movement is much lower than the peripheral speed of rotation of the teeth, approximately π × D / b times. This feature allows you to use either a reliable seal (contact (Fig. 12), magneto-fluid, etc.) between the interdental channels, that is, in the gaps between the tooth or its elements and the shell of the second working gear, or grooves on the inside of the shells for widened teeth or their elements.
Для лучшей герметизации пазух рабочей шестерни, не имеющей в этом варианте обечаек, с тыльной стороны зубчатого венца она также снабжается сферической обечайкой, сопрягаемой с внутренней поверхностью обечайки, охватывающей венец. Между обечайками могут быть установлены пружинные кольца, аналогичные поршневым в традиционных ДВС, или резиновые жгутики в канавках (Фиг. 13). Для обеспечения возможности сборки-разборки устройства его корпус может быть выполнен составным, состоящим по линии k h из отдельных фрагментов (Фиг. 11).For better sealing of the sinuses of the working gear, which does not have shells in this embodiment, it is also equipped with a spherical shell on the back of the gear rim, mating with the inner surface of the shell covering the rim. Between the shells, spring rings similar to piston rings in traditional ICEs or rubber flagella in grooves can be installed (Fig. 13). To enable assembly-disassembly of the device, its housing can be made integral, consisting of separate fragments along the line k h (Fig. 11).
Для достижения дополнительной более надежной герметизации пазух рабочей шестерни, не имеющей в рассматриваемой конструкции устройства периферийной обечайки, от рабочего объема является целесообразным на меньших радиусах ее тыльного торца установить одну или несколько цилиндрических обечаек, входящих в скользящее сопряжение с канавками корпуса (Фиг. 11).In order to achieve additional, more reliable sealing of the sinuses of the working gear, which does not have a peripheral shell device in the structure under consideration, it is advisable to install one or several cylindrical shells included in the sliding interface with the housing grooves at smaller radii of its rear end (Fig. 11).
Однако, конструкция устройства с подачей рабочей среды только в области максимального расхождения зубьев (Фиг. 14, Фиг. 11 при условии выполнения обечаек меньшей ширины венца) является функциональной и полезной лишь в узком диапазоне практических вариантов, например, в виде роторного ДВС, да и то с использованием лишь самовоспламеняющейся от давления рабочей смеси, или при бесконтактном способе воспламенения. Такое ограничение вызвано тем, что вращающиеся сферические обечайки препятствуют доступу через каналы в центральной части корпуса к рабочему межзубовому пространству в зоне максимального сведения зубьев, поскольку для того, чтобы обеспечить к нему доступ, например, внутреннюю обечайку следует сделать чрезмерно узкой. Но это мероприятие обнажит от экранирования этой обечайкой значительную часть рабочего пространства в зоне максимального разведения и рассматриваемая схема герметизации рабочего пространства может потерять все свои преимущества.However, the design of the device with the supply of the working medium only in the region of the maximum divergence of the teeth (Fig. 14, Fig. 11, provided the shells are shorter than the crown width) is functional and useful only in a narrow range of practical options, for example, in the form of a rotary ICE, and then using only a self-igniting pressure mixture, or with a non-contact ignition method. This limitation is caused by the fact that rotating spherical shells prevent access through the channels in the central part of the body to the working interdental space in the zone of maximum tooth reduction, since in order to provide access to it, for example, the inner shell should be made excessively narrow. But this event will expose a considerable part of the working space in the maximum breeding zone from shielding by this shell, and the considered sealing scheme of the working space may lose all its advantages.
Сократить открытость рабочего пространства от обечайки в зоне максимального разведения зубьев при обеспечении возможности создания окна в зоне максимального сведения зубьев позволит выполнение обечайки с внутренней стороны венца отдельной деталью общей для обеих рабочих шестерен, в виде подвижно сопрягаемого с венцами сферического кольца, установленного с возможностью вращения в наклонной канавке (вдоль линий q и p Фиг. 13) центральной части корпуса, расположенной между рабочими шестернями.To reduce the openness of the working space from the shell in the zone of maximum tooth breeding while ensuring the possibility of creating a window in the zone of maximum tooth reduction will allow the shell on the inside of the crown to be a separate part common to both working gears, in the form of a spherical ring movably mating with the crowns mounted for rotation in an inclined groove (along the lines q and p of Fig. 13) of the central part of the housing located between the working gears.
При таком конструктивном исполнении малой обечайки она является промежуточной деталью между неподвижным корпусом и вращающимися зубчатыми венцами, следовательно, при более тщательном уплотнении зазора (Фиг. 12) внутренняя часть зубчатого венца - малая обечайка наибольшую подвижность получит сопряжение центральная часть корпуса - внутренняя поверхность малой обечайки.With such a design of the small shell, it is an intermediate part between the fixed body and the rotating gear rims, therefore, with a more thorough sealing of the gap (Fig. 12), the inner part of the gear rim - the small shell will get the greatest mobility between the central part of the housing - the inner surface of the small shell.
Это обстоятельство обусловит основное движение обечайки вдоль канавки (между прерывистыми линиями q и p Фиг. 13) с незначительным проскальзыванием в окружном направлении относительно зубьев венца и осевым взаимным перемещением меньшим в π*D/h окружного движения при обеспечении доступа подводяще - отводящих или воспламеняющих комуникаций в зону максимального сведения зубьев (максимальной компрессии или глубокого вакуума).This circumstance will determine the main movement of the shell along the groove (between the broken lines q and p of Fig. 13) with slight slippage in the circumferential direction relative to the teeth of the crown and axial mutual displacement less than π * D / h of the circumferential movement while providing access to the letting-off or igniting communications into the zone of maximum tooth reduction (maximum compression or deep vacuum).
Предельной стадией развития этого элемента при такой сферической форме малой обечайки является либо подвижная плавающая сфера, не закрепленная на полых осях (Фиг. 14), либо сферы, принадлежащей одной из рабочих шестерен (Фиг. 15).The ultimate stage of development of this element with such a spherical shape of the small shell is either a moving floating sphere that is not fixed on the hollow axes (Fig. 14), or a sphere belonging to one of the working gears (Fig. 15).
Снабжение торцев, а так же сопрягаемых с ними уступов корпуса, в которых размещены торцы обечаек (и сферических, и торовых), сопрягаемыми выступами и впадинами, как было уже сказано выше, так же создает дополнительное лабиринтное сопротивление возможному перетоку рабочей среды и повышает герметичность межзубового пространства (Фиг. 3).The supply of the ends, as well as the mating ledges of the body, in which the ends of the shells (both spherical and torus) are located, with mating protrusions and depressions, as mentioned above, also creates additional labyrinth resistance to the possible overflow of the working medium and increases the tightness of the interdental space (Fig. 3).
Экранизация рабочего пространства роторной объемной машины установкой различного вида обечаек является эффективным видом герметизации, что дает возможность повысить компрессионные качества роторной объемной машины и тем самым снизить ее массо-размерные характеристики и повысить показатели качества рабочего процесса, что в итоге предполагает появление еще одного перспективного устройства в арсенале машим, работающих на газах.Screening the working space of a rotary volumetric machine by installing various types of shells is an effective type of sealing, which makes it possible to increase the compression qualities of the rotary volumetric machine and thereby reduce its weight and size characteristics and improve the quality of the workflow, which ultimately suggests the emergence of another promising device in gas mashim arsenal.
Каждые из вышеперечисленных видов сферических обечаек могут быть применены в различных комбинациях для внутренних и наружных ограждений зубчатых венцов с учетом назначения роторной объемной машины, видов и мест размещения коммуникационных каналов.Each of the above types of spherical shells can be used in various combinations for internal and external fencing of gear rims, taking into account the purpose of the rotary volumetric machine, types and locations of communication channels.
Следует так же отметить, что в предлагаемой конструкции роторной объемной машины исключение перемычки, поддерживаемой часть корпуса, расположенной между зубчатыми венцами, предполагает повышенные требования к заменяющим ее полым осям, в частности по точности их позиционирования, надежности закрепления, продолжительной жесткости.It should also be noted that in the proposed design of a rotary volumetric machine, the exclusion of a jumper supported by a part of the housing located between the ring gears implies increased requirements for the hollow axes that replace it, in particular in terms of the accuracy of their positioning, the reliability of their fastening, and their long stiffness.
Указанная совокупность требований к устройству обуславливает отказ от прямого выхода вала из корпуса для непосредственного соединения с муфтой и далее либо с двигателем, либо с рабочим органом. В этом случае вместо выходного элемента вала могут использоваться следующие передачи:The specified set of requirements for the device causes the rejection of direct shaft output from the housing for direct connection with the coupling and then either with the engine or with the working body. In this case, instead of the output shaft element, the following gears can be used:
- цилиндрическая передача внешнего зацепления (Фиг. 3), расположенная в пазухах одной из рабочих шестерен, в зависимости от соотношения диаметров может быть, как повышающей, так и понижающей в обоих направлениях экспорта движения (компрессор, пневмомотор) при незначительном числе редуцирования. Такая передача сама по себе проста по конструкции, но в совокупности с рабочими шестернями и их подшипниковыми опорами вырождается в довольно серьезный механизм, размещенный в полости корпуса. Это обстоятельство снижает надежность механизма в целом и затрудняет проведение ремонтных работ при отказах, вследствие необходимости разборки всего устройства.- a cylindrical external gearing (Fig. 3), located in the axils of one of the working gears, depending on the ratio of diameters, can be either upward or downward in both directions of the export of movement (compressor, air motor) with a small number of reductions. Such a transmission in itself is simple in design, but in conjunction with working gears and their bearings, it degenerates into a rather serious mechanism located in the body cavity. This circumstance reduces the reliability of the mechanism as a whole and makes it difficult to carry out repair work in case of failures, due to the need to disassemble the entire device.
- вынесение механизма передачи из внутреннего пространства упрощает конструкцию (Фиг. 11, Фиг. 13) обеспечивает более легкий доступ к зубчатой паре, уменьшает объем внутреннего пространства за счет исключения объема, занимаемого передачей. В этом случае сокращаются паразитные движения рабочей среды.- the removal of the transmission mechanism from the inner space simplifies the design (Fig. 11, Fig. 13) provides easier access to the gear pair, reduces the amount of internal space by eliminating the volume occupied by the transmission. In this case, parasitic movements of the working environment are reduced.
- цилиндрическая передача внутреннего зацепления, расположенная в пазухе одной из рабочих шестерен (Фиг. 4) обеспечивает возможность вращения рабочих шестерен и приводного вала в одном и том же окружном направлении. Другой ее особенностью является то, что этот вид зацепления обуславливает большее по сравнению с предыдущим конструктивным вариантом передаточное отношение при сопоставимых размерах машины. Третьей особенностью является необходимость ее размещения только внутри пространства корпуса с выводом вала во внешнее пространство через уплотнение. Эта особенность обуславливает меньшие удобства при проведении ремонтных работ.- a cylindrical internal gearing located in the sinus of one of the working gears (Fig. 4) allows the working gears and the drive shaft to rotate in the same circumferential direction. Another feature of it is that this type of engagement causes a greater gear ratio compared to the previous design option with comparable machine dimensions. The third feature is the need to place it only inside the housing with the output of the shaft into the outer space through the seal. This feature provides less convenience when carrying out repair work.
- коническая передача, используемая в роторной объемной машине (Фиг. 5), обуславливает зацепление тыльного зубчатого венца одной из рабочих шестерен с быстроходной зубчатой шестерней. Рассматриваемая схема передачи характеризуется сравнительно высоким передаточным отношением, так как делительные диаметры в этом случае могут отличаться в 5-10 раз, следовательно, ее целесообразно использовать для устройства работающего в режиме компрессора.- the bevel gear used in the rotary volumetric machine (Fig. 5), causes the engagement of the rear gear ring of one of the working gears with a high-speed gear gear. The transmission scheme under consideration is characterized by a relatively high gear ratio, since dividing diameters in this case can differ by 5-10 times, therefore, it is advisable to use it for a device operating in compressor mode.
Еще одной особенностью этой передачи является возможность поворота всего устройства при настройках и монтаже относительно оси приводного вала.Another feature of this transmission is the ability to rotate the entire device during settings and installation relative to the axis of the drive shaft.
- планетарная передача при остановленном водиле, так же не позволяет снизить частоту вращения выходного вала по отношению к рабочей шестерне и рекомендует использовать устройство либо в режиме компрессора с быстроходным двигателем (Фиг. 6), либо с быстроходным электрогенератором в режиме пневмо- или паротурбины.- the planetary gear with the carrier stopped, also does not allow to reduce the output shaft rotation speed with respect to the working gear and recommends using the device either in the compressor mode with a high-speed engine (Fig. 6) or with a high-speed electric generator in the air or steam turbine mode.
- планетарная передача при остановленной солнечной шестерне (Фиг. 7) обуславливает обкатку сателлитов по ней, и за счет этого снижение угловой скорости водила по отношению к эпициклической шестерне. Этот вид передачи является менее быстроходным, чем при остановленном водиле (Фиг. 6) и поэтому требует тихоходного двигателя для режима компрессора, а также тихоходного электрогенератора в режиме пневмо- паротурбины для выработки электроэнергии.- a planetary gear with the sun gear stopped (Fig. 7) causes a run-in of the satellites along it, and due to this a decrease in the angular velocity of the carrier in relation to the epicyclic gear. This type of transmission is less fast than when the carrier is stopped (Fig. 6) and therefore requires a low-speed engine for the compressor mode, as well as a low-speed electric generator in the air-steam turbine mode to generate electricity.
- планетарная передача с изменяемой структурой за счет, например, альтернативного включения электромагнитных муфт позволяет переводить устройство в каждый из вышерассмотренных режимов ее работы (Фиг. 10, Фиг. 16). При этом механизм изменения структуры планетарной передачи может быть выполнен в виде электромагнитных муфт, одна из которых связывает корпус с водилом, а другая полую ось ведущей шестерни с солнечной шестерней:- a planetary gear with a variable structure due to, for example, the alternative inclusion of electromagnetic couplings allows you to transfer the device to each of the above modes of its operation (Fig. 10, Fig. 16). In this case, the mechanism of changing the structure of the planetary gear can be made in the form of electromagnetic couplings, one of which connects the housing to the carrier, and the other the hollow axis of the pinion gear with the sun gear:
- - электромагнитная муфта, связывающая водило с корпусом, может быть выполнена в виде кольцевой полости с наружной стороны водила, с установленными в этой полости радиальными перегородками и заполненной ферромагнитным порошком, или ферромагнитной жидкостью, а с наружной стороны корпуса в пределах этой кольцевой полости установлен соленоид с возможностью подключения к источнику электрического тока;- - the electromagnetic coupling connecting the carrier to the body can be made in the form of an annular cavity on the outside of the carrier, with radial partitions installed in this cavity and filled with ferromagnetic powder or ferromagnetic fluid, and a solenoid is installed on the outside of the body within this ring cavity with the ability to connect to an electric current source;
Следовательно, если требуется остановить водило, то электропитание подается на внешнюю катушку, которая создает внутри охватываемого ею пространства магнитное поле. Если магнитное поле статическое, то оно воздействует на ферропорошок, находящийся в торовом кармане, вызывая его неподвижность, что затормаживает и само водило. Ферропорошок целесообразно использовать в маслянной среде, что дает возможность получать не только два дискретных режима «остановка» - «вращение», а и промежуточные режимы, за счет изменения напряженности магнитного поля, а также и внедиапазонные режимы, за счет создания вихревого магнитного поля катушкой в каждом из окружных направлений.Therefore, if you want to stop the carrier, the power is supplied to an external coil, which creates a magnetic field inside the space it covers. If the magnetic field is static, then it acts on the ferro-powder located in the torus pocket, causing its immobility, which also inhibits the carrier itself. It is advisable to use ferro-powder in an oil medium, which makes it possible to obtain not only two discrete “stop” modes - “rotation”, but also intermediate modes, due to changes in the magnetic field strength, as well as off-band modes, due to the creation of a vortex magnetic field by a coil in each of the district directions.
- - электромагнитная муфта, связывающая полую ось ведущей шестерни с солнечной шестерней, может быть выполнена в виде кольцевой полости с внутренней стороны солнечной шестерни, с установленными в этой полости радиальными перегородками и заполненной ферромагнитным порошком, или ферромагнитной жидкостью, а с внутренней стороны полой оси в пределах кольцевой полости установлен соленоид с возможностью подключения к источнику электрического тока;- - the electromagnetic coupling connecting the hollow axis of the pinion gear with the sun gear can be made in the form of an annular cavity on the inside of the sun gear, with radial baffles installed in this cavity and filled with ferromagnetic powder or ferromagnetic fluid, and on the inside of the hollow axis a solenoid is installed within the annular cavity with the ability to connect to an electric current source;
Таким образом, имеется возможность управлять и поведением солнечной шестерни с помощью торовой катушки внутри ее полой оси и ферромагнитной жидкости второго из карманов в ступице солнечной шестерни.Thus, it is possible to control the behavior of the sun gear using a torus coil inside its hollow axis and the ferromagnetic fluid of the second of the pockets in the hub of the sun gear.
Для согласования движений шестерен на выходном валу, одна из которых связана с водилом, а другая с солнечной шестерней, они установлены на обгонных, или на электромагнитных муфтах.To coordinate the movements of the gears on the output shaft, one of which is connected to the carrier, and the other to the sun gear, they are installed on overrunning, or on electromagnetic couplings.
Сочетание управляющих функций на водиле и солнечной шестерне (причем в режиме как простой остановки, так и движения в каждом из двух окружных направлений) позволяет работать в широком диапазоне передаточных отношений и использовать такое устройство, например для создания мотор-колеса.The combination of control functions on the carrier and the sun gear (both in the mode of simple stop and movement in each of the two circumferential directions) allows you to work in a wide range of gear ratios and use such a device, for example, to create a motor wheel.
Причем, предлагаемое устройство может работать, например, в качестве компрессора, только от электропитания, подаваемого на соленоиды, то есть в виде моноблочной структуры без непосредственного привода от отдельного двигателя на входной вал.Moreover, the proposed device can operate, for example, as a compressor, only from the power supplied to the solenoids, that is, in the form of a monoblock structure without a direct drive from a separate engine to the input shaft.
Размещение зубчатых передач с наружной стороны корпуса предлагаемого устройства путем соединения их с полым валом рабочей шестерни (Фиг. 15) позволяет развивать многообразие создаваемых конструкций и находить среди них наиболее рациональные для решаемой технологической задачи по использованию роторной объемной машины.The placement of gears from the outside of the housing of the proposed device by connecting them to the hollow shaft of the working gear (Fig. 15) allows you to develop a variety of created designs and find among them the most rational for the technological task to use a rotary volumetric machine.
Дополнение роторной объемной машины запальным устройством в зоне максимального схождения зубьев рабочих шестерен, топливным баком, насосом, топливопроводом одного из патрубков в зоне максимального расхождения зубьев, а другого - компрессором (Фиг. 16, Фиг. 17) позволяет использовать предлагаемое устройство в качестве роторного двигателя внутреннего сгорания (ДВС).The addition of the rotary volumetric machine ignition device in the zone of maximum convergence of the teeth of the working gears, a fuel tank, a pump, a fuel pipe of one of the nozzles in the zone of maximum divergence of the teeth, and the other - a compressor (Fig. 16, Fig. 17) allows you to use the proposed device as a rotary engine internal combustion engine (ICE).
В этом случае компрессор осуществляет вентиляцию межзубовых пространств от продуктов сгорания из предыдущих циклов и наполнение их под избыточным давлением чистым воздухом. Топливный насос подает из топливного бака по топливопроводу горючую жидкость (бензин, эфир, газойль, дизтопливо и т.д.) под давлением в межзубовые объемы, заполненные воздухом.In this case, the compressor ventilates the interdental spaces from the combustion products from previous cycles and fills them under excess pressure with clean air. The fuel pump delivers flammable liquid (gasoline, ether, gas oil, diesel fuel, etc.) from the fuel tank through the fuel line into the interdental spaces filled with air.
При этом распыление ее по объему, обжатие за счет вращения рабочих шестерен производит получение топливного заряда. В момент наивысшей степени уплотнения (в зоне максимального схождения зубьев рабочих шестерен) запальное устройство производит поджог топливного заряда, сопровождающийся увеличением объема за счет получения продуктов сгорания и увеличения температуры в каждом межзубовом объеме. В результате повышается давление и появляется окружное усилие на каждой рабочей шестерне, превышающее окружное усилие от необходимости обжатия топливного заряда.At the same time, spraying it by volume, compression due to the rotation of the working gears produces a fuel charge. At the time of the highest degree of compaction (in the zone of maximum convergence of the teeth of the working gears), the ignition device ignites the fuel charge, accompanied by an increase in volume due to the production of combustion products and an increase in temperature in each interdental volume. As a result, the pressure rises and a circumferential force appears on each working gear, exceeding the circumferential force from the need to compress the fuel charge.
Разность моментов от необходимости обжатия топливного заряда и момента от сгорания этого заряда дает возможность подключить к устройству любую полезную нагрузку (в пределах генерируемой мощности), то есть использовать его в качестве роторного ДВС.The difference in moments from the need to compress the fuel charge and the moment from the combustion of this charge makes it possible to connect to the device any payload (within the generated power), that is, use it as a rotary ICE.
В этом случае обжимающая часть устройства работает в качестве компрессора, а его расширяющаяся часть (по мере вращения) в виде пневмомотора.In this case, the compression part of the device operates as a compressor, and its expanding part (as it rotates) in the form of a pneumatic motor.
С целью повышения к.п.д. роторной объемной машины в режиме ДВС за счет сохранения высокой герметичности межзубовых объемов запальное устройство в данном случае может выполняться бесконтактным, в виде катушки в каждом межзубовом объеме вращающейся вместе с рабочей шестерней между магнитами, закрепленными на корпусе.In order to increase the efficiency In this case, the rotary volumetric machine in the internal combustion engine mode due to the preservation of high tightness of the interdental volumes, the ignition device can be made non-contact, in the form of a coil in each interdental volume rotating together with the working gear between the magnets mounted on the housing.
Кроме того, к неподвижным магнитам в корпусе в дополнение имеются и вращающиеся магниты секций зубьев, которые при взаимодействии будут создавать неравномерное, нестационарное магнитное поле, с высокими градиентами напряженностейIn addition to the stationary magnets in the housing, in addition, there are also rotating magnets of the tooth sections, which, when interacting, will create an uneven, unsteady magnetic field with high tension gradients
Следовательно, вращение каждой катушки в неравномерном и нестационарном магнитном поле от неподвижных на корпусе и подвижных в секциях зубьев магнитов создает в каждом витке-контуре катушки ЭДС, которая умножается на число витков и растет с ростом скорости вращения рабочих шестерен. На выходных концах каждой катушки, установленных с требуемым зазором между собой, создается разность потенциалов достаточная для протекания искрового разряда. Искра поджигает топливный заряд и тем самым сначала запускает процесс, а затем его поддерживает, поскольку описанный такт происходит с каждым межзубовым объемом. Эта последовательность тактов обеспечивает непрерывность вращения рабочих шестерен.Therefore, the rotation of each coil in an uneven and unsteady magnetic field from the magnets fixed on the body and movable in the tooth sections creates an EMF in each turn-loop of the coil, which is multiplied by the number of turns and grows with increasing speed of rotation of the working gears. At the output ends of each coil installed with the required gap between each other, a potential difference is created sufficient for the occurrence of a spark discharge. The spark ignites the fuel charge and thereby first starts the process, and then supports it, since the described cycle occurs with each interdental volume. This sequence of strokes ensures continuous rotation of the working gears.
При этом, для получения требуемой напряженности магнитного поля элементы устройства или их части могут быть изготовлены из неметаллов (полимеры, керамика, стекло и т.д.), что повышает магнитную проницаемость зоны функционирования магнитов и тем самым стабильность рабочего процесса.At the same time, to obtain the required magnetic field strength, the elements of the device or their parts can be made of non-metals (polymers, ceramics, glass, etc.), which increases the magnetic permeability of the area of functioning of the magnets and thereby the stability of the working process.
Таким образом, совокупность заявленных признаков позволяет более значимо расширить арсенал технических средств на основе роторной объемной машины, вплоть до того что использовать ее и в качестве ДВС.Thus, the totality of the claimed features allows you to more significantly expand the arsenal of technical equipment based on a rotary volumetric machine, even to the point of using it as an internal combustion engine.
Предлагаемое изобретение пояснено следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:
Фиг. 1. Проблемные участки конструкции прототипа по герметичности межзубовых рабочих объемов.FIG. 1. Problem areas of the design of the prototype for the tightness of the interdental working volumes.
Фиг. 2. Расчетная схема условия сопряжения всех зубьев рабочих шестерен.FIG. 2. The design scheme of the condition for pairing all the teeth of the working gears.
Фиг. 3. Конструктивный вариант исполнения обечаек рабочих шестерен в виде тора, привода в виде внутренней цилиндрической передачи внешнего зацепления и корпуса, образованного крышками с меридиональным разъемом.FIG. 3. A constructive embodiment of the shells of the working gears in the form of a torus, a drive in the form of an internal cylindrical gear of an external gearing and a housing formed by covers with a meridional connector.
Фиг. 4. Вариант одинакового исполнения сферических обечаек встык у рабочих шестерен, привода в виде внутренней цилиндрической передачи внутреннего зацепления и корпуса, образованного крышками с меридиональным разъемом.FIG. 4. A variant of identical execution of spherical shells end-to-end at working gears, a drive in the form of an internal cylindrical gear of internal gearing and a housing formed by covers with a meridional connector.
Фиг. 5. Вариант одинакового исполнения сферических обечаек с окнами и каналами в корпусе, а также привода в виде конического зацепления и корпуса, образованного крышками с меридиональным разъемом.FIG. 5. A variant of the same design of spherical shells with windows and channels in the housing, as well as a drive in the form of a tapered mesh and a housing formed by covers with a meridional connector.
Фиг. 6. Вариант неодинакового исполнения сферических обечаек встык у рабочих шестерен, привода в виде внутренней планетарной передачи с остановленным водилом и корпуса, образованного крышками с меридиональным разъемом.FIG. 6. A variant of unequal execution of spherical shells end-to-end at working gears, a drive in the form of an internal planetary gear with a carrier stopped, and a housing formed by covers with a meridional connector.
Фиг. 7. Вариант исполнения сферических обечаек, сопрягаемых с минимальным радиальным зазором, привода в виде внутренней планетарной передачи с остановленной солнечной шестерней и корпуса, образованного крышками с меридиональным разъемом.FIG. 7. An embodiment of spherical shells mating with a minimum radial clearance, an actuator in the form of an internal planetary gear with a stopped sun gear and a housing formed by covers with a meridional connector.
Фиг. 8. Радиальный разрез варианта исполнения сферических обечаек, сопрягаемых с минимальным радиальным зазором. Разрез А-А Фиг. 7.FIG. 8. A radial section of an embodiment of spherical shells mating with a minimum radial clearance. Section AA Fig. 7.
Фиг. 9. Цилиндрический разрез варианта исполнения сферических обечаек, сопрягаемых с минимальным радиальным зазором. Разрез Б-Б Фиг. 8.FIG. 9. A cylindrical section of an embodiment of spherical shells mating with a minimum radial clearance. Section BB FIG. 8.
Фиг. 10. Вариант исполнения сферических обечаек, одна из которых охватывает зубчатый венец частично, а другая охватывает зубчатый венец по всей ширине с выборкой четверти со стороны венца под размещение первой с минимальным радиальным зазором и образованием герметизирующего лабиринта, а также привода в виде планетарной передачи с изменяемой структурой от электромагнитных муфт и корпуса, образованного крышками с меридиональным разъемом.FIG. 10. An embodiment of spherical shells, one of which partially covers the toothed ring, and the other covers the toothed ring along the entire width with a quarter selection from the side of the ring for placing the first with a minimum radial clearance and the formation of a sealing labyrinth, as well as a planetary gear drive with variable structure from electromagnetic couplings and a housing formed by covers with a meridional connector.
Фиг. 11. Вариант исполнения сферических обечаек с полным охватом венцов обоих рабочих шестерен в зоне минимального сведения зубьев и проникновением в корпус по сферической прорези с минимальным радиальным зазором в зоне максимального сведения зубьев, а также привода в виде наружной цилиндрической передачи внешнего зацепления и корпуса, образованного крышками с меридиональным разъемом.FIG. 11. An embodiment of spherical shells with full coverage of the crowns of both working gears in the zone of minimum tooth reduction and penetration into the housing along a spherical slot with a minimum radial clearance in the zone of maximum tooth reduction, as well as a drive in the form of an external cylindrical gear of an external gearing and a housing formed by covers with meridional connector.
Фиг. 12. Радиальный разрез по зубьям рабочей шестерни. Разрез В-В фиг. 11.FIG. 12. Radial cut along the teeth of the working gear. Section BB of FIG. eleven.
Фиг. 13. Вариант исполнения внутренней сферической обечайки общей для обеих рабочих шестерен и расположенной в окружном канале средней части корпуса, расположенной между рабочими шестернями, а также привода в виде наружной цилиндрической передачи внешнего зацепления и корпуса, образованного крышками с меридиональным разъемом.FIG. 13. An embodiment of the inner spherical shell common for both working gears and located in the peripheral channel of the middle part of the housing located between the working gears, as well as a drive in the form of an external cylindrical gear of an external gearing and a housing formed by covers with a meridional connector.
Фиг. 14. Вариант исполнения внутренней центральной части корпуса в виде плавающей сферы.FIG. 14. An embodiment of the inner central part of the body in the form of a floating sphere.
Фиг. 15. Вариант исполнения корпуса без отдельной внутренней центральной части.FIG. 15. Case design without a separate inner central part.
Фиг. 16. Вариант конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на основе роторной объемной машины с корпусом и двумя крышками.FIG. 16. A design variant of a rotary internal combustion engine (ICE) based on a rotary volumetric machine with a body and two covers.
Фиг. 17. Схема характера распределения тактов по длине рабочего объема роторного ДВС. Разрез Г-Г фиг. 16.FIG. 17. Scheme of the nature of the distribution of ticks along the length of the working volume of the rotary engine. Section GG of FIG. 16.
Роторная объемная машина (Фиг. 16) содержит корпус 1 с торцовыми крышками 2 и 3, в расточках 4, 5 которого размещены ведущая 6 и ведомая 7 рабочие шестерни, образующие аксиальную передачу, каждая рабочая шестерня которой состоит из полой ступицы 8, 9 и диска 10, 11 с размещенными на его периферии в виде венцов 12, 13 зубьями 14, состоящими из отдельных секций 15 (Фиг. 8, Фиг. 9, Фиг. 18) с несимметричным профилем, имеющими лицевую 16 и тыльную 17 поверхности. В корпусе 1 образованы каналы подвода-отвода 18, 19 рабочей среды, рабочие шестерни 6, 7 установлены на полых осях 20, 21 под углом θ (Фиг. 2), обеспечивающим перекрытие их венцов 12, 13 зубьев 14 на всей окружности. Каждая полая ось 20, 21 закреплена с одной стороны на торцовой крышке 2 или 3 корпуса 1 (Фиг. 16), а с другой стороны соединена с частью 22 корпуса 1 (аксиальной шайбой), расположенной между центральными частями рабочих шестерен 6, 7. Диск 10 ведущей рабочей шестерни 6 снабжен, по крайней мере, двумя обечайками 23, 24, охватывающими венец 12 из зубьев 14 с наружной и внутренней стороны. Диск 11 ведомой рабочей шестерни 7 также снабжен, по крайней мере, двумя обечайками 25, 26, охватывающими венец 13 из зубьев 14 с наружной и внутренней стороны. Диск 10 ведущей рабочей шестерни 6 снабжен зубчатой передачей 27 с выходом вала 28 из внутреннего пространства торцовой крышки 3 через уплотнение 29. Сквозные отверстия 30, 31 полых осей 20, 21 являются каналами подвода отвода рабочей среды. Проходные сечения таких каналов 30, 31 достаточны для этой роли. В аксиальной шайбе 22 эти каналы продолжаются на требуемую угловую величину для ввода рабочей среды в межзубовую систему рабочих шестерен 6, 7.The rotary volumetric machine (Fig. 16) contains a
При этом:Wherein:
- корпус устройства может быть образован непосредственно из самих торцовых крышек 34, 35, каждая из которых имеет меридиональный разъем по плоскости осей вращения рабочих шестерен (Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 10, Фиг. 11, Фиг. 13, Фиг. 14, Фиг. 15);- the device body can be formed directly from the end caps themselves 34, 35, each of which has a meridional connector along the plane of the axes of rotation of the working gears (Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 10, Fig. 11, Fig. 13, Fig. 14, Fig. 15);
- каждая из обечаек 23, 24, 25, 26 рабочих шестерен 6, 7 может быть выполнена в виде части полого тора, образующего в сечении наибольшего перекрытия зубьев или замкнутое кольцо (Фиг. 3), или кольцо с одним, или кольцо двумя окнами;- each of the
- поверхности обечаек 23, 24, 25, 26 могут быть выполнены сферическими с радиусами, проведенными из центра, совпадающего с точкой 0 пересечения осей рабочих шестерен 6, 7 аксиальной передачи (Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 10, Фиг. 11, Фиг. 13, Фиг. 14, Фиг. 15, Фиг. 16);- the surfaces of the
Причем:Moreover:
- - поверхности обечаек 23, 24, 25, 26 каждой из рабочих шестерен 6, 7 могут иметь равные одноименные радиусы и выполнены с произвольным соотношением ширин, при условии суммарной ширины обечаек 23, 24, 25, 26 не превышающей ширину каждого из зубчатых венцов 12, 13;- - the surfaces of the
- - поверхности обечаек попарно 23-25, 24-26 рабочих шестерен 6, 7 сопрягаются по всей ширине венца 12 или 13 с минимальным радиальным зазором, как у наружных 23-25, так и внутренних 24-26 обечаек между собой, а меньшая по диаметру обечайка 25 наружной пары, и большая по диаметру 26 внутренней пары имеют за своими зубьями 15 прорези под зубья другой рабочей шестерни (Фиг. 7, Фиг. 8, Фиг. 9);- - the surfaces of the shells in pairs 23-25, 24-26 of the working
- - одна из одноименных обечаек 23 (26) охватывает зубчатый венец 12 частично, а другая 25 (24) охватывает зубчатый венец по всей ширине с выборкой четверти со стороны венца под размещение первой с минимальным радиальным зазором и герметизирующего лабиринта (Фиг. 10, Фиг. 16);- - one of the shells of the same name 23 (26) partially covers the
- - каждая из сферических обечаек 36, 37, ограничивающих зубчатый венец, выполняется на одной из рабочих шестерен (7) с полным или частичным охватом обоих венцов 12, 13 в зоне минимального сведения зубьев и проникновением в корпус крышки 35 по сферической прорези 38 и 39 с минимальными радиальными зазорами в зоне максимального сведения зубьев (Фиг. 11, Фиг. 13, Фиг. 14, Фиг. 15):- - each of the
- - - на периферии, например, ведущей рабочей шестерни 6 на тыльном ее торце устанавливается сферическая обечайка 40, сопрягаемая с внутренней поверхностью обечайки 36 ведомой рабочей шестерни (Фиг. 11, Фиг. 13, Фиг. 14, Фиг. 15);- - - on the periphery, for example, of the
- - - между обечайками 36 и 40 установлены пружинные кольца 41, аналогичные поршневым традиционных ДВС, или резиновые жгутики 42 в канавках (Фиг. 11, Фиг. 13, Фиг. 14, Фиг. 15);- - - between the
- - - на тыльном торце ведущей рабочей шестерни, на радиусах, меньших периферийного, устанавливается одна или несколько концентричных цилиндрических обечаек 43, входящих в скользящее сопряжение с канавками 44 в корпусе торцовой крышки 3 (Фиг. 11);- - - at the rear end of the driving working gear, at radii smaller than the peripheral one or more concentric
- - - обечайка с внутренней стороны венца выполнена в виде отдельной детали 45 общей для обеих рабочих шестерен в виде подвижно сопрягаемого с венцами сферического кольца, установленного с возможностью вращения в наклонной канавке 46 части корпуса 22, расположенной между центральными частями рабочих шестерен 6, 7, и образованием зоны 47, свободной от перекрытия им венца в направлении максимального сведения зубьев (Фиг. 13);- - - the shell on the inside of the crown is made in the form of a
- - - средняя часть 22 корпуса, расположенная между центральными- - - the
частями рабочих шестерен 6, 7, выполнена в виде отдельной плавающей сферы 48, или сферы, принадлежащей одной из рабочих шестерен 6 или 7 (Фиг. 14, Фиг. 15);parts of the working
- - торцы сопрягаемых обечаек (и сферических, и торовых) имеют сопрягаемые выступы 49 и впадины 50, переходящие на уступы корпуса под эти обечайки, образующие герметизирующий лабиринт (Фиг. 3), а каждая секция 15 зуба 14 может быть снабжена контактным уплотнением 51 (Фиг. 11, Фиг. 12, Фиг. 17);- - the ends of the mating shells (both spherical and torus) have
При этом рабочие шестерни 6, 7 устанавливаются на полых осях 20, 21 через подшипники 52;In this case, the working
- зубчатая передача может быть выполнена в виде цилиндрической передачи (Фиг. 3, Фиг. 4), или конической передачи (Фиг. 5), или планетарной передачи (Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 10, Фиг. 16):- the gear train can be made in the form of a cylindrical gear (Fig. 3, Fig. 4), or a bevel gear (Fig. 5), or a planetary gear (Fig. 6, Fig. 7, Fig. 10, Fig. 16):
- - цилиндрическая передача может быть так же подключена на наибольшем радиусе (Фиг. 4) рабочей шестерни 6, или на ее полой ступице 8 может иметь следующие исполнения:- - a cylindrical gear can also be connected at the largest radius (Fig. 4) of the working
- - - цилиндрическая передача внешнего зацепления (Фиг. 3), расположенная в пазухах ведущей рабочей шестерни 6, включает зубчатый венец 55 на полой ступице 8 входящий в зацепление с шестерней 56, закрепленной на выходном валу 28. Вал 28 установлен в подшипниках 57 и загерметизирован от внешнего пространства уплотнением 29;- - - a cylindrical external gearing (Fig. 3), located in the axils of the
- - - цилиндрическая передача внутреннего зацепления (Фиг. 4), расположенная в пазухах ведущей рабочей шестерни 6, включает зубчатый венец 58 на наибольшем радиусе диска 10 образующий эпициклическую шестерню и входящий в зацепление с шестерней 56, закрепленной так же на выходном валу 28. Вал 28 установлен в подшипниках 57 и загерметизирован от внешнего пространства уплотнением 29 аналогично вышерассмотренному случаю;- - - a cylindrical internal gearing (Fig. 4), located in the axils of the
- - цилиндрическая зубчатая передача может быть размещена с наружной стороны торцовой крышки 3 (или 35) и соединена с полым ступицей 8 рабочей шестерни 6 (Фиг. 11, Фиг. 13, Фиг. 14, Фиг. 15). В этом случае полая ступица 8 ведущей рабочей шестерни 6 выполнена удлиненной, за счет чего зубчатый венец 55 смещается от герметизируемого рабочего пространства на более удаленное расстояние, чем в предыдущих вариантах. Вследствие этого конструктивного мероприятия приводная шестерня 56 вместе с валом 28 так же отдаляется от зоны герметизации. При этом один конец вала 28 закреплен в корпусе крышки 35, а для обеспечения необходимой жесткости удержания вала второй его конец размещается в дополнительной корпусной детали серьге 59, наворачиваемой на полую ось 20 (Фиг. 11). В конструкциях Фиг. 14, Фиг. 15 для серьги предусмотрено дополнительное крепление на корпус крышки 35.- - a cylindrical gear transmission can be placed on the outside of the end cover 3 (or 35) and connected to the
Конструктивные варианты Фиг. 13, Фиг. 15 предусматривают выполнение ответной шестерни для зубчатого венца 55 в сопрягаемом с предлагаемым устройством узле.Design Options FIG. 13, FIG. 15 provide for the implementation of the reciprocal gear for the
- - коническая передача (Фиг. 5), расположенная так же в пазухах ведущей рабочей шестерни 6, включает зубчатый венец 60 на наибольшем радиусе диска 10 образующий коническую шестерню и входящий в зацепление с шестерней 61, закрепленной на выходном валу 62. Вал 62 установлен в подшипниках 57 и загерметизирован от внешнего пространства уплотнением 29;- - bevel gear (Fig. 5), also located in the axils of the
- - планетарная передача выполнена с остановленным водилом (Фиг. 6), или с остановленной солнечной шестерней (Фиг. 7), или с механизмом изменения ее структуры (Фиг. 10, Фиг. 16):- - the planetary gear is made with the carrier stopped (Fig. 6), or with the sun gear stopped (Fig. 7), or with a mechanism for changing its structure (Fig. 10, Fig. 16):
- - - - планетарная передача с остановленным водилом (Фиг. 6) в роторной объемной машине располагается в пазухах ведущей рабочей шестерни 6 и содержит эпициклический венец 58 на периферии тыльной части ведущей рабочей шестерни 6, свободно вращающуюся на полой оси 20, солнечную шестерню 65, кинематически связанную через зубчатый венец 66 с зубчатым колесом 67, закрепленном на валу 28. На том же валу 28 установлен сателлит 68 с возможностью свободного вращения на нем. Другие сателлиты 68 установлены на вращающихся осях 69. Оси 69 и вал 28 установлены в подшипниках 70, причем вал 28 защищен от внешних загрязнений уплотнением 29, размещенным в крышке 71. Функцию остановленного водила выполняет корпус крышки 35;- - - - the planetary gear with the carrier stopped (Fig. 6) in the rotary volumetric machine is located in the axils of the
- - - - планетарная передача с остановленной солнечной шестерней (Фиг. 7) в роторной объемной машине включает собственно солнечную шестерню 65, связанную неподвижно с корпусом крышки 35 через полый хвостовик 72, охватывающий концентрично полую ось 20. Водило этого конструктивного варианта передачи выполнено в виде обоймы 73, посаженной с возможностью вращения на хвостовик 72. Водило имеет зубчатый венец 74 и оси 69 с сателлитами 68. Оси 69 в отверстиях обоймы водила 73 установлены через подшипники 70, а его зубчатый венец 74 связан с шестерней 75, закрепленной на валу 28, имеющем уплотнение 29. Шестерня 75 может быть закрыта съемным кожухом 76;- - - - the planetary gear with the sun gear stopped (Fig. 7) in the rotary volumetric machine includes the
- - - - планетарная передача с возможностью изменения ее структуры- - - - planetary gear with the possibility of changing its structure
(Фиг. 10, Фиг. 16) является совмещением двух вышеописанных конструктивных вариантов планетарных передач, преобразуемых в один с помощью механизма изменения структуры. Механизм изменения структуры позволяет получать два различных передаточных отношения (при остановленном водиле и при остановленной солнечной шестерне) при наличии одной и той же механической части. Дополнительным условием осуществления этой функции является установка зубчатых колес 67 и 75 на выходном валу 28 с помощью обгонных (или электромагнитных) муфт 77, 78;(Fig. 10, Fig. 16) is a combination of the two above-described structural variants of planetary gears, converted into one using the mechanism of structural change. The mechanism of structural change allows you to get two different gear ratios (when the carrier is stopped and when the sun gear is stopped) in the presence of the same mechanical part. An additional condition for the implementation of this function is the installation of
- - - механизм изменения структуры планетарной передачи выполнен в виде электромагнитных муфт, одна из которых связывает корпус крышки 3 с водилом 73, а другая полую ось 20 ведущей шестерни 6 с солнечной шестерней 65 (Фиг. 10, Фиг. 16).- - - the mechanism of changing the planetary gear structure is made in the form of electromagnetic couplings, one of which connects the
При этом ферромагнитный порошок, или ферромагнитная жидкость 80 размещены в канавках 81, 82, выполненных концентрично индуктивным катушкам 83, 84 и снабженных перегородками 85, 86.When this ferromagnetic powder, or
Таким образом, электромагнитная муфта, связывающая полую ось 20 ведущей шестерни 6 с солнечной шестерней 65, выполнена в виде кольцевой полости 82 с внутренней стороны солнечной шестерни 65, с установленными в этой полости радиальными перегородками 85 и заполненной ферромагнитным порошком, или ферромагнитной жидкостью 80, а с внутренней стороны полой оси 20 в пределах кольцевой полости 82 установлен соленоид 84 с возможностью подключения к источнику электрического тока;Thus, the electromagnetic coupling connecting the
Электромагнитная муфта, связывающая водило 73 с корпусом торцовой крышки 3, выполнена в виде кольцевой полости 81 с наружной стороны водила, с установленными в этой полости радиальными перегородками 86 и заполненной ферромагнитным порошком, или ферромагнитной жидкостью 80, а с наружной стороны корпуса в пределах этой кольцевой полости установлен соленоид 83 с возможностью подключения к источнику электрического тока;The electromagnetic coupling connecting the
Вышерассмотренная конструкция может являться основой для создания и развития роторного двигателя внутреннего сгорания (в этом случае реализуется принцип обратимости объемных роторных машин). Для работы устройства в качестве ДВС к патрубку 18, расположенному в центральной части корпуса и размещенному в зоне максимального расхождения венцов 12, 13 зубьев через отверстие 31 полого вала 21 подведен топливопровод 87, соединенный с топливным баком 88 и дросселем 89 через насос 90 высокого давления. К одному из двух патрубков 18 или 19 на периферийной части этой же зоны подсоединен компрессор 91, а в зоне максимального схождения зубьев размещены запальные устройства. Запальное устройство выполнено в виде магнитов 92, 93, размещенных в торцовых крышках 2, 3 корпуса 1(или корпусах крышек 34, 35) в зоне максимального схождения зубьев (Фиг. 17), магнитов 94, размещенных в секциях 15 зубьев 14 рабочих шестерен 6, 7, а в каждом межзубовом интервале дисков 10, 11 рабочих шестерен 6,7 размещены катушки индуктивности 95 с выходом концов проводника в каждое межзубовое пространство с зазором между ними.The above design can be the basis for the creation and development of a rotary internal combustion engine (in this case, the principle of reversibility of volumetric rotary machines is implemented). To operate the device as an internal combustion engine, a
Крышки 2, 3, корпус 1, или корпуса крышек 34, 35, рабочие шестерни 6, 7, или их отдельные части изготавливаются или из металлов, или из полимеров, или из керамики, или из оптически прозрачного материала.
Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:
1). При исполнении обечаек 23, 24 и 25, 26 в виде части тора, образующих в сечении зоны максимального схождения зубьев кольцо в виде окружности.one). When executing
При вращении вала 28 вращается жестко посаженная на нем шестерня 56, которая вращает зубчатый венец 55, установленный на полой ступице 8 рабочей шестерни 6. Каждая отдельная секция 15 зубьев 14 (Фиг. 8, Фиг. 9, Фиг. 17) ведущей рабочей шестерни 6 входит в зацепление лицевыми поверхностями 16 (Фиг. 9) тех же секций 15 зубьев 14 ведомой рабочей шестерни 7 образуя между зубьями герметичные объемы в окружном направлении за счет контакта лицевых поверхностей и дублирования сопряжения лицевых поверхностей 16 в каждой секции 15 зуба 14 при постоянном поджатии от постоянных магнитов 94, размещенных в секциях 15 зубьев 14 рабочих шестерен 6, 7.When the
За счет того, что в радиальных направлениях эти объемы частично перекрыты обечайками 23, 24, 25, 26 и корпусом 1 (Фиг. 16) или крышками 34, 35 (Фиг. 3) с минимальными радиальным зазором сопрягаемыми с каждой секцией 15 зуба 14 обеспечивается полная герметичность межзубовых объемов.Due to the fact that in radial directions these volumes are partially covered by
На расходящемся участке зубьев 14 в межзубовом пространстве по мере вращения рабочих шестерен 6, 7 создается вакуумметрическое давление (разрежение), за счет которого из источника (хранилища, атмосферы) через канал 21 далее 18 рабочая среда поступает в межзубовые пространства и далее по мере вращения рабочих шестерен 6 и 7 на сходящемся участке рабочая среда обжимается за счет того, что поперечное сечение торового межзубового пространства уменьшается почти от двух площадей окружности до одной в зоне максимального сведения зубьев 14. Степень сжатия в этом случае может дополнительно регулироваться толщиной крайних секций 15 зацепляющихся групп секций (см. описание прототипа).On the diverging
За счет приобретенного избыточного давления упругая рабочая среда удаляется через канал 19, размещенный со смещением от точки наибольшего совмещения зубьев 14 (венцов 12, 13) рабочих шестерен 6, 7.Due to the acquired excess pressure, the elastic working medium is removed through the
В данном случае секционное исполнение зубьев, наличие обечаек существенно повышает герметизацию межзубовых объемов, причем, чтобы предотвратить переток на тыльные стороны обечаек в их кольцевых торцах имеются лабиринты в виде сопрягаемых выступов и впадин, которые имеют дальнейшее продолжение в уступе корпусных деталей (крышек 34, 35).In this case, the sectional execution of the teeth, the presence of the shells significantly increases the sealing of the interdental volumes, and to prevent overflow on the back of the shells in their annular ends there are labyrinths in the form of mating protrusions and depressions, which have a further continuation in the ledge of the body parts (covers 34, 35 )
2). При выполнении обечаек 23; 25; 24; 26 сферическими (Фиг. 4).2). When performing
В этом случае вращение вала 28 в подшипниках 57 и уплотнении 29, шестерни 56, жестко посаженной на валу 28, приводит во вращение в том же направлении эпициклический венец 58, расположенный с тыльной стороны рабочей шестерни 6, следовательно, вращается и сама рабочая шестерня 6. Зубья 14 рабочей шестерни 6 посредством их секций 15 лицевыми поверхностями 16 приводят в движение рабочую шестерню 7, воздействуя на такие же лицевые поверхности 16 таких же секций 15 таких же зубьев 14 этой ведомой рабочей шестерни 7. При этом сопряжение лицевых поверхностей 16 рабочих шестерен 6 и 7, а так же их поджим за счет взаимодействия постоянных магнитов 94 в секциях зубьев предусматривает полный и постоянный контакт ребра секции 15 по ответной лицевой линейчатой поверхности 16, что обеспечивает герметизацию стыка. Для большей степени и надежности герметизации зубья 14 поделены на секции 15 - несколько секций более тщательно герметизируют стык в окружном направлении. Таким образом, рабочий процесс полностью аналогичен вышеприведенному случаю (Фиг. 3), за исключением замены передачи внешнего зацепления на внутреннее. Сферические обечайки рассматриваемого случая так же обеспечивают герметизацию аналогично торовым и так же могут быть снабжены сопрягаемыми выступами 49 и впадинами 50 (Фиг. 3).In this case, the rotation of the
Вход в устройство газообразной рабочей среды может осуществляться через один из каналов 18 в периферийной части корпусной детали 35 (крышки), либо аналогичным вышеприведенному варианту образом - последовательно через каналы 31, 18. Выход после обжатия так же производится через каналы 19 и далее отверстие 30 полой оси 20.The gaseous working medium can be entered into the device through one of the
Следует так же указать преимущества рассмотренных вариантов, заключающиеся в постепенном обжатии порции газа в межзубовом канале, захваченного в области максимального расхождения зубьев. Поэтому на каждом сопряжении зубьев 14 рабочих шестерен 6, 7 перепад давления минимален, следовательно, минимален и возможный переток через каждое их сопряжение.It should also indicate the advantages of the options considered, consisting in the gradual compression of a portion of the gas in the interdental canal, captured in the area of maximum divergence of the teeth. Therefore, at each pair of
3). При выполнении передачи конической, а обечаек более короткими (Фиг. 5) рабочий процесс происходит аналогично вышерассмотренным случаям - вал 62 в подшипниках 27 и уплотнении 29 вращает коническую шестерню 61 и она передает окружное движение рабочей шестерне 6, далее через зубья 14 рабочей шестерне 7. Последующее функционирование происходит так же аналогично вышерассмотренным случаям (Фиг. 3, Фиг. 4) за исключением того, что обечайки 23; 25; 24; 26 в этом случае более узкие и в области максимального схождения зубьев 14 они (обечайки) не контактируют лабиринтными уплотнениями, образованными сопрягающимися выступом 49 и впадиной 50 (Фиг. 3.) Контакт сопрягаемой поверхности на торце каждой обечайки будет осуществляться только с уступами в корпусных деталях 34, 35, или в корпусе 1 (Фиг. 16). Этот факт может быть причиной еще большей герметизации межзубовых объемов в радиальных направлениях.3). When the transmission is conical, and the shells are shorter (Fig. 5), the working process occurs similarly to the above cases - the
К тому же в этих разрывах имеется возможность подводить на корпусе коммуникации в точке максимального схождения зубьев (каналы 18, 19 Фиг. 5).In addition, in these gaps, it is possible to bring on the communication housing at the point of maximum convergence of the teeth (
Совместное вращение рабочих шестерен 6 и 7 в области максимального расхождения зубьев наполняет межзубовые объемы через входные каналы (на Фиг. 5 не показаны) рабочей средой, далее по мере вращения они обжимаются и в области максимального сведения зубьев 14 через каналы 18 или 19 под давлением среда покидает устройство.The joint rotation of the working
4). При выполнении передачи планетарной с остановленным водилом (Фиг. 6), а сферической обечайки только на одной рабочей шестерне (7), так же принципиально ничего не меняется. Вал 28, установленный в подшипниках 70 и уплотнении 29, вращает зубчатое колесо 67. Зубчатое колесо 67 вращает венец 66 ступицы солнечной шестерни 65. Сама же солнечная шестерня 65, посаженная на полой оси 20 воздействует на сателлиты 68, посаженные на осях 69 и продолжении вала 28, используемого на этом участке в качестве оси. Сателлиты 68 при этом передают вращение эпициклическому венцу 58 (на Фиг. 4) рабочей шестерни 6. Рабочая шестерня 6, взаимодействуя секциями 15 зубьев 14 и с такими же секциями 15 зубьев 14 ведомой рабочей шестерни, 7 передает ей вращение. Герметичность зацепления обеспечивается, как за счет секционного исполнения зубьев 14, так и за счет их поджатия от взаимодействия постоянных магнитов 94, интегрированных в эти секции 15.four). When performing a planetary gear with the carrier stopped (Fig. 6), and a spherical shell on only one working gear (7), nothing fundamentally changes either. The
Совместное вращение рабочих шестерен 6 и 7 в области максимального расхождения зубьев наполняет межзубовые объемы через входные каналы 19 рабочей средой, далее по мере вращения они обжимаются за счет взаимного наклона осей вращения и в области максимального сведения зубьев 14 через каналы 18, или через один из них под давлением или сбрасывается в атмосферу (в режиме работы вакуум насоса), или подается в сеть (в режиме работы компрессора).The joint rotation of the working
Ширины обечаек 24, 25 могут быть равными ширине зубчатого венца 13, тогда периферийные выходные отверстия необходимо выполнять или до, или после точки максимального сведения зубьев. Если ширина обечаек 24, 25 будет меньше ширины венца 13, то в массивах корпусных деталей 22 и 35 можно разместить отводные каналы 18 (как центральные, так и периферийные) в точке максимального сведения зубьев.The widths of the
5). Привод от двигателя на ведущую рабочую шестерню в этом случае так же осуществляется через передачу, в данном случае планетарную с остановленной солнечной шестерней.5). The drive from the engine to the leading working gear in this case is also carried out through a transmission, in this case a planetary gear with the sun gear stopped.
При выполнении планетарной передачи (Фиг. 7) с остановленной солнечной шестерней 65 и обечайками по всей ширине венца с минимальным радиальным зазором у одноименных обечаек, когда меньшая по диаметру обечайка 25 наружной пары (Фиг. 7) и большая 26 (Фиг. 8, Фиг. 9) по диаметру обечайка внутренней пары имеют за своими секциями 15 зубьев 14 прорези под секции 15 зубьев 14 другой рабочей шестерни 7. В этом случае изменяется передаточное отношение к вышеперечисленным типам передач и повышается степень герметизации межзубовых объемов.When performing a planetary gear (Fig. 7) with the
В этом устройстве при вращении вала 28 вращается жестко посаженная на нем шестерня 75, которая приводит во вращение зубчатый венец 74 и само водило 73. Закрепленные на водиле 73 сателлиты 68 с возможностью вращения на осях 69, установленных в подшипниках 70, обкатываются по зубчатому венцу неподвижной солнечной шестерни 65 вращают в том же направлении венец 58 эпициклической шестерни и далее саму рабочую шестерню 6.In this device, when the
Вращение рабочей шестерни 6 также, как и вышеприведенных случаях, через взаимодействие секций 15 зубьев 14 вращает рабочую шестерню 7, расположенную под углом 0 к ведущей 6. Относительный наклон осей вращения рабочих шестерен 6 и 7 обуславливает изменение расстояние между дисков 10, 11 в осевом направлении при их совместном вращении.The rotation of the working
При нахождении межзубового объема в зоне максимального расхождения зубьев (Фиг. 7) в него через канал 31 полой оси 21, далее канал 18 подается рабочая среда. По мере поворота рабочих шестерен 6 и 7 уменьшается высота межзубового объема в осевом направлении и конечно его объем. Упругая рабочая среда обжимается, повышается ее давление.When the interdental volume is in the zone of maximum divergence of the teeth (Fig. 7), the working medium is supplied to it through the
Для предупреждения объемных утечек в конструкции предусмотрены сопрягаемые обечайки 23, 25 (Фиг. 7), 24, 26 (Фиг. 8), которые закрывают межзубовые объемы в радиальных направлениях. В данном случае имеет место герметизация двух сопрягаемых обечаек 23, 25 с малой относительной подвижностью и интенсивно подвижных обечаек 24, 26 (Фиг. 8) с неподвижным корпусом 1(Фиг. 17), или крышками 34, 35 (Фиг. 7). Для предотвращения утыкания секций 15 зубьев 14 рабочей шестерни 6 с внутренними обечайками 25 (Фиг. 7) и 26 (Фиг. 8) рабочей шестерни 7 перед секциями 15 зубьев 14 выполнены вырезы (Фиг. 8 и Фиг. 9). Эти вырезы в незначительной степени снижают герметичность за счет зон g (Фиг. 9) малоподвижного стыка сопрягающихся обечаек.To prevent volumetric leaks,
В зоне максимального обжатия межзубовых объемов рабочая среда вытесняется через канал 19 и далее отверстие 30 полой оси 20 в атмосферу или пневмосистему. Следует отметить, что на Фиг. 7 данный вид сопряжения показан только по внешним обечайкам 23 и 24.In the zone of maximum compression of the interdental volumes, the working medium is displaced through the
6). Выполнение передачи планетарной с возможностью изменения структуры, а одну из обечаек, охватывающую зубчатый венец частично и другую, охватывающую зубчатый венец по всей ширине с выборкой четверти со стороны венца под размещение первой с минимальным радиальным зазором и образованием герметизирующего лабиринта, позволяет менять скорость вращения рабочих шестерен 6, 7, то есть менять подачу и напор нагнетателя, причем, с обеспечением более высокой степени герметичности межзубового пространства (Фиг. 10).6). Performing planetary gears with the possibility of changing the structure, and one of the shells covering the gear ring partially and the other covering the gear ring along the entire width with a quarter selection from the crown side for placing the first one with a minimum radial clearance and the formation of a sealing labyrinth, allows you to change the speed of rotation of the working
В этом случае возможны два дискретных варианта, при альтернативном включении катушек 83 и 84.In this case, two discrete options are possible, with the alternative inclusion of
При подключении катушки 83 к источнику постоянного тока ферромагнитный порошок 80 (или магнитореалогическая жидкость) удерживается магнитным полем и создает структуру делатантной жидкости, что удерживает ребра 86 водила 73 в неподвижном состоянии. Далее вращение вала 28 обгонной муфты 77 вращает шестерню 67, которая в свою очередь вращает солнечную шестерню 65 через ее зубчатый венец 66. Сама солнечная шестерня 65 вращает сателлиты 68, установленные на неподвижных осях 69 остановленного водила 73 через подшипники 70. Вращение сателлитов 68 относительно неподвижных осей 69 и водила 73 приводит во вращение эпициклический венец 58, связанный с рабочей шестерней 6, которая вращается в том же направлении.When the
Шестерня 75 в этом случае остается неподвижной, поскольку она так же как и шестерня 67 установлена на обгонной муфте 78 с противоположным направлением передачи момента.
При альтернативном подключении катушки 84 к источнику постоянного тока ферромагнитный порошок 80 магнитореалогичекой жидкости удерживается магнитным полем и так же создает структуру делатантной жидкости, что удерживает ребра 85, а значит и солнечную шестерню в неподвижном состоянии.With an alternative connection of the
Далее вращение вала 28 (в противоположную сторону относительно вышерассмотренного случая) отключает обгонную муфту 77 и через другую обгонную муфту 78 передает вращение на шестерню 75 и далее на зубчатый венец 74 водила 73. В этом случае оси 69 движутся по окружности вместе с вращающимся водилом 73 заставляя за счет обкатывания по неподвижной солнечной шестерне 65 вращается сателлиты 68. В итоге сателлиты 68 дают вращение через эпициклический венец 58 рабочей шестерне 6, причем со скоростью, складывающейся из скорости собственного вращения сателлитов 68 и скорости их обкатывания по солнечной шестерне 65.Further, the rotation of the shaft 28 (in the opposite direction relative to the above case) disables the
При снижении напряжения электропитания на катушках 85 и 84 удерживаемые каждой из них звенья:With a decrease in the supply voltage on the
- или водило 73;- or drove 73;
- или солнечная шестерня 65 (хвостовик 72)- or sun gear 65 (shank 72)
будут частично проскальзывать по направлению действия реакции, что приведет к изменению передаточного отношения в обоих случаях.will partially slip in the direction of the reaction, which will lead to a change in the gear ratio in both cases.
При подаче переменного тока оно создает вокруг катушек 83 или 84 вихревое магнитное поле, которое за счет ребер 85 или 86 и магнитного материала порошка 80 принудительно приведет в движение либо водило 73, либо хвостовик 72 солнечной шестерни 65 (значит и саму солнечную шестерню) в движение против направления действия нагрузки.When AC is applied, it creates a vortex magnetic field around the
Это обстоятельство увеличит передаточное отношение зубчатой планетарной передачи. В двух последних случаях эта планетарная передача становится дифференциалом, в котором на выходе два входных движения либо складываются, либо вычитаются.This circumstance will increase the gear ratio of the gear planetary gear. In the last two cases, this planetary gear becomes a differential, in which two input motions are either added up or subtracted at the output.
Однако, в рассматриваемом случае с использованием обгонных муфт 77, 78 может быть реализована лишь часть вышеуказанных возможностей. Для более полного использования ресурсов данной конструкции привода (в соответствии с вышеизложенном повествованием) можно также обгонные муфты 77, 78 заменить на электромагнитные.However, in the case under consideration, using overrunning
Функционирование рабочего органа устройства, включающего две аксиально установленные рабочие шестерни 6, 7 и корпус происходит аналогично вышерассмотренным конструктивным вариантам. Однако указанное выполнение обечаек (Фиг. 10) в еще большей степени повышает герметичность каждого межзубового пространства в радиальных направлениях за счет того, что короткая обечайка сопрягается с вырезом в виде четверти (в сечении максимального сведения зубьев). На других угловых величинах входа короткой обечайки в четверть большой меньше, следовательно, и запирающая способность этого сопряжения снижается по мере приближения межзубового объема к зоне максимального расхождения зубьев. Это мероприятие все же целесообразно, поскольку распределение степени уплотнения по окружности корпуса соответствует распределению величин давления в межзубовых объемов по их местоположению, а сопряжение «в четверть», образующее лабиринт, удовлетворительно запирает межзубовый объем, особенно при наличии дополнительного сопряжения выступов 49 и впадин 50 на кольцевых торцах обечаек 6, 7.The functioning of the working body of the device, including two axially mounted working
7). Выполнение большой 36 и малой 37 обечаек, ограничивающих зубчатый венец 13, на одной из рабочих шестерен 7 с полным или частичным охватом обоих венцов 12, 13 в зоне минимального сведения зубьев и проникновением в корпус 35 по сферической прорези 38, 39 с минимальными радиальными зазорами в зоне максимального сведения зубьев 14 дает возможность, как полностью отгородить рабочее пространство от частей 34, 35 корпуса (и со стороны внутреннего радиуса венца и с внешней стороны), так и обеспечивать сообщение части корпуса с рабочим пространством, например для подвода коммуникаций 18, 19 (Фиг. 11, при выполнении малой обечайки 37 меньшей ширины венца 13). Вынесение механизма передачи из внутреннего пространства упрощает конструкцию (Фиг. 11, Фиг. 13) обеспечивает более легкий доступ к зубчатой паре, уменьшает объем внутреннего пространства за счет исключения объема, занимаемого передачей. В этом случае сокращаются паразитные движения рабочей среды.7). Performing large 36 and small 37 shells bounding the
В этом случае при вращении вала 28, размещенном в соосных отверстиях корпуса крышки 35 и дополнительной корпусной детали серьге 59 вращается жестко установленная на нем шестерня 56. Шестерня 56 вращает зубчатый венец 55, вместе с ним полую ступицу 8, далее диск 10 рабочей шестерни 6, следовательно, и саму рабочую шестерню 6.In this case, when the
Вращение рабочей шестерни 6 также, как и вышеприведенных случаях, через взаимодействие секций 15 зубьев 14 вращает рабочую шестерню 7, расположенную под углом θ к ведущей 6. Относительный наклон осей вращения рабочих шестерен 6 и 7 обуславливает изменение расстояния между дисков 10, 11 в осевом направлении при их совместном вращении.The rotation of the working
При нахождении межзубового объема в зоне максимального расхождения зубьев (Фиг. 11) в него через канал 30 полой оси 20, далее канал 19 подается рабочая среда (при условии внутренней обечайки более узкой, чем ширина венца). По мере поворота рабочих шестерен 6 и 7 уменьшается высота межзубового объема в осевом направлении и конечно его объем. Упругая рабочая среда обжимается, повышается ее давление и далее она через канал 18, подведенный к области максимального схождения зубьев покидает устройство.When the interdental volume is in the zone of maximum divergence of the teeth (Fig. 11), a working medium is supplied to it through the
Для предупреждения объемных утечек или их существенного снижения в конструкции предусмотрены большая 36 и малая 37 обечайки, ограничивающие зубчатый венец 13, на одной из рабочих шестерен 7 с полным или частичным охватом обоих венцов 12, 13 в зоне минимального сведения зубьев и проникновением в корпус 35 по сферической прорези 38, 39 с минимальными радиальными зазорами зоне максимального сведения зубьев. В этом случае секции 15 зубьев 14 рабочей шестерни 7 выполнены зацело с большой 36 и малой 37 обечайками, следовательно, утечки исключены. Секции 15 зубьев 14 рабочей шестерни 6 находятся в подвижном сопряжении с обечайками 36, 37 рабочей шестерни 7. При этом при переходе зубьев 14, по мере вращения рабочих шестерен 6, 7, из положения минимального сведения в положение их полного совмещения секции 15 каждого зуба 14 рабочей шестерни 6, не снабженной обечайкой, совершает небольшое, равное ширине венца, перемещение в осевом направлении вдоль обечаек 36, 37 второй рабочей шестерни 7. Скорость этого перемещения значительно меньше окружной скорости вращения зубьев 14, примерно в π×D/b раз, что позволяет использовать надежное контактное уплотнение 51 (Фиг. 11, Фиг. 12) между межзубовыми каналами, то есть в зазорах между зубом 14 или его элементами 15 и обечайками 36, 37 второй рабочей шестерни 37 (либо выполнить канавки с внутренней стороны обечаек под уширенные зубья или их элементы).To prevent volumetric leaks or their significant reduction, the design includes a large 36 and a small 37 shell, limiting the
Для лучшей герметизации пазух рабочей шестерни 6, не имеющей в этом варианте обечаек, с тыльной стороны зубчатого венца 12 она также снабжается сферической обечайкой 40, сопрягаемой с внутренней поверхностью обечайки 36, охватывающей венец 12. Между обечайками 36, 40 могут быть установлены пружинные кольца 41, аналогичные поршневым в традиционных ДВС, или резиновые жгутики 42 в канавках (Фиг. 13).For better sealing of the sinuses of the working
Сферические прорези 38, 39 в этом случае с помещенными в них с минимальными радиальными зазорами сферическими обечайками 36, 37 являются дополнительными элементами уплотнения, особенно в положениях межзубового канала в области максимальной степени сжатия (области максимального схождения зубьев).
Для достижения дополнительной более надежной герметизации пазух рабочей шестерни 6, не имеющей в рассматриваемой конструкции устройства периферийной обечайки, от рабочего межзубового объема является целесообразным на меньших радиусах ее тыльного торца установить одну или несколько цилиндрических обечаек 43, входящих в скользящее сопряжение с канавками 44 корпусной детали 35 (Фиг. 11). Дополнительный лабиринт увеличит в еще большей степени гидравлические сопротивления перетоку в центростремительных направлениях.To achieve additional more reliable sealing of the sinuses of the working
8). Однако, конструкция устройства с подачей рабочей среды только в области максимального расхождения зубьев (Фиг. 14, Фиг. 11 при условии выполнения обечаек меньшей ширины венца) является функциональной и полезной лишь в узком диапазоне практических вариантов, например, в виде роторного ДВС, да и то с использованием лишь самовоспламеняющейся от давления рабочей смеси, или при бесконтактном способе воспламенения. Такое ограничение вызвано тем, что вращающиеся сферические обечайки препятствуют доступу через каналы в центральной части корпуса к рабочему межзубовому пространству в зоне максимального сведения зубьев, поскольку для того, чтобы обеспечить к нему доступ, например, внутреннюю обечайку следует сделать чрезмерно узкой. Но это мероприятие обнажит от экранирования этой обечайкой значительную часть рабочего пространства в зоне максимального расхождения и рассматриваемая схема герметизации рабочего пространства может потерять все свои преимущества.8). However, the design of the device with the supply of the working medium only in the region of the maximum divergence of the teeth (Fig. 14, Fig. 11, provided the shells are shorter than the crown width) is functional and useful only in a narrow range of practical options, for example, in the form of a rotary ICE, and then using only a self-igniting pressure mixture, or with a non-contact ignition method. This limitation is caused by the fact that rotating spherical shells prevent access through the channels in the central part of the body to the working interdental space in the zone of maximum tooth reduction, since in order to provide access to it, for example, the inner shell should be made excessively narrow. But this event will expose a considerable part of the working space in the zone of maximum discrepancy from shielding this shell, and the considered sealing scheme of the working space may lose all its advantages.
Для преодоления этого недостатка обечайка с внутренней стороны венца выполнена общей для обоих венцов в виде подвижно сопрягаемого с венцами сферического кольца, установленного с возможностью вращения в наклонной канавке части корпуса, расположенной между центральными частями рабочих шестерен, и образованием зоны, свободной от перекрытия им венца в направлении максимального сведения зубьев.To overcome this drawback, the shell on the inner side of the crown is made common to both crowns in the form of a spherical ring movably mating with the crowns, mounted with the possibility of rotation in the inclined groove of the housing part located between the central parts of the working gears, and the formation of a zone free from overlapping of the crown in direction of maximum tooth reduction.
В таком варианте исполнения роторной объемной машины (Фиг. 13) рабочая среда входит в отверстие 31, далее отверстие 18 в область максимального расхождения зубьев и заполняет межзубовое пространство. По мере вращения рабочих шестерен 6 и 7 за счет уменьшения межзубового объема от сокращения его размера в осевом направлении в нем повышается давление и при достижении каждым таким межзубовым объемом положения, соответствующего максимальному схождению зубьев, сжатая рабочая среда покидает межзубовый объем через канал 19 и далее отверстие 30.In such an embodiment of the rotary volumetric machine (Fig. 13), the working medium enters the
Система герметизации по наибольшей обечайке аналогична вышерассмотренному конструктивному варианту (Фиг. 11). Система герметизации по малой обечайке обеспечивается сферическим кольцом 45, вращающимся в кольцевой канавке 47. Это сферическое кольцо 45 вращается вместе с зубчатыми венцами 12, 13 при скольжении в неподвижной канавке 47. По торцам кольца 45 оно ограничивается стенками p и q канавки 47. Минимальный радиальный зазор между дном канавки 47 и внутренней поверхностью кольца 45, а так же заполнение его смазкой обеспечивают достаточную герметизацию межзубовых объемов в окружном и радиальном направлениях. Плотное прилегание и консистентная смазка внутренних поверхностей зубчатых венцов 12, 13 к наружной поверхности сферического кольца 45 так же препятствует объемным потерям между межзубовых пространств по окружному направлению. Между секциями зубьев 15 и наружными поверхностями сферического кольца 45 имеет место скольжение в осевом направлении, однако оно по сравнению с предотвращенным окружным незначительно. Дополнительную плотность сопряжения оказывает контактное уплотнение 51 (Фиг. 11). В образовавшиеся разрывы в периферийной центральной части корпуса 22 от сферического кольца 45 подведены коммуникации 18, 19.The sealing system for the largest shell is similar to the above structural embodiment (Fig. 11). The small-shell sealing system is provided by a
Для приведения в действие рабочих шестерен 6,7 привод производится от шестерни вала мотора (на фиг. не показан) на зубчатый венец 55 полого хвостовика 8, установленного на полой оси 20 через подшипники 52. Дальнейшая передача вращения с рабочей шестерни 6 на рабочую шестерню 7 осуществляется за счет взаимодействия их секций 15 зубьев 14. Передние и задние поверхности секций зубьев находятся в контакте, и их профиль выполнен из условия постоянства касания при совместном провороте рабочих шестерен, а их прижим осуществляется за счет взаимодействия постоянных магнитов 94, интегрированных в каждую секцию 15 зубьев 14.To actuate the working gears 6,7, the drive is made from the gears of the motor shaft (not shown in Fig.) To the
9). В конструктивном варианте, предусматривающем (Фиг. 4) исполнение средней части корпуса, расположенной между центральными областями рабочих шестерен 6, 7, в виде подвижной детали 48, но так же сферической формы может снизить мощность холостого хода (механические потери на трение).9). In the constructive embodiment, providing (Fig. 4) the execution of the middle part of the housing located between the Central regions of the working
Передача механического движения в этой конструкции происходит с полной аналогией случаю 7 (Фиг. 11): вал 28 - шестерня 56 - зубчатый венец 55 - полый хвостовик 8 - диск 10 - рабочая шестерня 6. Вследствие того, что деталь сферической формы стала подвижной, коммуникации в этом случае имеется возможность подключить только с наружной стороны венца 12. Ширина обечайки 36 выполняется уменьшенной для обеспечения окон к рабочему пространству шестерен 6, 7 (межзубовым объемам). Через одно из таких окон, а ранее через отверстие 18 корпусной детали 35 рабочая среда подается в межзубовые пространства зубчатых венцов 12, 13. По мере вращения шестерни 6 вращается за счет взаимного зацепления секций 15 зубьев 14 и рабочая шестерня 7. Каждый межзубовый объем при переходе в область максимального сведения зубьев рабочих шестерен 6 и 7 обжимаются с возрастанием давления рабочей среды, за счет которого она через окно между обечайкой 36 и диском 10 и далее через выходное отверстие в корпусной детали 35 (на фиг. 14 не показано) покидает устройство.The transmission of mechanical motion in this design occurs with a complete analogy to case 7 (Fig. 11): shaft 28 - gear 56 - ring gear 55 - hollow shank 8 - disk 10 - working
Рассматриваемая схема герметизации межзубовых объемов незначительно уступает предыдущим конструктивным вариантам (Фиг. 11, Фиг. 13) на периферии, однако имеет преимущества в уменьшении трения секций 15 зубьев 14 на внутреннем диаметре венцов 12, 13. Этот выигрыш обеспечивается за счет снижения их относительных перемещений, поскольку центральная деталь 48 вращается в окружном направлении вместе с рабочими шестернями 6, 7.The considered scheme for sealing the interdental volumes is slightly inferior to the previous structural options (Fig. 11, Fig. 13) on the periphery, however, it has advantages in reducing friction of the
10). Другим вариантом подвижного исполнения центральной части 48 является изготовление ее совместно с одной из рабочих шестерен (в рассматриваемом случае 7). Такая конструкция, хотя и при подвижной средней части (Фиг. 15), все же позволяет проложить в ней коммуникационный канал 19, переходящий далее в выходные отверстия 30 и 31 в полых осях 20 и 21.10). Another option for the rolling execution of the
Выходной канал 19 в рассматриваемой конструкции образован меридиональными канавками в сферической центральной части, расположенных в каждом из межзубовых пространств и радиальной канавкой на торце неподвижной полой оси 20, расположенной в зоне максимального сведения зубьев. За счет излома осей вращения рабочих шестерен 6 и 7 каждая из вращающихся меридиональных межзубовых канавок совмещается с неподвижной торцовой канавкой на неподвижной оси 20 лишь в зоне максимального сведения зубьев, обеспечивая в этом случае разгрузку указанного объема (в режиме компрессора) или его заполнение (в режиме вакуумнасоса) рабочей средой.The
Другой канал 18 (например, в подводящем качестве) образован радиальным отверстием 0 в сферической обечайке 36 в каждом межзубовом объеме и соосным отверстием в корпусной детали 35, сообщенным с окружной по отношению к оси вращения рабочей шестерни 6, канавкой в области максимального расхождения зубьев.Another channel 18 (for example, in the supply quality) is formed by a radial hole 0 in the
В этом случае совпадение отверстия ∅ с окружной в корпусе 35 канавкой обеспечивает заполнение межзубового пространства рабочих шестерен 6, 7 рабочей средой. При окружном перемещении межзубового пространства в область максимального сведения зубьев рабочая среда обжимается и покидает это пространство за счет разности давлений через канал 19, образованный совпадением меридиональных канавок центральной сферы с радиальной канавкой на торце оси 20. Далее рабочая среда попадает в отверстие 30 полой оси 20 и (или) отверстие 31 полой оси 21 и покидает устройство. Привод работает идентично вышерассмотренным случаям (Фиг. 11, Фиг. 13, Фиг. 14).In this case, the coincidence of the hole ∅ with the circumferential groove in the
11). Для преобразования исходного устройства (Фиг. 16, Фиг. 17) в двигатель внутреннего сгорания в нем следует произвести следующие мероприятия:eleven). To convert the source device (Fig. 16, Fig. 17) into an internal combustion engine, the following measures should be taken in it:
- в области максимального расхождения зубьев на периферии корпуса 1 (Фиг. 16, Фиг. 17) вдоль окружного направления имеется ряд отверстий 19, одна группа этих отверстий наклонена под острым углом к внешней поверхности зубчатых венцов в меридиональной плоскости, а последующая группа отверстий по ходу вращения рабочих шестерен 6, 7 под тупым углом;- in the region of the maximum divergence of the teeth on the periphery of the housing 1 (Fig. 16, Fig. 17) along the circumferential direction there are a number of
- - ко второй по ходу вращения рабочих шестерен 6, 7 группе отверстий 19 подсоединен компрессор 91;- - to the second in the direction of rotation of the working
- - в области максимального расхождения зубьев к малому диаметру зубчатых венцов в центральном корпусном элементе 22, расположенном между центральными частями рабочих шестерен 6, 7, установлен подводящий канал 18, сообщенный с отверстием 31 полой оси 21, и далее с компрессором 90 и емкостью 88 с жидким топливом и краном 89, регулирующим соотношением воздуха и топлива в подводящем тракте;- - in the area of the maximum divergence of the teeth to the small diameter of the ring gears in the
- в области максимального схождения зубьев в крышках 2 и 3 (Фиг. 16) установлены либо постоянные, либо электромагниты;- in the area of maximum convergence of the teeth in the
- в дисках 10, 11 между зубьями 14 замурованы катушки провода с выводами, выходящими в межзубовое пространство с образованием между ними зазора.- in the
Роторная объемная машина в качестве двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом:Rotary volumetric machine as an internal combustion engine operates as follows:
При достижении после предыдущего рабочего цикла межзубовым пространством первой группы отверстий 19 в области максимального расхождения зубьев часть продуктов сгорания за счет избыточного давления покидает межзубовый объем. По мере дальнейшего движения рабочих шестерен 6, 7 межзубовое пространство перекрывает вторую группу отверстий 19, через которую вентилирующий поток от компрессора 91 под дополнительным избыточным давлением, входя тангенциально, вытесняет оставшийся дым. Тангенциальные вход и выход потоков снижает их перемешивание и способствует более полному и организованному вытеснению продуктов сгорания.Upon reaching after the previous working cycle the interdental space of the first group of
Компрессор 90 по трубопроводу 87 непрерывно засасывает из атмосферы и нагнетает в отверстие 31 воздух. При этом расход воздуха может регулироваться либо частотой циклов компрессора, либо краном 89, а из емкости 88 поступает в этот воздушный поток углеводородное жидкое (или пылеобразное твердое, или газообразное) топливо и смешивается с ним. Из отверстия 31 топливо-воздушная смесь по каналу 18 поступает в межзубовое пространство зубчатых венцов 12, 13, ограниченное в окружном направлении зацепляющимися секциями 15 зубьев 14, в радиальных обечайками 23, 24, 25, 26, в осевых дисками 10, 11 рабочих шестерен 6, 7.The compressor 90 through a
По ходу дальнейшего вращения рабочих шестерен 6, 7 вторая пара взаимодействующих зубьев 14 межзубового пространства проходит первую группу отверстий 19 и компрессор 91 подает атмосферный воздух (или иной газ) через вторую группу отверстий 19 в уже замкнутый объем под повышенным давлением (Фиг. 17). В этот же момент в замкнутый межзубовый объем подается так же и топливный заряд через каналы 18, 31 от компрессора 90.In the course of further rotation of the working
Дальнейшее вращение рабочих шестерен 6, 7 перемещает межзубовый объем из области максимального расхождения зубьев 14 (и их секций 15) в область максимального их схождения с уменьшением его объема за счет уменьшения размера в осевом направлении.Further rotation of the working
Уменьшение объема может повышать давление топливной смеси в межзубовом объеме до требуемой степени сжатия за счет дополнения зубьев приливами-вытеснителями (см. прототип). Вместе с межзубовом объемом вращается катушка индуктивности 95. При вхождении катушки индуктивности 95 в магнитное поле магнитов 92, 93, размещенных, или в крышках 2, 3, или половинах корпуса 34, 35 в секторе минимального осевого размера в каждом из витков наводится ЭДС, создающая на концах разомкнутой обмотки напряжение [см. КАБАРДИН О.Ф. Физика, Справочные материалы, Москва, Просвещение, 1991, с. 196-197]The decrease in volume can increase the pressure of the fuel mixture in the interdental volume to the desired degree of compression due to the addition of teeth with tidal displacers (see prototype). Together with the interdental volume, the
U=2 n V В l,U = 2 n V V l,
гдеWhere
n - число витков провода в катушке;n is the number of turns of wire in the coil;
V - линейная скорость вхождения катушки в магнитное поле, м/с;V is the linear velocity of the coil entering the magnetic field, m / s;
В - индукция магнитного поля от постоянных неподвижных магнитов 92, 93, Тл;B - magnetic field induction from permanent
L - длина подвижного проводника в пределах магнитного поля (l ≈ половине длины контура катушки, м).L is the length of the moving conductor within the magnetic field (l ≈ half the length of the coil loop, m).
В результате чего на выходных контактах создается электрическое напряжение и электрический разряд. При этом, вначале в магнитное поле входит первая половина контура катушки индуктивности 95 и по мере увеличения индукции за счет приближения ее к постоянным магнитам 92, 93 в ней организуется электрический ток одного направления. После преодоления этой частью катушки индуктивности 95зоны максимальной индукции, в ней создается электрический индукционный ток противоположного направления. Целесообразно катушки выполнять таких размеров, что бы они обеспечивали вхождение второй части контура после полного выхода из магнитного поля постоянных магнитов 92, 93 первой части контура. То есть, электрический ток в этом случае переменный.As a result, an electrical voltage and an electric discharge are created at the output contacts. Moreover, first the first half of the loop of the
Причем, вышерассмотренная группа неподвижных магнитов 92, 93 работает в сочетании с подвижными магнитами 94, закрепленными на сопрягаемых лопастях 12, 13 для их взаимного прижатия с целью герметизации.Moreover, the above group of
Взаимодействие полей неподвижных и подвижных магнитов обуславливает глубокую неравномерность индукции (напряженности), что многократно увеличивает локальную величину индуктивности суммарного магнитного поля и ее градиента, а значит напряжение на концах разомкнутой обмотки (≈ 1000В) и гарантию электрического разряда за счет интенсивной ионизации газовой смеси.The interaction of the fields of fixed and movable magnets causes a deep non-uniformity of induction (tension), which greatly increases the local value of the inductance of the total magnetic field and its gradient, which means the voltage at the ends of the open winding (≈ 1000 V) and the guarantee of electric discharge due to intense ionization of the gas mixture.
Процесс интенсивной ионизации газовой смеси под действием постоянного или переменного электрического поля происходит при достижении им некоторой критической величины напряженности. В этом случае «затравочный» свободный электрон под действием поля набирает энергию, достаточную для ионизации атома, и, вовлекая далее в процесс ионизации газовой смеси все новые и новые поколения электронов, а это порождает электронную лавину, создавая искру.The process of intense ionization of a gas mixture under the influence of a constant or alternating electric field occurs when it reaches a certain critical value of intensity. In this case, the “seed” free electron, under the action of the field, gains energy sufficient to ionize the atom, and, further involving more and more new generations of electrons in the ionization of the gas mixture, and this generates an electron avalanche, creating a spark.
Искра от электрического разряда воспламеняет топливный заряд в межзубовом пространстве, увеличивает его объем от сгорания топлива и повышает температуру газа, что в свою очередь, многократно повышает давление.A spark from an electric discharge ignites the fuel charge in the interdental space, increases its volume from fuel combustion and raises the temperature of the gas, which, in turn, multiplies pressure.
После преодоления «нижней мертвой точки» межзубовый объем приобретает конфигурацию, когда проекция площади поверхности первой зубчатой пары в окружном направлении становится больше аналогичной характеристики последующей пары зацепляющихся зубьев (см. прототип). Разность площадей в произведении на давление в межзубовом объеме дает окружное усилие и момент на хвостовике 8 рабочей шестерни 6.After overcoming the “bottom dead center” the interdental volume acquires a configuration when the projection of the surface area of the first gear pair in the circumferential direction becomes larger than the similar characteristic of the next pair of engaging teeth (see prototype). The difference in area in the product of the pressure in the interdental volume gives the circumferential force and moment on the
Таким образом, в каждом межзубовом пространстве создаются окружные моменты на зубчатые венцы 12 и 13. Величина давления в межзубовых пространствах снижается по мере приближения их к «верхней мертвой точке» за счет увеличения объема этого пространства, значит и вклад в результирующий окружной момент каждого межзубового объема разный.Thus, in each interdental space, circumferential moments are created on the
Суммарный окружной момент приводит в движение рабочие шестерни 6, 7, а так же передается и на эпициклический венец.The total circumferential moment drives the working
Далее характер передачи движения определяется схемой настройки планетарного редуктора:Further, the nature of the transmission of motion is determined by the configuration of the planetary gear:
- настройка планетарного редуктора с остановленным водилом 73 (при включении соленоида 83). В этом случае оси сателлитов 69 в окружном направлении являются неподвижными, сами сателлиты 68 вращаются относительно закрепленных в подшипниках 70 осей и передает движение на зубчатый венец 65 солнечной шестерни. Вместе с солнечной шестерней с той же угловой скоростью вращается шестерня 66 и далее шестерня 67, которая при срабатывании ее обгонной муфты 77 вращает вал 28 в том же направлении, что и зубчатые венцы 12, 13. Шестерня 75 в этом случае не связана с валом 28, так как ее обгонная муфта 78 в этом направлении не передает момент.- adjustment of the planetary gear with
- настройка планетарного редуктора с остановленной солнечной шестерней 65 (при включении соленоида 84) предполагает перекатывание сателлита 68 по неподвижному зубчатому венцу солнечной шестерни 65 от вращения эпициклического зубчатого венца 58 рабочей шестерни 6.- setting the planetary gear with the stopped sun gear 65 (when the
В этом случае водило 73 будет вращаться в том же направлении, что и рабочая шестерня 6 (зубчатые венцы 12, 13), но медленнее. Водило так же, имеет зубчатый венец 74, который вращает шестерню 75, а эта шестерня 75 вращает вал 28 в направлении противоположном направлению вращения зубчатых венцов 12, 13. Шестерня 67 в этом случае не связана с валом 28, так как ее обгонная муфта 77 в этом направлении не передает момент.In this case, the
Следует заметить, что использование муфт 83, 84 возможно в режиме неполной фиксации, что позволяет изменять передаточное отношение редуктора непрерывным способом в меньшую сторону.It should be noted that the use of
Режим создания соленоидами 83, 84 вихревого поля переводит планетарный редуктор в дифференциальный, что позволяет как понизить, так и повысить частоту вращения выходного вала 28. Причем, при совместном регулировании движения эпициклической и солнечной шестерней могут быть достигнуты еще и дополнительные способности.The mode of creating a vortex field by the
Предлагаемое техническое решение является прогрессивным и своевременным для развития конструкций гибридных приводов (например, в автомобилестроении), предполагающих ротацию мощности углеводородного и электрического происхождения при наиболее целесообразной реализации каждого из этих видов по условиям функционирования.The proposed technical solution is progressive and timely for the development of designs of hybrid drives (for example, in the automotive industry), involving the rotation of the power of hydrocarbon and electrical origin with the most appropriate implementation of each of these types according to the operating conditions.
Причем компактность предлагаемого устройства дает возможность использовать его в виде мотор-колес для автомобилей, что так же позволяет увеличить полезный объем автомобиля, повысить его надежность за счет дублирования привода путем установки его на каждое колесо, повысить экономичность этих автомобилей за счет повышенного к.п.д. данного вида силовой установки.Moreover, the compactness of the proposed device makes it possible to use it in the form of motor wheels for cars, which also allows you to increase the usable volume of the car, increase its reliability by duplicating the drive by installing it on each wheel, and increase the efficiency of these cars due to the increased gearbox. d. this type of power plant.
Кроме того, компактность и малый вес установки предполагает ее использование в нетрадиционных сферах применения, например, в активных шасси авиационных аппаратов, что позволяет значительно снизить энергоемкость взлетных этапов полетов и сократить этим затраты топлива.In addition, the compactness and low weight of the installation suggests its use in non-traditional fields of application, for example, in the active chassis of aircraft, which can significantly reduce the energy consumption of the take-off stages of flights and reduce fuel costs.
Наиболее целесообразным направлением использования предлагаемого устройства является их применение в малогабаритных роботизированных транспортных системах - дронах за счет их компактности и экономичности рабочего процесса. В этом случае продолжительность полетов, плаваний, перемещений по суше могут быть значительно повышены.The most appropriate use of the proposed device is their use in small-sized robotic transport systems - drones due to their compactness and efficiency of the work process. In this case, the duration of flights, sailing, moving on land can be significantly increased.
При системном подходе к проектированию и изготовлению роторных объемных машин имеется возможность значительно снизить себестоимость производства этих устройств для различного назначения - вакуумнасосы, компрессоры, водокольцевые насосы, роторные ДВС, силовые узлы доильных установок и т.д., а также в еще большей степени снижаются затраты на производство за счет создания типоразмерных рядов, проведения унификации групп деталей. Низкая стоимость рассматриваемого объекта способствует расширению его области применения - медицина, пищевые производства, быт, нефтегазовый сектор ит.д.With a systematic approach to the design and manufacture of rotary volumetric machines, it is possible to significantly reduce the cost of manufacturing these devices for various purposes - vacuum pumps, compressors, liquid ring pumps, rotary internal combustion engines, power units of milking machines, etc., and also reduce costs even more to production by creating standardized series, unifying groups of parts. The low cost of the object in question contributes to the expansion of its scope - medicine, food production, life, oil and gas sector, etc.
Значительным ресурсом интенсификации выпуска таких изделий, содержащих детали со сложной геометрией являются бурно развивающиеся технологии 3D-печати на машиностроительных принтерах, причем круглосуточно и без присутствия человека.A significant resource for the intensification of the production of such products containing parts with complex geometry is the rapidly developing technology of 3D printing on machine printers, and around the clock and without human presence.
В итоге можно так же предположить, что в результате общего развития промышленности спрос на предлагаемые изделия обозначен, как необходимостью совершенствовать существующие технологические процессы и изделия, а также и необходимостью и создавать новые технологии и изделия, в том числе на новых принципах действия. Более совершенные устройства в этом случае актуальны, как никогда.As a result, we can also assume that, as a result of the general development of industry, the demand for the products offered is indicated by the need to improve existing technological processes and products, as well as by the need to create new technologies and products, including on new operating principles. More advanced devices in this case are more relevant than ever.
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018112941A RU2701306C1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Rotary bulk machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018112941A RU2701306C1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Rotary bulk machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2701306C1 true RU2701306C1 (en) | 2019-09-25 |
Family
ID=68063396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018112941A RU2701306C1 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Rotary bulk machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2701306C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1379653A (en) * | 1917-06-13 | 1921-05-31 | Alvin H Shoemaker | Rotary engine |
US3856440A (en) * | 1974-03-19 | 1974-12-24 | E Wildhaber | Rotor pair for positive fluid displacement |
DE3925202A1 (en) * | 1989-07-29 | 1991-01-31 | Josef Gail | Bevel gear pump with coupled axles - has transmission linkage for ensuring synchronisation of two cooperating bevel gear wheels |
DE10296120B4 (en) * | 2001-12-22 | 2015-01-22 | Tni Medical Ag | Radial compressor for ventilators |
-
2018
- 2018-04-09 RU RU2018112941A patent/RU2701306C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1379653A (en) * | 1917-06-13 | 1921-05-31 | Alvin H Shoemaker | Rotary engine |
US3856440A (en) * | 1974-03-19 | 1974-12-24 | E Wildhaber | Rotor pair for positive fluid displacement |
DE3925202A1 (en) * | 1989-07-29 | 1991-01-31 | Josef Gail | Bevel gear pump with coupled axles - has transmission linkage for ensuring synchronisation of two cooperating bevel gear wheels |
DE10296120B4 (en) * | 2001-12-22 | 2015-01-22 | Tni Medical Ag | Radial compressor for ventilators |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103477030B (en) | Cycloid rotor engine | |
US6119649A (en) | Rotating piston engine | |
JP2018119551A (en) | Device for capacity type machine, control gear mechanism for device, and usage of control gear mechanism | |
US3976037A (en) | Rotary engine | |
MXPA06013598A (en) | Orbital engine. | |
EP1092838A2 (en) | Internal combustion revolving engine | |
CN203796560U (en) | Eccentric movable vane pump | |
KR20160143785A (en) | Eccentric movable vane pump | |
CN104100299A (en) | Rotating device, fluid motor, engine, compressor and pump using same | |
CN104074926A (en) | Main speed reducer of fan of novel GTF aircraft engine | |
CN104775900B (en) | Compound cycle engine | |
RU2701306C1 (en) | Rotary bulk machine | |
EP0797723A1 (en) | Satellite engine/machine | |
CN102322338B (en) | Double-rotor rotary piston engine | |
CN103423150A (en) | Rotor fluid mechanical transfiguration mechanism | |
US10036280B2 (en) | Transfer couplings | |
CN103038512A (en) | System for constructing rotary compressors and motors with dynamically variable volumetric displacement and compression rate | |
US3872840A (en) | Rotary machine | |
US3156221A (en) | Twin combustion chamber spherical engine | |
US3354871A (en) | Rotary internal combustion engine | |
CN104863640B (en) | Rotor expansion machine | |
CN101629514B (en) | Rotary cylinder type multi-rotor engine | |
CN112797146A (en) | Engine lubricating oil distribution structure | |
CN206016959U (en) | Even formula vane rotor electromotor | |
RU2406842C9 (en) | A sokolov's turbo rotor engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200410 |