Циклоидально-эвольвентное зубчатое зацепление

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых зацеплениях рабочих органов винтовых машин. В зацепляющихся между собой зубчатых роторах с взаимно огибаемыми профилями одна боковая сторона зуба ротора образована удлиненной эпициклоидой, эвольвентой и укороченной эпициклоидой. Другая боковая сторона зуба целиком образована удлиненной эпициклоидой, очерченной точкой вершины зуба другого ротора при качении его центроиды по центроиде первого ротора. Такое выполнение зубчатого зацепления обеспечивают повышение КПД винтовой машины путем создания теоретически герметичных рабочих органов. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых зацеплениях рабочих органов винтовых насосов, гидродвигателей, компрессоров, счетчиков.

Известно циклоидальное зубчатое зацепление рабочих органов объемной роторной машины с ведущим и ведомым роторами, установленными в корпусе, каждый из которых имеет симметричные относительно радиальной прямой, проходящей через середину вершины зуба, боковые профили зуба. Боковые профили зубьев роторов взаимно огибаемые и состоят из удлиненной эпициклоиды (УЭ), эвольвенты (ЭВ), и укороченной эпициклоиды (УКЭ). Вершина и дно впадины зуба образованы дугами окружностей, центры которых совпадают с центром образующей шестерни (торцового сечения ротора) [1].

Недостатком известного зубчатого зацепления рабочих органов винтовой машины является то, что винтовые рабочие органы теоретически негерметичны, так как есть боковые щели, образованные между гребнем расточки корпуса (обоймы) и верхними точками линии зацепления зубчатых роторов (винтовых), и поэтому объемный КПД машины недостаточно высок.

Цель изобретения - повышение КПД винтовой машины путем создания теоретически герметичных рабочих органов.

Поставленная цель достигается тем, что в циклоидально-эвольвентном зубчатом зацеплении, содержащем зацепляющиеся между собой зубчатые роторы с взаимно огибаемыми профилями зубьев, имеющими одну боковую сторону зуба, образованную удлиненной эпициклоидой, эвольвентой и укороченной эпициклоидой, другую боковую сторону целиком образуют удлиненной эпициклоидой, очерченной точкой вершины зуба другого ротора при качении его центроиды по центроде первого ротора. Причем ведущий винтовой ротор (ВЩ) и ведомый винтовой ротор (ВМ) идентичны, отличаются только направлением нарезки.

Следует отметить, что предлагаемое зацепление позволяет получать большой коэффициент перекрытия, так как, во-первых, имеет длинную линию зацепления, а, во-вторых, - малый угол раствора зуба, что позволяет разместить на образующей шестерне (образующая шестерня - торцовое сечение винтового ротора) большое количество зубьев.

На фиг. 1 показан предлагаемый профиль зубчатого зацепления рабочих органов винтовой машины в разрезе. Приведен пример однозубых образующих шестерен.

На фиг. 2 - схема контакта профиля ведущего ротора с профилем ведомого в торцовом сечении. Циклоидально-эвольвентное зубчатое зацепление рабочих органов винтовых машин имеет ведущий 1 и ведомый 2 винтовые роторы. Боковая сторона ABCD зуба ВЩ и боковая сторона abcd зуба ВМ предназначены для передачи части или полного крутящего момента от ведущего ротора к ведомому и называются силовыми боковыми сторонами зубьев роторов. Боковые стороны ABCD и abcd зубьев ведущего и ведомого роторов в торцовом сечении взаимно огибаемы. Боковая сторона ABCD (abcd) зуба ведущего (ведомого) ротора образована из удлиненной эпициклоиды DC (ab), эвольвенты CB (bc) и укороченной эпициклоиды BA (cd) [1]. Боковая сторона зуба ABCD (abcd) сокращенно называется профиль УЭ + ЭВ + УКЭ [2]. Линия зацепления FGLM боковых сторон ABCD и abcd зубьев полностью перекрывает среднюю щель между дном впадины одного винтового ротора (т.М) и дном впадины другого винтового ротора (т.F). Но боковые щели GT и LV между точками G, L линии зацепления и точками T, V пересечения окружностей расточек корпуса под роторы открыты. Для герметизации боковых щелей зацепления винтовых роторов предлагается другую боковую сторону зуба ротора выполнить целиком по удлиненной эпициклоиде KN. Удлиненная эпициклоида KN очерчена точкой n при качении центроиды 6 BM по центроиде 7 ВЩ. Аналогично, удлиненная эпициклоида nk очерчена точкой K при качении центроиды 7 ВЩ по центроиде 6 ВМ. Идентичные боковые стороны KN и nk зубьев называются уплотнитняющими боковыми сторонами зубьев винтовых роторов и носят сокращенное название - профиль "d" [3]. Линия зацепления МТ точки n ведомого винтового ротора с профилем KN ведущего ротора полностью перекрывает боковую щель МТ, а линия зацепления FV точки K ВЩ с профилем nk ВМ полностью перекрывает боковую щель FV, но средняя щель между точками M и F открыта. В данном зацеплении винтовых роторов неустраненные средние и боковые щели располагаются так, что каждое рабочее пространство одного винтового ротора всегда только с одним рабочим пространством другого винтового ротора соединяется. Таким образом получается одна замкнутая камера. В случае однозаходных винтовых роторов длина этой камеры равна двум ходам, т.е. рабочая длина винтовых роторов должна быть не меньше двух ходов. И в этом случае получается теоретически герметичное зацепление рабочих органов винтовой машины.

Необходимо соблюдать условие равенства суммы радиусов центроид 6 и 7 межцентровому расстоянию и сумме радиуса окружности вершин одного ротора и радиуса окружности дна впадин другого ротора. При этом теоретический зазор в запирающем месте (между вершиной одного ротора и дном впадины другого) равен нулю. Полученное зацепление винтовых роторов имеет сокращенное название: несимметричный профиль "d" + (УЭ + ЭВ + УКЭ). Отметим, что в тех винтовых машинах, где нет синхронизирующих шестерен, крутящий момент полностью передается от ВЩ к ВМ контактом силовых боковых сторон ABCD и abcd зубьев. Эти стороны обладают высокой нагрузочной способностью, так как в начале и конце линии зацепления в контакте находятся одновременно две точки - это снижает контактное напряжение, а в средине линии зацепления контакт происходит в одной точке, но это точка касания эвольвент, которые, как известно, нашли широкое применение в силовых передачах. При этом ход винтового ротора должен быть больше хода, при котором происходит самозаклинивание роторов.

Винтовая машина работает следующим образом. При вращении винтовых роторов 1 и 2 объемы жидкости, заключенные между ними и корпусом 3 и ограниченные взаимоогибаемыми боковыми сторонами ABCD и abcd, образованными удлиненной эпициклоидой, эвольвентой и укороченной эпициклоидой, а также взаимоогибаемыми боковыми сторонами KN и nk, целиком образованными удлиненной эпициклоидой, перемещаются из всасывающей камеры 4 в нагнетательную камеру 5. Использование описанного циклоидально-эвольвентного зацепления при изготовлении винтовых роторов увеличивает объемный КПД, а соответственно и общий КПД винтовой машины и уменьшает ее массу и габариты.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 1772470, F 16 H 1/06, 1990.

2. Рязанцев В. М. Исследование коловратного насоса с циклоидально-эвольвентным профилем роторов. Вестник машиностроения. - 1995, N 2, с. 17 и 18.

3. Рязанцев В.М. Циклоидальные образующие зубчатые колеса рабочих органов объемных роторных машин и их коэффициенты перекрытия. Вестник машиностроения. - 1991, с. 13-16.

Формула изобретения

Циклоидально-эвольвентное зубчатое зацепление, содержащее зацепляющиеся между собой зубчатые роторы с взаимноогибаемыми профилями зубьев, имеющими одну боковую сторону зуба, образованную удлиненной эпициклоидой, эвольвентой и укороченной эпициклоидой, отличающееся тем, что другая боковая сторона зуба целиком образуется удлиненной эпициклоидой, очерченной точкой вершины зуба другого ротора при качении его центроиды по центроиде первого ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2