ТРЕХЗВЕННЫЙ РОТОРНО-КУЛАЧКОВЫЙ МЕХАНИЗМ
THREE-LINK ROTARY CAM MECHANISM

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для создания различных энергетических машин.
Известно устройство, по совокупности общих существенных признаков принятое за прототип [1].
К недостаткам известного устройства следует отнести отсутствие уплотнений между подвижными деталями звеньев механизма, что препятствует возможности создания высокого давление/вакуума рабочей среды в энергетических устройствах с использованием механизма.
Суть изобретения заключается в следующем.
Известный механизм содержит три звена - одно неподвижное и два подвижных. Неподвижное звено содержит цилиндрический корпус, гильзу, жестко скрепленную с цилиндрическим корпусом с образованием кольцевого канала, и крышки, жестко скрепленные с гильзой. Первое подвижное звено содержит вал, установленный в отверстиях крышки, к которому жестко крепится ротор, цилиндрическая часть которого вращается в кольцевом канале, и профилированные диски с отрицательными кулачками. Второе подвижное звено содержит подпружиненный полый шток с толкателем и роликом. В роторе содержатся оппозитно расположенные поршни, выполненные на одном и том же полярном угле, что и отрицательные кулачки. При этом профиль отрицательного кулачка описывается синусоидой, выполненной в полярных системах координат, на участке между двумя вершинами, профиль поршня является эквидистантой по отношению к профилю отрицательного кулачка, а профиль толкателя представляет собою две наклонные плоскости, образованные касательными к профилю поршня в месте его перегиба. Указанные профили позволяют обеспечить максимально высокую скорость вращения механизма при условии безотрывного и безударного соединения пары "отрицательный кулачок-поршеь" с минимальным зазором между поршнем и вершиной головки толкателя, а также обеспечить минимальный объем "мертвого" пространства при нагнетании/вытеснении рабочей среды в устройствах с использованием механизма.
При вращении ротора в кольцевом канале зазоры между ротором и кольцевым каналом (как радиальные, так и осевые) в общем случае определяются точностью изготовления и сборки деталей механизма.
1. Согласно изобретению все поверхности ротора (в том числе и поршня), а также боковые и наклонные поверхности толкателя снабжены профилем в форме канавок треугольной формы, имеющей вид шеврона. (Например, в результате технологической операции "накатка"). При движении рабочей среды из зоны с высоким давление Р1 в зону низкого давления Р2 по каналу с переменным профилем (зубьями) происходит многократное дросселирование рабочей среды, в результате чего Р2<<Р1, т.е создается уплотнение. Благодаря форме канавок в виде шеврона уплотнение может работать с реверсивными устройствами.
2. Согласно изобретению, между верхней и нижней частями штока установлена пружина. При условии, что жесткость пружины C1 (например, тарельчатая пружина) больше пружины штока C2, головка толкателя плотно прилегает к внутренней поверхности корпуса, обеспечивая тем самым надежное разделение кольцевого канала на области высокого и низкого давления до и после прохождения поршня над отрицательным кулачком.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 представлен общий вид механизма в момент нижнего положения головки толкателя.
На Фиг. 2 представлен общий вид механизма в момент верхнего положения головки толкателя.
На Фиг. 3 представлен разрез А-А в момент нижнего положения головки толкателя.
На Фиг. 4 представлен разрез В-В в момент верхнего положения головки толкателя.
На Фиг. 5 представлен ротор механизма. Аксонометрия без четверти ротора.
На Фиг. 6 представлен толкатель.
На Фиг. 7 представлена поверхность толкателя в виде шеврона.
На Фиг. 8 представлена схема уплотнения (дросселирование) каналов между деталями механизма.
На Фиг. 9 представлены 4 степени свободы верхней части штока по отношению к нижней части штока.
На Фиг. 10 представлен телескопический разъем штока с эластичным кольцом.
На Фиг. 11 представлена тарельчатая пружина.
Устройство механизма
Трехзвенный роторно-кулачковый механизм содержит цилиндрический корпус 1, жестко связанные с ним гильзы 2 и крышки 3, гильзы установлены с образованием кольцевых каналов 4, в которых содержатся поршни 5 ротора 6. Ротор жестко скреплен с валом 7, на котором крепятся профилированные диски 8 с отрицательными кулачками 9, установленными с возможностью воздействия на подпружиненный 10 шток 11, с толкателем 12 и роликом 13. При этом профиль отрицательного кулачка выполнен в виде синусоиды на участке между двумя вершинами в полярных системах координат, профиль поршня представляет собою эквидистанту по отношению к профилю отрицательного кулачка, а профиль толкателя представляет собою две наклонные плоскости, образованные касательными к профилю поршня в месте его перегиба. Шток выполнен с телескопическим разъемом 14, содержащим верхнюю 15 и нижнюю 16 части штока, в месте телескопического разъема установлено эластичное кольцо 17, между верхней и нижней частями штока содержится пружина 18, на поверхностях ротора и толкателя содержатся канавки треугольной формы в виде шеврона.
Работа механизма
При вращении вала 7, а также ротора 6 и профилированных дисков 8 с отрицательными кулачками 9 с одной и той же угловой скоростью (первое подвижное звено механизма) ротор движется в кольцевых каналах 4, образованных цилиндрическим корпусом 1 и гильзой 2, жестко скрепленной с крышкой 3 (неподвижное звено механизма). При прохождении поршня над подпружиненным 10 штоком 11 толкатель 12 с роликом 13 (второе подвижное звено механизма) "проваливается" в профиль отрицательного кулачка под действием пружины, пропуская поршень над собою, и вновь, под воздействием профиля отрицательного кулачка, занимает исходное положение, разделяя кольцевой канал на зоны высокого и низкого давления.
Между верхней и нижней частями штока, согласно изобретению, содержится пружина 18 (например, тарельчатая). При этом должно выполняться следующее условие: C1>C2, где С1 - жесткость тарельчатой пружины, а С2 - жесткость пружины 10. В этом случае обеспечивается надежное прилегание головки толкателя к внутренней поверхности цилиндрического корпуса на всем пути движения поршня, кроме движения над толкателем, что и обеспечивает необходимое уплотнение.
Достоинства механизма
1. Наличие канавок треугольной формы в виде шеврона на всех поверхностях ротора, в том числе поршня и толкателя, в энергетических устройствах с использованием предложенного механизма, не только создает надежное уплотнение, но и позволяет безаварийно работать с загрязненной рабочей средой, имеющей в своем составе частицы корунда. При этом максимальный диаметр частиц корунда определяется суммой высоты треугольной канавки и зазора. Фиг. 8.
2. На основе предложенного механизма представляется возможным создать устройства, в которых происходят все известные энергетические преобразования над любой рабочей средой (пар, газ, жидкость), т.е. всасывание, сжатие/нагнетание, расширение и вытеснение.
В зависимости от конструктивного исполнения на базе трехзвенного роторно-кулачкового механизма могут быть созданы:
A. Насос (бесклапанный), а также гидротурбина/генератор. В этом случае в цилиндрическом корпусе содержатся каналы входа и выхода рабочей среды, как в прилагаемых чертежах.
Б. Насос-повыситель (гидромонитор). В этом случае обеспечивается различные давления в левой и правой частях устройства. [2]
B. Компрессор или вакуум-насос. В этом случае в канале выхода содержится обратный клапан. [3]
Г. Роторный механизм с вращающимся корпусом (мотор-колесо). В этом случае рабочая среда поступает в кольцевые каналы и возвращается обратно по осевым, радиальным и тангенциальным каналам.[4]
Д. Роторный ДВС. В этом случае над каналами входа и выхода установлена камера сгорания с форсункой, каналы входа и выхода снабжены регулируемыми впускными и выпускными клапанами. [5]
Е. Роторный ДВС. Пародизель. В этом случае через шток выпускного клапана в камеру сгорания поступает охлаждающая жидкость (вода) в объеме, соизмеримом с объемом топлива. [6]
Источники информации
1. Патент РФ№2035651 от 08.12.1989. Прототип.
2. Патент РФ№2000477 от 14.08.1989.
3. Патент РФ№2000478 от 14.02.1990.
4. Патент РФ№2044163 от 13.12.1991.
5. Патент РФ№1815363 от 17.09.1990.
6. Патент РФ№2059847 от 07.05.1993.