WO2013062447A1

WO2013062447A1 - Зубчатое зацепление (варианты) и использующие его объёмные роторные машины

Info

Publication number: WO2013062447A1
Application number: PCT/RU2012/000879
Authority: WO
Inventors: Александр Владимирович ДИДИН; Илья Яковлевич ЯНОВСКИЙ
Original assignee: Didin Alexandr Vladimirovich
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-05-02

Abstract

Найдены условия, улучшающие зубчатое зацепление конических шестерен с внутренним зацеплением. За счет выбора углов между осями шестерен, удалось улучшить равномерность зубчатой передачи, снизить потери на трение, получить качественные передачи при меньшем количестве зубьев. Это позволило создать эффективные объемные роторные машины, в которых используется зубчатое зацепление. В том числе компрессоры, гидромоторы со строго постоянным крутящим моментом (без пульсаций).

Description

Зубчатое зацепление (варианты) и использующие его

объёмные роторные машины.

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретения относятся к области машиностроения, именно к устройствам преобразования вращения, шестеренным передачам и к объёмным роторным машинам.

Известно зубчатое зацепление шестерен с прямыми зубьями (В.И.Анурьев, «Справочник конструктора-машиностроителя», изд. «Машиностроение», 1973 г., кн.2, стр.148). Они используются для передачи вращения от одного вала к другому и в шестеренчатых насосах.

Недостатками шестерен с прямыми зубьями является наличие небольших резких изменений скорости вращения одной из шестерен при равномерном вращении другой шестерни при переходе зацепления с одного зуба на другой. С ростом числа зубьев амплитуда изменений скорости снижается, но не изменяется резкий характер изменения. График скорости представляет собой кривую с изломами, т.е. с разрывной производной. По этой причине для передачи вращения на высоких оборотах используют более сложные косозубые шестерни.

Известны прямозубые шестерни с внутренним трохоидальным зацеплением (интернет, Википедия). Проблема равномерности вращения в них решена за счет постоянного зацепления всех или большого количества зубьев внутренней шестерни. Их недостатком является смещение точки взаимодействия зубьев на наклонные участки поверхности зубьев, что увеличивает усилия, действующие между осями шестерен. Особенно явно выражен этот недостаток при небольшом количестве зубьев. Другим недостатком является наличие мест с очень быстрым перемещением точки контакта зубьев при обкатывании зубом поверхностей с близкой либо равной кривизной. Еще одним недостатком является наличие мест с очень быстрым изменением скорости точки контакта зубьев при резкой смене радиуса кривизны одной из обкатываемых поверхностей расположенных на зубе или на обкатываемой им шестерне. Сами по себе скорости и ускорения точек контакта не ведут к потерям, но наличие жидкости (например, смазки) в клиньях перед точкой контакта и после нее при описанных условиях ведут к ее ускорениям и перемещениям с большими скоростями, что является источником потерь на трение.

Известны героторные объемные машины (ГОМ, US 7220111), в которых рабочими органами являются две эксцентрично установленные шестеренки находящиеся в зацеплении друг с другом, одна из которых имеет внешнее зацепление, а другая имеет внутреннее зацепление. При этом каждый зуб шестерни с внешним зацеплением находится в контакте по линии зацепления с шестерней с внутренним зацеплением. Исключение составляет момент, когда зуб одной шестеренки достигает дна впадины между зубьями другой шестеренки в точке максимального сближения. В этот момент происходит контакт по площадке. Подача происходит за счет того, рабочее тело, переносимое между зубьями шестерен через точку максимального удаления между шестернями, не переносится через точку их максимального сближения. До точки максимального удаления рабочее тело поступает в пространство между зубьями из окна входа, а после нее вытесняется в окно выхода. Между этими фазами плавно изменяется угол между касательной к поверхности взаимодействия зубьев в точке их контакта и направлением скорости, от 0 (векторы силы реакции опоры и скорости сонаправлены - оптимальное зацепление) до 90 (вектор скорости перпендикулярен вектору силы - взаимодействие по касательной, ведущее к клину) градусов. Не всегда какой-нибудь из зубьев находится в состоянии оптимального зацепления. Чем больше зубьев, тем ближе к оптимальному зацеплению находится хотя бы один зуб. Поэтому при небольшом количестве зубьев (два, три, семь) шестерни могут заклинивать. Передачи с небольшим количеством зубьев не используются. При использовании шестерен с небольшим количеством зубьев в ГОМ, дополнительно за пределами рабочего объема используют зацепление с помощью шестерен с большим количеством зубьев.

Оказалось, что при определенных условиях конические шестерни не имеют подобных недостатков. Для данных угловых расстояния между зубьями на каждой из двух взаимодействующих шестернях существуют условия установки шестерен и выполнения зубьев на них, при которых можно, например, исключить разрывы углового ускорения при переходе зацепления с одного зуба на другой. Задачей изобретения является создание зубчатой передачи с надежным зацеплением (даже при малом количестве зубьев) и создание эффективных объемных роторных машин на ее основе (максимальная удельная мощность, кпд), в которых та же зубчатая передача используется и для синхронизации ведущего и ведомого ротора и в качестве вытеснителей. В дополнение, при использовании зубчатого зацепления в ОРМ, для достижения больших давлений очень важно разгрузить ведомый ротор от крутящего момента. В дополнение, во многих областях применения важно получить равномерность подачи насоса и равномерность крутящего момента гидромотора.

Задача изобретения достигается за счет того, что зубчатое зацепление, содержит, по меньшей мере, две конические шестерни, находящиеся в зацеплении, одна из которых имеет внутреннее зацепление, а другая имеет внешнее зацепление, отличающееся тем, что за счет выбора угла а, под которым их оси установлены по отношению друг к другу, созданы условия продолжительного двухстороннего зацепления зуба шестерни с внутренним зацеплением с впадиной шестерни с внешним зацеплением.

Задача изобретения достигается за счет того, что в зубчатом зацеплении рабочая часть зуба внутренней шестерни выполнена в виде фигуры вращения.

Задача изобретения достигается за счет того, что зубья внутренней шестерни выполнены в виде усеченного конуса.

Задача изобретения достигается за счет того, что впадина шестерни с внутренним зацеплением имеет протяженный участок равной ширины для двухстороннего зацепления зубьев внутренней шестерни.

Задача изобретения достигается за счет того, что, по меньшей мере, часть зуба внутренней шестерни выполнена в виде фигуры вращения и зубья внутренней шестерни установлены с возможностью вращения вокруг своей оси.

Задача изобретения достигается за счет того, что, угол а выбирается из условия постоянства отношения угловых скоростей шестерни с внутренним зацеплением и шестерни с внешним зацеплением .

Задача изобретения достигается за счет того, что, угол а выбирается из условия связи вращения двух шестерен по углу поворота, при непрерывности углового ускорения одной из шестерен при ненулевой угловой скорости следует непрерывность углового ускорения второй шестерни (значения углов приведены в описании). Задача изобретения достигается за счет того, что, угол а выбирается близким к углу безударного перехода.

Задача изобретения достигается за счет того, что, угол а выбирается близким к углу равномерного вращения.

Задача изобретения достигается за счет того, что, угол а выбирается из интервала углов между углом равномерного вращения и углом безударного перехода для данных m и п.

Задача изобретения достигается за счет того, что в зубчатом зацеплении, где одна из шестерен является ведущей, а другая ведомой, отличающееся тем, что, угол а выбирается из условия равенства нулю углового ускорения ведомой шестерни при смене зацепления с зацепления одним зубом на зацепление другим зубом.

Задача изобретения достигается за счет того, что в зацеплении участвуют, по меньшей мере, две пары шестерен с внешним зацеплением и шестерен с внутренним зацеплением, а продолжительное двухстороннее зацепление зуба одной шестерни с внутренним зацеплением сменяется на продолжительное двухстороннее зацепление зуба другой шестерни с внутренним зацеплением.

Задача изобретения достигается за счет того, что положение двух шестерен с внутренним зацеплением получается из центрально симметричного поворотом одной из них на половину ее углового межзубного расстояния вокруг ее оси.

Задача изобретения достигается за счет того, что зубчатое зацепление используется в объемной роторной машине, содержащей корпус с рабочей полостью, по меньшей мере, одну шестерню с внутренним зацеплением и, по меньшей мере, одну шестерню с внешним зацеплением, установленные в рабочей полости, окна входа и выхода рабочего тела.

Задача изобретения достигается за счет того, что окна входа и выхода рабочего тела расположены так, что связь межзубной впадины с окном выхода меняется на ее связь с окном входа при максимальном вхождении в нее зуба другой шестерни, что ведет к увеличению подачи объемной роторной машины.

Задача изобретения достигается за счет того, что для создания равномерной подачи рабочего тела, у шестерни с внешним зацеплением вырезана середина, а проход между ее зубьями уплотняет элемент, имеющий поверхность вращения соосную шестерни с внешним зацеплением и поверхность вращения соосную шестерни с внутренним зацеплением.

Задача изобретения достигается за счет того, что для создания равномерной подачи рабочего тела, элементами корпуса создан проход, для прохода рабочего тела и зубьев шестерен, уплотняемый зубьями одной из шестерен, от которого ответвляется второй проход постоянного сечения для прохода рабочего тела и зубьев другой из шестерен, уплотняемый зубьями другой из шестерен.

Задача изобретения достигается за счет того, что для увеличения подачи рабочего тела, зуб шестерни с внешним зацеплением удлинен выступом.

Задача изобретения достигается за счет того, что в зубчатом зацеплении, содержащем, по меньшей мере, две шестерни, находящиеся в зацеплении, оси вращения которых пересекаются, одна из шестерен с внешним зацеплением для зацепления имеет m равномерно разнесенных по окружности конических или цилиндрических поверхностей зацепления, являющихся вершинами ее зубьев, а другая шестерня с внутренним зацеплением имеет ответную им волнистую поверхность, содержащую п волн, форма которых соответствует форме поверхности, получаемой при обкатывании второй шестерни поверхностями зацепления первой шестерни при их совместном вращении вокруг своих осей при условии, что угол поворота первой шестерни относится к углу поворота второй шестерни как п к ш, где п и т целые числа, т=п-1 и п >= 3, причем угол наклона между осью первой шестерни и осями ее поверхностей зацепления существенно превышает угол делительного конуса для данного соотношения п к т, например, угол наклона больше 70 градусов и меньше либо равен 90 градусов, при п/т меньше либо равном 3/2.

Задача изобретения достигается тем, что ш=3, п=4.

Задача изобретения достигается тем, что т=4, п=5.

Задача изобретения достигается тем, что в зубчатое зацепление используется в объемной роторной машине, содержащей корпус с рабочей полостью, по меньшей мере, одну первую шестерню и, по меньшей мере, одну вторую шестерню, установленные в рабочей полости, окна входа и выхода рабочего тела.

Задача изобретения достигается тем, что для создания равномерной подачи рабочего тела, у первой шестерни вырезана середина, а проход между ее зубьями уплотняет элемент, имеющий поверхность вращения соосную первой шестерни и поверхность вращения соосную второй шестерни.

Задача изобретения достигается тем, что радиальный выход из межзубных впадин второй шестерни полностью или частично перекрыт сферической оболочкой.

Задача изобретения достигается тем, что в зубчатом зацеплении, содержащем, по меньшей мере, две шестерни, находящиеся в зацеплении, оси вращения которых пересекаются, поверхность одной из шестерен с внутренним зацеплением для зацепления имеет поверхность 221, форма которой получается при обкатывании ее конусом или цилиндром, закрепленным на второй шестерне, ось которого расположена под углом к оси второй шестерни, который существенно превышает угол делительного конуса для данных шестерен, а поверхности зубьев второй шестерни с внешним зацеплением получаются их обкаткой первой шестерней, обкатывание происходит при совместном вращении шестерен вокруг своих осей при условии, что угол поворота первой шестерни относится к углу поворота второй шестерни как п к т, где п и т целые числа, т=п-1 и п >= 3.

Задача изобретения достигается тем, что в зубчатом зацеплении за счет подбора параметров для построения шестерен достигается большая площадь скользящего контакта между поверхностями зацепления двух шестерен.

Задача изобретения достигается тем, что в зубчатом зацеплении рабочая поверхность зуба второй шестерни состоит из двух конических поверхностей, образующих выпуклый клин с углом при вершине, превышающим 65 градусов.

Задача изобретения достигается тем, что в зубчатое зацепление используется в сферической объемной роторной машине, содержащей корпус с рабочей полостью, по меньшей мере, одну первую шестерню и, по меньшей мере, одну вторую шестерню, установленные в рабочей полости, окна входа и выхода рабочего тела, что позволяет существенно увеличить удельную подачу машины.

Задача изобретения достигается тем, что в зубчатом зацеплении для создания равномерной подачи рабочего тела, у первой шестерни вырезана середина, а проход между ее зубьями уплотняет элемент, имеющий поверхность вращения соосную первой шестерни и поверхность вращения соосную второй шестерни. Задача изобретения достигается тем, что в зубчатом зацеплении, содержащем, по меньшей мере, две прямозубые шестерни, находящиеся в зацеплении, оси вращения которых пересекаются, по меньшей мере, одна из шестерен является шестерней с внутренним зацеплением, шестерни имеют одинаковое количество зубьев, причем поверхности зацепления, по меньшей мере, одной из шестерен получаются ее обкаткой второй шестерней при их совместном вращении вокруг своих осей при соблюдении пропорциональности углов их поворота, при количестве зубьев на каждой шестерне от двух до пяти и углом между осями шестерен большим 25 градусов.

Задача изобретения достигается тем, что в ОРМ использующей, по меньшей мере, одна ведущая и одна ведомая шестерни в качестве рабочих органов для преобразования энергии между механической энергией ротора и энергией рабочего тела, для создания подачи / расхода рабочего тела и / или крутящего момента строго пропорционального оборотам ротора на всем цикле и для разгрузки ведомой шестерни от основного (кроме трения) крутящего момента, в ОРМ образованы, по меньшей мере, три прохода постоянного сечения, один из которых уплотняется зубьями ведущей шестерни, а второй и третий проходы уплотняются зубьями ведомой шестерни, причем по второму проходу между зубьями ведомой шестерни проходят зубья ведущей шестерни, а для увеличения подачи ОРМ, шестерни выполнены с небольшим количеством зубьев.

Задача изобретения достигается тем, что для разгрузки рабочих органов от сил со стороны рабочего тела, ведомая и ведущая шестерни выполнены сдвоенными.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг.1 изображена фаза зацепления двух шестерен, в которой один из зубьев максимально входит в межзубную впадину другой шестерни.

На фиг.2 изображена фаза зацепления двух шестерен, при которой один из зубьев находится в пазу равной ширины и имеет с ним двухсторонний контакт по линиям зацепления.

На фиг.З изображена следующая фаза зацепления двух шестерен.

На фиг.4 изображена фаза зацепления, при которой два зуба находятся в одинаковых положениях - в самом начале пазов равной ширины. изображена Объемная Роторная Машина (ОРМ) с разделителем, со снятой половиной корпуса.

На фиг.5 двойными линиями изображены геометрические построения, поясняющие построение шестерен, на фоне шестерен (начальное положение). От одной шестерни оставлены только зубья.

На фиг.6 двойными линиями изображены геометрические построения, поясняющие построение шестерен, на фоне шестерен (промежуточное положение).

На фиг.7 двойными линиями изображены геометрические построения, поясняющие построение трехзубой шестерни на фоне самой шестерни.

На фиг.8 изображена шестерня, в которой зубья выполнены в виде роликов. Показан разрез в У ротора и одного ролика.

На фиг.9 изображена ОРМ со сдвоенными шестернями, зубья шестерен с внешним зацеплением удлинены выступами. Сделан вырез в корпусе в 1\2.

На фиг.10 изображен ротор ОРМ с шестернями внешнего зацепления.

На фиг.11 изображен ротор ОРМ с шестернями внутреннего зацепления. Сделан вырез кольца в ^ХА.

На фиг.12 изображен корпус ОРМ, вырез в 1\2.

На фиг.13 изображена ОРМ со строго постоянной подачей. Снята половинка корпуса.

На фиг.14 изображен ротор (ведущий) ОРМ со сдвоенной шестерней внешнего зацепления.

На фиг.15 изображен ротор (ведомый) ОРМ со сдвоенной шестерней внутреннего зацепления.

На фиг.16 изображен вал ОРМ.

На фиг.17 изображена съемная часть шара с двумя зубьями.

На фиг.18 изображена половина корпуса ОРМ.

На фиг.19 изображена половина корпуса ОРМ без вставок и перегородок.

На фиг.20 изображена вставка в корпус.

На фиг.21 изображена перегородка.

На фиг.22 изображена ОРМ выполненная в виде погружного насоса. Снята половинка корпуса ОРМ.

На фиг.23 изображен (ведущий) ротор ОРМ. Показан разрез в ротора и одного ролика. На фиг.24 изображен (ведомый) ротор ОРМ.

На фиг.25 изображена половинка корпуса ОРМ.

На фиг.26 изображена вторая половинка корпуса ОРМ.

На фиг.27 изображена ОРМ с зубьями в виде роликов, с двумя валами.

На фиг.28 изображен ротор ОРМ, со сдвоенными шестернями внешнего зацепления.

На фиг.29 изображен ротор ОРМ, со сдвоенными шестернями внутреннего зацепления..

На фиг.30 изображен корпус ОРМ, вырез в 1\2.

На фиг.31 изображена ОРМ по фиг.13, в которой для увеличения подачи ОРМ, шестерни выполнены с меньшим количеством зубьев - с тремя и четырьмя зубьями.

На фиг.32 изображен ротор ОРМ, в котором две шестерни имеют степень свободы друг относительно друга по углу поворота за счет использования рычага.

На фиг.ЗЗ изображен ротор ОРМ, в котором две шестерни имеют степень свободы друг относительно друга по углу поворота с другой конструкцией рычага.

На фиг.34 изображен ротор по фиг.ЗЗ с выполненными вырезами.

На фиг.35 изображена ОРМ, на зубе шестерни которой выполнен удлиненный выступ.

На фиг.36 изображена ОРМ, синхронизация шестерен которой происходит за счет взаимодействия удлиненных выступов с волнообразной поверхностью.

На фиг.37 изображена ОРМ без корпуса и с вырезом на сферической оболочке с опорным кольцом в 1/2, синхронизация шестерен которой происходит за счет взаимодействия удлиненных выступов с волнообразной поверхностью, а подача сделана строго равномерной за счет вставки и перегородки.

На фиг.38 изображена шестерня в виде змейки с вырезом на ее сферической оболочке с опорным кольцом в 1/2.

На фиг.39 изображен ведущий ротор ОРМ по фиг.37.

На фиг.40 изображена ОРМ без корпуса и с вырезом на сферической оболочке с опорным кольцом в 1/2, аналогичная ОРМ по фиг.37, но с меньшим количеством зубьев на шестернях (по 3 зуба и по 4 зуба соответственно).

На фиг.41 изображены шестерни увеличенной площадью зацепления, у которых в зацеплении участвует волнистая поверхность шестерни с внутренним зацеплением с клиновидным зубом шестерни с внешним зацеплением. Показана сдвоенная шестерня с внешним зацеплением с четырьмя зубьями (на каждой одинарной шестерне) и сдвоенная шестерня с внутренним зацеплением с пятью зубьями (на каждой одинарной шестерне).

На фиг.42 изображена форма зуба.

На фиг.43 изображена ОРМ, использующая тип зубчатого зацепления по фиг.41. На фиг.44 изображены шестерни типа шестерен по фиг.41, но с меньшим углом между их осями.

На фиг.45 изображена другая фаза зацепления шестерен по фиг.44.

На фиг.46 изображена следующая фаза зацепления шестерен по фиг.44.

На фиг.47 изображена ОРМ со строго равномерной подачей, использующая параметры зубчатого зацепления по фиг.44.

На фиг.48 изображена шестерня (ведущая) ОРМ, по фиг.47.

На фиг.49 изображена ОРМ со строго равномерной подачей, использующая одинарные шестерни.

На фиг.50 изображены роторы ОРМ со строго равномерной подачей, использующая одинарные шестерни имеющие 5 и 6 зубьев.

На фиг.51 изображены роторы ОРМ по фиг.50 в другой фазе зацепления

На фиг.52 изображены роторы ОРМ без перегородки.

На фиг.53 изображены роторы ОРМ без перегородки и без вставки.

На фиг.54 изображены шестерни ОРМ, у которых форма зуба ведущей шестерни получается ее обкаткой ведомой шестерней.

На фиг.55 изображена ОРМ с двумя зубьями на шестерне внешнего зацепления и двумя зубьями на шестерне внутреннего зацепления, со строго равномерной подачей. Снята половинка корпуса. Отсечена половинка валов с расширениями.

На фиг.56 изображен ротор с двухзубой шестерней внутреннего зацепления.

На фиг.57 изображена объединенная деталь из перегородки и вставки.

На фиг.58 изображена объединенная деталь из перегородки и части шара.

На фиг.59 изображена ОРМ с одинаковым количеством зубьев на шестернях, находящихся в зацеплении. Вьшолнен вырез в корпусе (кроме более мелких деталей) в ¹Л.

На фиг.60 изображен корпус ОРМ по фиг.57. Вьшолнен вырез в корпусе (кроме более мелких деталей) в Уг.

На фиг.61 изображена ОРМ похожая на ОРМ по фиг.59, отличающаяся деталями зубчатого зацепления. Выполнен вырез в корпусе (кроме более мелких деталей) в Ά На фиг.62 изображены два, находящихся в зацеплении зуба ОРМ по фиг.61.

На фиг.63 изображено зацепление малого зуба с малой впадиной, расположенной в теле большого зуба.

На фиг.64 изображена схема установки обратного клапана в зубе ОРМ. Сделан местный цилиндрический вырез.

На фиг.65 изображена ОРМ с одинаковым количеством зубьев на сдвоенных шестернях, находящихся в зацеплении. Снята половинка корпуса.

На фиг.66 изображена сдвоенная ведущая шестерня ОРМ по фиг.65.

На фиг.67 изображена сдвоенная ведомая шестерня ОРМ по фиг.65. Сделан вырез в кольце.

На фиг.68 изображена ОРМ с одинаковым количеством зубьев (по четыре на каждой одинарной шестерне) на сдвоенных шестернях, находящихся в зацеплении. Снята половинка корпуса. ОРМ похожа на ОРМ по фиг.65 и отличается деталями зубчатого зацепления.

На фиг.69 изображена ОРМ похожая на ОРМ по фиг.68, отличающаяся большим радиусом поверхности зацепления.

На фиг.70 изображена ОРМ похожая на ОРМ по фиг.68 и 69, со средним радиусом поверхности зацепления.

На фиг.71 изображен вариант установки дополнительной синхронизации на роторы ОРМ.

Описание наилучшего образца.

Для передачи вращения между валом 1 (фиг.1), с геометрической осью 2 вращения, и валом 3, с геометрической осью 4 вращения, которая пересекает ось 2, на валу 1, соосно его оси 2 выполнена (установлена) шестерня 5, а на валу 3, соосно его оси 4 выполнена (установлена) шестерня 6. Зацепление шестерен 5 и 6, удобно описывать в основном в виде взаимодействия зубьев 7, находящихся на шестерне 5 с межзубными впадинами 8 шестерни 6. При небольшом количестве зубьев 7, основную нагрузку по передаче вращения между шестернями 5 и 6 большую часть времени несет один из зубьев 7, за исключением небольшого участка, на котором происходит передача зацепления с одного зуба 7 на другой зуб 7. При этом зуб 7, передающий вращение, находится в двухстороннем зацеплении с впадиной 8. Т.е. впадина 8 достаточно плотно, с точностью до допустимых люфтов и зазоров, охватывает зуб 7 с двух сторон. Таким образом, устанавливается взаимно однозначная связь между углом φ поворота шестерни 5 и углом ψ поворота шестерни 6, и исключаются недопустимые люфты.

Рабочей поверхностью 9 зуба 7 является поверхность вращения относительно оси 10 зуба 7. Ось 10 пересекает ось 2 под углом β. В данном, простейшем случае, поверхность 9 является конической поверхностью.

Основной рабочий участок впадины 8, выполняющий функцию зацепления выполнен в виде паза 11, имеющего равную ширину на всем своем протяжении. Боковые стенки 12 паза И в данном исполнении выполнены в виде поверхностей вращения относительно общей оси 13. В данном, частном случае, ось 13 пересекает ось 4 под прямым углом.

Боковые стенки 12 соседних впадин 8, в данном примере, соединяет соединительная поверхность 14, являющаяся конической поверхностью с криволинейной направляющей. Боковыми стенками 12 и соединительной поверхностью 14 образована форма зуба 15 шестерни 6. Дно 16 впадины 8 ограничено конической поверхностью.

Между шестерней 5 и шестерней 6 находится шар 17. В данном примере, для удобства выполнения и сборки, он составляет одно целое с шестерней 6. Внешняя поверхность - выпуклый торец 18 шестерни 5 и внешняя поверхность - вьшуклый торец 19 шестерни 6, для удобства размещения в корпусе, ограничены выпуклой сферической поверхностью. Внутренняя поверхность (вогнутый торец, на фигуре не виден) шестерни 5, для удобства опоры на шар 17, ограничена вогнутой сферической поверхностью. Валы 1 и 3 на фигуре показаны условно (уменьшены диаметры).

На фиг.1 показана фаза зацепления с максимальным вхождением одного из зубьев 7 во впадину 8. Зуб 7 имеет с пазом 11 двухсторонний контакт по двум линиям зацепления 20. Контакт второго зуба 7 по линии 21 с поверхностью 14 не используется для зацепления, т.к. нормали к поверхностям в точках их взаимодействия составляют небольшой угол с радиус-векторами от осей 2 и 4.

На фиг.2 показана фаза зацепления, при которой один из зубьев 7 находится в пазу 11 и имеет с ним двухсторонний контакт по линиям зацепления 20 (по поверхностям 12). Второй зуб 7 контактирует по линии 21 с поверхностью 14 одного из зубьев 15. Между вторым зубом 7 и поверхностью 14 другого зуба 15 все еще имеется зазор 22.

На фиг.З показана фаза зацепления, при которой один из зубьев 7 находится в пазу 11 и имеет с ним двухсторонний контакт по линиям контакта 20 (с поверхностями 12). Второй зуб 7 контактирует по линии 21 с поверхностью 14 одного из зубьев 15 и по линии 23 с поверхностью 14 другого зуба 15. Контакт по линии 21 нежелательно использовать для зацепления, а контакт по линии 23 можно использовать для передачи вращения с низкими потерями на трение как от вала 1 к валу 3, так и от вала 3 к валу 1. Контакт зуба 7 по линии 23 с поверхностью 14 начинается еще до входа зуба 7 в паз 11.

На фиг.4 показана фаза зацепления, при которой два зуба 7 находится в одинаковых положениях - в самом начале пазов 11 и имеют с ними двухсторонний контакт по линиям контакта 20. Два зуба 7 охватывают с двух сторон один зуб 15. Контакт по линиям 20 именно с этим зубом 15 желательно использовать для зацепления, для снижения потерь на трение и при передаче вращения как от вала 1 к валу 3, так и от вала 3 к валу 1. Использование зацепления по двум другим линиям 20 ведет к больпшм потерям на трение при передаче момента от вала 3 к валу 1.

Данное зубчатое зацепление позволяет надежно передавать большой крутящий момент от вала 1 к валу 3 даже при небольшом количестве зубьев 7 и 15 на шестернях 5 и 6. Наличие постоянного точного двухстороннего зацепления хотя бы одного из зубьев 7 со впадиной 8 исключает удары зубьев 7 по зубьям 15 имеющиеся в прямозубых шестернях других типов. Для надежного зацепления шестерен 5 и 6 даже с минимальным количеством зубьев 7 и 15 достаточно пазов 11.

Будем называть данные шестерни прямозубыми (по аналогии с плоскими прямозубыми шестернями) чтобы отличать их от косозубых шестерен (шестерен в которых имеется поворот профиля зуба).

В данном примере на шестерне 5 имеется два симметрично расположенных зуба 7, а на шестерне 6 имеется три симметрично расположенных зуба 15 (три паза 8).

В зависимости от исполнения, зацепление по линиям 20, 21, которые ведут к большим потерям на трение, может быть исключено путем подрезки зуба 7, или небольшого занижения отдельных участков поверхности 9. Это дает возможность усилить зацепление (уменьшением зазоров) по линиям 23 и расширить зону его действия путем наращивания (подъема, завышения) поверхностей 14. Шестерни 5 и 6 могут работать друг с другом только при определенной связи между количеством m зубьев 7, количеством п зубьев 15 (или впадин 8) и углами а и β. Далее приведен пример построения шестерен 5 и 6, проясняющий связь между этими параметрами.

На сфере (фиг.5) строим правильный η-угольник из больших дуг 26 сферы и правильный m-угольник из больших дуг 28 сферы. В начальном положении две вершины 29 т-угольника совпадают с двумя вершинами 30 п-угольника. Строим окружность 31, проходящую через центр 32 m-угольника, центр которой совпадает с центром 33 п- угольника. Проводим из вершин п-угольника «радиальные» кривые - отрезки 34 в виде больших дуг сферы идущие в направлении от центра 33 п-угольника, или к центру 33 п- угольника. Центр 32 m-угольника перемещаем по окружности 31 (фиг.6), при этом одна из вершин 29 m-угольника должна находиться на отрезке 34. Перемещение продолжаем до тех пор, пока находящаяся на отрезке 34 вершина 29 (первая) снова совпадет с вершиной 30 п-угольника. При этом остальные вершины 29 m-угольника опишут участки соединительных кривых 35, и, по меньшей мере, одна из них (вторая) совпадет с другой вершиной 30 п-угольника. Продолжаем перемещение центра 32 по окружности 31, зафиксировав вместо первой, вторую вершину 29 на совпавшем с ней отрезке 34. При этом остальные вершины 29 m-угольника опишут следующие участки соединительных кривых 35, и, по меньшей мере, одна из них (следующая) совпадет с другой вершиной 30 п-угольника. Процедуру повторяем до прихода первой вершины 29 в свое начальное положение либо до построения всех возможных соединительных кривых 35 (второе может произойти раньше).

Из рассмотрения целесообразно исключить вырожденные случаи, когда в часть вершин 30 не могут попасть вершины 29 и/или часть вершин 29 остаются незадействованными. Эти случаи можно отнести к случаям с меньшим числом п и т. Например, в случае п=6, т=2, когда сторона m-угольника - дуга 28, в начальном положении соединяет не соседние вершины 29, а вершины 29, расположенные через одну вершину 29. Тогда в каждую вторую вершину 30 вершины 29 никогда не попадают. В этом случае будем относить это к случаю п=3. Вырожденные случаи получаются при совпадении в начальном положении первой и k-й вершин 30 п-угольника при п кратном к или первой и 1-й вершин 29 m-угольника при т кратном 1. Параметром а является угловое расстояние между центром 33 п-угольника и центром 32 m-угольника (или угловой радиус окружности 31), а параметром β является угловое расстояние от центра 32 m-угольника до его вершины 29.

Опорная кривая 36 для построения формы шестерни 6 получается как сумма отрезков 34 и соединительных кривых 35. Направляющие боковых стенок 12 впадины 8 получаются отступом (построением эквидистанты) на угловой радиус зуба 7 от отрезка 34, соединительные поверхности 14 получаются таким же отступом от соединительных кривых 35.

Вместо прямых больших дуг для построения отрезков 34 можно использовать дуги окружности или другие гладкие кривые.

Более общий метод построения шестерни 6 заключается в том, что зацепление (относительные углы поворота шестерен 5 и 6) определяется зацеплением зуба 7 с пазом 11, которое передается от зуба 7, выходящего из паза 11 к другому зубу 7, входящему в другой паз 11. Форма зубьев 15 при этом определяется их обкаткой зубьями 7. Если на зубьях 7 используется только часть поверхности 9, а другие части могут быть срезаны или дополнены, то в соответствии с этим изменяется и форма шестерни 6. Более того, зубья 15 могут быть дополнительно подрезаны. Дополнительно заниженным может быть и дно 16 впадины 8.

В простейшем частном случае, при n=3, ш=2 (фиг.7), η-угольник превращается в треугольник, а m-угольник превращается в дугу 28. Окружность 31, при этом, проходя через центр 32 двуугольника (середину дуги 28), является вписанной в сферический треугольник. Соединительная кривая 35 состоит при этом всего из одного участка.

Для снижения потерь на трение (фиг.8), зуб 7 выполнен в виде ролика 40, установленного на физической оси 41, геометрическая ось которой совпадает с осью 10. Поверхность 9 зуба 7 (вся или частично) является поверхностью ролика 40. Ось 41 выполнена в виде конуса 42 (или цилиндра 42) со шляпкой 43. На валу 1 выполнено соосное оси 2 сферическое расширение 44, имеющее вогнутую сферическую поверхность 45 и выпуклую сферическую поверхность 46. Обе поверхности концентричны шестерни 5. В расширении 44 выполнены отверстия 47 под запрессовку оси 41 со шляпкой 43. Ролик 40 имеет выпуклую сферическую поверхность 48 (выпуклый торец) для опоры на расширение 44 и вогнутую сферическую поверхность 49 (вогаутый торец) для опоры на шар 17.

Для снижения потерь на трение за счет исключения зацепления шестерен 5 и 6 по линиям 21 (фиг.2, 3), на оси 41 выполнено небольшое обнижение 50 (обычно это сотые или десятые доли миллиметра). Для удобства выполнения, оно выполнено в виде конического среза, ось 51 которого составляет с осью 10 небольшой угол (например, 0.01 градуса), а раствор конуса совпадает с раствором конуса оси 41. Ось 51 отклоняется от оси 10 в сторону оси 2. Такое обнижение 50 позволяет отклоняться на небольшой угол ролику 40 для исключения давления на участки поверхности 14, которые желательно исключить из зацепления. При этом ролик 40 может находиться в контакте с данной поверхностью 14 по линии 21. При использовании шестерен 5 и 6 в качестве рабочих органов ОРМ, создающих перепад давления рабочего тела, следует различать контакт зуба 7 с зубом 15 для передачи вращения и контакт зуба 7 с зубом 15 для отсечения объема. За счет вьшолнения обнижения 50 удается убрать функцию зацепления на нежелательных участках поверхности зуба 15, сохранив при этом функцию отсечения объема.

Оказывается, существуют наборы параметров т, η, а и β, придающие зубчатому зацеплению дополнительные полезные свойства, т.е. оптимизирующие зубчатое зацепление по какому-то потребительскому качеству.

Для различных значений т и п, можно так подобрать параметры а и β, что углы поворота шестерен 5 и 6 будут связаны линейным соотношением, которое выполняется с большой точностью даже для малого количества зубьев т и п. При этом, связь параметров т, η, а и β на небольшую поправку отличается от получаемой в описанном выше методе построения. Будем называть набор параметров а и β, обеспечивающих данную оптимизацию для т и п, углами равномерного вращения. Существует достаточно много приложений, требующих точной линейной связи между углами поворота валов 1 и 3, связанных зубчатой передачей. Данная оптимизация возможна при m < п. Наборы параметров т, η, α, β и Δ для небольших чисел т и п приведены в таблице 1. Где Δ - отклонение в мм положения центра зуба 7 от центра паза 11 на радиусе 100 мм.

Таблица 1.

[3, 2, 23.592, 34.822, 0.09426], [4, 3, 21.258, 42.212, 0.01748],

[5, 4, 19.293, 47.221, 0.00489 ], [6, 5, 17.637, 50.812, 0.00300], [7, 6, 16.524, 53.826, 0.00118 ], [8, 7, 15.594, 56.243, 0.00054], [9, 8, 14.799, 58.232, 0.00026 ], [10, 9, 14.115, 59.911, 0.00014], [11, 10, 13.515, 61.348, 0.00008 ], [12, 11, 12.987, 62.600, 0.00005], [13, 12, 12.516, 63.702, 0.00003 ], [14, 13, 12.090, 64.678, 0.00002], [15, 14, 11.709, 65.558, 0.00001 ], [16, 15, 11.358, 66.349, 0.00001], [17, 16, 11.037, 67.068, 0.00001 ], [18, 17, 10.743, 67.726, 0.00000], [19, 18, 10.470, 68.330, 0.00000 ], [20, 19, 10.218, 68.888, 0.00000], [5, 3, 18.447, 23.802, 0.00684 ], [6, 4, 19.872, 31.278, 0.00485], [7, 5, 19.935, 36.551, 0.00214 ], [8, 6, 19.527, 40.537, 0.00101], [9, 7, 18.972, 43.714, 0.00051 ], [10, 8, 18.387, 46.336, 0.00027], [11, 9, 17.814, 48.552, 0.00016 ], [12, 10, 17.268, 50.457, 0.00009], 13, 11, 16.755, 52.118, 0.00006 ], [14, 12, 16.278, 53.587, 0.00004], [15, 13, 15.831, 54.893, 0.00002 ], [16, 14, 15.417, 56.070, 0.00002], 17, 15, 15.030, 57.135, 0.00001 ], [18, 16, 14.670, 58.106, 0.00001], [19, 17, 14.331, 58.994, 0.00001 ], [20, 18, 14.016, 59.814, 0.00000], 7, 4, 15.831, 19.097, 0.00146 ], [8, 5, 18.582, 26.042, 0.00107], 9, 6, 19.488, 30.906, 0.00063 ], [10, 7, 19.698, 34.683, 0.00037], [11, 8, 19.593, 37.762, 0.00022 ], [12, 9, 19.338, 40.352, 0.00013], [13, 10, 19.011, 42.576, 0.00008 ], [14, 11, 18.651, 44.517, 0.00005], 15, 12, 18.279, 46.230, 0.00004 ], [16, 13, 17.910, 47.761, 0.00003], 17, 14, 17.550, 49.140, 0.00002 ], [18, 15, 17.199, 50.389, 0.00001], 19, 16, 16.863, 51.530, 0.00001 ], [20, 17, 16.542, 52.578, 0.00001], 9, 5, 14.247, 16.501, 0.00033 ], [10, 6, 17.388, 22.758, 0.00031], 11, 7, 18.753, 27.239, 0.00022 ], [12, 8, 19.356, 30.776, 0.00015], 13, 9, 19.575, 33.707, 0.00010 ], [14, 10, 19.581, 36.205, 0.00007], 15, 11, 19.464, 38.375, 0.00005 ], [16, 12, 19.272, 40.287, 0.00003], 17, 13, 19.041, 41.994, 0.00002 ], [18, 14, 18.783, 43.528, 0.00002], 19, 15, 18.516, 44.922, 0.00001 ], [20, 16, 18.243, 46.194, 0.00001], 11, 6, 13.071, 14.746, 0.00010 ], [12, 7, 16.359, 20.464, 0.00011], 13, 8, 17.985, 24.618, 0.00009 ], 14, 9, 18.846, 27.936, 0.00007], 15, 10, 19.296, 30.716, 0.00005 ], [16, 11, 19.500, 33.108, 0.00004], 17, 12, 19.551, 35.204, 0.00003 ], 18, 13, 19.506, 37.068, 0.00002], 19, 14, 19.395, 38.741, 0.00001 ], [20, 15, 19.242, 40.257, 0.00001], [13, 7, 12.147, 13.455, 0.00003 ], [14, 8, 15.477, 18.747, 0.00005],

[15, 9, 17.253, 22.624, 0.00004 ], [16, 10, 18.291, 25.755, 0.00003],

[17, 11, 18.906, 28.394, 0.00003 ] [18, 12, 19.263, 30.684, 0.00002],

[19, 13, 19.449, 32.703, 0.00001 ] [20, 14, 19.521, 34.508, 0.00001],

[15, 8, 11.397, 12.454, 0.00001 ], [16, 9, 14.712, 17.396, 0.00002],

[17, 10, 16.581, 21.047, 0.00002 ] [18, 11, 17.739, 24.013, 0.00002],

[19, 12, 18.477, 26.528, 0.00001 ]_; [20, 13, 18.948, 28.718, 0.00001],

[17, 9, 10.773, 11.651, 0.00001 ], [18, 10, 14.049, 16.304, 0.00001],

[19, 11, 15.969, 19.760, 0.00001 ] [20, 12, 17.208, 22.580, 0.00001],

[19, 10, 10.242, 10.986, 0.00000 ). [20, 11, 13.464, 15.394, 0.00001]

Для различных значений ш и п, можно так подобрать параметры а и β, что вторые производные углов поворота шестерен 5 и 6 будут связаны непрерывной функцией. Иными словами, при равномерном вращении одной из шестерен 5, 6, угловое ускорение второй шестерни 6, 5 будет непрерывной функцией с ограниченной производной. Т.е. угловое ускорение не будет иметь разрывов при смене двухстороннего зацепления с одного зуба 7 на другой зуб 7. Будем называть набор параметров а и р, обеспечивающих данную оптимизацию для т и п, углами безударного перехода. Данная оптимизация для конических шестерен возможна при m < п и при m = п = 2 или m = n = 1. Данная оптимизация имеет еще одно значение: при меньших либо равных углах а обкатывание всей шестерни 6 зубом 7 может происходить по гладкой непрерывной поверхности без отрыва зуба 7 от этой поверхности. Это имеет значение при использовании в качестве зуба 7 роликов, обкатывающих шестерню 11 (в случае отрыва от поверхности, при следующем контакте скорости поверхности ролика и поверхности шестерни 11 не совпадают).

Как будет показано далее, во многих вариантах использования шестерен 5 и 6, такая оптимизация позволяет увеличить ресурс и кпд. Наборы параметров т, η, а и β (углы в градусах) в квадратных скобках, через запятую, для данной оптимизации приведены в таблице 2.

Таблица 2.

[2, 3, 35.26439, 45.00000], [3, 4, 25.63573, 46.17590], [4, 5, 21.56067, 49.34204],

[5, 6, 19.17355, 52.28967], [6, 7, 17.53091, 54.80372], [7, 8, 16.29527, 56.92870],

[8, 9, 15.31345, 58.73779], [9, 10, 14.50424, 60.29467], [10, 11, 13.81970, 61.64928], [11, 12, 13.22925, 62.83997], [12, 13, 12.71219, 63.89620], [13, 14, 12.25389, 64.84081], [14, 15, 11.84360, 65.69172], [15, 16, 11.47323, 66.46317], [16, 17, 11.13652, 67.16660], [17, 18, 10.82853, 67.81132], [18, 19, 10.54531, 68.40496], [19, 20, 10.28364, 68.95385], [20, 21, 10.04086, 69.46330], [21, 22, 9.814778, 69.93777], [22, 23, 9.603528, 70.38105], [23, 24, 9.405533, 70.79639], [24, 25, 9.219446, 71.18660], [25, 26, 9.044106, 71.55408], [26, 27, 8.878505, 71.90096], [27, 28, 8.721764, 72.22908], [28, 29, 8.573114, 72.54006], [29, 30, 8.431875, 72.83534], [30, 31, 8.297447, 73.11619], [31, 32, 8.169295, 73.38374], [32, 33, 8.046942, 73.63902], [33, 34, 7.929961, 73.88291], [34, 35, 7.817967, 74.11625], [35, 36, 7.710613, 74.33978], [36, 37, 7.607587, 74.55415], [37, 38, 7.508604, 74.75997], [38, 39, 7.413403, 74.95781], [39, 40, 7.321751, 75.14815], [40, 41, 7.233429, 75.33146], [41, 42, 7.148242, 75.50816], [42, 43, 7.066006, 75.67865], [43, 44, 6.986555, 75.84326], [44, 45, 6.909733, 76.00234], [45, 46, 6.835400, 76.15618], [46, 47, 6.763423, 76.30507], [47, 48, 6.693679, 76.44926], [48, 49, 6.626056, 76.58900], [49, 50, 6.560447, 76.72452], [3, 5, 21.44659, 26.71201], [4, 6, 22.03338, 33.38420], [5, 7, 21.38537, 37.96925],

[6, 8, 20.54697, 41.53812], [7, 9, 19.72097, 44.45165], [8, 10, 18.95448, 46.89659],

[9, 11, 18.25517, 48.98840], [10, 12, 17.61951, 50.80507], [11, 13, 17.04105, 52.40204], [12, 14, 16.51305, 53.82016], [13, 15, 16.02933, 5.09036], [14, 16, 15.58447, 56.23656], [15, 17, 15.17379, 57.27761], [16, 18, 14.79332, 58.22859], [17, 19, 14.43962, 59.10171], [18, 20, 14.10979, 59.90700], [19, 21, 13.80131, 60.65277], [20, 22, 13.51201, 61.34599], [21, 23, 13.24000, 61.99252], [22, 24, 12.98366, 62.59736], [23, 25, 12.74155, 63.16479], [24, 26, 12.51242, 63.69850], [25, 27, 12.29515, 64.20169], [26, 28, 12.08876, 64.67716], [27, 29, 11.89239, 65.12736], [28, 30, 11.70524, 65.55444], [29, 31, 11.52662, 65.96031], [30, 32, 11.35591, 66.34666], [31, 33, 11.19255, 66.71502], [32, 34, 11.03602, 67.06672], [33, 35, 10.88585, 67.40299], [34, 36, 10.74164, 67.72491], [35, 37, 10.60300, 68.03349], [36, 38, 10.46958, 68.32961], [37, 39, 10.34107, 68.61409], [38, 40, 10.21716, 68.88768], [39, 41, 10.09760, 69.15104], [40, 42, 9.982130, 69.40481], [41, 43, 9.870527, 69.64954], [42, 44, 9.762579, 69.88576], [43, 45, 9.658093, 70.11395], [44, 46, 9.556886, 70.33456], [45, 47, 9.458792, 70.54800], [46, 48, 9.363654, 70.75464], [47, 49, 9.271327, 70.95484], [48, 50, 9.181675, 71.14893], [4, 7, 17.28288, 20.53460], [5, 8, 19.75010, 27.19667], [6, 9, 20.38503, 31.79289], [7, 10, 20.39075, 35.36864], [8, 11, 20.13842, 38.30272], [9, 12, 19.77487, 40.78520], [10, 13, 19.36628, 42.92909], [11, 14, 18.94476, 44.80868], [12, 15, 18.52650, 46.47606], [13, 16, 18.11968, 47.96938], [14, 17, 17.72829, 49.31754], [15, 18, 17.35402, 50.54296], [16, 19, 16.99731, 51.66341], [17, 20, 16.65791, 52.69319], [18, 21, 16.33518, 53.64400], [19, 22, 16.02830, 54.52549], [20, 23, 15.73637, 55.34572], [21, 24, 15.45847, 56.11151], [22, 25, 15.19372, 56.82865], [23, 26, 14.94124, 57.50207], [24, 27, 14.70024, 58.13607], [25, 28, 14.46994, 58.73435], [26, 29, 14.24966, 59.30014], [27, 30, 14.03873, 59.83629], [28, 31, 13.83656, 60.34530], [29, 32, 13.64258, 60.82938], [30, 33, 13.45630, 61.29051], [31, 34, 13.27723, 61.73045], [32, 35, 13.10494, 62.15077], [33, 36, 12.93904, 62.55288], [34, 37, 12.77914, 62.93808], [35, 38, 12.62490, 63.30750], [36, 39, 12.47601, 63.66220], [37, 40, 12.33218, 64.00313], [38, 41, 12.19313, 64.33116], [39, 42, 12.05860, 64.64708], [40, 43, 11.92837, 64.95162], [41, 44, 11.80221, 65.24545], [42, 45, 11.67992, 65.52918], [43, 46, 11.56131, 65.80337], [44, 47, 11.44620, 66.06856], [45, 48, 11.33442, 66.32521], [46, 49, 11.22582, 66.57378], [47, 50, 11.12025, 66.81469], [5, 9, 15.04237, 17.29286], [6, 10, 18.10624, 23.47202], [7, 11, 19.35048, 27.83213], [8, 12, 19.84892, 31.26569], [9, 13, 19.98172, 34.11124], [10, 14, 19.91919, 36.54103], [11, 15, 19.74776, 38.65762], [12, 16, 19.51491, 40.52834], [13, 17, 19.24813, 42.20035], [14, 18, 18.96395, 43.70825], [15, 19, 18.67254, 45.07833], [16, 20, 18.38026, 46.33105], [17, 21, 18.09110, 47.48272], [18, 22, 17.80754, 48.54652], [19, 23, 17.53109, 49.53332], [20, 24, 17.26261, 50.45211], [21, 25, 17.00255, 51.31047], [22, 26, 16.75107, 52.11484], [23, 27, 16.50816, 52.87069], [24, 28, 16.27366, 53.58276], [25, 29, 16.04735, 54.25517], [26, 30, 15.82897, 54.89147], [27, 31, 15.61822, 55.49482], [28, 32, 15.41477, 56.06797], [29, 33, 15.21833, 56.61338], [30, 34, 15.02857, 57.13323], [31, 35, 14.84519, 57.62946], [32, 36, 14.66789, 58.10382], [33, 37, 14.49639, 58.55786], [34, 38, 14.33041, 58.99301], [35, 39, 14.16970, 59.41054], [36, 40, 14.01400, 59.81162], [37, 41, 13.86309, 60.19729], [38, 42, 13.71673, 60.56853], [39, 43, 13.57474, 60.92621], [40, 44, 13.43689, 61.27114], [41, 45, 13.30302, 61.60407], [42, 46, 13.17293, 61.92567], [43, 47, 13.04647, 62.23657], [44, 48, 12.92348, 62.53735], [45, 49, 12.80380, 62.82856], [46, 50, 12.68730, 63.11069], [6, 11, 13.56149, 15.23532], [7, 12, 16.83696, 20.94003], [8, 13, 18.40556, 25.03635], [9, 14, 19.21019, 28.29859], [10, 15, 19.60743, 31.02658], [11, 16, 19.76759, 33.37449], [12, 17, 19.78252, 35.43456], [13, 18, 19.70569, 37.26743], [14, 19, 19.56997, 38.91567], [15, 20, 19.39632, 40.41058], [16, 21, 19.19855, 41.77598], [17, 22, 18.98593, 43.03049], [18, 23, 18.76480, 44.18900], [19, 24, 18.53953, 45.26361], [20, 25, 18.31318, 46.26430], [21, 26, 18.08788, 47.19941], [22, 27, 17.86510, 48.07597], [23, 28, 17.64587, 48.89997], [24, 29, 17.43087, 49.67657], [25, 30, 17.22056, 50.41021], [26, 31, 17.01521, 51.10478], [27, 32, 16.81499, 51.76367], [28, 33, 16.61994, 52.38987], [29, 34, 16.43007, 52.98603], [30, 35, 16.24531, 53.55450], [31, 36, 16.06559, 54.09737], [32, 37, 15.89080, 54.61654], [33, 38, 15.72079, 55.11368 [34, 39, 15.55545, 55.59033], [35, 40, 15.39462, 56.04786], [36, 41, 15.23815, 56.48752 [37, 42, 15.08589, 56.91047], [38, 43, 14.93770, 57.31772], [39, 44, 14.79344, 57.71025 [40, 45, 14.65296, 58.08891], [41, 46, 14.51612, 58.45451], [42, 47, 14.38279, 58.80779 [43, 48, 14.25284, 59.14942], [44, 49, 14.12614, 59.48003], [45, 50, 14.00258, 59.80021 [7, 13, 12.47625, 13.78334], [8, 14, 15.81306, 19.08205], [9, 15, 17.56442, 22.93491], [10, 16, 18.56778, 26.03078], [11, 17, 19.15135, 28.63875], [12, 18, 19.47797, 30.89796; [13, 19, 19.63886, 32.89188], [14, 20, 19.68913, 34.67553] [15, 21, 19.66383, 36.28756; [16, 22, 19.58618, 37.75645] [17, 23, 19.47201, 39.10389] [18, 24, 19.33235, 40.34691 [19, 25, 19.17506, 41.49912] [20, 26, 19.00578, 42.57164] [21, 27, 18.82866, 43.57366 [22, 28, 18.64674, 44.51290] [23, 29, 18.46226, 45.39587] [24, 30, 18.27691, 46.22815 [25, 31, 18.09192, 47.01454] [26, 32, 17.90824, 47.75922] [27, 33, 17.72655, 48.46584 [28, 34, 17.54735, 49.13759] [29, 35, 17.37101, 49.77730] [30, 36, 17.19779, 50.38749 [31, 37, 17.02785, 50.97040] [32, 38, 16.86132, 51.52802] [33, 39, 16.69825, 52.06216 [34, 40, 16.53867, 52.57444] [35, 41, 16.38258, 53.06633] [36, 42, 16.22995, 53.53916 [37, 43, 16.08073, 53.99414] [38, 44, 15.93488, 54.43238] [39, 45, 15.79232, 54.85490 [40, 46, 15.65299, 55.26260] [41, 47, 15.51680, 55.65636] [42, 48, 15.38368, 56.03694 [43, 49, 15.25355, 56.40508] [44, 50, 15.12633, 56.76144] [8, 15, 11.63078, 12.68784] [9, 16, 14.96181, 17.64588], [10, 17, 16.81808, 21.28397], [11, 18, 17.95418, 24.22769; [12, 19, 18.67187, 26.72215] [13, 20, 19.12459, 28.89441] [14, 21, 19.40048, 30.82083 [15, 22, 19.55415, 32.55177] [16, 23, 19.62123, 34.12264] [17, 24, 19.62586, 35.55956 [18, 25, 19.58492, 36.88244] [19, 26, 19.51048, 38.10692] [20, 27, 19.41131, 39.24556 [21, 28, 19.29393, 40.30861] [22, 29, 19.16321, 41.30457] [23, 30, 19.02283, 42.24059 [24, 31, 18.87561, 43.12271] [25, 32, 18.72373, 43.95615] [26, 33, 18.56886, 44.74538 [27, 34, 18.41231, 45.49431] [28, 35, 18.25509, 46.20638] [29, 36, 18.09798, 46.88458 [30, 37, 17.94161, 47.53159] [31, 38, 17.78645, 48.14979] [32, 39, 17.63286, 48.74130 [33, 40, 17.48114, 49.30802] [34, 41, 17.33149, 49.85167] [35, 42, 17.18408, 50.37381 [36, 43, 17.03901, 50.87583] [37, 44, 16.89637, 51.35901] [38, 45, 16.75621, 51.82453 [39, 46, 16.61856, 52.27344] [40, 47, 16.48343, 52.70672] [41, 48, 16.35081, 53.12527 [42, 49, 16.22070, 53.52992] [43, 50, 16.09305, 53.92142] [9, 17, 10.94501, 11.82269], [10, 18, 14.23825, 16.49338], [11, 19, 16.15357, 19.94389], [12, 20, 17.37982, 22.75108 [13, 21, 18.19565, 25.14116] [14, 22, 18.74508, 27.23147] [15, 23, 19.11230, 29.09255 [16, 24, 19.35042, 30.77094] [17, 25, 19.49474, 32.29939] [18, 26, 19.56961, 33.70202 [19, 27, 19.59236, 34.99727] [20, 28, 19.57558, 36.19963] [21, 29, 19.52861, 37.32071} [22, 30, 19.45849, 38.37005], [23, 31, 19.37059, 39.35553], [24, 32, 19.26906, 40.28380} [25, 33, 19.15712, 41.16053], [26, 34, 19.03731, 41.99055], [27, 35, 18.91162, 42.77808} [28, 36, 18.78166, 43.52678], [29, 37, 18.64869, 44.23986], [30, 38, 18.51373, 44.92017} [31, 39, 18.37759, 45.57022], [32, 40, 18.24095, 46.19226], [33, 41, 18.10431, 46.78830} [34, 42, 17.96812, 47.36016], [35, 43, 17.83270, 47.90946], [36, 44, 17.69834, 48.43768} [37, 45, 17.56526, 48.94617], [38, 46, 17.43362, 49.43614], [39, 47, 17.30356, 49.90872], [40, 48, 17.17519, 50.36493], [41, 49, 17.04858, 50.80571], [42, 50, 16.92379, 51.23192} [10, 19, 10.37265, 11.11650], [11, 20, 13.61261, 15.54213], [12, 21, 15.55865, 18.82851} [13, 22, 16.84650, 21.51378], [14, 23, 17.73499, 23.80887], [15, 24, 18.35936, 25.82319} [16, 25, 18.79967, 27.62251], [17, 26, 19.10712, 29.25022], [18, 27, 19.31620, 30.73681} [19, 28, 19.45105, 32.10478], [20, 29, 19.52904, 33.37129], [21, 30, 19.56301, 34.54985} [22, 31, 19.56259, 35.65131], [23, 32, 19.53515, 36.68455], [24, 33, 19.48636, 37.65694], [25, 34, 19.42069, 38.57471], [26, 35, 19.34165, 39.44315], [27, 36, 19.25203, 40.26681], [28, 37, 19.15409, 41.04964], [29, 38, 19.04964, 41.79508], [30, 39, 18.94014, 42.50616], [31, 40, 18.82681, 43.18557], [32, 41, 18.71060, 43.83568], [33, 42, 18.59234, 44.45862], [34, 43, 18.47268, 45.05630], [35, 44, 18.35217, 45.63044], [36, 45, 18.23126, 46.18259], [37, 46, 18.11032, 46.71416], [38, 47, 17.98965, 47.22642], [39, 48, 17.86952, 47.72056], [40, 49, 17.75012, 48.19764], [41, 50, 17.63162, 48.65863], [11, 21, 9.884618, 10.52551} [12, 22, 13.06420, 14.73965], [13, 23, 15.02284, 17.88160], [14, 24, 16.35257, 20.45784], [15, 25, 17.29524, 22.66671], [16, 26, 17.97816, 24.61107], [17, 27, 18.47738, 26.35269], [18, 28, 18.84206, 27.93229], [19, 29, 19.10564, 29.37851], [20, 30, 19.29178, 30.71244], 21, 31, 19.41772, 31.95020], [22, 32, 19.49630, 33.10443], [23, 33, 19.53728, 34.18534], [24, 34, 19.54820, 35.20123], [25, 35, 19.53492, 36.15906], [26, 36, 19.50211, 37.06466], [27, 37, 19.45349, 37.92300], 28, 38, 19.39203, 38.73838], [29, 39, 19.32016, 39.51452], [30, 40, 19.23987, 40.25466], [31, 41, 19.15277, 40.96167], [32, 42, 19.06021, 41.63808], 33, 43, 18.96330, 42.28615], 34, 44, 18.86296, 42.90789], [35, 45, 18.75997, 43.50512], [36, 46, 18.65495, 44.07946], [37, 47, 18.54846, 44.63241], [38, 48, 18.44095, 45.16529], 39, 49, 18.33281, 45.67934], 40, 50, 18.22434, 46.17567], [12, 23, 9.461530, 10.02120], ;i3, 24, 12.57809, 14.05075], 14, 25, 14.53745, 17.06474], [15, 26, 15.89510, 19.54312], 16, 27, 16.87830, 21.67369], [17, 28, 17.60723, 23.55375], [18, 29, 18.15423, 25.24171], ;i9, 30, 18.56638, 26.77604], 20, 31, 18.87599, 28.18379], [21, 32, 19.10613, 29.48485], 22, 33, 19.27374, 30.69443], 23, 34, 19.39155, 31.82447], [24, 35, 19.46932, 32.88458], ;25, 36, 19.51465, 33.88261], ;26, 37, 19.53352, 34.82511], [27, 38, 19.53071, 35.71758] [28, 39, 19.51006, 36.56474; [29, 40, 19.47469, 37.37063] [30, 41, 19.42716, 38.13877] [31, 42, 19.36957, 38.87223; [32, 43, 19.30366, 39.57374] [33, 44, 19.23087, 40.24568] [34, 45, 19.15243, 40.89021; [35, 46, 19.06935, 41.50923] [36, 47, 18.98249, 42.10448} [37, 48, 18.89257, 42.6775 Г [38, 49, 18.80021, 43.22973] [39, 50, 18.70593, 43.76242] [13, 25, 9.089823, 9.584087; [14, 26, 12.14315, 13.45090] [15, 27, 14.09534, 16.35071} [16, 28, 15.47085, 18.74085; [17, 29, 16.48428, 20.80012} [18, 30, 17.24953, 22.62107} [19, 31, 17.83545, 24.25922; [20, 32, 18.28715, 25.75112} [21, 33, 18.63580, 27.12243} [22, 34, 18.90379, 28.39205; [23, 35, 19.10768, 29.57438] [24, 36, 19.26003, 30.68074} [25, 37, 19.37050, 31.72024; [26, 38, 19.44670, 32.70032} [27, 39, 19.49463, 33.62719} [28, 40, 19.51914, 34.50606; [29, 41, 19.52416, 35.34140], [30, 42, 19.51289, 36.13706} [31, 43, 19.48797, 36.89636] [32, 44, 19.45160, 37.62223], [33, 45, 19.40561, 38.31725} [34, 46, 19.35152, 38.98371] [35, 47, 19.29063, 39.62363], [36, 48, 19.22404, 40.23885} [37, 49, 19.15267, 40.83101] [38, 50, 19.07731, 41.40159], [14, 27, 8.759665, 9.200341} [15, 28, 11.75088, 12.92237] [16, 29, 13.69061, 15.71962], [17, 30, 15.07660, 18.02981} [18, 31, 16.11244, 20.02395] [19, 32, 16.90638, 21.79046], [20, 33, 17.52413, 23.38238} [21, 34, 18.00892, 24.83457] [22, 35, 18.39079, 26.17150], [23, 36, 18.69143, 27.41119} [24, 37, 18.92700, 28.56735] [25, 38, 19.10980, 29.65077], [26, 39, 19.24937, 30.67010], [27, 40, 19.35325, 31.63243] [28, 41, 19.42745, 32.54366], [29, 42, 19.47683, 33.40877], [30, 43, 19.50536, 34.23199] [31, 44, 19.51629, 35.01700], [32, 45, 19.51234, 35.76695], [33, 46, 19.49574, 36.48464] [34, 47, 19.46840, 37.17252], [35, 48, 19.43191, 37.83278], [36, 49, 19.38763, 38.46735] [37, 50, 19.33670, 39.07798], [15, 29, 8.463712, 8.859830], [16, 30, 11.39466, 12.45203] [17, 31, 13.31839, 15.15657], [18, 32, 14.70941, 17.39398], [19, 33, 15.76160, 19.32840] [20, 34, 16.57820, 21.04467], [21, 35, 17.22204, 22.59361], [22, 36, 17.73459, 24.00865] [23, 37, 18.14481, 25.31320], [24, 38, 18.47370, 26.52449], [25, 39, 18.73698, 27.65564] [26, 40, 18.94668, 28.71695], [27, 41, 19.11218, 29.71670], [28, 42, 19.24092, 30.66165] [29, 43, 19.33887, 31.55745], [30, 44, 19.41088, 32.40883], [31, 45, 19.46093, 33.21986] [32, 46, 19.49230, 33.99401], [33, 47, 19.50774, 34.73433], [34, 48, 19.50953, 35.44348] [35, 49, 19.49962, 36.12380], [36, 50, 19.47965, 36.77738], [16, 31, 8.196346, 8.554939] [17, 32, 11.06924, 12.02989], [18, 33, 12.97463, 14.65016], [19, 34, 14.36659, 16.82099] [20, 35, 15.43042, 18.70047], [21, 36, 16.26485, 20.37024], [22, 37, 16.93008, 21.87919] [23, 38, 17.46598, 23.25944], [24, 39, 17.90046, 24.53349], [25, 40, 18.25386, 25.71787] [26, 41, 18.54144, 26.82517], [27, 42, 18.77495, 27.86528], [28, 43, 18.96358, 28.84611] [29, 44, 19.11467, 29.77417], [30, 45, 19.23410, 30.65485; [31, 46, 19.32671, 31.49268; [32, 47, 19.39646, 32.29157] [33, 48, 19.44664, 33.05484; [34, 49, 19.48001, 33.7854Г [35, 50, 19.49889, 34.48582], [17, 33, 7.953176, 8.279818; [18, 34, 10.77039, 11.64823; [19, 35, 12.65593, 14.19148] [20, 36, 14.04575, 16.30115; [21, 37, 15.11751, 18.12990; [22, 38, 15.96588, 19.75652] [23, 39, 16.64866, 21.22817; [24, 40, 17.20422, 22.57582; [25, 41, 17.65951, 23.82113] [26, 42, 18.03420, 24.98002; [27, 43, 18.34314, 26.06462; [28, 44, 18.59776, 27.08443], [29, 45, 18.80707, 28.04707; [30, 46, 18.97826, 28.95876; [31, 47, 19.11716, 29.82471]_;

[32, 48, 19.22853, 30.64928; [33, 49, 19.31631, 31.43618; [34, 50, 19.38380, 32.18865} [18, 35, 7.730714, 8.029883; [19, 36, 10.49466, 11.30094; [20, 37, 12.35942, 13.77348} [21, 38, 13.74478, 15.82674; [22, 39, 14.82153, 17.60848; [23, 40, 15.68066, 19.19495], [24, 41, 16.37781, 20.63175; [25, 42, 16.94996, 21.94879; [26, 43, 17.42311, 23.16700], [27, 44, 17.81635, 24.30176; [28, 45, 18.14409, 25.36476; [29, 46, 18.41746, 26.36516], [30, 47, 18.64528, 27.3103Г [31, 48, 18.83459, 28.20622; [32, 49, 18.99113, 29.05788], [33, 50, 19.11960, 29.86950; [19, 37, 7.526145, 7.801487; [20, 38, 10.23919, 10.98313], [21, 39, 12.08268, 13.39046; [22, 40, 13.46181, 15.39150; [23, 41, 14.54120, 17.12956], [24, 42, 15.40852, 18.67858; [25, 43, 16.11738, 20.08273; [26, 44, 16.70350, 21.37099], [27, 45, 17.19203, 22.56363; [28, 46, 17.60144, 23.67552; [29, 47, 17.94575, 24.71797], [30, 48, 18.23581, 25.69983; [31, 49, 18.48021, 26.62820; [32, 50, 18.68588, 27.50890], [20, 39, 7.337167, 7.591686; [21, 40, 10.00160, 10.69085; [22, 41, 11.82361, 13.03781], [23, 42, 13.19519, 14.99033; [24, 43, 14.27535, 16.68767; [25, 44, 15.14871, 18.20165], [26, 45, 15.86708, 19.57516; [27, 46, 16.46496, 20.83632; 28, 47, 16.96671, 22.00479], [29, 48, 17.39025, 23.09500; [30, 49, 17.74919, 24.11788] [31, 50, 18.05412, 25.08204} [21, 41, 7.161877, 7.398071; [22, 42, 9.779893, 10.42084] [23, 43, 11.58043, 12.71170], [24, 44, 12.94346, 14.61900; [25, 45, 14.02287, 16.27829] 26, 46, 14.90053, 17.75941], [27, 47, 15.62653, 19.10410; [28, 48, 16.23429, 20.33970] [29, 49, 16.74742, 21.48530], [30, 50, 17.18331, 22.55492] [22, 43, 6.998684, 7.218652] 23, 44, 9.572363, 10.17039} [24, 45, 11.35158, 12.40897] [25, 46, 12.70532, 14.27400] 26, 47, 13.78277, 15.89761], [27, 48, 14.66326, 17.34786] [28, 49, 15.39533, 18.66540] 29, 50, 16.01136, 19.87683], [23, 45, 6.846247, 7.051765] [24, 46, 9.377556, 9.937256] 25, 47, 11.13573, 12.12694], [26, 48, 12.47963, 13.95235] [27, 49, 13.55414, 15.54244] 28, 50, 14.43624, 16.96361], [24, 47, 6.703426, 6.896009] [25, 48, 9.194217, 9.719517] 26, 49, 10.93169, 11.86335], [27, 50, 12.26536, 13.65153] [25, 49, 6.569243, 6.750194] 26, 50, 9.021261, 9.515545] При m > n, для данного зубчатого зацепления, переход зацепления с зуба 7 на другой зуб 7 всегда сопровождается разрывом производной угловой скорости (т.е. углового ускорения) одной из шестерен 5, 6.

Знание о самой возможности оптимизаций данных типов позволяет рассчитать связи параметров т, η, а и β с любой ТОЧНОСТЬЮ ДЛЯ любых т и п (раньше просто не догадывались о такой возможности, и о преимуществах, которые она дает, поэтому не занимались оптимизацией).

Интересно, что всем этим оптимизациям соответствуют разные наборы параметров т, η, а и β. При оптимизации по точности линейной зависимости между углами поворота шестерен 5 и 6, получаются параметры а и β ведущие к большим производным угловых скоростей или к разрывным производным угловых скоростей (другими словами угловых ускорений). Небольшие зазоры, имеющиеся между зубом 7 и боковыми сторонами 12, испытывают высокочастотные колебания с небольшой амплитудой и большими ускорениями. При оптимизации исключающей разрывы углового ускорения, получаем небольшие (но не минимально возможные) угловые ускорения, но неравномерное при малом количестве зубьев вращение шестерен 5 и 6 (точнее говоря нелинейную связь углов поворота φ и ψ). Так, при n=4, т=3, максимальное отклонение от равномерного вращения составляет 0.19 градуса. Однако, уже при п=6, пт=5, максимальное отклонение от равномерного вращения составляет около 0.01 градуса, что на радиусе 40 мм составляет 0.01 мм. Для большинства приложений такое отклонение лежит в пределах допуска на изготовление.

При использовании данного типа зацепления в объемных роторных машинах, возможность использования шестерен 5 и 6 с небольшим количеством зубьев 7 и 15 позволяет улучшить их характеристики, такие как подача за один оборот, максимальный допустимый перепад давления, максимальные рабочие обороты, максимальный кпд, равномерность подачи, равномерность крутящего момента (при использовании в качестве гидромотора). В некоторых вариантах исполнения, параметры ОРМ удается существенно улучшить за счет наличия продолжительного двухстороннего зацепления зуба 7 со впадиной 8. OPM (фиг.9) содержит корпус 67, установленный в нем ротор 68, на валу 1 которого установлены две конические шестерни 5 с внешним зацеплением, второй ротор 69, на валу 3 которого установлены две конические шестерни 6 с внутренним зацеплением. Конической шестерней с внутренним зацеплением, по аналогии с плоскими шестернями, будем понимать шестерню, чей делительный конус, рассчитанный из условия усредненного соотношения углов поворота, охватывает делительный конус находящейся в зацеплении с ней другой шестерни.

Ротор 68 (фиг.10) содержит вал 1, на котором имеется соосный ему шар 17. Симметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси 2 вращения вала 1, проходящей через центр шара 17, на валу 1 расположены две шестерни 5. В данном примере, каждая шестерня 5 имеет пять зубьев 7. Зубья 7 соединены центральной частью 70. Шестерня 5 имеет выпуклый сферический торец 18 и концентричный ему вогнутый сферический торец 72. Зуб 7 имеет коническую поверхность 9, служащую для зацепления с шестерней 6. Она состоит из двух отдельных участков, расположенных по обе стороны зуба 7. Ось 10 поверхности 9 пересекает ось 2 в центре шара 17, в данном примере, под углом безударного перехода β=52.2895 градуса. Угловой радиус конуса поверхности 9 - 17 градусов. Для увеличения подачи ОРМ, уменьшения неравномерности подачи и для уменьшения перекашивающего момента сил, действующего на вал 1 со стороны рабочего тела, на вершине зуба 7 выполнен выступ 75. Выступ 75 имеет коническую поверхность 76, с угловым радиусом конуса 6 градусов, ось 77 которой пересекает ось 2 в центре шара 17 под углом 72.5 градуса. Оси 2, 10 и 77 лежат в одной плоскости. Поверхность 76 гладко (скруглением) соединена с поверхностью 9. Поверхность 9 и поверхность 76 расположены приблизительно как два касающиеся друг друга конусы.

Для улучшения прохода рабочего тела, по обе стороны от плоскости симметрии зуба 7, на нем, со стороны торца 18 имеются выборки 78. Середину 70 с выступом 75 по торцу 18 связывает, более узкая, чем ширина зуба 7 по поверхности 9, полоска 79. Шестерня 5 имеет соосное ей отверстие 80 для напрессовки на вал 1.

Для возможности сборки ротора 68 с ротором 69, шар 17 разделен на три слоя: средний слой 81 и два крайних слоя 82. Через слои 81 и 82 проходит сквозное концентричное с шаром 17 отверстие 83, для напрессовки слоев 81 и 82 шара 17 на вал 1. В собранном состоянии, торцы 18 шестерен 5 плотно прижаты к шару 17. Возможно использование дополнительных средств крепления шестерен 5, слоев 81, 82 шара 17 и вала 1 между собой, например, шлицевое, шпоночное, штифтовое соединение, фиксирующее перечисленные детали от проворота на валу 1 и/или прижимающие друг к другу. Жестким соединением двух шестерен 5, содержащих нечетное количество зубьев 7, можно воспользоваться только благодаря очень малым отклонением от линейности углов поворота шестерен 5 и 6 (порядка 0.01 градуса), что становится возможным в данном зубчатом зацеплении, при использовании углов а и β лежащих в диапазоне от углов равномерного вращения до углов безударного перехода или рядом с этим диапазоном, для пяти зубьев 7 и более (для шестерен 5 содержащих четное количество зубьев 7 это возможно всегда).

Ротор 69 (фиг.11) содержит вал 3, на конце которого имеется соосное ему сферическое расширение вала - сферическая оболочка 84. Оно ограничено торцом 85 в виде вогнутой сферической поверхности и концентричным ему торцом 19 в виде выпуклой сферической поверхности. Угловой радиус оболочки 84 приблизительно 80 градусов. На плоском крае 87 оболочки 84 имеется буртик 88. В оболочке 84 симметрично выполнены сквозные отверстия 89 для крепления к шестерне 6 и сквозные отверстия 90 для прохода рабочего тела.

Сдвоенная шестерня 6 крепится к оболочке 84. Она выполнена в виде двух центрально симметрично расположенных шестерен 6. Шестерни 6 имеют внутреннее зацепление и выполнены сферическими, т.е. по вогнутому торцу 93 и по выпуклому торцу 19 они ограничены концентричными сферическими поверхностями. На шестерне 6 имеются выступающие внутрь зубья 15. Вершина зуба 15 ограничена, в основном, поверхностью 95, которая получается обкатыванием зуба 15 выступом 75. Она расположена на месте соединительной поверхности 14. Впадины 8 между зубьями 15 выполнены в виде паза 11 равной ширины. Боковые стенки 12 паза 11 выполнены в виде поверхностей вращения относительно общей оси 13. Ось 13 пересекает ось 4 вращения вала 3 под прямым углом. Дно 16 впадины 8 имеет вогнутую коническую поверхность. На дне 16 впадины 8 выполнено коническое, с криволинейной направляющей, углубление 96, форма которого получается как след от выступа 75 при обкатывании шестерни 6 шестерней 5. Углубления 96 одной шестерни 6 располагаются в теле зуба 15 центрально-симметричной шестерни 6, причем значительная часть (серединка) углубления 96 располагается по другую сторону от плоскости, проходящей через центр шара 17 перпендикулярно оси 4, по отношению к вершинам (поверхностям 14) зубьев 15 данной шестерни 6. Между зубьями 15 и впадинами 8 двух центрально симметричных шестерен 6 остается тело сдвоенной шестерни 6, похожее на симметрично расположенную на сфере змейку 97 с направляющей в виде замкнутой ломанной со скругленными углами, состоящей из двенадцати (2*п) больших дуг сферы, идущей вдоль экватора сферы. Для придания сдвоенной шестерне 6 большей жесткости, и для разделения выходов на торец 19 из впадин 8 (в частности из углублений 96) двух шестерен 6 в разные полусферы, приблизительно по экватору торца 19, вокруг шестерни 6 проходит сферическое кольцо 99. Кольцо 99, перекрывает по торцу 19 часть впадины 8, заходящую в другую полусферу (в полусферу другой шестерни 6). Такая глубокая выемка 8 уменьшает перекашивающий момент сил, действующий на вал 2. На одной стороне кольца 99 имеется кольцевое обнижение 100 для более жесткой стыковки с оболочкой 84. Соосная часть 100 внешней поверхности кольца 99 выполнена цилиндрической. В данном исполнении, на каждой шестерне 6 имеется шесть зубьев 15. Вблизи вершин зубьев 15 одной из шестерен 6 имеются радиальные отверстия 89 для крепления к оболочке 84. Оболочка 84 плотно охватывает торец 19 шестерен 6 и прижимается к кольцу 99. Буртик 88 оболочки 84 напрессован на обнижение 101. В отверстия 89 запрессованы штифты, фиксирующие шестерню 6 относительно оболочки 84.

При работе с меньшими давлениями, кольцо 99 может выполняться отдельно от сдвоенной шестерни 6. В этом случае, разъем между кольцом 99 и оболочкой 84 проходит приблизительно по диаметру торца 19, или они могут не стыковаться друг с другом. Т.е. для увеличения проходов рабочего тела, между кольцом 99 и оболочкой 84 можно оставлять большой кольцевой зазор.

Для отсечения рабочего тела в данной ОРМ на шестернях 5 и 6 используются торцы 85, 19, 18, средние части поверхностей 95 и средние части поверхностей углублений 96, поверхность 76 выступа 75. Через поверхности 12, 16, неиспользуемые части поверхностей 95 и поверхности углубления 96 выполнены канавки 102 для устранения защемления рабочего тела между зубьями 7 и 15. Корпус 67 (фиг.12) имеет полость 106 в виде приблизительно половины сферы (немного меньше половины сферы), под торцы 18 и 19 и полость 107 в виде приблизительно половины сферы, под оболочку 84. Между полостями 106 и 107 имеется небольшая полость, под кольцо 99, ограниченная цилиндрической поверхностью 108. Полости 107 и 108 концентричны. Для возможности сборки, корпус 67 разделен на две части 110 и 111. Разъем между ними проходит по окружности, ограничивающей полость 106. Из полости 106 имеется глухое центральное с ней отверстие 112 под вал 1. Из полости 107 имеется идущее наружу центральное с ней отверстие 113 под вал 3. Угол между осями 2 и 4, отверстий 112 и 113 соответственно, равен углу безударного перехода <х=19.1736 градусов. Для увеличения длины отверстий 112 и 113, на корпусе 67 выполнены соответствующие выступы.

В части ПО и в части 111, вблизи места их соединения, выполнено по одному окну 114 входа и одному окну 115 выхода рабочего тела. Окна 114 и 115 при работе с «несжимаемой» жидкостью расположены симметрично относительно плоскости осей 2 и 4, вытянуты преимущественно в направлении вокруг оси 4. Границы окон проходят приблизительно через места контакта поверхности 76 зубьев 7 с поверхностью 95 и поверхностью углубления 96 в положениях, когда плоскость осей 2 и 4 находится ровно между двумя соседними зубьями 7.

Для создания дополнительного давления силами трения, патрубок 116 входа выполнен в начале (по ходу вращения вала 3) окна 114, а патрубок 117 выхода выполнен в конце (по ходу вращения вала 3) окна 115. Для крепления частей 110 и 111 друг к другу и для увеличения жесткости корпуса 67, в месте стыковки на частях НО и 111 выполнены фланцы 118. На фланцах 118 выполнены крепежные отверстия 119 и кольцевая канавка 120 для размещения уплотнительного элемента (не показан). В отверстии 113 выполнены кольцевые канавки 122 для сбора перетоков из зоны высокого давления и канавки 123 для установки уплотнений, предотвращающих попадание рабочего тела в окружающую среду.

Сборка ОРМ происходит следующим образом. В сдвоенную шестерню 6 вставляется слой 81 шара 17. Это возможно благодаря тому, что слой 81 проходит через впадины 8 до центрального положения в шестерне 6. При наклоне слоя 81, в середину шестерни 6 заходят слои 82. Шестерни 5 собираются вокруг шара 17 (вокруг сдвоенной шестерни 6). Сдвоенная шестерня 6 с шаром 17 и шестернями 5 вставляется в часть 110. В сборку запрессовывается вал 1. При сборке слои 81, 82 шара 17, шестерни 5 могут дополнительно стягиваться винтами или фиксироваться друг относительно друга штифтами. К шестерне 6 с оболочкой 84 крепится вал 3. На вал 3 надевается часть 111 корпуса 67. Части 110, 111 корпуса 67 стягиваются болтами.

ОРМ (фиг.9) в качестве гидромотора работает следующим образом. Через два центрально-симметричных патрубка 116 и центрально-симметричных окна 114 входа рабочего тела в пространство между зубьями 15 (впадины 8) и зубьями 7 двух центрально-симметричных шестерен 6, находящихся в зубчатом зацеплении с двумя зеркально-симметричными шестернями 5, подводится рабочее тело с высоким давлением. Отвод рабочего тела осуществляется через зеркально-симметричные окнам 114 входа, окна 115 выхода и патрубки 117 выхода. Области с разными давлениями отделены друг от друга центральными частями 70 шестерен 5 и, на участках 124 (фиг.12) корпуса 67, прилегающих к плоскости осей 2 и 4, зубьями 7 при их взаимодействии по средним частям поверхностей 95 зубьев 15 с одной стороны и зубьями 7 при взаимодействии их выступов 75 по средним частям поверхностей впадин 96 с противоположной стороны корпуса 67. Места отсечения совпадают с промежутками между окнами 112 и окнами 113. В результате, перепаду давления подвержены находящиеся на противоположных сторонах шестерни 5 зубья 7 почти по всей высоте, за исключением небольших участков на выступах 75, и, находящиеся по одну сторону от шестерни 6 зубья 15, почти по всей высоте. В следствие симметрии, нагрузки зубьев 7, суммарный крутящий момент от перепада давления рабочего тела на шестерню 5 близок к нулю, а на шестерню 6, из-за несимметричности нагрузки зубьев 15, действует почти постоянный крутящий момент. Постоянство обеспечивается тем фактом, что одновременно со смещением контакта выступа 75 к вершине зуба 15 по поверхности 95 (т.е. при увеличении площади подверженной перепаду давления), одновременно поднимается со дна углубления 96, контакт выступа 75 по поверхности углубления 96 (что увеличивает площадь подверженную перепаду давления с другой стороны шестерни 6). Дополнительно к этому, удачно сочетаются изменения небольшого крутящего момента (порядка 3% от момента на шестерне 6) на шестерне 5, который передается на шестерню 6 через зубчатое зацепление по поверхностям 9 и 12. Еще больше сглаживает неравномерность тот факт, что две шестерни 5 находятся в противоположных фазах зацепления. В результате удается получить неравномерность крутящего момента порядка ±2.7%. Это очень хороший результат для прямозубого зацепления, тем более с таким небольшим количеством зубьев 7 и 15. Подача ОРМ при этом составляет приблизительно 1.82 кубических единиц за оборот вала 3 при единичном радиусе полости 106 (сферической рабочей камеры) и при радиусе шара 17 равном 0.65. Более точно, неравномерность подачи зависит от углового радиуса поверхности 76. Она равна ±2.5% при нулевом угловом радиусе поверхности 76 и увеличивается с его увеличением. Например, при угловом радиусе поверхности 76 равном 10%, неравномерность подачи достигает ±3%.

Увеличение подачи достигается за счет того, что зоны зубьев 15, несимметрично нагруженные перепадом давления, удалось сместить к плоскости и даже за плоскость, проходящую через центр шара 17 (шестерен 6) перпендикулярно оси 4. В результате, эти зоны от центрально-симметричных шестерен 6 даже перекрывают друг друга. Смещение удалось благодаря удлинению зуба 7 выступом 75. Несимметрию нагруженности шестерни 6 удалось обеспечить тем, что для отсечения рабочего тела используется контакт выступов 75 (зубьев 7) только по вершинам (поверхностям 95) зубьев 15 с одной стороны шестерни 6 и контакт выступов 75 (зубьев 7) только по самому дну углублений 96, с противоположной стороны шестерни 6.

Низкие потери на трение в зубчатом зацеплении обеспечены почти полной разгрузкой шестерен 5 от крутящего момента (нет передачи большого момента между шестернями), полной уравновешенностью сдвоенной шестерни 5, и почти полной уравновешенностью сдвоенной шестерни 6 по силам со стороны рабочего тела. Так же тем, что перекашивающий момент с шестерен 5 и 6 снимается большими рычагами за счет выноса опоры валов 1 и 3 в удаленную от центра шестерен 5 и 6 область отверстий 112 и 113 (обеспечивается длиной выступов корпуса 67, в котором выполнены отверстия 112 и 113).

Для снижения трения, все поверхности зубьев 7 и 15 не участвующие в зацеплении и в отсечении занижены, это поверхность 16 и крайние участки поверхности 95 и крайние участки поверхности углубления 96.

ОРМ (фиг.13), имеющая строго постоянный крутящий момент / подачу рабочего тела, содержит корпус 67, ротор 68, установленный в корпусе 67 с возможностью вращения относительно оси 2, второй ротор 69, установленный в корпусе 67 с возможностью вращения относительно оси 4. Угол между осями 2 и 4 равен углу безударного перехода а=21 . 561 градусов.

Ротор 68 (фиг.14) содержит вал 1 с соосным ему шаром 17, две симметричные относительно плоскости проходящей через центр шара 17 перпендикулярно оси 2 шестерни 5. Шестерни 5 представлены зубьями 7 закрепленными на шаре 17. Зуб 7 выполнен в виде конуса с боковой поверхностью 9. Ось 10 поверхности 9 пересекает ось 2 в центре шара 17, в данном примере, под углом безударного перехода β=49 . 342 градуса. Угловой радиус конуса поверхности 9 - 19 градусов. Для увеличения подачи ОРМ, и для уменьшения перекашивающего момента сил, действующего на вал 1 со стороны рабочего тела, на вершине зуба 7 выполнен выступ 75. Выступ 75 гладко стыкуется с поверхностью 9. Выступ 75 ограничен поверхностью 130 вращения относительно оси 2, являющейся конической поверхностью. Центральная часть 70 шестерни 5 вырезана вместе с частью зуба 7. Срез проходит по поверхности вращения 131 относительно оси 2, являющейся конической поверхностью. В результате удлинения выступом 75 и подрезки со стороны оси 2 поверхностью 131, угловое сечение зуба 7 уменьшается до 29.34 градуса, но удаляется при этом от оси 2 (так оно вытесняет больший объем рабочего тела). Вершина зуба 7 оказывается на расстоянии 76.34 градусов от оси 2 (вместо 68.34 градусов без выступа 75). В данном примере, на шестерне 5 четыре зуба 7. Шестерня 5 ограничена выпуклой сферической поверхностью - торцом 18.

Ротор 69 (фиг.15) содержит сдвоенную шестерню 6 установленную на кольце 133. Сдвоенная шестерня 6 выполнена в виде двух центрально симметрично расположенных шестерен 6. Шестерни 6 имеют внутреннее зацепление и вьшолнены сферическими, т.е. по вогнутому торцу 93 и по вьшуклому торцу 19 они ограничены концентричными сферическими поверхностями. На шестерне 6 имеются выступающие внутрь зубья 15. Вершина зуба 15 срезана поверхностью 134 вращения относительно оси 4, практически до поверхностей 12. Впадины 8 между зубьями 15 вьшолнены в виде паза 11 равной ширины. Боковые стенки 12 паза 11 вьшолнены в виде поверхностей вращения относительно общей оси 13. Ось 13 пересекает ось 4 вращения вала 3 под прямым углом. Дно 16 впадины 8 имеет вогнутую коническую поверхность. На дне 16 впадины 8 выполнено коническое, с криволинейной направляющей, углубление 96, форма которого отличается на небольшой зазор от следа выступа 75 при обкатывании шестерни 6 шестерней 5. Углубления 96 одной шестерни 6 располагаются в теле зуба 15 центрально- симметричной шестерни 6, причем по другую сторону от плоскости, проходящей через центр шара 17 перпендикулярно оси 4, по отношению к вершинам (поверхностям 14) зубьев 15 данной шестерни 6. Между зубьями 15 и впадинами 8 двух центрально симметричных шестерен 6 остается тело сдвоенной шестерни 6, похожее на симметрично расположенную на сфере змейку 97 с направляющей в виде замкнутой ломанной, состоящей из десяти больших дуг сферы, идущей вдоль экватора сферы. Для придания сдвоенной шестерне 6 большей жесткости, и для разделения выходов на торец 19 из впадин 8 (в частности из углублений 96) двух шестерен 6 в разные полусферы, приблизительно по экватору торца 19, вокруг шестерни 6 проходит плоское кольцо 133. Кольцо 133, перекрывает по торцу 19 часть впадины 8, заходящую в другую полусферу (в полусферу другой шестерни 6). Такая глубокая выемка 8 уменьшает перекашивающий момент сил, действующий на вал 2. В данном исполнении, на каждой шестерне 6 имеется пять зубьев 15.

Для возможности установки ротора 68 в середину сдвоенной шестерни 6 при сборке, ротор 68 разделен на отдельные детали. На валу 1 (фиг.16) оставлена часть шара 17, ограниченная контуром квадратного сечения (при взгляде вдоль оси 2). На получившихся гранях 135 имеются шлицы 136 т-образного профиля, идущие вдоль оси 2, ограниченные поверхностями шара 17 и поверхностью зуба 7 (поверхностью 131). Зубья 7 (фиг.17), по два, установлены на шаровом сегменте 138. Шаровой сегмент 138 ограничен сферической поверхностью 139 образующей поверхность шара 17 и плоской поверхностью 140. Через шаровой сегмент 138 и зубья 7 проходит т-образный паз 141 под шлиц 136. Два из четырех шаровых сегмента 138 дополнительно обрезаны плоскостями, параллельными оси 2 и перпендикулярными плоской поверхности 140, с образованием граней 142, так, что в сборе на валу 1, из четырех шаровых сегментов 138 образуется шар 17.

Сборка ротора 68 в середине сдвоенной шестерни 6 происходит следующим образом. В сдвоенную шестерню 6 вставляются два не подрезанных шаровых сегмента 138 с зубьями 7. Зубья 7 одного шарового сегмента 138 попадают на свои места в двух разных шестернях 6. Поверхности 140 устанавливаются параллельно друг другу. Между поверхностями 140 в середину сдвоенной шестерни 6 по очереди вставляются подрезанные шаровые сегменты 138 и разводятся по своим местам. Далее между ними запрессовывается вал 1 со шлицами 136, которые попадают в пазы 141. Кроме запрессовки, может применяться дополнительная фиксация данного соединения, например, фиксация штифтами, сваркой, клеем.

Корпус 67 (фиг.18, 19) содержит сферическую полость 143 с центром на оси 2, сквозное отверстие 144, соосное оси 2, круговой паз 145, под кольцо 133, идущий по поверхности полости 143 вокруг оси 4. В полости 143 соосно оси 2 центрально- симметрично друг другу установлены две вставки 147 в виде тела вращения вокруг оси 2 со срезом, ограниченным поверхностью 148 вращения вокруг оси 4. В сборке они занимают место центральной части 70. Вставка 147 ограничена поверхностью 149 вращения вокруг оси 2, ответной поверхности 131, и поверхностью 148 вращения вокруг оси 4. В данном примере вставка 147 (фиг.20) выполнена в виде пересечения двух усеченных шаровых сегментов, осями которых являются оси 2 и 4, меньшими основаниями которых являются вогнутые сферические поверхности 150 ответные поверхности шара 17, угловые радиусы которых больше углового расстояния между осями 2 и 4, причем угловой радиус шарового сегмента, полученного вращением относительно оси 4 больше углового радиуса шарового сегмента, полученного вращением относительно оси 2. Т.е. поверхность 149 имеет угловую протяженность больше 180 градусов. Вставка 147 похожа на символ «ущербная луна». Во вставке 147 имеется отверстие 151, соосное оси 2 под вал 1. Для крепления в корпусе 67, вставка 147 продлена в сторону от центра шара 17 втулкой 152. Для опоры на поверхность полости 143, вставка 147 имеет выпуклую сферическую поверхность 153, ответную поверхности полости 143. Для фиксации вставки 147 в отверстии 144 от осевого перемещения внутрь корпуса 67, на втулке 152 имеется кольцо 154. От поворота в отверстии 144, вставка 147 фиксируется штифтом или шпонкой (не показаны). Сквозное отверстие 151 должна иметь только одна вставка 143 / втулка 152, но могут иметь и обе вставки 143 / втулки 152, в случае необходимости выхода вала 1 в обе стороны ОРМ, например, для использования нескольких ступеней ОРМ, нескольких приводов и / или нагрузок.

В корпусе 67 центрально-симметрично друг другу установлены еще две детали - перегородки 155. Перегородка 155 (фиг.21) ограничена поверхностью 156 вращения вокруг оси 2 и поверхностью 157 вращения вокруг оси 4. Причем поверхность 157 является геометрическим продолжением поверхности 148. В данном примере перегородка 155 выполнена в виде разности усеченного шарового сегмента, осью которого является ось 4, угловой радиус которого совпадает (с точностью до допусков и зазоров) с угловым радиусом поверхности 131, и усеченного шарового сегмента, осью которого является ось 2, меньшими основаниями которых являются вогнутые сферические поверхности 158, ответные поверхности шара 17, угловые радиусы которых больше углового расстояния между осями 2 и 4. Перегородка 155 похожа на символ «полумесяц». Перегородка 155 крепится к корпусу 67 на ножке 159, которая фиксируется в ответном ей пазу 160 корпуса 67. Для удобства выполнения паза 160 и надежной фиксации в нем ножки 159, ножка 159, для выхода прямо на поверхности 156, 157, имеет форму клина (трапеции) со скругленными дальними от перегородки углами и выполнена в виде ступенек 174. Для точной фиксации от выхода из паза 160, на середине ножки 159 имеется более широкая часть 175. На крайних ступеньках 174 имеется выступ 176.

Окна 114 входа и окна 115 выхода выполнены на поверхности полости 143 по обе стороны от паза 145 и занимают место по угловой протяженности приблизительно между перегородкой 155 и поверхностью 148 вставки 147. Центрально-симметрично расположены два окна 114 входа и центрально-симметрично расположены два окна 115 выхода.

Для возможности сборки, корпус 67 разделен на две части по плоскости осей 2, 4.

Для гидравлической разгрузки сдвоенной шестерни 6 от перекашивающего момента сил со стороны рабочего тела, на плоских поверхностях 162 кольца 133, почти на всю их ширину, выполнены пазы 164, занимающие по угловой протяженности место приблизительно соответствующее пространству между соседними поверхностями 134, находящимися с противоположной стороны от плоскости, проходящей через центр сдвоенной шестерни 6 перпендикулярно оси 4, будем называть ее экватором шестерни 6. К ним из впадины 8 (углубления 96) симметричной шестерни 6 ведут отверстия 165 для выравнивания давления рабочего тела. В пазу 145, почти на всю ширину его плоских поверхностей 166, выполнены разгрузочные пазы 167, занимающие по угловой протяженности вокруг оси 4 место, приблизительно соответствующее угловому расстоянию между поверхностями 156 и 148, находящимися на противоположной от экватора шестерни 6 стороне. Между перегородкой 155 (более точно, ее поверхностью 156) и вставкой 147 (более точно, ее поверхностью 149) образован отдельный проход 170 постоянного сечения, идущий вокруг оси 2, который, в сборке, постоянно перекрыт одним из зубьев 7. Между перегородкой 155 (более точно, ее поверхностью 157) и шестерней 6 образован отдельный проход 171, идущий вокруг оси 4. Между вставкой 147 (более точно, ее поверхностью 148) и шестерней 6 образован отдельный проход 172, идущий вокруг оси 4.

ОРМ (фиг.13) в качестве гидромотора работает следующим образом.

При создании перепада давления между окнами 114 входа и окнами 115 выхода, рабочее тело давит на зубья 7 шестерни 5, находящиеся в проходе 170 и создает строго пропорциональный перепаду давления крутящий момент на валу 1, вращающий шестерню 5. Вектор суммарного крутящего момента от двух шестерен 5 составляет небольшой угол с осью 2, т.к. сечения зубьев 7 расположены достаточно близко к плоскости симметрии шестерен 5 и нагруженные зубья 7 находятся на противоположных сторонах вала 1. Шестерня 5 передает (синхронизирует) вращение шестерне 6 и небольшой крутящий момент для компенсации сил трения. Суммарный крутящий момент относительно оси 4 на шестерню 6 со стороны рабочего тела равен нулю, т.к. ее зубья 15 прижимаются вершинами зубьев 15 (поверхностями 134) к поверхностям 148 и 157 по обе стороны от окна 114 входа / окна 115 выхода. Зубья 7 с противоположной стороны шестерни 5 от окна 115 выхода к окну 114 входа проходят по проходу 172, находясь во впадинах 8 шестерни 6, где они защищены от воздействия перепада давления рабочего тела. Расход рабочего тела равен потоку зубьев 7 и рабочего тела по проходам 170.

ОРМ (фиг.13) в качестве насоса работает следующим образом.

Внешний привод через вал 1 вращает шестерню 5. Она передает вращение шестерне 6. Шестерня 6 вращается, прижимаясь вершинами зубьев 15 (поверхностями 134) к поверхностям 148 и 157. Зубья 7 шестерни 5 с одной стороны вала 1, в проходе 171, находятся во впадинах 8 шестерни 6, где они защищены от воздействия перепада давления рабочего тела, а зубья 7 шестерни 5 с другой стороны вала 1 движутся по проходу 170 постоянного сечения, где проталкивают рабочее тело от окна 114 входа к окну 115 выхода. Суммарный поток зубьев 15, зубьев 7 и рабочего тела идущий по проходу 172 к окну 114 входа равен по величине потоку зубьев 15 и рабочего тела по проходу 171 от окна 114 входа, поэтому потоки по проходам 171, 172 компенсируют друг друга. Величина потока по проходу 170 определяется только скоростью зубьев 7 шестерни 5, и он строго пропорционален скорости вращения вала 1. Аналогично работает вторая пара шестерен 5 и 6, поэтому подача ОРМ равна двум потокам по проходу 170 и является строго пропорциональной оборотам вала 1. Мы не вычитаем из общего потока по проходу 170 потока зубьев 7 потому, что зубья 7 замещают рабочее тело в обратном потоке по проходу 172.

За счет смещения сечения зуба 7 выступом 75 ближе к экватору (плоскости проходящей через центр сдвоенной шестерни 5 перпендикулярно оси 2) сдвоенной шестерни 5, удается увеличить поток по проходу 170, т.е. увеличить подачу ОРМ.

Шестерня 6 полностью разгружена от крутящего момента вокруг оси 4, кроме момента сил трения, который компенсируется зубчатой передачей момента от шестерни 5. Перекашивающий момент сдвоенной шестерни 5 уменьшен за счет уменьшения ее размера вдоль оси 2, т.к. сечение зуба 7, за счет выступа 75, смещено к экватору сдвоенной шестерни 5. Перекашивающий момент от давления рабочего тела, который приходился бы на центральную часть 70 шестерни 5, берет на себя вставка 147 - неподвижная деталь корпуса 67. Перекашивающий момент шестерни 5 передается втулке 152 большим рычагом вала 1, поэтому уменьшается сила трения вала 1 во втулках 152. Перекашивающий момент со сдвоенной шестерни 6 передает на корпус кольцо 133, которое имеет полную гидравлическую разгрузку системой пазов 164 и 167.

Подача ОРМ составляет 1.355 кубических единиц за оборот вала 1 при единичном радиусе полости 143 и радиусе шара 17 равном 0.65.

ОРМ по фиг.22 содержит корпус 67, установленный в корпусе 67 ротор 68, на валу 1 которого имеется коническая шестерня 5 с внешним зацеплением, установленный в корпусе 67 ротор 69, на валу 3 которого имеется коническая шестерня 6 с внутренним зацеплением. Угол между геометрической осью 2 вала 1 и геометрической осью 4 вала 3 составляет α=35.262 градуса (точное значение arcsin(sqrt(l/3))). На шестерне 5 имеется два зуба 7. На шестерне 6 имеется три зуба 15.

Для снижения потерь на трение (фиг.23), зуб 7 выполнен в виде ролика 40, установленного на физической оси 41, геометрическая ось которой совпадает с осью 10. Поверхность 9 зуба 7 (вся или частично) является поверхностью ролика 40. Ось 41 выполнена в виде конуса 42 (или цилиндра 42) со шляпкой 43. На валу 1 выполнено соосное оси 2 сферическое расширение 44, имеющее вогнутую сферическую поверхность 45 и выпуклую сферическую поверхность 46. Обе поверхности концентричны шестерни 5. Для удобства выполнения ответной поверхности в корпусе 67, на краю поверхности 46 выполнено скругление 175. В расширении 44 выполнены отверстия 47 под запрессовку оси 41 со шляпкой 43. Ролик 40 имеет вьшуклую сферическую поверхность 48 (выпуклый торец) для опоры на расширение 44 и вогнутую сферическую поверхность 49 (вогнутый торец) для опоры на шар 17.

Угловое расстояние от оси 2 вала 1 до оси 10 зуба 7 β=45 градусов. Угловое расстояние между осями 10 двух зубьев 7 получается 90 градусов. Угловой радиус зуба 7 (от оси до образующей) равен 38 градусов. Это близко к предельному значению, при котором сохраняется условия обкатывания зубом 7 поверхности 14.

Просвет между зубьями 7 перекрывает центральная часть 70 шестерни 5. Для упрощения изготовления, она выполнена в виде пластины, с основанием 176, которое фиксирует ее в пазу 177 вала 1. На центральной части 70 выполнены площадки 178 ответные роликам 40 и площадка 179, ответная поверхности шара 17. Для удобства выполнения паза 177, на основании 176 выполнены скругления 180. Что бы устранить защемление жидкости зубом 15 между зубьями 7, на расширении 44, симметрично относительно плоскости осей 2, 4, между зубьями 7, выполнены отверстия 181.

Ротор 69 (фиг.24) содержит вал 3 с сосной ему трехзубой конической шестерней 6 на конце.

Шестерня 11 имеет внутреннее зацепление и выполнена сферической, т.е. по вогнутому торцу 93 и по выпуклому торцу 19 она ограничена концентричными сферическими поверхностями. Зубья 15 имеют достаточно большую угловую высоту, выступают внутрь и имеют вьшуклую боковую поверхность 14, направляющая которой получается равномерным смещением (т.е. построением эквидистанты) кривой 36 на сфере в направлении от центра кривой 36. Впадины 8 между зубьями 15 имеют прямой участок - паз равной ширины 11, направляющие поверхностей 12 которого получены равномерным смещением отрезка 34 на сфере. Он (участок - полость) является фигурой вращения вокруг фиксированной оси 13. Дно 16 впадины 8 имеет вогнутую коническую поверхность. Дно 16 смещено в сторону увеличения (удлинения) впадины 8, для того, что бы при максимальном вхождении зуба 7 во впадину 8, между дном 16 и зубом 7 оставался хотя бы небольшой зазор для снижения сопротивления перемещению рабочей жидкости (смазке, перекачиваемому рабочему телу). В данном варианте исполнения на шестерне 6 имеется три зуба 15 и три впадины 8.

Корпус 67 (фиг.25) имеет сферическую полость 143, концентрично которой выполнено сквозное отверстие 112 под выход вала 1 в одну сторону. Концентрично сферической полости 143, под углом а=35.262 градуса (берем значение острого угла) к оси 2 отверстия 112, выполнено сквозное отверстие 113 под выход вала 3 в одну сторону. Соосно оси 2 выполнено расширение 190 полости 143 под расширение 44 ротора 68. Симметрично относительно плоскости осей 2 и 4 выполнено окно 114 входа, и окно 115 выхода (фиг.26). Внешне корпус 67 имеет форму цилиндра 182. Для возможности сборки, корпус 67 разделен на две части по плоскости содержащей ось 2 и ось 4. На одном конце цилиндра 182 имеется резьба 183 для крепления корпуса 67 к трубе, на которой ОРМ погружается в емкость (труба не показана). Соосно резьбе 183, вьшолнена цилиндрическая площадка 184 для запрессовки / тугой посадки двух половинок корпуса 67 в трубу с целью крепления / прижима половинок друг к другу. От окна 114 входа (фиг.25) выполнен входной канал 185 (полость) в форме сегмента цилиндра, идущий вдоль оси 2 к противоположному от резьбы 183 торцу 186 цилиндра 182. Входной канал 185 расположен в одной части корпуса 67. От окна 115 выхода выполнен выходной канал 187 (полость) в форме сегмента цилиндра, идущий к торцу 188, от которого начинается резьба 183 цилиндра 182. Выходной канал 187 расположен в другой части корпуса 67. Для уменьшения сопротивления проходу рабочего тела, со стороны торца 188 вьшолнена цилиндрическая расточка 189, а для сбора рабочего тела к каналу 185— расточка 191 со стороны торца 186. Для крепления частей корпуса 67 друг к другу имеются два отверстия 192 под штифты и одно отверстие 193 под болт, соединяющий две части корпуса 67. При таком исполнении удается в ограниченном диаметре выполнить проходы (каналы 185, 187) для рабочего тела максимального сечения.

Угловая длина прямого участка - паза 11 впадины 8 равна приблизительно 40.5 градусов, что при зацеплении шестерен 5 и 6 обеспечивает нахождение, по меньшей мере, одного зуба 7 в одном из пазов 11. Для зацепления зуба 7 с пазом 11 характерен продолжительный двухсторонний контакт зуба 7 с двумя поверхностями 12 (с двумя зубьями 15 одновременно). Естественно, может иметься небольшой зазор для прохода зуба 7 по пазу 11 (не ведущий к недопустимым люфтам в системе) или, наоборот, небольшой натяг. Поскольку паз И проходит вдоль меридиана шестерни 6 (вдоль плоскости содержащей ось 4 шестерни 6), вектор силы давления зуба 7 на шестерню 6 на участке паза 11 лежит в плоскости вращения шестерни 6 и практически (не строго т.к. поверхности 12 сдвинуты от меридиана) перпендикулярен поверхности 12, и практически колинеарен скорости шестерни 6 в точке контакта, что создает идеальные условия передачи крутящего момента от шестерни 5 к шестерне 6 (направления силы и скорости совпадают). При зацеплении обычных героторных шестерен, из-за отсутствия прямого участка - паза 11, поверхность взаимодействия и, следовательно, сила давления чаще направлена под углом к скорости точки контакта, что увеличивает потери на трение. Таким образом, участок впадины паз 11 дает новое качество в зацеплении шестерен 5 и 6 - снижение потерь на трение. Обнижение 50 оси 41 дополнительно уменьшает трение при передаче крутящего момента между шестернями 5 и 6. Шестерни

5 и 6 даже с небольшим количеством зубьев 7 и 15 могут работать без люфтов (как косозубые шестерни) передавая вращение с достаточно большой равномерностью. При данных параметрах при равномерном вращении шестерни 5, угловая скорость шестерни

6 изменяется от 0.61 до 0.72 от угловой скорости шестерни 5. Дополнительно, участок впадины 8 - паз 11 позволяет сделать переключение связи впадины 8 с окном 115 выхода на связь с окном 114 входа в момент максимального вхождения зуба 7 во впадину 8, что позволяет увеличить подачу ОРМ. Механизм увеличения подачи следующий: поскольку у нас на одном зубе 7 при нахождении его в пазу 11 одновременно имеются две линии герметичности по разные стороны зуба 7, то мы всегда можем выбрать такое расположение окон входа 114 / выхода 115, при котором работает та из линий герметичности, которая дает большую подачу ОРМ. Для возможности использования более легкого высокооборотного электромотора, привод ОРМ осуществляется через вал 1 (через шестерню 5).

Угол в 35.262 градуса является предельным (максимальным) углом, при котором возможно обкатывание трехзубой шестерни 6 двухзубой шестерней 5 при чисто конических зубьях 7 при условии сохранения контакта зуба 7 по поверхности 14. При таком угле достигается максимальная подача ОРМ при прочих равных условиях.

Подача ОРМ составляет приблизительно 1.2 единиц за один оборот вала 1 и 1.85 единиц за один оборот вала 3, при тех же соотношениях размеров, что и в примерах выше. Но в этом примере подача увеличена за счет уменьшения радиуса шара 17 до 0.5 от радиуса полости 143.

При равномерном вращении вала 1, неравномерность подачи составляет ±3%. Это достигается за счет большого углового размера зуба 7 (38 градусов или немного более).

Шестерни 5 и 6 с небольшим количеством зубьев 7 и 15, не только работают в качестве вытеснителей, но и синхронизируют ротор 68 и ротор 69.

Для снижения консольной нагрузки на пары трения вала 3, вал 3 может проходить через отверстие в шестерне 6, вьшолненной вместе с шаром 17, и шестерня 6 может вращаться относительно вала 3. При этом, вал 3 можно не фиксировать и от вращения в корпусе 67. Таким образом, будет происходить либо вращение шестерни 6 на (относительно) валу 3, либо вращение шестерни 6 вместе с валом 3 относительно корпуса 67, либо оба вращения одновременно.

Для выравнивания подачи насоса или крутящего момента гидромотора (фиг.27), использован факт малости отклонения от линейности связи углов поворота шестерни 5 и шестерни 6 (0.01 градуса) при пяти зубьях 7 на шестерне 5 и шести зубьях 15 на шестерне 6. Это дает возможность жестко установить две зеркально симметричные шестерни 5 (они оказываются в противоположных фазах зацепления) на одном валу 1. Противоположность фаз зацепления второй пары шестерен 5, 6 дополнительно сглаживает имеющиеся небольшие пульсации подачи одной пары: шестерня 5 - шестерня 6. OPM (фиг.27) содержит корпус 67, установленный в нем ротор 68, на валу 1 которого установлены две конические шестерни 5 с внешним зацеплением, второй ротор 69, на валу 3 которого установлены две конические шестерни 6 с внутренним зацеплением.

Ротор 68 (фиг.28) содержит вал 1, на котором имеется соосный ему шар 17. Симметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси 2 вращения вала 1, проходящей через центр шара 17, на валу 1 расположены две шестерни 5. В данном примере, каждая шестерня 5 имеет пять зубьев 7. Шестерня 5 имеет выпуклый сферический торец 18 и концентричный ему вогнутый сферический торец 72. Зуб 7 имеет коническую поверхность 9, служащую для зацепления с шестерней 6. Для снижения трения, зуб 7 выполнен в виде ролика 40, установленного на оси 41. Ось 41 запрессована в шар 17. Ось 10 поверхности 9 пересекает ось 2 в центре шара 17, в данном примере, под углом безударного перехода β=52.2895 градуса. Угловой радиус конуса поверхности 9 - 16 градусов. Центральная часть 70 уплотняет пространство между зубьями 7.

Шестерня 5 имеет соосное ей отверстие 80 для напрессовки на вал 1.

Для возможности сборки ротора 68 с ротором 69, шар 17 разделен на три слоя: средний слой 81 и два крайних слоя 82. Через слои 81 и 82 проходит сквозное концентричное с шаром 17 отверстие 83, для напрессовки слоев 81 и 82 шара 17 на вал 1. В собранном состоянии, торцы 18 центральных частей шестерен 5 плотно прижаты к шару 17. Возможно использование дополнительных средств крепления шестерен 5, слоев 81, 82 шара 17 и вала 1 между собой, например, шлицевое, шпоночное, штифтовое соединение, фиксирующее перечисленные детали от проворота на валу 1 и/или прижимающие друг к другу. Жестким соединением двух шестерен 5, содержащих нечетное количество зубьев 7, можно воспользоваться только благодаря очень малым отклонением от линейности углов поворота шестерен 5 и 6 (порядка 0.01 градуса), что становится возможным в данном зубчатом зацеплении, при использовании углов а и β лежащих в интервале от углов равномерного вращения до углов безударного перехода или рядом с ним, для пяти зубьев 7 и более (или для шестерен 5 с четным количеством зубьев 7). Ротор 69 (фиг.29) содержит вал 3, на конце которого имеется соосная ему сферическая оболочка 84. Она ограничено торцом 85 в виде вогнутой сферической поверхности и концентричным ему торцом 86 в виде выпуклой сферической поверхности. Угловой радиус оболочки 84 приблизительно 64 градуса. В оболочке 84 симметрично выполнены сквозные отверстия 89 для крепления к шестерне 6 и сквозные отверстия 90 для прохода рабочего тела.

Сдвоенная шестерня 6 крепится к оболочке 84. Она выполнена в виде двух центрально симметрично расположенных шестерен 6. Шестерни 6 имеют внутреннее зацепление и выполнены сферическими, т.е. по вогнутому торцу 93 и по выпуклому торцу 19 они ограничены концентричными сферическими поверхностями. На шестерне 6 имеются выступающие внутрь зубья 15. Вершина зуба 15 ограничена поверхностью 14, которая получается обкатыванием зуба 15 зубом 7. Впадины 8 между зубьями 15 выполнены в виде паза 11 равной ширины. Боковые стенки 12 паза 11 выполнены в виде поверхностей вращения относительно общей оси 13. Ось 13 пересекает ось 4 вращения вала 3 под прямым углом. Дно 16 впадины 8 имеет вогнутую коническую поверхность. В отверстия 89 запрессованы штифты, фиксирующие шестерню 6 относительно оболочки 84.

Для отсечения рабочего тела в данной ОРМ на шестернях 5 и 6 используются поверхности 9, 12, 14.

Корпус 67 (фиг.30) имеет полость 106 в виде приблизительно половины сферы (немного меньше половины сферы), под торцы 18 и 19 и полость 107 в виде приблизительно половины сферы, под оболочку 84 и окна 114, 115. Полости 106 и 107 концентричны. Для возможности сборки, корпус 67 разделен на две части ПО и 111. Разъем между ними проходит по окружности, ограничивающей полость 106. Из полости 106 имеется глухое центральное с ней отверстие 112 под вал 1. Из полости 107 имеется идущее наружу центральное с ней отверстие ИЗ под вал 3. Угол между осями 2 и 4, отверстий 112 и 113 соответственно, равен углу безударного перехода а=19.1736 градусов. Для увеличения длины отверстий 112 и 113, на корпусе 67 выполнены соответствующие выступы.

В части ПО и в части 111, вблизи места их соединения, выполнено по одному окну 114 входа и одному окну 115 выхода рабочего тела. Окна 114 и 115 при работе с «несжимаемой» жидкостью расположены симметрично относительно плоскости осей 2 и 4, вытянуты преимущественно в направлении вокруг оси 4. Границы окон проходят приблизительно через места контакта поверхности 9 зубьев 7 с поверхностью 14 и поверхностью 12 в положениях, когда плоскость осей 2 и 4 находится ровно между двумя соседними зубьями 7.

Для возможности сборки, в частях ПО и 111, между окнами 114 и 115, часть корпуса выполнена в виде вставки 195 с фиксирующим выступом 196, а по границе частей ПО и 111, между вставками 195 устанавливается часть кольца 197. Вставка 195 представляет собой кусочек сферической оболочки приблизительно прямоугольного сечения. Выступы 196 и части кольца 197 дополняют друг друга до формы полного кольца, которое зажимается частями ПО и 111 в кольцевом пазу 198, выполненном по границе раздела между частями ПО и 111. Вставки 195 устанавливаются в часть 110 корпуса 67 после установки в нее сборки роторов 68 и 69. Ближе к концу (по ходу вращения ротора 69) окна 114 входа и ближе к началу окна 115 выхода, на поверхностях полостей 106 и 107 имеются каналы 199, связывающие окна 114 и 115 с местами возможного защемления жидкости между зубьями 7 зубом 15.

Для создания дополнительного давления силами трения, патрубок 116 входа выполнен в начале (по ходу вращения вала 3) окна 114, а патрубок 117 выхода выполнен в конце (по ходу вращения вала 3) окна 115. Для крепления частей ПО и 111 друг к другу и для увеличения жесткости корпуса 67, в месте стыковки на частях ПО и 111 выполнены фланцы 118. На фланцах 118 выполнены крепежные отверстия 119 и кольцевая канавка 120 для размещения уплотнительного элемента (не показан).

Возможны варианты ОРМ по фиг.9, 13, 22, 27 и с другим количеством зубьев 7 и 15 на шестернях 5 и 6. Очевидна возможность использования большего количества зубьев 7 и 15. При этом подача ОРМ уменьшается. Существуют варианты исполнения ОРМ по фиг.9, 27 с четным количеством зубьев 7 на шестерне 5, например, с четырьмя зубьями 7, внешне они мало отличаются от приведенных примеров, но обладают большей неравномерностью подачи и большей величиной подачи. Менее очевидна возможность выполнения ОРМ по фиг.9, 13, 27 с тремя (нечетным количеством) зубьями 7 на шестерне 5, т.к. из-за неравномерности вращения шестерен 5 и из-за нахождения двух шестерен 5 в различных фазах зацепления с шестерней 6, для качественной работы шестерен 5 требуется степень свободы между ними по углу поворота относительно оси 2. Необходимые углы поворота малы - порядка 0.13 градуса. На фиг.31 изображена ОРМ по фиг.13, в которой для увеличения подачи ОРМ, шестерни 5 и 6 вьшолнены с меньшим количеством зубьев 7 и 15. По три зуба 7 и четыре зуба 15. Для угловых расстояний между осями 2 и 4, 2 и 10 использованы углы безударного перехода соответственно α=25.63573, β=46.17583 градуса. Для развязки по углу поворота вокруг оси 2 двух шестерен 5 (фиг.32), зубья 7 каждой из них закреплены на слое 200 шара 17, который связан с кольцом 201 шара 17 закрепленным на валу 1. Связь выполнена с помощью рычагов 202, середина которых закреплена в отверстии кольца 201, а концы закреплены в отверстиях слоев 200. Поскольку угол требуемого поворота очень мал, то расстояние вдоль оси 2 практически не изменяется или изменяется за счет выбора зазоров или небольшого натяга. В слоях 200 имеется отверстие 203 для посадки на вал 1 с возможностью небольшого поворота. Подача ОРМ по фиг. 31 составляет 1.47 кубических единиц за один оборот вала 1 и является строго равномерной для несжимаемой жидкости.

Для улучшения условий подвижности по углу вокруг оси 2 двух шестерен 5 друг относительно друга, рычаг 202 выполнен составным (фиг. 33, 34). Он состоит из цилиндра 204, выполненного за одно с расположенной симметрично относительно него плоской дугой 205. В центре цилиндра 204 выполнено отверстие 206 под болт 207, фиксирующий с возможностью поворота рычаг 202 к кольцу 201. На концы дуги 205 надеты цилиндры 209 с продольным пазом 210 под дугу 205. Паз 210 позволяет отыгрывать небольшие изменения углового расстояния между цилиндрами 209. Кроме того, съемные цилиндры 209 облегчают сборку. На рычаги 202 (цилиндры 204 и 209) и отверстия под них в кольцах 201 и 200 приходятся большие удельные давления при небольших скоростях перемещения. Для фиксации кольца 201 от проворота и перекоса на валу 1, на валу 1 вьшолнены шлицы 211, а в кольце 201 вьшолнены ответные пазы 212.

Для облегчения сборки, часть зуба 7, содержащая на себе поверхность 9 выполнена в виде съемного элемента 213. Элемент 213 имеет ножку 214 т-образного профиля для крепления в выполненном под него в теле основной части зуба 7 пазу 215.

Для упрощения изготовления, шестерни 5 устанавливают жестко на валу 1, как в вариантах с четным или большим количеством зубьев 7, но при этом для зацепления используют только одну из шестерен 5 и 6. Поверхности зацепления зубьев 7 другой шестерни 5 и/или поверхности зубьев 15 ответной ей шестерни 6 при этом выполняются заниженными, что устраняет несоответствие по углу поворота двух шестерен 5. При этом появляется небольшая неравномерность вращения шестерни 6.

Для сборки ОРМ с трехзубой шестерней 5, удобно использовать деление шара 17 на слои 200 с зубьями 7 и кольцо 201.

Для ОРМ по фиг.9, при выполнении на шестерне 5 трех зубьев 7, шестерни 5 устанавливаются со степенью свободы по углу поворота друг относительно друга вокруг оси 2 для возможности их точного зацепления со сдвоенной шестерней 6. Для этого не фиксируется от проворота на валу 1, по меньшей мере, одна из шестерен 5. Это можно сделать, т.к. шестерни 5 не нагружены большим крутящим моментом. Подача ОРМ при этом увеличивается до порядка 2.07 кубических единиц, но увеличивается и неравномерность подачи до порядка ±7.2%.

Для упрощения изготовления ОРМ по фиг.9 с трехзубыми шестернями 5, шестерни 5 устанавливают жестко на валу 1, как в вариантах с четным или большим количеством зубьев 7, но при этом для зацепления используют только одну из шестерен 5 и 6. Поверхности 9, 12 зацепления зубьев 7 другой шестерни 5 и/или поверхности зубьев 15 ответной ей шестерни 6 при этом вьшолняются заниженными, что устраняет несоответствие по углу поворота двух шестерен 5. При этом дополнительно увеличивается неравномерность подачи ОРМ.

Для увеличения подачи ОРМ типа ОРМ по фиг.9 и фиг.13 (и ОРМ с другим количеством зубьев), по меньшей мере, на части длины зуба 7 (фиг.35), вместо выступа 75 выполнен удлиненный выступ 220 так, что ответная ему поверхность 221 (аналог поверхности 95) занимает дополнительную часть поверхности зуба 15, включая всю или часть поверхности 12, которая использовалась для зацепления с поверхностью 9. Функцию зацепления шестерен 5 и 6 выполняет, оставшийся, по меньшей мере, на одной из шестерен 5 участок поверхности 9, соответствующий части зуба 7 по высоте или всей высоте зуба 7 (если удлиненный выступ 220 выполнен только на одной из шестерен 5) . Для увеличения допустимого крутящего момента, передаваемого зубом 7, по меньшей мере, часть высоты зуба 7 занимает ролик 40, который заменяет скольжение по поверхности 12 на качение по поверхности 12.

Т.е. возможны варианты, когда на каждой шестерне 5 удлиненный выступ 220 занимает часть высоты зуба 7, а часть высоты (оставшаяся) зуба 7 используется для зацепления шестерни 5 с шестерней 6. Тогда на шестерне 6 часть зуба 15 и впадины 8 выполняется как в предьщущих вариантах, а на оставшейся части частично или полностью поверхности 12 срезаны (заменены) поверхностью 221. И возможны варианты, когда на одной из шестерен 5 всю высоту зуба 7 занимает удлиненный выступ 220. При этом функцию зацепления с шестерней 6 берет на себя вторая шестерня 5. При этом две шестерни 5 жестко связаны друг с другом по углу вокруг оси 2.

В случае ОРМ по фиг.35, угол между осью 2 и осью 222 удлиненного выступа 220 составляет 78 градусов, угловой радиус выступа 220 составляет 4 градуса, что позволяет увеличить подачу до порядка (зависит от толщины ролика 40) 2.05 кубических единиц при неравномерности ±7%. При увеличении угла между осями 2 и 222, например до 81 градуса, и уменьшении углового радиуса выступа 220, например до 2 градусов, подача и неравномерность подачи изменяются мало, но снижается момент сил давления рабочего тела на шестерне 5.

Для увеличения радиуса кривизны поверхности 10, с разных сторон зуба 7 могут выполняться не соосные участки поверхности 9. При равномерном вращении шестерен может использоваться любая комбинация шестерен 5 и соответствующих им шестерен 6. Например, шестерня 5 являющаяся пересечением двух повернутых на некоторый угол шестерен 5 с одинаковыми а и β. Соответственно меняется и форма шестерни 6. Простейшим методом ее изменения является пересечение впадин 8, соответствующих взятым шестерням 5 шестерней 6.

При отказе от требования двухстороннего зацепления одним зубом 7 до момента наступления двухстороннего зацепления другим зубом 7, можно расширить спектр углов а, удовлетворяющих требованию равномерного вращения или требованию непрерывности углового ускорения шестерен, с дискретного до непрерывного. Невозможно привести в описании все возможные значения, но ключевым моментом являются сами критерии: требование равномерности вращения или требование непрерывности углового ускорения шестерен и понимание необходимости поиска параметров зацепления удовлетворяющих данным критериям. Простейшим методом вычисления параметра β по углу а является метод перебора углов β, для заданного а, с небольшим шагом с проверкой траектории зубьев 7 на замкнутость и на удовлетворение данным критериям. Для увеличения подачи ОРМ (фиг.36) и для возможности строго пропорциональной связи по углам поворота шестерен 5 и 6 вокруг осей соответственно 2 и 4, на шестернях 5 и 6, для их взаимодействия оставлены только поверхности выступов 220 и поверхности 221 соответственно. Таким образом, для зацепления шестерня 5 имеет m равномерно разнесенных по окружности конических или цилиндрических поверхностей зацепления (поверхностей выступов 220), являющихся вершинами ее зубьев 7. При этом поверхности 221 можно получать обкаткой шестерни 6 выступом 220, например, при строгой пропорциональности углов поворота шестерен 5 и 6. При этом углы поворота шестерен 5 и 6 относятся как целые числа п и т, используемые для шестерен 5 и 6. Для увеличения подачи, зуб 7 выполнен в виде клина с небольшим углом, скруглением острия которого является выступ 220. Между соседними зубьями 7 выполнено скругление 223. Сдвоенная шестерня 6 получается в виде змейки 97. Змейка 97 похожа на симметрично расположенную на сфере ломанную из 2*п одинаковых звеньев со скругленными углами, идущую вдоль экватора сферы. Она так же похожа на закольцованную вокруг сферы функцию синус, состоящую из п периодов, изображенную на сфере, идущую вдоль экватора сферы. Если рассматривать только одну из шестерен 6, то ее поверхность, служащую для зацепления можно описать как симметричную периодическую волнистую замкнутую вокруг оси 2 поверхность. Причем форма волн соответствует форме поверхности, получаемой при обкатывании шестерни 6 поверхностями зацепления (поверхностями выступов 220) шестерни 5 при их совместном вращении вокруг своих осей 4 и 2 при условии, что угол поворота шестерни 5 относится к углу поворота шестерни 6 как п к ш, где п и т целые числа, т=п-1 и п >= 3, причем угол наклона между осью 2 шестерни 5 и осями 222 ее поверхностей зацепления существенно превышает угол делительного конуса для данного соотношения п к т, например, угол наклона больше 70 градусов и меньше либо равен 90 градусов, при п/т меньше либо равном 3/2. Для справки, углы делительного конуса для а=35 градусов для различных соотношений п к m равны: 40.11 градусов при n/m=3/2, 48.13 градусов при n/m=4/3, 53.09 градуса при n/m=5/4. Такая форма шестерен 5 и 6 дает возможность значительно увеличить подачу ОРМ за счет того, что впадины 8 с разных сторон змейки 97 заходят далеко за плоскость проходящую через центр змейки 97 перпендикулярно оси 4. Т.е. впадины 8 с двух сторон проникают практически на всю угловую толщину (размер вдоль меридиана) змейки 97. Как и в предьщущих примерах, змейка 97 жестко соединена с кольцом 99 для увеличения жесткости. Для жесткой связи змейки 97 (сдвоенной шестерни 6) с валом 3 служит сферическая оболочка 84. Кольцо 99 и оболочка 84 полностью или частично закрывают выходы впадин 8 в радиальном направлении, и как в примере ОРМ по фиг.9, давая возможность соединения впадин 8 с окном 114 входа или окном 115 выхода через отверстия 90 (на данной фигуре не видны, см. фиг.9) несмотря на значительное перекрытие (вдоль оси 2) впадин 8 двух шестерен 6. Т.е. кольцо 99 с оболочкой 84 предохраняют впадины 8 одной шестерни 6 от контакта с окнами 114 входа или окнами 115 выхода другой шестерни 6. Угол а между осями 2 и 4 в данном примере составляет 35 градусов. Угол между осями 2 и 222 равен 81 градус. Увеличение угла а увеличивает подачу ОРМ, но ослабляет, в основном, шестерню 5. Увеличение угла между осями 2 и 222 увеличивает подачу ОРМ, но ослабляет, в основном, шестерню 6. Для простоты выполнения, выступ 220 ограничен цилиндрической поверхностью. На каждой шестерне 5 имеется три зуба 7. На каждой шестерне 6 имеется четыре зуба 15. Корпус ОРМ похож на корпус по фиг.12. Для снижения крутящего момента, передаваемого между валами 1 и 3, привод (передача мощности) осуществляется через вал 3, а ведомый вал 1 нагружен небольшим крутящим моментом со стороны рабочего тела. Крутящий момент со стороны рабочего тела на вал 1 тем меньше, чем меньше радиус выступа 220. Но и возможность передачи крутящего момента между шестернями 5 и 6 уменьшается с уменьшением радиуса выступа 220. Очевидна возможность применения роликов, аналогичных роликам 40, установленных на месте выступов 220, соосно выступам 220, на всей радиальной длине выступа 220 или на ее части, для усиления синхронизации шестерен 5 и 6.

В ОРМ, аналогичных ОРМ по фиг.9, 36, могут использоваться окна, снабженные перепускными клапанами. Такие окна могут размещаться на шаре 17.

Такое (фиг.35, 36) выполнение шестерен 6 и 5 увеличивает и подачу ОРМ со строго равномерной подачей типа ОРМ по фиг.13, 31. ОРМ (фиг.37) похожа на ОРМ по фиг.13 за исключением формы шестерен 5 и сдвоенной шестерни 6.

ОРМ содержит корпус 67, ротор 68, установленный в корпусе 67 с возможностью вращения относительно оси 2, второй ротор 69, установленный в корпусе 67 с возможностью вращения относительно оси 4. Угол между осями 2 и 4 для увеличения подачи увеличен до а=35 градусов. Ротор 69 (фиг.38) содержит сдвоенную шестерню 6 установленную на кольце 133. Сдвоенная шестерня 6 выполнена в виде двух центрально симметрично расположенных шестерен 6. Шестерни 6 имеют внутреннее зацепление и выполнены сферическими, т.е. по вогнутому торцу 93 и по выпуклому торцу 19 они ограничены концентричными сферическими поверхностями. На шестерне 6 имеются выступающие внутрь зубья 15. Вершина зуба 15 срезана поверхностью 134 вращения относительно оси 4. Между зубьями 15 выполнены впадины 8. И зубья 15 и впадины 8 ограничены поверхностью 221. Форма поверхности 221, как и в ОРМ по фиг.36, получается обкаткой шестерни 6 выступом 220 шестерни 5, например, при строгой пропорциональности углов поворота шестерен 5 и 6. При этом углы поворота шестерен 5 и 6 относятся как целые числа п и т, используемые для шестерен 5 и 6. Для увеличения размеров (прочности) зуба 7, на стыках поверхности 221 и среза зуба 15 выполнены фаски 226.

Впадины 8 одной шестерни 6 располагаются в теле зуба 15 центрально- симметричной шестерни 6. Между зубьями 15 и впадинами 8 двух центрально симметричных шестерен 6 остается тело сдвоенной шестерни 6, похожее на симметрично расположенную на сфере змейку 97 с направляющей в виде замкнутой ломанной, состоящей из десяти больших дуг сферы идущих практически вдоль меридиана шестерни 6, соединенных арками. Змейка 97 идет вдоль экватора сферы и имеет скругленные углы ломанной. Вертикальность звеньев улучшает условия передачи крутящего момента от шестерни 5 к шестерне 6. Для придания сдвоенной шестерне 6 большей жесткости, и для разделения выходов на торец 19 из впадин 8 двух шестерен 6 в разные полусферы, змейка 97 заключена в сферическое кольцо 99, установленное между змейкой 97 и опорным кольцом 133. Как и в других примерах, кольцо 99 увеличивает жесткость шестерен 6.

Такая глубокая впадина 8 уменьшает перекашивающий момент сил, действующий на вал 2 и увеличивает подачу ОРМ. В данном исполнении, на каждой шестерне 6 имеется пять зубьев 15.

Ротор 68 (фиг.39) содержит вал 1 с соосным ему шаром 17, две симметричные относительно плоскости проходящей через центр шара 17 перпендикулярно оси 2 шестерни 5. Шестерни 5 представлены зубьями 7 закрепленными на шаре 17. Зуб 7 выполнен в виде клина, с небольшим углом, скруглением острия которого является выступ 220. Ось 222 поверхности выступа 220 пересекает ось 2 в центре шара 17, в данном примере, под углом β=77 градусов. Для увеличения жесткости зуба 7, на клине выполнено утолщение 225, ограниченное цилиндрическими поверхностями, расположенными по обе стороны от клина. Поверхности немного не сосны (оси смещены в сторону уменьшения утолщения). Возможность размещения утолщения остается от формы зуба 7 по фиг.14. По форме и по размещению утолщение 225 похоже на поверхность 9. Центральная часть 70 шестерни 5 вырезана вместе с частью зуба 7. Срез проходит по поверхности вращения 131 относительно оси 2, являющейся конической поверхностью. В результате угловое сечение зуба 7 (плоскостью, проходящей через ось 2) удалось увеличить до 44 градусов. В данном примере, на шестерне 5 четыре зуба 7. Шестерня 5 ограничена выпуклой сферической поверхностью - торцом 18.

Корпус ОРМ похож на корпус 67 ОРМ по фиг.13. Отличие в величине углов между осями 2 и 4, а также в наличии паза под сферическое кольцо 99.

Работает ОРМ по фиг.37 аналогично ОРМ по фиг.13. Различие имеется только в характере зубчатого зацепления между шестернями 5 и 6. В данном варианте функцию зацепления выполняет взаимодействие поверхностей выступов 220 с поверхностью 221. Как и в ОРМ по фиг.13, шестерни 6 не нагружены крутящим моментом со стороны рабочего тела и зубчатая передача работает только на преодоление силы трения шестерни 6 и инерциальных нагрузок при ускорении / торможении ОРМ.

Подача ОРМ составляет приблизительно 1.9 кубических единиц за оборот вала 1 и является строго постоянной при равномерном вращении вала 1.

Вариант ОРМ по фиг.37 с тремя зубьями 7 (фиг.40) на шестерне 5 и четырьмя зубьями 15 на шестерне 6 имеет немного большую подачу - 2.01 кубических единиц.

Недостатками ОРМ по фиг.36, 37, 40 является небольшая несущая способность пары трения поверхность 221 - поверхность выступа 220. Причиной является малая величина радиуса кривизны поверхности выступа 220.

На фиг.41 представлены шестерни 5 и 6 с улучшенными условиями зацепления. Их форма получается следующим образом. Задается положение выступа 220, в простейшем случае в виде конуса или цилиндра (для удобства расчета и обработки) или двух линий (при подрезке зуба 7 это могут быть края поверхности 131). В большинстве случаев их ось проходит через центр шара 17. Для простоты, вершина конуса совпадает с центром шара 17. Для увеличения толщины змейки 97, угловой радиус раствора конуса выступа 220 (или радиус цилиндра) выбирается небольшим, порядка или менее градуса или нескольких градусов. При обкатывании шестерни 6 шестерней 5 (рабочая поверхность которой пока состоит из выступа 220), при заданном угле между осями 2 и 4 и соотношении углов поворота шестерни 5 вокруг своей оси 2 и оси 2 вокруг оси 4 соответствующем соотношению количества зубьев 7 и 15 (n=m+l как и в предыдущих примерах), получается поверхность 221 в виде п волн симметрично расположенных вокруг оси 4. Волны - это зубья 15. Наша цель получить максимальную длину зуба 7 для увеличения подачи ОРМ. Для того, чтобы зуб 7 проходил во впадину 8, необходимо, чтобы тело зуба 15 не выходило за поверхность 221. Т.е. поверхность 221 является ограничительной. В случае использования перегородки 155, вершины зубьев 15, как правило, подрезаются конической поверхностью 134, соосной оси 4. В случае подрезки зубьев 15, на стыке поверхности 221 и 134 в некоторых случаях выполняют фаску 226 или скругление 229. Желательно, чтобы скругление 229 касалось поверхности 221. С поверхностью 134 скругление 229 лучше стыковать с образованием выпуклого угла. Далее, при аналогичном обкатывании, образованной таким образом, шестерней 6 шестерни 5, формируются зубья 7 (фиг.42). На зубьях 7, обкатыванием поверхностью 221 получается выпуклая поверхность, которую условно (по величине радиуса кривизны) можно разделить на две части: поверхность 230 с большим радиусом кривизны, касательная к поверхности выступа 220 и касательная к ней поверхность 231 с заметно меньшим радиусом кривизны. На самом деле это единая поверхность, у которой меняется радиус кривизны и условное разбиение на поверхности 230 и 231 сделано в том месте, где это различие особенно заметно. А обкатыванием поверхностью скругления 229 или фаски 226 или угла между поверхностями 221 и 134, на зубе 7 получается вогнутая поверхность 232. Поверхность 232 стыкуется с поверхностью 231 с образованием выпуклого угла, или, для упрощения, по касательной. Две поверхности 230 с разных сторон зуба 7 образуют выпуклый угол, вершиной которого является выступ 220. В случае использования вставки 147, основание зуба 7 подрезано конической поверхностью 131, сосной оси 2. Поверхность 232 образует с поверхностью 131 выпуклый угол. Радиус кривизны участка поверхности 221 работающей в зацеплении с поверхностью 230 очень большой и близок к радиусу кривизны поверхности 230, поэтому в этой паре трения возникает скользящий контакт большой площади. Его можно сравнивать с контактом по поверхности, имеющей достаточно большую площадь, в отличие от контакта по линии.

Например, при четырех зубьях 7 на шестерне 5 и пяти зубьях 15 на шестерне 6, при выполнении выступа 220 в виде конуса с угловым радиусом раствора 1 градус, углом между осями 222 и 2 в 80 градусов, углом между осями 2 и 4 в 35 градусов, поверхность 230 с достаточно большой степенью точности можно приблизить касательной к поверхности выступа 220 выпуклой конической поверхностью с угловым радиусом раствора 59.5 градусов, углом между осью 2 и осью 233 этой поверхности в 53.5 градуса, повернутой от плоскости симметрии зуба 7 на угол 58 градусов вокруг оси 2. Две симметричные поверхности 230 образуют на выступе 220 угол с раствором порядка 74 градусов. Поверхность 232 можно приблизить конической поверхностью с угловым радиусом раствора 32.5 градуса, углом между осью 2 и осью 234 этой поверхности в 44.9 градуса, повернутой от плоскости симметрии зуба 7 на угол 55.2 градуса вокруг оси 2. Угловой радиус конуса поверхности 231 составляет 11.3 градуса, ее ось 235 образует угол 58.3 градуса с осью 2, и повернута от плоскости симметрии зуба 7 на угол 0.86 градуса вокруг оси 2 (ось находится между поверхностью 231 и плоскостью симметрии зуба 7). Поверхность 221 может быть дополнительно уточнена (небольшие доводки) обкаткой поверхностями 230, 231, а поверхность 229 может быть уточнена обкаткой поверхностью 232. При данных параметрах отличия получаются очень маленькими. Поверхность 131 соосна оси 2 и имеет угловой радиус 30 градусов. Таким образом, угловой размер зуба 7 в плоскости симметрии составляет приблизительно 51 градус, что позволяет увеличить подачу ОРМ (фиг.43) использующей такие шестерни 5 и 6 до 2.1 кубических единиц при ее строгой равномерности.

Общий метод построения поверхностей зубьев 7 и 15 состоит в следующем. Обкатыванием шестерни 6 выступом 220 (он может иметь сложную форму) получаем ограничительную поверхность 221. При подрезке зуба 15, на стыке поверхностей 221 и 134 может быть выполнено скругление 229. Обкатыванием поверхностями 221 и 229 шестерни 5 получаем форму зуба 7. Форму зуба 7 можно задать (приблизить), например, геометрически правильными поверхностями 230, 231, 232. Для большей точности поверхности 221 и 229 можно уточнить обкатыванием шестерни 6 зубьями 7 шестерни 5. Можно сделать наоборот: поверхность 221 приблизить одной или несколькими близкими к ней геометрически простыми поверхностями (вглубь тела шестерни 6), а форму зуба 7 определить обкатыванием его шестерней 6.

ОРМ по фиг.43 отличается от ОРМ по фиг.13 только видом зубчатого зацепления, углом между осями 2 и 4 и разъемом между двумя частями корпуса 67. В ней используются описанные выше шестерни 5 и 6. У данной ОРМ разъем выполнен по плоскости вращения ротора, проходящей через центр полости 106. При такой разборности корпуса 67, перегородки 155 не имеют ножек, и крепятся к корпусу 67 с помощью отверстий 236 под штифт-болты. В корпусе 67 имеется дополнительный паз 237 под кольцо 99 концентричный пазу 133. Зуб 7, используемый в ОРМ отличается от зуба 7 по фиг.41 наличием выборки 78 для исключения защемления рабочего тела.

При таком угле между осями 2 и 4, скругление 229 одного из зубьев 7 одной шестерни 5 все время задействовано для зацепления с поверхностью 232. С одной стороны зуба 7 работает зацепление 20 между поверхностями 230 и 221, а с другой стороны этого же зуба 7 работает зацепление между поверхностью скругления 229 и поверхностью 232. Эффективность передачи вращения от шестерни 5 к шестерне 6 через зацепление 20 обеспечена тем, что рабочая часть поверхности 221 (в большей мере) и поверхности 229 почти перпендикулярны линейной скорости этих поверхностей относительно корпуса 67. А вот передача вращения в обратную сторону происходила бы с большими потерями на трение.

Сам выступ 220 может быть частично подрезан или полностью срезан поверхностью 130. На фигуре он присутствует как звено, прямо или косвенно задающее форму других поверхностей зубьев 7 и 15. Для построения поверхности зацепления зуба 7 достаточно знания углов между осями 2 и 222, 2 и 4, количества зубьев 7 и 15. Все остальное получается расчетом. Наличие одного узкого выступа 220 дает возможность максимально удлинить зуб 7, что увеличивает подачу ОРМ.

При больших углах между осями 2 и 4, диаметр вала 1, который может пропускать вставка 147 ограничен, что ограничивает максимальное давление ОРМ (порядка 100 атм). Для работы на более высоких давлениях (порядка 200 атм), использован угол между осями 2 и 4 в 30 градусов (фиг.44). При выполнении четырех зубьев 7 на шестерне 5 и пяти зубьев 15 на шестерне 6, и при угле между осями 2 и 222 в 78 градусов, угловом радиусе раствора конуса выступа 220 в 1 градус, практически не удается использовать поверхность 232 для зацепления (из за того, что уменьшили угол между осями 2 и 4), поэтому скругление 229 может не выполняться, а поверхность 232 является просто ограничительной для зуба 7. Она может получаться обкатыванием зуба 7 воображаемым конусом небольшого раствора, осью которого является ребро между поверхностями 221 и 134. Зато теперь зацепления по поверхностям 230 и 231 двух соседних зубьев 7 хватает до перехода зацепления на следующий зуб 7.

Поверхность 230 с достаточно большой степенью точности можно приблизить касательной к поверхности выступа 220 выпуклой конической поверхностью с угловым радиусом раствора 51 градус, углом между осью 2 и осью 233 этой поверхности в 53.2 градуса, повернутой от плоскости симметрии зуба 7 на угол 48.6 градуса вокруг оси 2. Две симметричные поверхности 230 образуют на выступе 220 угол с раствором порядка 76.8 градуса. Угловой радиус конуса поверхности 231 составляет 14 градусов, ее ось 235 образует угол 54.3 градуса с осью 2, повернутой от плоскости симметрии зуба 7 на угол 2.2 градуса вокруг оси 2 (плоскость лежит между осью 235 и поверхностью 231). Поверхность 131 соосна оси 2 и имеет угловой радиус 38 градусов. Угловой размер сечения зуба 7 получается 41 градус.

На фиг.44 показан момент максимального вхождения одного зуба 7 во впадину 8. Зацепление 20 происходит по поверхностям 231 этого зуба 7 с двух его сторон и по поверхностям 230 двух соседних зубьев 7. На фиг.45 показан момент выхода одного из зубьев 7 из зацепления. На фиг.46 показан момент симметричного положения двух зубьев 7. Зацепление 20 происходит по поверхностям 230 двух соседних зубьев 7. Контакт в этот момент и вблизи его происходит почти по всей поверхности 230, т.е. по площадке, а не по линии. Подача ОРМ (фиг.47) работающей с использованием данного зацепления составляет 1.76 кубических единиц. ОРМ по фиг.47 отличается от ОРМ по фиг.43 величиной угла между осями 2 и 4 и деталями зубчатого зацепления.

Данный вид зубчатого зацепления может обеспечить строгую пропорциональность углов поворота двух шестерен 5 и 6 и их непрерывное, без люфтов зацепление при небольшом количестве зубьев 7 и 15 (например, n=5, т=4). Данное зубчатое зацепление позволяет увеличить подачу ОРМ. Равномерность вращения рабочих органов и равномерность подачи особенно важна при больших размерах ОРМ. Продолжительная область зацепления по площадке возникает при смещении оси 233 поверхности 230 от делительной окружности (в данном примере на 0.7 градуса в меньшую сторону) шестерен 5 и 6.

Для уменьшения длин линий обратных перетоков и упрощения изготовления, в ОРМ (фиг.49) использованы одинарная шестерня 5 и одинарная шестерня 6. Использован угол между осями 2 и 4 в 35 градусов. Угол между осями 2 и 222 составляет 102 градуса. На шестерне 5 выполнено 4 зуба 7, а на шестерне 6 выполнено 5 зубьев 15. Угловой радиус вставки 147 равен 49 градусов. Угловой размер зуба 7 получается 54 градуса. Подача ОРМ составляет 1.32 кубических единиц и является строго равномерной на всем цикле благодаря использованию вставки 147 и перегородки 155.

Шестерня 6 поддерживает свое угловое положение за счет опоры на вал 3. ОРМ является аналогом ОРМ по фиг.22, но отличается равномерностью подачи. Работа ОРМ похожа на работу ОРМ по фиг.13, кроме количества рабочих полостей.

В данном исполнении угол между осью 222 и 2 составляет 101.6 градуса при угловом радиусе конуса выступа 220 в 0.1 градуса. Поверхность 230 с достаточно большой степенью точности можно приблизить касательной к поверхности выступа 220 выпуклой конической поверхностью с угловым радиусом раствора 82.3 градуса, углом между осью 2 и осью 233 этой поверхности в 64.6 градуса, повернутой за плоскость симметрии зуба 7 на угол 70 градусов вокруг оси 2. Две симметричные поверхности 230 образуют на выступе 220 угол с раствором порядка 78.4 градуса. Угловой радиус конуса поверхности 231 составляет 28 градусов, ее ось 235 образует угол 56.4 градуса с осью 2, и повернута за плоскость симметрии зуба 7 на угол 2.8 градуса вокруг оси 2 (плоскость лежит между осью 235 и поверхностью 231). Поверхность 131 соосна оси 2 и имеет угловой радиус 49 градусов. Для увеличения точности зацепления, поверхность 221 может быть получена обкаткой шестерни 6 шестерней 5 после приближения ее геометрически правильными поверхностями. Здесь и далее, на зубьях 7 не показаны выборки 78 и / или канавки 102, что бы лучше показать детали зацепления шестерен 5 и 6.

При использовании пяти зубьев 7 и шести зубьев 15 (фиг.50), в сочетании с уменьшением угла между осями 2 и 4 до 30 градусов, увеличивается надежность зацепления шестерен 5 и 6 за счет увеличения площади их скользящего контакта и за счет увеличения количества зубьев 7, одновременно находящихся в зацеплении (большую часть времени в зацеплении находятся четыре зуба 7). Увеличивается площадь окон 114 входа и окон 115 выхода. При этом подача ОРМ несколько уменьшается и составляет 1.22 кубических единиц за один оборот вала 1. У данной ОРМ полностью разгружен от крутящего момента ведомый вал 3 (шестерня 6). На фиг.50 показана симметричная фаза зацепления шестерен 5 и 6, когда сменяют друг друга зубья 15 перегораживающие проход 171, а между ними находится зуб 7, два зуба 7 перегораживающие проход 170 тоже сменяют друг друга, и еще два зуба 15 перегораживают проход 172, при этом самую большую площадь скользящего контакта зацепления 20 дают два оставшиеся зуба 7 и два оставшиеся зуба 15. На фиг.51 показана другая симметричная фаза зацепления шестерен 5 и 6, когда проходы 171 и 172 перегораживают по одному зубу 15, а проход 170 перегораживает зуб 7. Площади скользящих контактов зацепления 20 распределены примерно одинаково между четырьмя зубьями 7 взаимодействующими с четырьмя зубьями 15.

В данном исполнении угол между осью 222 и 2 составляет 101.6 градуса при угловом радиусе конуса выступа 220 в 0.1 градуса. Поверхность 230 с достаточно большой степенью точности можно приблизить касательной к поверхности выступа 220 выпуклой конической поверхностью с угловым радиусом раствора 81.4 градуса, углом между осью 2 и осью 233 этой поверхности в 122.1 градуса, повернутой от плоскости симметрии зуба 7 на угол 71.9 градуса вокруг оси 2. Две симметричные поверхности 230 образуют на выступе 220 угол с раствором порядка 71 градуса. Угловой радиус конуса поверхности 231 составляет 17.6 градуса, ее ось 235 образует угол 60 градусов с осью 2, повернутой от плоскости симметрии зуба 7 на угол 4.3 градуса вокруг оси 2. Поверхность 131 соосна оси 2 и имеет угловой радиус 52 градуса. Угловой размер сечения зуба 7 получается 48.7 градуса.

Поскольку форма зубьев 15 и 7 определяется большим количеством параметров, и часть из них независима (например, размер конуса выступа 220), то во всех примерах вокруг оптимальных значений параметров существуют достаточно большие области приемлемых параметров.

Подачу ОРМ можно увеличить, если не использовать перегородку 155 (фиг.52) и / или вставку 147 (фиг.53). Зубья 15 и / или зубья 7 при этом не подрезаются. При этом в подаче ОРМ появляются небольшие пульсации, т.к. в одном случае образован только один проход 171 постоянного сечения, а во втором случае проходы постоянного сечения не образованы. ОРМ по фиг.53 интересна еще тем, что в зависимости от выбора того, какое из мест контакта 240 используется для разделения областей с высоким и низким давлением, основной крутящий момент приходится на вал 3 (используется вершина зуба 15 слева на фигуре 53) или вал 1 (используется вершина зуба 7 слева на фигуре 53). Работа ОРМ похожа на работу ОРМ по фиг.9.

ОРМ по фиг.54 похожа на ОРМ по фиг.49, но у нее немного изменена форма зубьев 7 и 15. Поверхность 221 образована, как и в предыдущем примере, обкатыванием шестерни 6 выступом 222, параметры которого аналогичны параметрам у ОРМ по фиг.49. Но поверхность 255 зацепления зуба 7 образована обкаткой поверхностью 221. В данном примере, очень близкий по точности результат можно получить обкаткой зуба 7 участками 256 конусов с угловым радиусом 57.2 градуса, оси 257 которых образуют угол -92 градуса с осью 2 (что практически совпадает с угловым радиусом делительной окружности для шестерни 6 - 91.9 градуса) и отстоят на угол 47.3 градуса за плоскость симметрии зуба 15, поскольку эти участки 256 конусов очень точно совпадают с близкими к вершине (к площадке 134) зуба 15 участками поверхности 221. Остальные части поверхности 221 проходят на немного большем расстоянии от зуба 7 и не принимают участия в формировании его формы. При других параметрах выступа 220, другом угле а и угловом размере поверхности 134, в формировании поверхности 255 может принимать участие угол между поверхностью 221 и поверхностью 134. В этом случае, для увеличения радиуса кривизны взаимодействующих поверхностей, целесообразно на месте этого угла выполнить скругление 229, которое касательно к поверхности 221 и, предпочтительно, образует тупой угол с поверхностью 134. Оно и будет выполнять функцию участка 256 конуса в этом случае. Такая форма зубьев 7 и 15 приводит к продолжительному контакту зуба 7 с зубом 15 одновременно в двух отстоящих друг от друга на некоторое расстояние местах. Один контакт имеет место между выступом 220 и поверхностью 221, а второй контакт - между участком 256 конуса и поверхностью 255. Между этими местами контакта образуется отсеченный объем 258, ограниченный поверхностями 221, 255, 256 и поверхностью выступа 220. По торцам шестерен 5 и 6 объем 258 ограничен (в случае ОРМ) поверхностью шара 17 и поверхностью полости 36 или поверхностью ее заменяющей. Причем на передней поверхности 255 зуба 7 объем 258 уменьшается, т.к. места контакта сближаются, а на задней поверхности 255 зуба 7 объем увеличивается. При наличии рабочего тела (жидкости) в отсеченном объеме, ее давление растет на передней поверхности 255, толкая зуб 15 вперед (по ходу вращения шестерни 6), и уменьшается на задней поверхности 255, создавая эффект тяги вперед на взаимодействующий с зубом 7 зуб 15. Предпочтительно использовать, в основном, тягу отсеченного объема 258, находящегося на передней стороне зуба 7, т.к. она создается за счет сжатия рабочего тела и при наличии небольшого люфта между шестернями 5 и 6, его тяговое усилие саморегулируется следующим образом. При росте давления жидкости до значений больших, чем необходимо, для того чтобы вращать шестерню 6, шестерня 6 выбирает люфт, уходя вперед. Утечки, за счет увеличения зазоров, из отсеченного объема 258 увеличиваются, давление падает и тяга уменьшается. Существует много способов ограничить падение давления в заднем от зуба 7 отсеченном объеме 258. Например, объемы 258 можно соединить через обратный клапан с соседними полостями (подробности см.далее фиг.64) или соединить их каналами идущими внутри зуба 7 (т.к. он толще) или зуба 15 и далее по валу 1 или 3 до перепускных окон (не показаны). При вращении вала 1 все время в одну сторону, перепуск жидкости из отсеченного объема 258 можно организовать, выполнив перепускные окна в соответствующих местах поверхности полости 36. Использование отсеченных объемов 258 для передачи вращения от шестерни 5 к шестерне 6 увеличивает максимальный допустимый передаваемый крутящий момент. Кпд передачи может быть высокой при небольшой относительно подачи ОРМ величине объемов 258 и соответственно небольших утечках из них. Поэтому предпочтительно избегать образования больших отсеченных объемов 258, которые образуются при близком к симметричному положении зуба 7 во впадине 8 (за счет зазоров в этих местах или канавок аналогичных канавкам 102 фиг.11), и используем их только на участках выхода зуба 7 из впадины 8 и, реже, при входе зуба 7 во впадину 8. Вытянутость объема 258 вдоль поверхности 221 способствует передаче через него большого усилия при небольшом давлении в нем. Аналогичные отсеченные объемы 258 образуются и в ОРМ по фиг.44. Их тоже можно использовать подобным образом. Имеется небольшая разница во времени существования медленного изменения объема 258. В ОРМ по фиг.44 оно небольшое и эффективность использования меньше.

При малых скоростях вращения вала 1, крутящий момент от шестерни 5 к шестерне 6 передается, в основном, через скользящий контакт участка 256 конуса с поверхностью 255. Такая передача достаточно эффективна благодаря тому, что поверхность участка 256 конуса, как видно на фиг.54, идет практически вдоль меридиана шестерни 6, т.е. практически перпендикулярна вектору локальной скорости шестерни 6 и находится на максимальном удалении от оси 2. А передача крутящего момента через отсеченные объемы 258 при малых скоростях вращения менее эффективна (из-за утечек). Но при малых скоростях вращения меньше и тормозящий момент сил вязкостного трения действующий на шестерню 6.

Поскольку поверхности участвующие в зацеплении шестерен 5 и 6 не разделяют камеры ОРМ с разными рабочими давлениями, то для снижения удельного давления на пары трения, снижения трения и лучшей гермитизации объемов 258, они могут быть выполнены из эластичных материалов, например, в виде вставок 213 (фиг.ЗЗ).

В подобных ОРМ может использоваться и другое количество зубьев 7 и соответственно зубьев 15.

Для увеличения подачи ОРМ (фиг.55), используется равное количество зубьев 7 на шестерне 5 и зубьев 15 на шестерне 6. Для получения подачи строго пропорциональной углу поворота вала 1 , в дополнение к подрезке зуба 7 по плошадкам 130, 131, подрезке зуба 15 по площадкам 134 и установке перегородки 155, середина шестерни 5 удалена, а пространство между зубьями 7 уплотняется вставкой 147 в виде фигуры вращения вокруг оси 2 с небольшой (в отличие от перегородки 155) лыской в виде поверхности вращения 148. Поверхность 148 является фигурой вращения вокруг оси 4. Угол между осями 2 и 4 составляет 126.5 (или 53.5) градусов, угловой радиус зуба 7 составляет 37 градусов. Угол между осями 10 зубьев 7 и осью 2 составляет 90 градусов. Угол между осями 10 зубьев 7 составляет 180 градусов. На шестерне 6 (фиг.56) тоже два зуба 15 (две впадины 8). Зубья 15 подрезаны по границе поверхности 12. На срезе образованы плоские площадки 134. В данном случае их плоскость совпадает с плоскостью, проходящей через центр полости 106 перпендикулярно оси 4. С этой же плоскостью совпадает поверхность 157 перегородки 155 и поверхность 148 вставки 147. Перегородка 155 со вставкой 147 выполнена на одной детали 241 (фиг.57) вместе с половиной шара 17. Таким образом, на детали 241, между поверхностью 156 перегородки 155 и поверхностью 149 вставки 147, образуется проход 170, постоянного сечения, перекрываемый зубом 7. Оставшуюся часть полости 106 занимает шестерня 6. Зубья 7 при выходе из прохода 170 попадают во впадину 8 и в ней проходят на обратную сторону ОРМ, ко входу в проход 170. Поток рабочего тела и зубьев 7 и 15 вокруг оси 4 в области заметаемой шестерней 6 постоянен, поэтому поток рабочего тела и зубьев 7 по проходу 170 постоянного сечения создает строго равномерную подачу ОРМ. Хотя сами зубья 7 не составляют подачу рабочего тела, но переходя во впадину 8, они оттуда вытесняют в окно 115 выхода объем рабочего тела равный их объему (происходит обмен). Для понимания работы ОРМ и постоянства подачи, удобно обозначить еще два прохода (фиг.55): проход 171 - между поверхностью 148 вставки 147 и траекторией нижней линии дна впадины 8 (или упрощенно: осью 4), проход 172 - между поверхностью 157 перегородки 155 и траекторией нижней линии дна впадины 8. Тогда можно сказать, что проход 171, расходится на два прохода 170 и 172. Проходы 171 и 172 всегда перекрыты находящимися в них зубьями одной из шестерен (в данном примере - зубьями 15 шестерни 6). Проход 170 всегда перекрыт зубьями другой шестерни (зубьями 7 шестерни 5). Проход 171 зубья 7 проходят, находясь между зубьями 15.

Деталь 241 (фиг.57) крепится к корпусу 67 через ножку 159 перегородки 155 и имеет опору, в основном, по моменту сил на ротор 68 за счет соединения с ним длинной осью 242, выступающей из детали 241 в отверстие 243 в валу 1, и опору на ротор 69, в основном, по моменту сил на ротор 69 за счет соединения с ним выступающей из детали 241 в отверстие 244 шестерни 6 (или наоборот) осью 245. Оси 242, 245 нужны для снижения сил трения за счет увеличения рычагов опоры (при работе с большими перепадами давления, жесткости перегородки 155, для удержания детали 241 от давления на ротор 68 и ротор 69, может не хватать). Перенос части поверхности шара 17 на неподвижную деталь 241 снимает часть нагрузки от рабочего тела на валы 1 и 3, снижая потери на трение.

Для увеличения прохода из окон 114 и 115, на торце зуба 7 (фиг.55) выполнено углубление 247, открытое в сторону площадки 130 на зубе 7. Окна 114 и 115 можно выполнять в виде, расположенных симметрично относительно полости 106 и плоскости осей 2 и 4, круглых отверстий. Угол между осями 2 и 4 и угловой размер зубьев 7 (после подрезки, от зуба 17 остается угол 65 для перекрытия прохода 170) позволяют получить максимальную подачу ОРМ. Подача не очень сильно изменяется при изменении угла между осями 2 и 4, например, до угла в 135 градусов. При этом уменьшается неравномерность вращения шестерни 6 и увеличивается прочность шестерни 6 (толщина перегородки меду впадинами 8).

Зуб 7 крепится к расширению 44 вала 1, например, сваркой.

Подача ОРМ составляет 1.73 кубических единиц за один оборот вала 1. У этой модели возможно и исполнение (разбивка на детали) узла: вставка, перегородка, шар 17 аналогичное исполнению ОРМ по фиг.49, т.е. без объединения этих деталей в деталь 241.

Существует другое исполнение (фиг.58), в котором в отдельную деталь выделяют перегородку 155 и часть шара 17, а на роторе 68 и на роторе 69 тоже остаются части шара 17 поддерживающие или несущие на себе зубья 7 и 15. Для стыковки с роторами 68 и 69, на шаре 17 выполнены конические расточки 280, соосные осям 2 и 4. В расточках 280 оставлены оси 242 и 245 для взаимодействия (опоры / поддержки) с роторами 68 и 69. При достаточно прочной перегородке 155 деталь и оси 242 и 245 поддерживают роторы 68 и 69 для снижения консольной нагрузки на них, при недостаточной прочности перегородки 155, сама деталь осями 242 и 245 опирается на роторы 68, 69. На роторах 68, 69 (или на шестернях 5 и 6) вьшолняются ответные поверхности (не показаны в виду очевидности). Для ОРМ со сдвоенными шестернями 5 и 6, к детали 241 или к детали 280 крепятся по две перегородки 155 и / или вставки 147.

Для дальнейшего увеличения подачи и увеличения максимальных рабочих оборотов в ОРМ (фиг.59) аналогичной ОРМ (фиг.55) использован другой вид зацепления. На шестерне 5 выполнено 4 зуба 7, на шестерне 6 выполнено 4 зуба 15.

На зубе 7 имеется выступ 220 в виде конуса небольшого углового радиуса, ось которого проходит через центр шара 17 и составляет угол 114 градусов с осью 2. Выступ 220 увеличивает размер зуба 7 и, в частном случае, используется для зацепления с шестерней 6. На угловом расстоянии в 75 градусов от оси 2 вьтолнена коническая поверхность 9 с угловым радиусом 15 градусов. Она используется для придания прочности зубу 7 и для зацепления с шестерней 6. Аналогично предыдущему примеру, зуб 7 подрезан по площадкам 131 и может быть подрезан по площадкам 130 (не показано), слегка задевающих конус выступа 220. Угловой размер зуба 7 составляет 68 градусов.

Поверхности 221 и 248 зубьев 15 шестерни 6 получаются обкаткой шестерни 6 выступами 220 и поверхностями 9 зубьев 7 при совместном вращении шестерен 5 и 6 с одинаковыми угловыми скоростями вокруг осей 2 и 4 соответственно. В данном частном случае угол поворота шестерни 5 строго пропорционален углу поворота шестерни 6. Зубья 15 подрезаны по площадкам 134, являющимися поверхностями вращения вокруг оси 4. Шестерня 6 установлена на валу 3. При работе она полностью разгружена от крутящего момента со стороны рабочего тела, кроме сил трения на валу 3.

Корпус 67 (фиг.60) выполнен из двух частей, плоскость разъема между которыми проходит через центр полости 106 перпендикулярно оси 4. Между ними, в пазу 160 зажата ножка 159 перегородки 155. Ножка 159 выполнена в виде двух соосных оси 4 дуг 249 и 252. Перегородка 155 своим внешним торцом соединена с дугой 249 меньшего радиуса, а далее идет дуга 152 большего радиуса и большая по высоте (вдоль оси 4) служащая для фиксации ножки 159 в ответном ей пазу 160. Вставка 147 закреплена в отверстии корпуса 67 на втулке 152 и прижата к корпусу 67 гайкой 250. Угол между осями 2 и 4 равен 43 градуса. Окно 114 входа и окно 115 выхода (не показано) выполнены зеркально относительно плоскости осей 2 и 4. Они могут занимать место на поверхности полости 106 от перегородки 155 до поверхности 148. Патрубок 116 входа и патрубок 117 выхода (не показан) идут в направлении перпендикулярном оси 2 вдоль плоскости осей 2 и 4 по ходу движения рабочего тела.

Существенным отличием данного зацепления является то, что зубья 7 все время входят в ту же самую впадину 8. Зубья 7 входят во впадину 8 для возможности пройти проход 171, находясь между зубьями 15, которые уплотняют этот проход 171, а при выходе из впадины 8, пространство между зубьями 7 и зубьями 15 / впадинами 8 перекрывает (уплотняет) перегородка 155.

На зубе 7 имеется две поверхности зацепления, центры которых (ось 222 и ось 10) находятся на существенно разных расстояниях от оси 2. Когда это выгодно по углам между нормалью к поверхности 221 и направлением линейной скорости данной точки поверхности 221, используется зацепление поверхностью выступа 220 с поверхностью 221, а когда это выгодно по углам между нормалью к поверхности 248 и направлением линейной скорости данной точки поверхности 248, используется зацепление поверхностью 9 с поверхностью 248.

Подача ОРМ составляет 1.7 кубических единиц и является строго равномерной.

ОРМ по фиг 62 похожа на ОРМ по фиг.49, но у нее изменена форма зубьев 7 и 15, а угол между осями 2 и 4 составляет 42 градуса. Аналогично примеру по фиг.49 (после уточняющей обкатки шестерни 6 поверхностями 230 шестерни 5), для увеличения радиусов поверхностей зацепления, поверхность зуба 15 образована обкатыванием ее поверхностью 230 зуба 7. Поверхность 230 зуба 7 на одной стороне зуба 7 состоит из конического участка, ось 233 которого смещена за плоскость симметрии зуба 7 на угол 28 градусов, а с осью 2 образует угол в 87.5 градусов (что больше углового радиуса делительной окружности равного 69 градусов). Угловой радиус конуса поверхности 230 составляет 40 градусов. Две поверхности 230 образуют клин - выступ 220. Вершина клина немного усечена поверхностью 130, сосной оси 2. Поверхность 221 образована обкаткой шестерни 6 поверхностями 230 шестерни 5. Поверхность 221 стыкуется с поверхностью 134 скруглением 229 касательным к поверхности 221 и образующим тупой угол с поверхностью 134. Его ось 261 пересекает ось 2 под углом 96.3 градуса и образует угол в 4.9 градуса с плоскостью симметрии зуба 15. На зубе 7, обкатыванием поверхностью скругления 229 образуется криволинейная коническая поверхность 260, касательная к поверхности 230, и вогнутая поверхность 232, образующая с поверхностью 260 выпуклый угол. Угловой размер зуба 7 получается равным 73 градуса. Аналогично ОРМ по фиг.54, между зубьями 7 и 15 (фиг.62) образуется продолжительный контакт одновременно в двух местах, который ведет к отсечению небольших переменных объемов 258, которые можно использовать для передачи крутящего момента от шестерни 5 к шестерне 6. Дно 262 впадины 8 несколько занижено, по сравнению с формой, получаемой обкаткой выступом 220, для исключения образования отсеченного объема 258 в местах его быстрого роста (при положениях зуба 7 во впадине 8 близких к симметричному).

Другое отличие состоит в наличии малых зубьев 265 на шестерне 5 и работающих с ними малых впадин 266 на шестерне 6. Малые зубья 265 не участвуют в создании подачи ОРМ (их длины не хватает для перекрытия каналов 170). Они только улучшают синхронизацию шестерен 5 и 6 за счет увеличения количества зубьев. При увеличении количества больших зубьев 7 неизбежно уменьшается их длина, что уменьшает подачу ОРМ, а малые зубья 265 и малые впадины 266 размещаются на неиспользуемых местах шестерни 5 и шестерни 6. Малые впадины 266 (фиг.63) размещаются в утолщении зуба 15, имеют небольшую глубину и не ослабляют зуб 15. Малые зубья 265 располагаются между зубьями 7. Основная поверхность 267 зацепления малого зуба 265 выполнена в виде участка поверхности конуса, ось 268 которого пересекает ось 2 под углом 68.8 градуса и проходит за плоскостью симметрии малого зуба 265 под углом 12 градусов к ней. Угловой радиус поверхности 267 равен 16 градусов. Поверхность 269 зацепления впадины 266 образована обкаткой шестерни 6 поверхностью 267, а дно 270 впадины 266 образовано обкаткой шестерни 6 вершиной (возможно немного скругленной) клина, образованного двумя поверхностями 267. На стыке поверхности 269 с поверхностью 134 выполнено скругление 271. Им, при обкатывании шестерни 5 скруглением 271 поверхности 269 шестерни 6 сформирована вогнутая ограничительная поверхность 272 малого зуба 265. Часть малого зуба 265, ограниченная поверхностью 272, служит для увеличения прочности малого зуба 265. Нет необходимости делать толщину (размер вдоль радиуса шара 17) малого зуба 265 и выполнять малую впадину 266 на всю толщину зуба 15. В данном примере они выполнены по толщине зуба 15 для наглядности. У малого зуба 265 существует и область зацепления по площадке большой площади с поверхностью 269 малой впадины 266 и отсеченный объем 258. В данном случае, учитывая небольшую величину отсеченных объемов 258, их можно использовать и при симметричном положении малого зуба 265 в малой впадине 266. При смещении оси 268 от плоскости симметрии малого зуба 265, для наличия участка зацепления по площадке 273 (а не по линии) ось 268 немного (на 0.5 градуса) смещена от делительной окружности шестерен 5 и 6 ближе к оси 2.

При выполнении малой впадины 266 зуб 15 имеет «У»-образную форму. Если малая впадина 266 не выполняется, зуб 15 имеет форму похожую на форму треугольника на сфере, у которого скруглены углы при основании и основание которого является вершиной зуба 15. Т.е. угловая ширина зуба 15 вокруг оси 4 вблизи его вершины более чем в два раза больше угловой ширины в минимальном сечении, которое находится ближе к основанию зуба 15. Впадина 8 имеет форму похожую на немного расширенную нижнюю часть от «8» (восьмерки) заходящую немного выше ее минимального сечения. Выход из впадины 8 уже максимальной угловой ширины впадины 8. Зуб 7 по форме похож на стрелку с ромбовидным острием.

Для исключения чрезмерного разрежения в отсеченном объеме 258, в зубе 7 (фиг.64) выполнен канал, вход 275 которого находится на ограничительной поверхности 232, а выход 276 находится на стыке поверхностей 230 и 260. В канале установлен обратный клапан 277. Выполнение канала с обратным клапаном возможно (целесообразно) благодаря большим размерам зубьев 7, который возможен благодаря малому количеству зубьев 7. Параллельно обратному клапану 277 может быть установлен (или совмещен с обратным клапаном) предохранительный клапан, ограничивающий максимальное давление в объеме 258.

Для усиления зубьев 15 может использоваться расширение вала 3 - оболочка 84. В OPM по фиг 61 можно не выполнять малые зубья 265 и малые впадины 266. При следующих параметрах, зацепления зубьев 7 и 15 достаточно для точной синхронизации шестерен 5 и 6. Угловой радиус поверхности 230 равен 40 градусов, ее ось 233 образует угол -91 градус с осью 2 (что значительно больше углового радиуса делительного конуса, равного 69 градусов) и отстоит на угол 31 градус за плоскость симметрии зуба 15. Скругление 229 имеет угловой радиус 19.3 градуса, его ось 261 образует угол 94.12 градусов с осью 2 и угол 9.9 градус с плоскостью симметрии зуба 15. Криволинейная коническая поверхность 260 тоже имеет достаточно хорошие условия зацепления со скруглением 229.

Для разгрузки шестерни 6 от действующих на нее сил со стороны рабочего тела и для увеличения подачи ОРМ (фиг.65), в ОРМ установлены сдвоенные шестерни 5 с четырьмя зубьями 7 на каждой и сдвоенные шестерни 6 с четырьмя зубьями 15 на каждой. Зацепление шестерен 5 и 6 аналогично зацеплению в примере по фиг.59. Но из- за меньшего углового размера зуба 7, зацепление можно обеспечить одной поверхностью 9 или одной поверхностью 220. Кроме того, благодаря удвоенному количеству зубьев 7 и 15, одновременно в зацеплении находятся несколько поверхностей 9 с поверхностями 248 (и / или поверхностей 220 с поверхностями 221).

Существенно отличается сдвоенная шестерня 5 (фиг.66) от предыдущих вариантов исполнения (с не равным количеством зубьев 7 и 15). Зубья 7 одной шестерни 6 по углу поворота вокруг оси 2 находятся между соседними зубьями 7 второй шестерни 6. Т.е. вторая шестерня 6 получается зеркальным отражением и дополнительным поворотом вокруг оси 2 на половину (или приблизительно половину) углового расстояния между соседними зубьями 7 первой шестерни 6.

Из двух сдвоенных шестерен 6 (фиг.67) получается змейка 97, звенья которой являются отрезками практически прямых больших дуг сферы и образуют ломанную из восьми (в частном случае) звеньев. Змейка 97 крепится к кольцу 99. Кольцо 99, перекрывает по торцу 19 большую часть впадины 8. В кольце 99 имеются отверстия 251, через которые к нему крепится змейка 97, например, сваркой. Для того, чтобы показать различные возможности установки кольца 99, в данном исполнении, кольцо 99 установлено в корпусе 67 с возможностью вращения относительно оси 4 с помощью подшипника качения, для чего на кольце 99 выполнены дорожки 252 подшипника качения. Аналогичные дорожки 252 выполнены на корпусе 67 в пазу 237 под кольцо 99.

Угол между осями 2 и 4 равен 32 градуса. Угол между осями 222 и 2 равен 80 градусов, угловой радиус конуса выступа 220 равен два градуса. Угол между осями 10 поверхности 9 и осью 2 равен 68 градусов. Угловой размер зуба 7 равен 46 градусов.

Для увеличения подачи ОРМ, угловая ширина (минимальный угловой размер относительно центра шара 17) звена ломанной змейки 97 вьшолняется небольшой, порядка угловой ширины зуба 7 или несколько меньше.

Наличие симметрично расположенной поверхности 9 вращения, позволяет для увеличения несущей способности пары трения и уменьшения потерь на трение устанавливать ролик 40 на зуб 7.

Работа ОРМ похожа на работу ОРМ по фиг.13.

Подача ОРМ составляет 2.05 кубических единиц за оборот вала 1 и является строго равномерной. Углы поворота валов 1 и 3 строго пропорциональны друг другу.

Изменяя величины приведенных углов, можно несколько увеличить подачу ОРМ за счет ослабления деталей ОРМ, и наоборот, усилить детали за счет уменьшения подачи.

При данном угле между осями 2 и 4 несколько ослабленным получается вал 1 из- за ограничения на его диаметр при проходе через вставку 147. В некоторых случаях эта проблема решается выводом вала 1 в обе стороны от ОРМ.

Для ОРМ у которых вал 1 проходит через вставку 147, максимальная удельная мощность получается для углов а между осью 2 и осью 4 в районе 32 градусов.

В ОРМ (фиг.68) аналогичной ОРМ по фиг.65 можно увеличить радиусы кривизны пар трения при выполнении зуба 7 аналогично зубу 7 по фиг.54. Аналогично примеру по фиг.54, для увеличения радиусов поверхностей зацепления, поверхность зуба 15 образована обкатыванием ее поверхностью 230 зуба 7. Поверхность 230 зуба 7 на одной стороне зуба 7 состоит из конического участка, ось 233 которого смещена за плоскость симметрии зуба 7 на угол 15 градусов, а с осью 2 образует угол в 66 градусов. Угловой радиус конуса поверхности 230 составляет 22.5 градусов. Две поверхности 230 образуют клин - выступ 220. Вершина клина немного усечена поверхностью 130, сосной оси 2. Поверхность 221 образована обкаткой шестерни 6 поверхностями 230 шестерни 5. Поверхность 221 стыкуется с поверхностью 134 либо по ребру, либо скруглением 229 (см. пример на фиг.41) касательным к поверхности 221 и образующим тупой угол с поверхностью 134. На зубе 7, обкатыванием ребром или поверхностью скругления 229 образуется криволинейная вогнутая коническая поверхность 232, либо касательная к поверхности 230 (фиг.67) либо образующая с ней выпуклый угол (фиг.68). В некоторых случаях между поверхностью 230 и поверхностью 232 может быть промежуточная поверхность (не показана).

Угловой радиус поверхности 230 может изменяться в широких пределах - теоретически от нуля до значений близких к 90 градусов. При этом получаем различные по скорости, продолжительности контакта и по радиусу кривизны условия зацепления. При небольшом угловом радиусе поверхности 230, например, 22.5 градусов (фиг.68), получаем скользящий контакт, перемещающийся по всей поверхности 221 в основном с большой скоростью. При большом угловом радиусе поверхности 230, например, 70 градусов (фиг.69), получаем скользящий контакт, перемещающийся по небольшому участку поверхности 221 (вблизи дна впадины 8) с небольшой скоростью и меньшее количество зубьев 7 одновременно находящихся в зацеплении. При этих параметрах каждый зуб 7 вблизи симметричного положения имеет двустороннее зацепление во впадине 8 на интервале ~6 градусов. С ростом углового радиуса поверхности 230 уменьшается угловой радиус поверхности 221 в местах участвующих в зацеплении. При больших угловых радиусах поверхности 230, зацепление имеет место только вблизи делительной окружности шестерен 5 и 6. В нашем примере это вблизи дна впадины 8. Относительные скорости при этом меньше и зависят от локальной толщины зуба 7 в месте контакта. Поэтому выбор углового радиуса поверхности 230 зависит от условий применения ОРМ. Для вязких жидкостей лучше подходят маленькие скорости, следовательно, большие радиусы поверхности 230. На фиг.69 показаны шестерни 5 и 6 у которых угловой радиус поверхности 230 равен 70 градусов, ее угол с осью 2 равен 70 градусов (что меньше углового радиуса делительной окружности шестерни 5 равного 74 градуса), ее ось 233 смещена за плоскость симметрии зуба 7 на 68.5 градусов. При этих параметрах каждый зуб 7 вблизи симметричного положения имеет двустороннее зацепление во впадине 8 на интервале ~25 градусов. На фиг.70 показаны шестерни 5 и 6 у которых угловой радиус поверхности 230 равен 45 градусов, ее угол с осью 2 равен 68 градусов, ее ось 233 смещена за плоскость симметрии зуба 7 на 40 градусов. При этих параметрах каждый зуб 7 вблизи симметричного положения имеет двустороннее зацепление во впадине 8 на интервале -16 градусов. Прочность зубьев и подача ОРМ при этом почти не изменяются. Кпд передачи вероятно (зависит от конкретных условий) выше у шестерен с большим угловым радиусом поверхности 230.

ОРМ с равным количеством зубьев 7 и 15 на шестернях 5 и 6 могут иметь от двух (фиг.55) и более зубьев 7 и 15 на каждой из шестерен. Наибольшая подача (при применении вставки 147 и перегородки 155) получается при четырех зубьях 7 и 15.

Для увеличения подачи ОРМ по фиг.59 и фиг.65, может не использоваться вставка 147, подобно ОРМ по фиг.9, но для уплотнения между вершинами зубьев 7 и 15 должна использоваться перегородка 155. При этом подача ОРМ получается немного неравномерной.

Аналогично предыдущим вариантам, приблизить конической поверхностью большого радиуса или даже плоской поверхностью можно поверхность 248 и, возможно вместе с ней, поверхность выемки 96, а форму зуба 7 получить обкатыванием шестерни 5 шестерней 6. По внешнему виду полученные шестерни похожи на шестерни приведенные на фиг.65, 68, 69, 70.

Большие зубья 7 и 15 не обязательно использовать для зацепления. При выполнении дополнительной синхронизации (фиг.71), за ними может остаться роль вытеснителей, несмотря на то, что они будут с достаточно небольшим зазором обкатывать друг друга. Для ОРМ использующих вставку 147 и перегородку 155, выполнение дополнительной синхронизации облегчается тем фактом, что нет необходимости точно синхронизировать шестерни 5 и 6, а также то, что ведомая шестерня 6 разгружена от крутящего момента со стороны рабочего тела. Для выполнения дополнительной синхронизации с помощью конических шестерен 281, используется деталь 282, похожая на деталь по фиг.71. На части конической шара 17, являющейся частью ротора 68 и несущей зубья 7 и на части ротора 69, поддерживающей зубья 15, выполнены мелкие зубья шестерен 281. Шестерни 281 могут быть упрятаны под поверхность шара 17. Это позволяет легче устранить защемление жидкости между мелкими зубьями и, в случае работы ОРМ с абразиво-содержащей средой, защитить их от износа абразивом.

Дополнительная синхронизация может использоваться во всех вариантах исполнения ОРМ. Во всех примерах исполнения валы могут быть установлены в подшипниках качения, вместо кольца 133 может быть установлен подшипник качения или выполнены дорожки подшипника качения. Различные варианты крепления шестерен к валам могут применяться в разных примерах. Для разгрузки сдвоенных шестерен 6 от перекашивающего момента, во всех вариантах исполнения с кольцом 133, разгрузка кольца 99 может выполняться аналогично разгрузке кольца 133 по фиг.15.

Применение описанных вариантов зубчатого зацепления в объемных роторных машинах дает неожиданно высокие удельные характеристики. Особенно в классе ОРМ со строго постоянной на всем цикле подачей. Так, для всех описанных ОРМ со сдвоенными шестернями 5 и 6, объем материала их деталей равен приблизительно семь кубических единиц, при лучшей величине подачи за оборот вала около двух кубических единиц. Детали большинства приведенных ОРМ рассчитаны на максимальное давление порядка 100 - 200 атм. Поэтому, при выполнении из стали, удельная мощность при работе на 3000 об/мин получается порядка 18 - 37 кВт/кг, а крутящий момент порядка 6 - 12 кг*м для ОРМ со строго равномерной подачей.

Резюме.

На основе сферической геометрии и использования зубчатого зацепления с небольшим количеством зубьев на ведущей и ведомой шестерне удалось создать ОРМ с высокими удельными характеристиками - большой подачей рабочего тела и большой мощностью в ограниченном объеме и при небольшой массе ОРМ. Небольшое количество зубьев позволяет сделать зубья длинными и увеличить вытесняемый за один оборот приводного вала ОРМ объем. Для использования в ОРМ, оптимальным является количество зубьев 7 от трех до пяти на одной шестерне. Небольшое количество зубьев также позволяет сделать зубья прочными, несмотря на их большую длину. Для возможности увеличения подачи ОРМ за счет возможности работы на высоких оборотах, увеличения ресурса и снижения потерь, созданы варианты зубчатого зацепления с малым количеством прямых (в отличие от косозубых шестерен) зубьев со строго пропорциональным или очень близким к нему вращением шестерен (т.е. при равномерном вращении приводного вала, равномерно без ускорений вращаются все рабочие органы ОРМ, что снижает инерциальные нагрузки). Кроме того, для возможности работы с более высокими давлениями и для снижения потерь на трение в зубчатой передаче и ее износа, удалось полностью или, в отдельных вариантах исполнения, почти полностью разгрузить ведомый ротор (ведомую шестерню) от крутящего момента со стороны рабочего тела (кроме значительно меньших по величине моментов сил трения). Причем, при небольшом количестве зубьев удалось совместить две функции - работу зубьев в качестве вытеснителей и работу этих же зубьев для качественной синхронизации рабочих органов (в известных прямозубых ОРМ с небольшим количеством зубьев для синхронизации вытеснительных шестерен используют внешнюю синхронизацию обычными шестернями высокой точности нагруженными большим крутящим моментом от ведомого ротора).

При этом, удалось создать шестеренные ОРМ с прямыми зубьями, обладающие строго равномерной (без пульсаций) подачей при работе в качестве насоса и строго постоянным (без пульсаций) крутящим моментом при работе в качестве гидромотора. Равномерность удалось обеспечить установкой вставки 147 в виде «ущербной луны», имеющего на себе поверхность вращения относительно оси одного ротора и поверхность вращения относительно оси второго ротора в виде небольшой лыски, в центр шестерни. Она устанавливается в дополнение к установке известного элемента в виде полумесяца.

В ОРМ со строго постоянной подачей в отсечении объемов участвуют поверхности вращения относительно осей вращения роторов, т.е. поверхности, которые можно получать токарным путем, а поверхности зубчатого зацепления не участвуют в герметизации рабочих объемов, что снижает требования на точность исполнения поверхностей зацепления (они не влияют на обратные перетоки), увеличивает ресурс работы ОРМ с высоким кпд даже в абразивной среде. Кроме того, герметизация рабочих объемов по поверхностям вращения относительно осей вращения роторов позволяет иметь границу раздела объемов с разными давлениями по площадке вместо границы раздела по линии, что снижает потери на обратные перетоки, снижает потери на трение, снижает требования к точности изготовления, повышает ресурс и кавитационный запас.

Небольшое количество зубьев снижает гидродинамические потери кпд и потери на вязкостное трение.

В вариантах исполнения со сдвоенными шестернями удалось полностью разгрузить ведомый ротор от крутящего момента вокруг его оси вращения, от равнодействующей силы давления и, при помощи гидравлической разгрузки, от перекашивающих моментов сил со стороны рабочего тела. Сами шестерни могут использоваться в других роторных машинах.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Зубчатое зацепление, содержащее, по меньшей мере, две конические шестерни, находящиеся в зацеплении, одна из которых имеет внутреннее зацепление, а другая имеет внешнее зацепление, отличающееся тем, что за счет выбора угла а, под которым их оси установлены по отношению друг к другу, созданы условия продолжительного двухстороннего зацепления зуба шестерни с внутренним зацеплением с впадиной шестерни с внешним зацеплением.

2. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что рабочая часть зуба шестерни с внешним зацеплением выполнена в виде фигуры вращения.

3. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что рабочая часть зуба шестерни с внешним зацеплением выполнена в виде, по меньшей мере, двух поверхностей вращения.

4. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что впадина шестерни с внутренним зацеплением имеет протяженный участок равной ширины для двухстороннего зацепления зубьев внутренней шестерни.

5. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть зуба шестерни с внешним зацеплением выполнена в виде фигуры вращения и, по меньшей мере, часть зуба шестерни с внешним зацеплением установлены с возможностью вращения вокруг своей оси.

6. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что, угол а выбирается из условия постоянства отношения угловых скоростей шестерни с внутренним зацеплением и шестерни с внешним зацеплением .

7. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что угол а выбирается из условия связи вращения двух шестерен по углу поворота, при непрерывности углового ускорения одной из шестерен при ненулевой угловой скорости следует непрерывность углового ускорения второй шестерни (значения углов приведены в описании).

8. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что, угол а выбирается близким к углу безударного перехода.

9. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что, угол а выбирается близким к углу равномерного вращения.

10. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что, угол а выбирается из интервала углов между углом равномерного вращения и углом безударного перехода для данных т и п.

11. Зубчатое зацепление по п.1, где одна из шестерен является ведущей, а другая ведомой, отличающееся тем, что угол а выбирается близким к углу создающему условия непрерывности углового ускорения ведомой шестерни.

12. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что в зацеплении участвуют, по меньшей мере, две пары шестерен с внешним зацеплением и шестерен с внутренним зацеплением, а продолжительное двухстороннее зацепление зуба одной шестерни с внутренним зацеплением сменяется на продолжительное двухстороннее зацепление зуба другой шестерни с внутренним зацеплением.

13. Зубчатое зацепление по п.9, отличающееся тем, что положение двух шестерен с внутренним зацеплением получается из центрально-симметричного поворотом одной из них на половину ее углового межзубного расстояния вокруг ее оси.

14. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что оно используется в сферической объемной роторной машине, содержащей корпус с рабочей полостью, по меньшей мере, одну шестерню с внутренним зацеплением и, по меньшей мере, одну шестерню с внешним зацеплением, установленные в рабочей полости, окна входа и выхода рабочего тела.

15. Зубчатое зацепление по п.14, отличающееся тем, что окна входа и выхода рабочего тела расположены так, что связь межзубной впадины с окном выхода меняется на ее связь с окном входа при максимальном вхождении в нее зуба другой шестерни, что ведет к увеличению подачи объемной роторной машины.

16. Зубчатое зацепление по п.14, отличающееся тем, что для создания равномерной подачи рабочего тела, у шестерни с внешним зацеплением вырезана середина, а проход между ее зубьями уплотняет элемент, имеющий поверхность вращения, соосную шестерне с внешним зацеплением, и поверхность вращения, соосную шестерне с внутренним зацеплением.

17. Зубчатое зацепление по п.14, отличающееся тем, что для создания равномерной подачи рабочего тела элементами корпуса создан проход для прохода рабочего тела и зубьев шестерен, уплотняемый зубьями одной из шестерен, от которого ответвляется второй проход постоянного сечения для прохода рабочего тела и зубьев другой из шестерен, уплотняемый зубьями другой из шестерен.

18. Зубчатое зацепление по п.14, отличающееся тем, что для увеличения подачи рабочего тела зуб шестерни с внешним зацеплением удлинен выступом.

19. Зубчатое зацепление, содержащее, по меньшей мере, две шестерни, находящиеся в зацеплении, оси вращения которых пересекаются, одна из шестерен с внешним зацеплением для зацепления имеет m равномерно разнесенных по окружности конических или цилиндрических поверхностей зацепления, являющихся вершинами ее зубьев, а другая шестерня с внутренним зацеплением имеет ответную им волнистую поверхность, содержащую п волн, форма которых соответствует форме поверхности, получаемой при обкатывании второй шестерни поверхностями зацепления первой шестерни при их совместном вращении вокруг своих осей при условии, что угол поворота первой шестерни относится к углу поворота второй шестерни как п к ш, где п и m целые числа, m=n-l и п >= 3, причем угол наклона между осью первой шестерни и осями ее поверхностей зацепления существенно превышает угол делительного конуса для данных шестерен и отношения п к ш, например, угол наклона больше 70 градусов и меньше либо равен 90 градусов, при n/m меньше либо равном 3/2.

20. Зубчатое зацепление по п.19, отличающееся тем, что т=3, п=4.

21. Зубчатое зацепление по п.19, отличающееся тем, что т=4, п=5.

22. Зубчатое зацепление по п.19, отличающееся тем, что оно используется в сферической объемной роторной машине, содержащей корпус с рабочей полостью, по меньшей мере, одну первую шестерню и, по меньшей мере, одну вторую шестерню, установленные в рабочей полости, окна входа и выхода рабочего тела.

23. Зубчатое зацепление по п.22, отличающееся тем, что для создания равномерной подачи рабочего тела, у первой шестерни вырезана середина, а проход между ее зубьями уплотняет элемент, имеющий поверхность вращения с угловой протяженностью более 180 градусов, соосную первой шестерне, и поверхность вращения, соосную второй шестерне с угловой протяженностью менее 180 градусов.

24. Зубчатое зацепление по п.22, отличающееся тем, что радиальный выход из межзубных впадин второй шестерни полностью или частично перекрыт сферической оболочкой.

25. Зубчатое зацепление, содержащее, по меньшей мере, две шестерни, находящиеся в зацеплении, оси вращения которых пересекаются, поверхность одной из шестерен с внутренним зацеплением для зацепления имеет поверхность 221, форма которой получается при обкатывании ее конусом или цилиндром, закрепленным на второй шестерне, ось которого расположена под углом к оси второй шестерни, который существенно превышает угол делительного конуса для данных шестерен, а поверхности зубьев второй шестерни с внешним зацеплением получаются их обкаткой первой шестерней, обкатывание происходит при совместном вращении шестерен вокруг своих осей при условии, что угол поворота первой шестерни относится к углу поворота второй шестерни как п к т, где п и т целые числа, т=п-1 и п >= 3 или . т=п и п >= 2.

26. Зубчатое зацепление по п.25, отличающееся тем, что за счет подбора параметров для построения шестерен достигается большая площадь скользящего контакта между поверхностями зацепления двух шестерен.

27. Зубчатое зацепление по п.25, отличающееся тем, что рабочая поверхность зуба второй шестерни состоит из двух конических поверхностей, образующих выпуклый клин с углом при вершине, превышающим 65 градусов.

28. Зубчатое зацепление по п.25, отличающееся тем, что оно используется в сферической объемной роторной машине, содержащей корпус с рабочей полостью, по меньшей мере, одну первую шестерню и, по меньшей мере, одну вторую шестерню, установленные в рабочей полости, окна входа и выхода рабочего тела, что позволяет существенно увеличить удельную подачу машины.

29. Зубчатое зацепление по п.28, отличающееся тем, что для создания равномерной подачи рабочего тела, у первой шестерни вырезана середина, а проход между ее зубьями уплотняет элемент, имеющий поверхность вращения с угловой протяженностью более 180 градусов, соосную первой шестерне, и поверхность вращения, соосную второй шестерне с угловой протяженностью менее 180 градусов.

30. Зубчатое зацепление, содержащее, по меньшей мере, две прямозубые шестерни, находящиеся в зацеплении, оси вращения которых пересекаются, имеющие одинаковое количество зубьев, причем, поверхности зацепления одной из шестерен получаются ее обкаткой второй шестерней при их совместном вращении вокруг своих осей при соблюдении пропорциональности углов их поворота, при количестве зубьев на каждой шестерне от двух до пяти и углом между осями шестерен большим 25 градусов.

31. Зубчатое зацепление по п.30, отличающееся тем, что оно используется в сферической объемной роторной машине, содержащей корпус с рабочей полостью, по меньшей мере, одну первую шестерню и, по меньшей мере, одну вторую шестерню, установленные в рабочей полости, окна входа и выхода рабочего тела, что позволяет существенно увеличить удельную подачу машины.

32. Зубчатое зацепление по п.30, отличающееся тем, что для создания равномерной подачи рабочего тела, у первой шестерни вырезана середина, а проход между ее зубьями уплотняет элемент, имеющий поверхность вращения соосную оси первой шестерни и поверхность вращения соосную оси второй шестерни.

33. Зубчатое зацепление по п.31, отличающееся тем, что одновременно в зацеплении находятся сдвоенные первые шестерни, со сдвоенными вторыми шестернями, что позволяет увеличить подачу машины.

34. Зубчатое зацепление, содержащее, по меньшей мере, две шестерни, находящиеся в зацеплении, оси вращения которых пересекаются, для обеспечения длительного скользящего контакта по площадке большой площади между зубьями шестерен, поверхность одной из шестерен с внутренним зацеплением для зацепления имеет поверхность 221, форма которой получается при обкатывании ее конусом или цилиндром, закрепленным на второй шестерне, ось которого расположена под углом к оси второй шестерни, который меньше угла делительного конуса для данных шестерен, а поверхности зубьев второй шестерни с внешним зацеплением получаются их обкаткой первой шестерней, обкатывание происходит при совместном вращении шестерен вокруг своих осей при условии, что угол поворота первой шестерни относится к углу поворота второй шестерни как п к т, где п и т целые числа, т=п-1 и п>= 3 или т=п и п >= 2.

35. Зубчатое зацепление, содержащее, по меньшей мере, две шестерни с одинаковым количеством длинных зубьев равном четырем, оси вращения которых пересекаются, зуб первой шестерни имеет форму близкую к форме сферического вытянутого ромба с угловым размером более 50 градусов, а зуб второй шестерни имеет форму близкую к форме сферического треугольника, основание которого является вершиной зуба, т.е. зуб имеет большую угловую ширину у вершины и, по меньшей мере, в два раза меньшую угловую ширину у своего основания, при этом угловой размер выхода из межзубной впадины второй шестерни меньше угловой ширины ее зуба.