трехзвенный роторно-кулачковый механизм

Формула изобретения

1. ТРЕХЗВЕННЫЙ РОТОРНО-КУЛАЧКОВЫЙ МЕХАНИЗМ, содержащий неподвижное звено, цилиндрический корпус, жестко прикрепленные к нему с образованием кольцевых зазоров гильзы с выполненными в них радиальными направляющими и крышки с осевыми отверстиями, жестко прикрепленными к гильзам, первое подвижное звено - проходящий через отверстия крышек вал с жестко закрепленными на нем ротором с поршнями, расположенными в кольцевом зазоре между корпусом и гильзами, на вал установлены профилированные диски с отрицательными кулачками, расположение которых совпадает по полярным углам с расположением поршней ротора, и второе подвижное звено - толкатели, каждый из которых выполнен в виде соединенных подпружиненным относительно гильзы штоком ролика и головки, установленной в соответствующей направляющей гильзы, при этом профили отрицательных кулачков и поршней ротора выполнены в соответствии с функцией X = C sin K X на участке графика синусоиды между двумя соседними вершинами, шток толкателя выполнен полым, а головка толкателя выполнена в виде каркаса, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда, и установленных на нем двух плоскостей, образующих в сечении равнобедренный треугольник с углами основания не меньше, чем угол, образованный касательной функции Y = C sin K X в точке перегиба профиля поршня, отличающийся тем, что, с целью повышения ремонтоспособности, профилированные диски установлены с возможностью осевого смещения, механизм снабжен контргайкой, установленной между крышкой и профилированным диском, пружиной, установленной между профилированным диском и ступицей ротора, профилированные диски снабжены ребордой с вырезом в районе отрицательного кулачка, выполненным на всю ширину реборды, верхней тарелкой, установленной между пружиной толкателя и гильзой, при этом верхняя тарелка установлена с возможностью съема и содержит осевой паз, крышки корпуса выполнены с отверстиями, достаточными по величине для прохода толкателя в сборе.

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что профиль головки толкателя на участке от точки перегиба синусоиды до ее нижней точки выполнен в соответствии с функцией Y = C sin K X.

3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что корпус и гильзы выполнены с контрольными отверстиями.

4. Механизм по п.1, отличающийся тем, что он снабжен антифрикционными втулками, установленными в направляющих гильзы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных устройствах энергетического машиностроения насосах, компрессорах, гидроусилителях и ДВС.

Известна роторная машина с вращающимися поршнями [1]

К недостаткам известного устройства следует отнести несовершенство профилей подвижных элементов, сопрягаемых между собой в процессе их взаимного движения. Указанное обстоятельство не позволяет осуществить работу устройства с использованием известного изобретения со скоростью вращения, представляющей практический интерес.

В качестве прототипа выбрано устройство [2]

К недостаткам известного механизма следует отнести низкую ремонтоспособность, обусловленную необходимостью разборки всего механизма для замены деталей, наиболее подверженных износу в результате трения в процессе эксплуатации устройства с использованием данного механизма.

Целью изобретения является повышение работоспособности механизма путем конструктивных изменений входящих в него звеньев, а также включением новых элементов.

Суть изобретения заключается в следующем.

Необходимость в замене толкателей обусловлена двумя причинами возможностью поломки пружины толкателя и износом головки толкателя о направляющие гильз.

Для замены толкателя в известной конструкции механизм необходимо разобрать, а затем собрать. При этом при сборке механизма следует обеспечить соблюдение необходимых зазоров между поршнем и корпусом, поршнем и гильзой в радиальном и осевом направлениях.

Величина зазоров определяется рабочими давлениями в устройствах с использованием данного механизма. Например, в насосах, работающих с давлением рабочей среды порядка 320 ат, следует во избежание значительных перетечек обеспечить указанные зазоры порядка 6 мкм.

По мнению заявителя, необходимую точность при монтаже устройств с использованием известного механизма можно обеспечить только лишь в заводских условиях, тем более, если устройство работает со сверхвысокими давлениями на выходе.

Для обеспечения возможности замены любого из толкателей без разборки всего механизма следует обеспечить следующий комплекс конструктивных изменений механизма:

1. Профилированные диски установить с возможностью осевого смещения вдоль вала. С этой целью с внешней стороны профилированного диска установлена контргайка, а между профилированным диском и ступицей ротора установлена пружина, обеспечивающая возврат профилированного диска в исходное рабочее положение.

2. Профилированный диск снабдить ободом с ребордой, причем в реборде в районе отрицательного кулачка выполнить вырез на всю ширину реборды.

3. Между гильзой и пружиной толкателя установить верхнюю тарелку с возможностью съема. Для этой цели верхняя тарелка должна быть cнабжена пазом.

4. Крышки механизма снабдить проемами, по величине достаточными для прохода толкателя в сборе.

Указанные мероприятия позволят производить ремонт устройства с использованием данного механизма в период всего эксплуатационного периода без разборки и последующей сборки устройства.

Для контроля монтажных зазоров, согласно изобретению, корпус и гильзы выполнены с отверстиями, закрытыми в рабочем состоянии пробками.

Для повышения производительности устройства с использованием предложенного механизма следует обеспечить минимальный объем мертвого пространства между поршнем и головкой толкателя.

С этой целью для повышения наглядности принципа действия механизма в составе устройства с его использованием в корпусе механизма выполнены каналы входа и выхода рабочей среды.

Как известно из описания устройства-прототипа, профиль головки толкателя получен в результате построения годографа, касательных к графику синусоиды и профилю поршня.

Для обеспечения минимального объема мертвого пространства профиль головки толкателя от точки перегиба синусоиды до ее нижней точки участок а-b на фиг.7 также выполнен по закону Y C sinKX, т.е. сопряжен с профилем поршня на данном участке.

Для уменьшения трения между головкой толкателя и гильзой, согласно изобретению, механизм снабжен антифрикционными втулками, установленными в направляющих гильз.

На фиг.1 изображен предлагаемый механизм, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 первое подвижное звено-вал с установленными на нем профилированными дисками и ротор с поршнями; на фиг.4 боковая крышка механизма, выполненная согласно изобретению; на фиг.5 съемная тарелка механизма; на фиг.6 пружина, установленная между профилированным диском и ступицей ротора; на фиг.7 головка толкателя, поршень и гильза с антифрикционной втулкой.

Трехзвенный роторно-кулачковый механизм содержит цилиндрический корпус 1, гильзы 2 с образованием кольцевых зазоров 3, в которых установлены поршни 4 ротора 5. Ротор 5 жестко соединен с валом 6, на котором содержатся профилированные диски 7 с отрицательными кулачками 8, установленными с возможностью воздействия на подпружиненный толкатель 9. Толкатель 9 установлен в направляющих 10 гильз 2 с возможностью радиального движения. К гильзам 2 жестко крепятся крышки 11 с приливами 12 для подшипников 13, закрытых и прижатых лючками 14. В корпусе 1 выполнены каналы 15 входа и выхода.

Профилированные диски 7 установлены с возможностью осевого смещения вдоль вала 6 с помощью контргайки 16 и пружины 17. Верхняя тарелка 18 механизма выполнена с возможностью съема и содержит паз 19. Профилированный диск 7 содержит обод 20 с ребордой 21, имеющей вырез 22. Боковая крышка 11 содержит спицы 23 с образованием проемов 24 для прохода толкателя 9. Для контроля монтажных зазоров в корпусе 1 и гильзах 2 выполнены монтажные отверстия 26-28. В направляющих гильз 2 содержатся антифрикционные втулки 25. Шток толкателя 9 состоит из верхней 29 и нижней 30 частей, образующих телескопический разъем, в котором установлены упругие кольца 31.

Трехзвенный роторно-кулачковый механизм работает следующим образом.

При вращении вала 6, а также ротора 5 с поршнями 4 и профилированных дисков 7 с отрицательными кулачками 8 с одной и той же угловой скоростью (первое подвижное звено механизма) толкатели 9 (второе подвижное звено механизма) в общем случае прижаты к внутренней образующей корпуса 1, разделяя при этом кольцевой зазор 3 на отдельные секции камеры высокого и низкого давления в устройствах с использованием механизма. Надежное прилегание головки толкателя 9 обеспечивается за счет того, что вначале происходит касание вершиной головки толкателя корпуса механизма в точке с, а затем поджатие головки толкателя 9 путем взаимного смещения нижней части 30 штока толкателя по отношению к верхней части 29 штока.

При прохождении поршня 4 над головкой толкателя 9 последний "проваливается" в профиль отрицательного кулачка 8 под действием пружины толкателя 9.

После этого толкатель 9 под действием набегающего профиля отрицательного кулачка 8 вновь занимает свое исходное положение до подхода очередного поршня. Вершина толкателя 9 при этом плавно огибает профиль поршня без контакта с последним с минимальным зазором, определяемым возможностями технологии и сборки деталей механизма.

Замена одного из толкателей 9 происходит в следующей последовательности.

Вал 6 устанавливается в положение, в котором толкатель 9, подлежащий замене, находится над отрицательным кулачком 8, в районе которого в реборде 21 содержится вырез 22. Вращением контргайки 16 профилированный диск 7 сдвигается в сторону ступицы ротора 5, сжимая при этом тарельчатую пружину 17. После того когда толкатель 9 сойдет с профилированного диска 7 (остальные толкатели 9 будут удерживаться в рабочем положении ребордой 21), верхняя тарелка 18 снимается, тем самым освобождая пружину толкателя 9. После чего толкатель 9 приводится в горизонтальное положение и вынимается через проем 24 боковой крышки 11.

После замены вышедшего из строя толкателя 9 операции по монтажу исправного толкателя производится в обратной последовательности.

Незначительные изменения в конструкции механизма позволяют производить профилактический ремонт устройств с использованием его в полевых условиях.

Более совершенный профиль головки позволяет увеличить производительность устройств с использованием данного механизма.

Наличие антифрикционной втулки повышает механический КПД устройства.