Роторно-лопастный двигатель

 

Сущность изобретения: лопасти установлены на соосных валах и делят полость корпуса на камеры переменного объема. Механизм связи лопастей содержит рычаги, жестко связанные с валами, и планетарную зубчатую передачу, состоящую из солнечной шестерни, жестоко связанной с корпусом, и сателлитной шестерни. Две сателлитные шестерни установлены на водиле, связанном с выходным валом двигателя и кривошипно-шатунным механизмом с рычагом. Соотношение чисел зубьев сателлитных и солнечной шестерен равно 1:2 n , где n-целое число. Длины рычагов связаны с радиусами кривошипов и углов раскрытия лопастей в соответствии с заданным соотношением. 4 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для производства роторно-лопастных двигателей.

Известен роторно-лопастной двигатель, содержащий полый корпус, в котором на соосных валах расположены лопасти, делящие полость корпуса на камеры переменного объема и механизм связи лопастей (см. а.с.N 1318704).

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сути является роторно-лопастной двигатель, содержащий полый корпус, в котором на соосных валах расположены лопасти, делящие полость корпуса на камеры переменного объема и механизм связи лопастей, выполненный в виде механизма связи Кауэрца (см.Гуськов Г.Г. Необычные двигатели. М.: Знание, 1971, с.25).

Механизм Кауэрца состоит из рычагов, жестко связанных с валами лопастей, и планетарной зубчатой передачи, состоящей из солнечной шестерни, жестко связанной с корпусом двигателя, и сателлитной шестерни, установленной на одном из рычагов. Второй рычаг связан с помощью кривошипно-шатунного механизма с сателлитной шестерней. Соотношение числа зубьев сателлитной и солнечной шестерен равно 1:3.

Недостатками данного роторно-лопастного двигателя является то, что минимальный и максимальный объемы камер при работе образуется в трех точках относительно корпуса, то есть для реализации четырехкратного цикла двигателя требуется сложный механизм газораспределения. Так как один вал лопастей связан через рычаг с осью вращения сателлитной шестерни, возможность увеличения угла раскрытия лопастей при заданных размерах рычагов и кривошипно-шатунного механизма ограничена.

Цель достигается тем, что в известном роторно-лопастном двигателе, содержащем полый корпус, лопасти, установленные на соосных валах и делящие полость корпуса на камеры переменного объема, а также механизм связи лопастей, включающий рычаги, жестко связанные с валами лопастей, и планетарную зубчатую передачу, состоящую из солнечной шестерни, жестко связанной с корпусом, и сателлитных шестерен, по крайней мере две сателлитные шестерни установлены на водиле, связанном с выходным валом двигателя, и каждая сателлитная шестерня связана с помощью кривошипно-шатунного механизма с соответствующим рычагом, причем соотношение чисел зубьев сателлитных и солнечных шестерен равно 1:2n, где n - целое число. Длины рычагов связаны с радиусами кривошипов и углом раскрытия лопастей соотношением: l_p = R_к/sin α / 4 , а длины шатунов связаны с межосевым расстоянием между осью вращения водила и осями вращения сателлитных шестерен и углом раскрытия лопастей соотношением: l_ш= , где l_p - длина рычага; α - угол раскрытия лопастей; l_ш - длина шатуна; R_к - радиус кривошипа; l - межосевое расстояние между осью вращения водила и осями вращения сателлитных шестерен.

В отличие от прототипа, где один вал лопастей, связанный с осью вращения сателлитной шестерни, вращается равномерно, а второй, связанный с сателлитной шестерней через кривошипно-шатунный механизм, в процессе работы периодически догоняет или отстает от первого, в заявляемом двигателе оба вала периодически расходятся и сходятся, при этом угол раскрытия лопастей у заявляемого двигателя в два раза больше, чем у прототипа, при одинаковых размерах рычагов и звеньев кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, поскольку соотношение числа зубьев сателлитной и солнечной шестерен равно 1: 2n, где n - целое число, количество точек относительно неподвижного корпуса, в которых камеры занимают максимальный и минимальный объем, кратно четырем и для реализации четырехкратного цикла не требуется сложный газораспределительный механизм. То есть четырехкратный цикл может быть организован соответствующим расположением впускных и выпускных окон. Приведенные соотношения размеров рычагов, шатунов, кривошипов, расстояний между осью вращения водила и между осями вращения сателлитных шестерен, а также угла раскрытия лопастей обеспечивает то, что длительность такта равна 180^о поворота сателлитной шестерни вокруг собственной оси. Этим достигается то, что во всех камерах организуется равномерный периодический процесс сжатия и расширения.

На фиг. 1 изображен двигатель, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - расчетная схема для определения соотношения размеров звеньев механизма связи.

Роторно-лопастной двигатель состоит из полого корпуса 1 с крышками 2, имеющими впускное 3 и выпускное 4 окна и свечу 5 зажигания, внутри корпуса 1 помещены попарно связанные между собой лопасти 6,7 и 8,9, вращающиеся на соосных валах 10,11. Механизм преобразования движения лопастей состоит из солнечной шестерни 12, связанной с корпусом двигателя, рычагов 13, 14, каждый из которых связан с соответствующим валом лопастей, сателлитных шестерен 15-18 с кривошипами 19-22. Сателлитные шестерни 15-18 установлены в отверстиях водила 23, связанного с выходным валом 24, а кривошипы 19-22 связаны с соответствующим плечами рычагов 13,14 через оси 25-28 шатунами 29-32.

Роторно-лопастной двигатель работает следующим образом. В начальный момент лопасти 6-9, вращаясь по часовой стрелке, занимают положение, показанное на фиг.2. При этом в камерах между лопастями 6 и 9 закончился процесс всасывания рабочей смеси через окно 3; между лопастями 7 и 8 закончился процесс расширения рабочей смеси; между лопастями 7 и 9 закончился выпуск отработанных газов через окно 4; между лопастями 6 и 8 закончился процесс сжатия рабочей смеси.

В этот момент происходит воспламенение рабочей смеси в камере между лопастями 6 и 8 от свечи 5 зажигания. Давление воспламенившихся газов действует на лопасти 6 и 8 и посредством валов 10 и 11 передается на рычаги 13 и 14, через оси 25 и 26, шатуны 29 и 30 на кривошипы 19 и 20. В результате кривошипы 19 и 20 поворачивают сателлитные шестерни 15 и 16 вокруг осей последних. При этом сателлитные шестерни 15, 16 обкатывают солнечную шестерню 12 и вращают водило 23 и связанный с ним выходной вал 24. При вращении сателлитных шестерен 15, 16 вокруг собственных осей угол между плечами рычагов 13, 14, связанных с этими шестернями, увеличивается и, следовательно, увеличивается угол между лопастями 6 и 8 и лопастями 7 и 9, а углы между лопастями 6 и 9 и лопастями 7 и 8 уменьшаются. При этом в камерах между лопастями происходят следующие процессы: между лопастями 6 и 8 - расширение рабочей смеси; между лопастями 7 и 8 - выпуск отработанной смеси через окно 4; между лопастями 7 и 9 - всасывание свежей смеси через окно 3; между лопастями 6 и 9 - сжатие свежей смеси.

При повороте подвижных шестерен вокруг собственных осей на 180о лопасть 6 займет положение, занимаемое лопастью 8, лопасть 8 - положение, занимаемое лопастью 7, лопасть 7 - положение лопасти 9, а лопасть 9 - положение лопасти 6. В камерах между лопастями заканчиваются следующие процессы: 6,9 - сжатие свежей смеси; 6,8 - расширение рабочей смеси; 7,8- выпуск отработанных газов; 7,9 - выпуск свежей смеси.

В этот момент происходит воспламенение рабочей смеси от свечи 5 в камере между лопастями 6 и 9. Давление рабочей смеси действует на лопасти 6 и 9 и описанным выше способом приводит во вращение сателлитные шестерни, которые, обкатываясь вокруг солнечной шестерни 12, вращают водило 23 и связанный с ним выходной вал 24.

Таким образом, при работе двигателя происходит поочередное всасывание, сжатие, воспламенение и расширение рабочей смеси и выхлоп отработанных газов во всех четырех объемах, заключенных между лопастями.

При работе двигателя угол между соседними лопастями изменяется от некоторого минимального β₁ до максимального β₂.

Как видно на фиг.4, угол между лопастями становится минимальным (β₁) , когда рычаг 13 занимает положение АА₁, а рычаг 14 - положение DD₁, и максимальным (β₂ ) когда рычаг 13 займет положение ВВ₁, а рычаг 14 - положение СС₁.

Таким образом, угол раскрытия лопастей равен α = β₂ - β₁ , где α - суммарный угол раскрытия лопастей.

Угол раскрытия каждой пары лопастей равен α /2.

Рассмотрим равнобедренный треугольник АОВ, опустим из вершины 0 на сторону АВ высоту ОМ. Тогда AO= AM/Sin , так, как АО = l_p - длина плеча рычага; АМ = Rк - радиус кривошипа.

R_р= R_к/sin Из треугольника МО₁О по теореме Пифагора
MO₁ = ,
так как 00₁ = l - межосевое расстояние между осью вращения водила и осью вращения подвижной шестерни;
МО₁ = l_ш - длина шатуна, а из треугольника АОМ
OM = AM/tg или OM = R_к/ tg
l_ш =
Как следует из вышесказанного, для обеспечения заданного угла раскрытия лопастей α при заданных радиусе кривошипа R_к и межосевом расстоянии между осью вращения водила и осью вращения шестерне l длина каждого плеча рычага должна быть равна
l_р= R_к/ sin , а длина шатунов должна равняться
l_ш = , где R_к - радиус кривошипа;
α - угол раскрытия лопастей.

Использование заявляемого изобретения упрощает реализацию в двигателе четырехкратного цикла, улучшается смесеобразование, повышается равномерность движения за счет более равномерного распределения нагрузок, повышаются удельные характеристики двигателя.

Формула изобретения

РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий полый корпус, лопасти, установленные на соосных валах и делящие полость корпуса на камеры переменного объема, а также механизм связи лопастей, включающий рычаги, жестко связанные с валами лопастей, и планетарную зубчатую передачу, состоящую из солнечной шестерни, жестко связанной с корпусом, и сателлитных шестерен, отличающийся тем, что по крайней мере две сателлитные шестерни установлены на водиле, связанном с выходным валом двигателя и с помощью кривошипно-шатунного механизма - с рычагами, причем соотношение чисел зубьев сателлитных и солнечной шестерен равно 1 : 2 n, где n - целое число, длины рычагов связаны с радиусами кривошипов и углом раскрытия лопастей соотношением

где l_р - длина рычага;
R_к - радиус кривошипа;
- угол раскрытия лопастей,
а длины шатунов связаны с межосевым расстоянием l между осью вращения водила и осями вращения сателлитных шестерен, радиусом кривошипа и углом раскрытия лопастей соотношением

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4