Роторная гидромашина
Полезная модель относится к гидромашинам объемного вытеснения с вращающимися рабочими органами. Она может найти применение в насосах и двигателях. Роторная гидромашина, содержит корпус 1, кривошип 2, расположенный по центральной оси корпуса, на котором установлено солнечное колесо с двумя венцами 5, имеющими внешние зубья, два неподвижных эпициклических колеса 6 с внутренними зубьями, оси которых смещены относительно центральной оси корпуса в противоположных направлениях на расстояние, равное эксцентриситету е кривошипа, две пары плавающих сателлитов 7, взаимодействующих с солнечным и эпициклическими колесами, три плоских кольца 8, жестко связанных с корпусом, впускные и выпускные каналы, выполненные в элементах корпуса. Венцы 5 солнечного колеса жестко закреплены на втулке 9, охватывающей эксцентричную шейку кривошипа 2. Диаметр малой концентричной цапфы 11 кривошипа 2 меньше диаметра его эксцентричной шейки не менее чем на удвоенную величину эксцентриситета e. Технический результат - повышение надежности и технологичности гидромашины.
Полезная модель относится к гидромашинам объемного вытеснения с вращающимися рабочими органами. Она может использоваться в насосах и двигателях.
В настоящее время для нагнетания и напорного перемещения вязких жидкостей, обладающих смазывающими свойствами, широко применяют шестеренные насосы с внутренним или внешним зацеплением круглых зубчатых колес, имеющих неподвижные оси (Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. - М.: Машиностроение, 1974. - 606 с. - стр. 311). Эти насосы просты по конструкции, однако, их недостатком является относительно малый полезный объем, который ограничен пространством между впадинами зубьев и корпусом. Подобные шестеренные насосы эффективны только при достаточно больших скоростях вращения ротора и только для жидкостей.
Известны планетарные шестеренные гидромашины с плавающими сателлитами (RU 2116513, МПК F04C 2/08, опубл. 1998, а также RU 2137943, SU 484710, SU 1403993, WO 0166948, US 6230823, DE 3542913 и др.). Такие гидромашины содержат некруглые центральные колеса для внутреннего и внешнего зацепления, расположенные соосно, сопряженные с ними плавающие сателлиты и торцовые крышки с каналами подвода и отвода рабочей среды. В подобных гидромашинах рабочий объем определяется пространством между сателлитами, который больше объема, заключенного между зубьями. Недостатком таких гидромашин является сложность изготовления некруглых зубчатых колес.
Известны планетарные гидромашины с плавающими сателлитами, одно из солнечных колес которых выполнено круглым. Так, например, гидромашина (SU 861734, МПК F04C 2/08, опубл. 1981, а также DE 288340, DE 19621051) имеет круглое солнечное колесо с внешними зубьями и некруглое солнечное колесо с внутренними зубьями. В гидромашине (WO 02052125, МПК F01C 1/10, опубл. 1981, а также WO 0166948) солнечное колесо с внутренними зубьями выполнено круглым, а солнечное колесо с внешними зубьями - некруглым. Общим недостатком таких гидромашин является наличие некруглых колес, вызывающее технологические сложности.
Известна роторная гидромашина (GB 1158638, МПК F1C 1/12, опубл. 1969 - fig. 1-3), содержащая неподвижное круглое эпициклическое колесо с внутренними зубьями, круглое солнечное колесо с внешними зубьями, шарнирно закрепленное на вращающемся эксцентрике, ось вращения которого относительно корпуса смещена относительно оси эпициклического колеса на расстояние, равное эксцентриситету эксцентрика, два плавающих сателлита, взаимодействующих с эпициклическим и солнечным колесами, торцовые крышки и каналы подвода и отвода рабочей среды, выполненные в торцовой крышке и эпициклическом колесе. В проекции на торцовую плоскость центры сателлитов в исходном положении механизма расположены на одной прямой с совпадающими в этом положении центрами эпициклического и солнечного колес. Достоинство данной гидромашины - большой полезный объем рабочих полостей и высокая технологичность ее основных деталей.
Главный недостаток этой гидромашины заключается в том, что в определенных положениях солнечного колеса, сателлиты не могут «самостоятельно» выйти из «мертвого» положения. Для устранения указанного недостатка требуется дополнительная внешняя система, синхронизирующая вращения кривошипа с вращением солнечных шестерен вокруг собственной оси.
Наиболее близкой по технической сущности предлагаемой конструции является гидромашина (GB 1158638 МПК F1C 1/12, опубл. 1969 - fig. 5), которая содержит корпус, два неподвижных эпициклических колеса с внутренними зубьями, оси которых смещены относительно центральной оси корпуса в противоположных направлениях, кривошип, расположенный по центральной оси корпуса, на котором установлены два солнечных колеса с внешними зубьями, две пары плавающих сателлитов, взаимодействующих с солнечными и эпициклическими колесами. Для герметизации рабочих полостей с торцов гидромашины и между полостями установлены три кольца, жестко связанные с корпусом, а на кривошипе закреплены три концентричных (относительно неподвижной оси кривошипа) диска, диаметр которых превышает диаметр солнечного колеса. Недостатки данной конструкции:
1) она не вполне работоспособна. Для обеспечения синхронного вращения солнечных колес на эксцентричной шейке кривошипа эти колеса должны быть жестко связаны между собой. На fig. 5 GB 1158638 такая связь отсутствует;
2) конструкция уплотнений по торцам, является ненадежной т.к. технологически сложно обеспечить точное сопряжение подвижных звеньев с корпусом по трем поверхностям (двум торцовым и одной цилиндрической) с каждой стороны устройства. Еще более ненадежным элементом конструкции является эксцентричный диск, расположенный в центральной части кривошипа. Если он плавающий, то работает в условия неблагоприятных углов передачи давления, если жестко закреплен на кривошипе, то необходимая связь двух солнечных колес неосуществима.
Техническая задача полезной модели состоит в снижении трудоемкости изготовления и повышении надежности роторной гидромашины.
Техническим результатом является создание конструкции роторной гидромашины, не содержащей ненадежных и нетехнологичных элементов, обеспечивающей при этом гарантированное преодоление сателлитами «мертвых» точек и качественное уплотнение рабочих полостей.
Технический результат достигается за счет того, что в роторной гидромашине, содержащей корпус, кривошип, расположенный по центральной оси корпуса, на котором установлено солнечное колесо с двумя венцами, имеющими внешние зубья, два неподвижных эпициклических колеса с внутренними зубьями, оси которых смещены относительно центральной оси корпуса в противоположных направлениях на расстояние, равное эксцентриситету кривошипа, две пары плавающих сателлитов, взаимодействующих с солнечным и эпициклическими колесами, три плоских кольца, жестко связанных с корпусом, впускные и выпускные каналы, выполненные в элементах корпуса, венцы солнечного колеса жестко закреплены на втулке, охватывающей эксцентричную шейку кривошипа, а диаметр малой концентричной цапфы кривошипа меньше диаметра его эксцентричной шейки не менее чем на удвоенную величину эксцентриситета.
Благодаря тому, что два венца солнечного колеса жестко связаны между собой втулкой, при прохождении одним из венцов «мертвого положения» другой венец продолжает вращать это колесо. Таким образом, в отличие от приведенной на рисунке прототипа, предлагаемая конструкция с кинематической точки зрения работоспособна. Уменьшенный на указанную величину диаметр малой концентрической цапфы кривошипа необходим для осуществления сборки устройства. В предлагаемой конструкции уплотнение рабочих полостей происходит по плоским торцам неподвижных колец, что обеспечивает надежное уплотнение и технологично.
Примеры реализации изобретения иллюстрируются чертежами.
На фигуре 1 показана конструкция роторной гидромашины в осевом разрезе, на фигуре 2 - ее осевой разрез по Б-Б.
Роторная гидромашина содержит кривошип 2, установленный в корпусе 1 на подшипниках качения 3, 4. Концентрические цапфы кривошипа 2 имеют разные диаметры, причем диаметр малой концентричной цапфы 11 меньше диаметра эксцентричной шейки кривошипа 2 не менее чем на удвоенную величину эксцентриситета e, а диаметр большей цапфы 10 превышает диаметр эксцентричной шейки кривошипа. Выпадение кривошипа 2 из корпуса 1 предотвращает гайка 12. На эксцентричную шейку кривошипа 2 надето солнечное колесо, состоящее из двух венцов 5, имеющих внешние зубья, жестко связанных втулкой 9. На корпусе 1 неподвижно закреплены два эпициклических колеса 6 с внутренними зубьями. Оси колес 6 смещены относительно центральной оси корпуса 1 в противоположных направлениях на расстояние, равное эксцентриситету е кривошипа 2. С солнечным и эпициклическими колесами взаимодействуют две пары плавающих сателлитов 7. Рабочие полости гидромашины ограничены тремя плоскими кольцами 8, жестко связанными с корпусом 1. Впускные и выпускные каналы, выполненные в элементах корпуса, например в боковых кольцах 8, на рисунках не показаны.
В режиме насоса роторная гидромашина работает следующим образом. При вращении кривошипа 2 с посаженным на его эксцентричной шейке солнечным колесом плавающие сателлиты 7, взаимодействующие с венцами 5 солнечного колеса, обкатываются по внутренним венцам неподвижного эпициклического колеса 6. В результате движения звеньев объемы рабочих полостей, заключенных между торцовыми плоскостями колец 8 и поверхностями всех зубчатых колес, циклически изменяются. При этом в полостях, объем которых увеличивается, происходит всасывание, а в полостях, объем которых уменьшается - нагнетание. При работе гидромашины в режиме гидро- или пневмодвигателя рабочая среда через каналы, выполненные в элементах корпуса, подается под давлением, а движение снимается с вала кривошипа 2.
Представляется перспективным использование гидромашины в насосах для перекачки нефти и мазута, в насосах-дозаторах для различных жидкостей, в насосах и двигателях гидроприводов, в пневмодвигателях, в вакуумных насосах низкого вакуума.
Роторная гидромашина, содержащая корпус, кривошип, расположенный по центральной оси корпуса, на котором установлено солнечное колесо с двумя венцами, имеющими внешние зубья, два неподвижных эпициклических колеса с внутренними зубьями, оси которых смещены относительно центральной оси корпуса в противоположных направлениях на расстояние, равное эксцентриситету кривошипа, две пары плавающих сателлитов, взаимодействующих с солнечным и эпициклическими колесами, три плоских кольца, жестко связанных с корпусом, впускные и выпускные каналы, выполненные в элементах корпуса, отличающаяся тем, что венцы солнечного колеса жестко закреплены на втулке, охватывающей эксцентричную шейку кривошипа, а диаметр малой концентричной цапфы кривошипа меньше диаметра его эксцентричной шейки не менее чем на удвоенную величину эксцентриситета.
