Патент на изобретение №2295042

(54) СОПРЯЖЕННЫЕ РОТОРЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам, и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания. Сопряженные роторы выполнены в виде пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении. Устранение заклинивания достигается использованием эллипсовидных шестерен с точным определением их параметров в сопряжении. При вращении эллипсовидных шестерен возникают четыре зоны, где отсутствует контактирование по делительной линии и образуется зазор, который по длине меняется в определенном диапазоне контактирования. Достигается постоянство межосевого расстояния сопряжения точным определением геометрических параметров эллипсовидных шестерен и устранение разрыва по делительной линии расчетной высоты зубьев в соответствующих зонах зацепления шестерен. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам, и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания.

Известны сопряженные роторы, которые могут быть использованы в роторных двигателях внутреннего сгорания, насосах, состоящие из сопряженных роторов с эвольвентными рабочими зубьями и соответствующими им впадинами, расположенными вдоль внешних окружностей. При этом характеристики их равномерного вращения по окружности совпадают с характеристиками вращения эвольвентного зуба. Форма рабочих зубьев и впадин определяется согласно расчетным формулам, что обеспечивает равномерность скорости вращения /RU 2112885, F 01 C 1/20, F 04 C 2/20, опубл. 1998/.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата данного сопряжения роторов, является невозможность использования расчетных формул для сопряженных роторов эллипсовидного профиля.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый цилиндрический корпус, в котором установлены две поворотные лопасти, боковые диски и рабочий вал, а также выходной вал и механизм преобразования движения, имеющий две пары сопряженных эллипсовидных шестерен. Одна из шестерен каждой пары установлена на выходном валу, другая связана с лопастями. Каждая из шестерен жестко связана с одним из рабочих валов и одним из боковых дисков /RU 2043521, F 02 B 53/00, F 01 C 1/00, опубл. 1995/.

Известна роторная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены соосно две сборные лопасти и их механизм связи, который состоит из двух пар вращающихся дисков, аксиально расположенных попарно с двух сторон торцевых крышек. В каждой паре вращающихся дисков подвижно установлены на фасонных шпильках эллипсовидные шестерни в диаметрально противоположных направлениях, входящие в зацепление с другой парой эллипсовидных шестерен, жестко установленных на пустотелых валах соосной лопасти /RU 2211336, F 01 C 1/063, опубл. 2003/.

Причина, препятствующая достижению требуемого технического результата известного роторного двигателя и роторной машины, заключена в механизме связи, при контактировании сопряженных пар эллипсовидных шестерен при их вращении происходит заклинивание из-за изменения межосевого расстояния.

Известны сопряженные роторы, состоящие из пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении (US 6644947 В2, 11.11.2003, F 04 C 2/18).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение конструктивных особенностей для работоспособного сопряжения эллипсовидных шестерен в механизме связи роторов.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет выявления зон нарушения контакта сцепления и установления строгих конструктивных размеров зубчатого зацепления, обеспечивающих постоянное межосевое расстояние при вращении сопряженной пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении.

Указанный технический результат достигается тем, что в сопряженных роторах, выполненных в виде пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении, согласно изобретению каждая эллипсовидная шестерня по делительной линии состоит из двух соприкасающихся окружностей радиусом r и огибающих, представляющих собой дуги окружности радиусом R, проходящие через центры этих окружностей с центром в точке пересечения линии симметрии, которая проходит между двух окружностей, образуя угол 2, определяемый по формуле:

где – угол, образующийся между линией симметрии, проходящей через точку соприкосновения двух окружностей с радиусом r и радиусом огибающей дуги R, проходящим через центр одной из окружностей,

r – радиус соприкасающихся окружностей эллипсовидной шестерни,

e=2r/i-r=h-3r – высота между дугой окружности и касательной линией к двум соприкасающимся окружностям в эллипсовидной шестерне,

i=r_б/r_м=2r/(r+е) – отношение полуосей эллипсовидной шестерни,

r_б – большая полуось эллипсовидной шестерни,

r_м – малая полуось эллипсовидной шестерни,

h – межосевое расстояние между парой эллипсовидных шестерен, соединенных во взаимно перпендикулярном направлении, при этом радиус огибающей дуги окружности R определяется по формуле:

где x=(r²-е²)/2e – расстояние от точки соприкосновения двух окружностей до точки пересечения линии симметрии с радиусом огибающей дуги, а высота эвольвентных зубьев эллипсовидных шестерен изменяется на величину в четырех зонах, где отсутствует контактирование по делительной линии и образуется зазор, изменяющийся по длине и определяемый по формуле: =R_б-R, где – величина зазора, образующегося в зоне отсутствия контакта по делительной линии эллипсовидной шестерни, R_б – максимальная величина огибающего радиуса в точке контакта по делительной линии эллипсовидных шестерен при их взаимно параллельном расположении, которая определяется по формуле: , причем длина зоны отсутствия контакта при обкатывании по делительной линии эллипсовидных шестерен при взаимно параллельном расположении определяется по формуле: =r sin/cos, где – угол между R_б и осью симметрии двух соприкасающихся окружностей в эллипсовидной шестерне, определяемый по формуле .

Анализ показывает, что сопряженные роторы, выполненные в виде пары эллипсовидных шестерен, отличаются четкими конструктивными размерами и высотой эвольвентных зубьев в определенных зонах зацепления.

На фиг.1 представлено сопряжение эллипсовидных шестерен,

на фиг.2 – образование зон разрыва контактов по делительной линии эллипсовидных шестерен,

на фиг.3 – длина зоны разрыва по делительной линии.

Сопряженные роторы содержат пару эллипсовидных шестерен, каждая из которых содержит, например, не менее 30 эвольвентных зубьев, расположенных равномерно по делительной линии таким образом, что обеспечивается строго взаимно перпендикулярное сопряжение пары эллипсовидных шестерен. Эллипсовидная шестерня по делительной линии состоит из двух соприкасающихся окружностей радиусом r и огибающих, представляющих собой дуги окружности радиусом R, проходящих через центры этих окружностей с центром в точке пересечения линии симметрии, которая проходит между двумя окружностями, образуя угол 2, определяемый по формуле: =arctg 2re/(r²-e²).

При вращении эллипсовидных шестерен возникают четыре зоны, где прерывается контакт по делительной линии эллипсовидных шестерен и образуется зазор , который по длине меняется в определенном диапазоне контактирования и определяется по формуле: =R_б-R, где – величина зазора, образующегося в зоне отсутствия контакта по делительной линии эллипсовидной шестерни, R_б – максимальная величина огибающего радиуса в точке контакта по делительной линии эллипсовидных шестерен при их взаимно параллельном расположении, определяемая по выражению . Поэтому высота эвольвентных зубьев 4, 11, 19, 26 (фиг.3) увеличивается на расчетную величину, что обеспечивает постоянство контакта и плавность вращения, надежность, работоспособность, постоянство межосевого расстояния сопряжения точным определением геометрических параметров эллипсовидных шестерен и устранение разрыва по делительной линии расчетной высоты зубьев в соответствующих зонах зацепления шестерен.

Таким образом, на основе строгих расчетных формул сопряжения эллипсовидных шестерен реализуется преобразование неравномерного движения роторов в равномерное в широких пределах варьирования и используется это сопряжение в различных механизмах.

Формула изобретения

Сопряженные роторы, выполненные в виде пары эллипсовидных шестерен, входящих в зацепление во взаимно перпендикулярном направлении, отличающиеся тем, что каждая эллипсовидная шестерня по делительной линии состоит из двух соприкасающихся окружностей радиусом г и огибающих, представляющих собой дуги окружности радиусом R, проходящие через центры этих окружностей с центром в точке пересечения линии симметрии, которая проходит между двух окружностей, образуя угол 2, определяемый по формуле

где – угол, образующийся между линией симметрии, проходящей через точку соприкосновения двух окружностей с радиусом r и радиусом огибающей дуги R, проходящим через центр одной из окружностей;

r – радиус соприкасающихся окружностей эллипсовидной шестерни,

e=2r/i-r=h-3r – высота между дугой окружности и касательной линией к двум соприкасающимся окружностям в эллипсовидной шестерне;

i=r_б/r_м=2r/(r+е) – отношение полуосей эллипсовидной шестерни;

r_б – большая полуось эллипсовидной шестерни;

r_м – малая полуось эллипсовидной шестерни;

h – межосевое расстояние между парой эллипсовидных шестерен, соединенных во взаимно перпендикулярном направлении, при этом радиус огибающей дуги окружности R определяется по формуле

где x=(r²-e²)/2e – расстояние от точки соприкосновения двух окружностей до точки пересечения линии симметрии с радиусом огибающей дуги, а высота эвольвентных зубьев эллипсовидных шестерен изменяется на величину в четырех зонах, где отсутствует контактирование по делительной линии и образуется зазор, изменяющийся по длине и определяемый по формуле =R₆-R, где – величина зазора, образующегося в зоне отсутствия контакта по делительной линии эллипсовидной шестерни, R_б – максимальная величина огибающего радиуса в точке контакта по делительной линии эллипсовидных шестерен при их взаимно параллельном расположении, которая определяется по формуле причем длина зоны отсутствия контакта при обкатывании по делительной линии эллипсовидных шестерен при взаимно параллельном расположении определяется по формуле =r sin/cos, где – угол между R_б и осью симметрии двух соприкасающихся окружностей в эллипсовидной шестерне, определяемый по формуле

РИСУНКИ