RU2140018C1

RU2140018C1 - Method of conversion of motion in positive-displacement machine and positive-displacement machine for realization of this method

Info

Publication number: RU2140018C1
Application number: RU98109084A
Authority: RU
Inventors: М.Е. Бродов; Александр Михайлович Горбань
Original assignee: Бродов Михаил Ефимович; Александр Михайлович Горбань
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-10-20

Abstract

FIELD: manufacture of reduction gears, engines, compressors, pumps, internal combustion engines. SUBSTANCE: method consists in differential rotations of engageable members around their axes and synchronizing linkage member; both rotations are independent; angular rates of rotations are determined from definite relationship. Simultaneously with rotation of engageable members about their axes, planetary rotation of any of engageable member about axis of other member is performed; angular rates of rotations of engageable members are also selected form definite relationship. Specific feature of positive-displacement machine is position of synchronizer mounted in housing for rotation about main axis; at least one engageable member and synchronizer or least two engageable members are linked forming kinematic chain for synchronization of rotations of both engageable members about their axes or rotation of one of engageable member about its axis and rotation of axis of engageable member performing planetary rotation about main axis in accordance with definite relationship. EFFECT: possibility of increasing number of working cycles per revolution of drive shaft. 13 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в том числе к моторостроению, компрессоростроению, насосостроению и т.д., и может быть использовано в механических устройствах и в объемных машинах, преобразующих энергию рабочей среды - жидкости или газа, например, в роторно-поршневых двигателях внутреннего сгорания с циклами типа Отто, Дизеля или в трохоидных двигателях типа Ванкеля. The invention relates to mechanical engineering, including motor engineering, compressor engineering, pump engineering, etc., and can be used in mechanical devices and in volumetric machines that convert the energy of the working medium - liquid or gas, for example, in rotary piston internal combustion engines with cycles like Otto, Diesel or in trochoidal engines like Wankel.

Все известные способы преобразования движения в трохоидных объемных машинах сводятся к двум: вращательному /биротативному/ и планетарному. Согласно первому из них двух звеньям - охватывающему и охватываемому элементам, имеющим исходный и сопряженный профили, сообщают вращение вокруг неподвижных параллельных осей; согласно второму способу - одному из этих элементов сообщают планетарное движение относительно центра другого, причем неподвижного элемента. All known methods of converting motion in trochoidal volumetric machines are reduced to two: rotational / biotative / and planetary. According to the first of them, two links — the female and male elements having the original and conjugate profiles — are reported to rotate around stationary parallel axes; according to the second method, one of these elements is informed of planetary motion relative to the center of another, moreover, stationary element.

Для планетарного способа преобразования движения количество полных циклов изменения объема камеры, ограниченной криволинейными поверхностями ротора и трохоидной поверхностью статора за одни оборот приводного вала, равно числу ветвей трохоиды j=/Z-1/, где Z=2,3,4... - любое целое число, равное количеству точек пересечения внутренней и наружной огибающих семейства трохоид. Количество же ходов грани ротора, при котором объем рабочего тела изменяется от минимального до максимального значения, равно 2j, каждый ход происходит при повороте центра планетарного элемента на угол γ = πZ/(Z-1)
Известные способы преобразования движения применяются в объемных машинах с одной независимой степенью свободы вращательного движения с сопряженными элементами криволинейной формы, например, в механизмах с циклоидальным зацеплением /авторское свидетельство СССР N 205567/.For the planetary method of converting movement, the number of complete cycles of changing the volume of the chamber, limited by the curved surfaces of the rotor and the trochoidal surface of the stator per revolution of the drive shaft, is equal to the number of branches of the trochoid j = / Z-1 /, where Z = 2,3,4 ... - any integer equal to the number of intersection points of the inner and outer envelopes of the trochoid family. The number of moves of the rotor face, at which the volume of the working fluid varies from minimum to maximum, is 2j, each move occurs when the center of the planetary element is rotated through an angle γ = πZ / (Z-1)
Known methods of converting motion are used in volumetric machines with one independent degree of freedom of rotational motion with conjugate elements of curvilinear shape, for example, in mechanisms with cycloidal engagement / USSR copyright certificate N 205567 /.

Эти способы применяются в трохоидных объемных машинах, в которых в процессе движения сопряженных охватывающего и охватываемого элементов, имеющих внутренние или наружные трохоидные /циклоидные/ профили, происходят периодические изменения объема вытеснительных камер и различные термодинамические циклы /Бениович B.C., Апазиди Г.Д., Бойко А.М. Роторопоршневые двигатели. М. : Машиностроение, 1968 г./. These methods are used in trochoidal volumetric machines, in which, during the movement of conjugated female and male elements having internal or external trochoid / cycloid / profiles, periodic changes in the volume of displacement chambers and various thermodynamic cycles occur / Beniovich BC, Apazidi GD, Boyko A.M. Rotor piston engines. M.: Mechanical Engineering, 1968 /.

В известных объемных машинах взаимосвязанное движение охватывающего и охватываемого элементов обеспечивается механизмом синхронизации, а если на охватывающем элементе число формообразующих дуг профиля больше, чем на охватываемом элементе, то синхронизация обеспечивается путем самозацепления самих элементов, т.е. без применения специальных механизмов синхронизации. In known volumetric machines, the interconnected movement of the female and male elements is provided by the synchronization mechanism, and if on the female element the number of profile-forming arcs of the profile is larger than on the male element, then synchronization is achieved by self-locking of the elements themselves, i.e. without the use of special synchronization mechanisms.

Наиболее близким техническим решением к предложенному способу является способ преобразования движения в трохоидной объемной машине, включающий создание циклически изменяющихся замкнутых объемов между кинематически взаимодействующими элементами - ротором и корпусом - охватываемым и охватывающим элементами с циклоидными /трохоидными/ формами взаимодействующих геометрических поверхностей или при биротативном движении обоих упомянутых элементов /патент Франции N 2719874, 1995/. The closest technical solution to the proposed method is a method of converting movement in a trochoidal volumetric machine, including the creation of cyclically changing closed volumes between kinematically interacting elements - the rotor and the body - covered and covering elements with cycloid / trochoid / shapes of interacting geometric surfaces, or with the birotative movement of both of these elements / patent of France N 2719874, 1995 /.

Известные способы преобразования движения в объемных машинах с сопряженными элементами криволинейной формы, реализованные в объемных машинах, обладают ограниченными техническими возможностями, не позволяющими увеличить количество рабочих циклов, осуществляемых за один оборот /период обращения/ элементов вытеснительной пары, а также повысить КПД ввиду наличия реактивной силы на опорах неподвижного корпуса машины. Known methods for converting movement in volumetric machines with conjugate elements of a curvilinear shape, implemented in volumetric machines, have limited technical capabilities that do not allow to increase the number of duty cycles per revolution / period of revolution / elements of the displacing pair, as well as increase efficiency due to the presence of reactive force on the supports of the stationary body of the machine.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение технических и функциональных возможностей путем увеличения числа независимых степеней свободы вращательного движения до двух и числа рабочих циклов изменения объемов рабочих /вытеснительных/ камер за один оборот приводного вала с одновременным уменьшением значений суммарного махового момента и реакций на опорах объемной трохоидной машины. The problem to which the present invention is directed, is to expand the technical and functional capabilities by increasing the number of independent degrees of freedom of rotational motion to two and the number of working cycles of changing the volumes of working / displacing / chambers per revolution of the drive shaft while reducing the total flywheel moment and reactions on the supports of a volumetric trochoidal machine.

Для достижения указанного выше технического результата в известном способе преобразования движения в машине объемного расширения /вытеснения/, имеющей сопряженные элементы, ограниченные взаимоогибающими поверхностями, выполненными на одном из сопряженных элементов в виде криволинейной поверхности, а на другом - в виде наружной или внутренней огибающей семейства поверхностей, образованного с помощью вышеупомянутой криволинейной поверхности, заключающемся в том, что создают взаимосвязанные вращательные движения охватывающего и охватываемого сопряженных элементов с возможностью образования вытеснительных рабочих камер, и посредством звеньев синхронизирующей связи синхронизируют вращения охватывающего и охватываемого сопряженных элементов, осуществляют дифференциально связанные вращения двух вышеупомянутых сопряженных элементов вокруг своих осей и звена синхронизирующей связи два вращения из упомянутых выше являются независимыми друг от друга, причем угловые скорости вращении определяют из соотношения
K₁ω₁+K₂ω₂+ω₃= 0,
где
ω₁,ω₂ -угловые скорости вращения вокруг своих осей вышеупомянутых сопряженных элементов,
ω₃ - угловая скорость вращения звена синхронизирующей связи,
K₁, K₂ - постоянные коэффициенты связи,
при этом одновременно с вращением сопряженных элементов вокруг своих осей осуществляют дополнительно планетарное вращение любого из сопряженных элементов вокруг оси другого элемента, а величины угловых скоростей вращения сопряженных элементов выбирают из соотношения
(Z-1)ω₁-Zω₂+ω₀= 0,
где ω₁ - угловая скорость вращения вокруг своей оси элемента, поверхность которого выполнена в виде криволинейной поверхности,
ω₂ - угловая скорость вращения вокруг своей оси элемента, поверхность которого выполнена в форме внутренней или наружной огибающей семейства поверхностей, образованного с помощью вышеупомянутой криволинейной поверхности,
ω₀ - угловая скорость движения оси элемента, совершающего планетарное вращение,
Z - целое число, Z>1.To achieve the above technical result in a known method of converting movement in a volume expansion machine / extrusion / having paired elements bounded by mutually bending surfaces made on one of the paired elements in the form of a curved surface, and on the other in the form of an external or internal envelope of a family of surfaces formed by the aforementioned curved surface, which consists in creating interconnected rotational movements of the enveloping and covering of the mating conjugated elements with the possibility of forming displacement working chambers, and by means of synchronizing links synchronize the rotation of the female and male mating elements, carry out differentially coupled rotations of the two aforementioned mating elements around their axes and the synchronizing link two rotations of the above are independent of each other, the angular velocity of rotation is determined from the ratio
K ₁ ω ₁ + K ₂ ω ₂ + ω ₃ = 0,
Where
ω ₁ , ω _{2 are the} angular velocities of rotation around its axes of the aforementioned conjugate elements,
ω ₃ - the angular speed of rotation of the link synchronizing connection,
K ₁ , K ₂ - constant coupling coefficients,
at the same time as the conjugate elements rotate around their axes, an additional planetary rotation of any of the conjugate elements around the axis of the other element is carried out, and the angular rotational speeds of the conjugate elements are selected from the relation
(Z-1) ω ₁ -Zω ₂ + ω ₀ = 0,
where ω ₁ - the angular velocity of rotation around its axis of the element, the surface of which is made in the form of a curved surface,
ω ₂ - the angular velocity of rotation around its axis of the element, the surface of which is made in the form of an internal or external envelope of a family of surfaces formed using the aforementioned curved surface,
ω ₀ - the angular velocity of the axis of the element performing the planetary rotation,
Z is an integer, Z> 1.

Кроме этого, любые два вращения из вращений двух сопряженных элементов вокруг своих осей и звена синхронизирующей связи могут синхронизировать между собой. In addition, any two rotations from the rotations of two conjugate elements around their axes and the link of the synchronizing connection can synchronize with each other.

Кроме этого, передачу движения от одного элемента другому могут осуществлять путем введения в механическое соприкосновение криволинейные поверхности охватывающего и охватываемого сопряженных элементов с образованием при этом кинематической пары. Наиболее близким техническим решением к предложенному устройству является трохоидная объемная машина, содержащая корпус с основной осью, в котором расположены охватывающий и охватываемый сопряженные элементы с возможностью образования рабочих камер, синхронизирующая связь между сопряженными элементами, при этом один из сопряженных элементов выполнен с поверхностью в форме криволинейной поверхности, а другой элемент - в виде наружной или внутренней огибающей семейства вышеупомянутой криволинейной поверхности. In addition, the transfer of motion from one element to another can be carried out by introducing into mechanical contact the curved surfaces of the female and male conjugated elements with the formation of a kinematic pair. The closest technical solution to the proposed device is a trochoidal volumetric machine containing a housing with a main axis, in which are located the male and female mating elements with the possibility of forming working chambers, synchronizing the connection between the mating elements, while one of the mating elements is made with a surface in the form of a curvilinear surface, and another element in the form of an external or internal envelope of the family of the aforementioned curved surface.

Рабочие камеры образованы охватывающим и охватываемым элементами и двумя плоскими торцевыми стенками, синхронизатор образован зубчатой парой, включающей шестерни внешнего и внутреннего зацепления, при этом в корпусе размещен эксцентриковый вал с коренными шейками и ротор, имеющий несколько вершин с дугообразными сторонами, размещенный шарнирно на эксцентрике эксцентрикового вала и жестко соединенный с шестерней внутреннего зацепления, находящийся в постоянном зацеплении с шестерней внешнего зацепления торцевой стенки /Сухомлинов Р. М. Трохоидные роторные компрессоры. Изд. объединение Вища школа, Госуниверситет, Харьков, 1975 г., стр.70-71/. The working chambers are formed by female and male elements and two flat end walls, the synchronizer is formed by a gear pair including external and internal gears, and an eccentric shaft with root journals and a rotor having several vertices with arched sides pivotally mounted on the eccentric eccentric are placed in the housing. shaft and rigidly connected to the gear of the internal gear, which is in constant gear with the gear of the external gear of the end wall / Sukhomlinov . M. trochoid rotary compressors. Ed. Association Vishka School, State University, Kharkov, 1975, pp. 70-71 /.

Известное устройство обладает одной независимой степенью свободы вращательного движения и ограниченными техническими возможностями, не позволяющими увеличить количество рабочих циклов, осуществляемых за один оборот /период обращения/ элементов вытеснительной пары, а также повысить КПД ввиду наличия реактивной силы на опорах неподвижного корпуса машины. Так, например, в двигателе Ванкеля один полный цикл, равный четырем указанным рабочим циклам, осуществляется за три оборота эксцентрикового вала. Кроме того, у известных объемных трохоидных машин на опоры неподвижного корпуса действуют существенные статический реактивный и инерционный моменты, что снижает их надежность и долговечность. The known device has one independent degree of freedom of rotational movement and limited technical capabilities that do not allow to increase the number of work cycles carried out per revolution / period of revolution / elements of the displacing pair, as well as to increase the efficiency due to the presence of reactive force on the supports of the stationary body of the machine. So, for example, in a Wankel engine, one full cycle, equal to the four indicated duty cycles, is carried out in three turns of the eccentric shaft. In addition, the well-known volumetric trochoid machines on the supports of the stationary body are subject to significant static reactive and inertial moments, which reduces their reliability and durability.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение технических и функциональных возможностей путем увеличения числа независимых степеней свободы вращательного движения до двух и увеличения диапазона передаточных отношений механизмов с криволинейными элементами и увеличения числа рабочих циклов изменения объемов вытеснительных камер за один оборот приводного вала с одновременным уменьшением значений суммарного махового момента и реакций на опорах объемных трохоидных машин. The problem to which the present invention is directed, is to expand the technical and functional capabilities by increasing the number of independent degrees of freedom of rotational motion to two and increasing the range of gear ratios of mechanisms with curved elements and increasing the number of duty cycles for changing the volume of displacement chambers per revolution of the drive shaft with simultaneous a decrease in the total flywheel moment and reactions on the supports of volumetric trochoid machines.

Для достижения указанного выше технического результата в известной машине объемного расширения /вытеснения/, содержащей корпус с основной осью, охватывающий и охватываемый сопряженные элементы, установленные с возможностью образования рабочих камер, и синхронизатор, имеющий по меньшей мере одно звено, один из сопряженных элементов шарнирно установлен в корпусе или синхронизаторе с возможностью вращения вокруг основной оси, а второй сопряженный элемент установлен в синхронизаторе с возможностью планетарного вращения вокруг оси первого элемента, при этом один из сопряженных элементов выполнен с криволинейной поверхностью, а другой элемент - в виде наружной или внутренней огибающей семейства поверхностей, образованного с помощью вышеупомянутой криволинейной поверхности, синхронизатор установлен в корпусе с возможностью вращения относительно основной оси, при этом по меньшей мере один из сопряженных элементов и синхронизатор или по меньшей мере два сопряженных элемента связаны между собой с образованием кинематической цепи, установленной с возможностью синхронизации вращений двух сопряженных элементов вокруг своих осей или вращения одного из сопряженных элементов вокруг своей оси и вращения оси другого сопряженного элемента, совершающего планетарное вращение, вокруг основной оси, в соответствии с соотношением
K₁ω₁+K₂ω₂+ω₃= 0,
где ω₁,ω₂ - угловые скорости вращения вокруг своих осей вышеупомянутых сопряженных элементов,
ω₀ - угловая скорость вращения оси элемента, совершающего планетарное движение,
K₁, K₂ - постоянные коэффициенты связи, при этом любые два из трех вышеупомянутых вращений ω₀,ω₁,ω₂ независимы друг от друга.To achieve the above technical result in a known machine volume expansion / extrusion / containing a housing with a main axis, covering and covered mating elements installed with the possibility of forming working chambers, and a synchronizer having at least one link, one of the mating elements is pivotally mounted in the housing or synchronizer with the possibility of rotation around the main axis, and the second mating element is installed in the synchronizer with the possibility of planetary rotation around the axis of the first of the element, wherein one of the mating elements is made with a curved surface, and the other element is in the form of an external or internal envelope of a family of surfaces formed by the aforementioned curved surface, the synchronizer is mounted in the housing with the possibility of rotation about the main axis, while at least one of the conjugated elements and a synchronizer or at least two conjugated elements are interconnected with the formation of a kinematic chain, installed with the possibility of synchronization tion two rotations conjugated elements about their axes, or the rotation of one of the conjugated elements about their axis and the axis of rotation of another conjugated element committing planetary rotation around the main axis, in accordance with the relation
K ₁ ω ₁ + K ₂ ω ₂ + ω ₃ = 0,
where ω ₁ , ω ₂ - the angular velocity of rotation around its axes of the aforementioned conjugate elements,
ω ₀ - the angular velocity of rotation of the axis of the element making the planetary motion,
K ₁ , K ₂ - constant coupling coefficients, while any two of the three aforementioned rotations ω ₀ , ω ₁ , ω _{2 are} independent of each other.

Кроме этого, машина может быть снабжена дополнительным синхронизатором, связанным по крайней мере с любыми двумя из следующих частей объемной машины - синхронизатором, корпусом, сопряженными элементами. In addition, the machine can be equipped with an additional synchronizer associated with at least any two of the following parts of the volumetric machine - a synchronizer, a housing, paired elements.

Кроме этого, дополнительный синхронизатор может быть выполнен в виде передачи с передаточным отношением, равным плюс или минус единице, или механизма кругового поступательного движения одного из сопряженных элементов, или кулисного механизма, или инвертора направления вращения. In addition, the additional synchronizer can be made in the form of a transmission with a gear ratio equal to plus or minus one, or a circular translational movement of one of the paired elements, or a rocker mechanism, or an inverter of the direction of rotation.

Кроме этого, машина может быть снабжена дополнительной кинематической цепью, связанной с любыми двумя из следующих частей машины - синхронизатором, корпусом, сопряженными элементами с возможностью уменьшения на единицу количества независимых степеней свободы машины. In addition, the machine can be equipped with an additional kinematic chain associated with any two of the following parts of the machine - a synchronizer, a housing, paired elements with the possibility of reducing by one unit the number of independent degrees of freedom of the machine.

Кроме этого, дополнительная кинематическая цепь может быть выполнена в виде планетарной зубчатой передачи. In addition, the additional kinematic chain can be made in the form of a planetary gear train.

Кроме этого, один из сопряженных элементов выполнен с цилиндрическими цевками. In addition, one of the conjugate elements is made with cylindrical tsevok.

Кроме этого, она может быть снабжена устройствами передачи вращений, связанными по меньшей мере с двумя из следующих вращающихся частей машины: сопряженными элементами и дополнительным синхронизатором, и имеющими средства для соединения по меньшей мере с двумя вращающимися элементами внешних устройств. In addition, it can be equipped with rotation transmission devices associated with at least two of the following rotating parts of the machine: conjugated elements and an additional synchronizer, and having means for connecting at least two rotating elements of external devices.

Кроме этого, она может быть снабжена дополнительными охватывающими и охватываемыми сопряженными элементами, выполненными с вышеупомянутой криволинейной поверхностью или ограниченной огибающей семейства вышеупомянутой криволинейной поверхностью, установленными с возможностью образования дополнительных рабочих камер и с возможностью вращательного и планетарного движений, при этом все сопряженные элементы расположены или соосно рядом, или коаксиально в камерах друг относительно друга и связаны одни с другими. In addition, it can be equipped with additional female and male conjugate elements made with the aforementioned curved surface or a limited envelope of the family of the aforementioned curved surface, installed with the possibility of the formation of additional working chambers and with the possibility of rotational and planetary movements, while all the paired elements are located or coaxially side by side, or coaxially in the cameras relative to each other and are connected to one another.

Кроме этого, один из вышеупомянутых сопряженных элементов может быть жестко соединен с одним дополнительным сопряженным элементом, другой сопряженный элемент жестко соединен с вторым дополнительным сопряженным элементом, при этом упомянутые элементы установлены в рабочих камерах друг относительно друга коаксиально. In addition, one of the aforementioned conjugate elements can be rigidly connected to one additional conjugate element, the other conjugate element is rigidly connected to the second additional conjugate element, while these elements are installed in the working chambers relative to each other coaxially.

Кроме этого, охватывающие и охватываемые сопряженные элементы могут быть установлены с возможностью механического соприкосновения их криволинейных поверхностей и образования при этом кинематической пары. In addition, the male and female mating elements can be installed with the possibility of mechanical contact of their curved surfaces and the formation of a kinematic pair.

На фиг. 1 изображена схема, поясняющая способ преобразования движения в трохоидной объемной машине. In FIG. 1 is a diagram illustrating a method for converting motion in a trochoidal volumetric machine.

На фиг. 2 - поперечное сечение рабочих камер объемной машины с дополнительными охватывающими и охватываемыми элементами. In FIG. 2 is a cross section of the working chambers of a volumetric machine with additional female and male elements.

На фиг. 3 - продольный размер объемной машины, выполненной с круговым поступательным движением охватываемого элемента, профиль которого выполнен по внутренней огибающей. In FIG. 3 - the longitudinal size of the volumetric machine, made with a circular translational movement of the covered element, the profile of which is made along the inner envelope.

На фиг. 4 - сечение А-А по фиг. 3
На фиг. 5 - продольный размер объемной машины, выполненной с круговым поступательным движением охватываемого элемента, профиль которого выполнен по двухдуговой трохоиде.In FIG. 4 is a section AA in FIG. 3
In FIG. 5 is a longitudinal dimension of a volumetric machine made with a circular translational movement of the covered element, the profile of which is made on a two-arc trochoid.

На фиг. 6 - сечение Б-Б по фиг. 5
На фиг. 7 - продольный размер объемной машины, выполненной с круговым поступательным движением охватывающего элемента, профиль которого выполнен по двухдуговой трохоиде.In FIG. 6 is a section BB in FIG. 5
In FIG. 7 is a longitudinal dimension of a volumetric machine made with circular translational movement of the enclosing element, the profile of which is made on a two-arc trochoid.

На фиг. 8 - сечение В-В по фиг. 7
На фиг. 9 - продольный размер объемной машины с синхронизатором, выполненным в виде зубчатых колес с планетарным движением охватываемого элемента, профиль которого выполнен по внутренней огибающей.In FIG. 8 is a section BB of FIG. 7
In FIG. 9 is a longitudinal dimension of a volumetric machine with a synchronizer made in the form of gears with the planetary movement of the covered element, the profile of which is made along the internal envelope.

На фиг. 10 - сечение Г-Г по фиг.9. In FIG. 10 is a cross-section GG in Fig.9.

Предложенный способ преобразования движения в объемной машине, выполненной с сопряженными элементами криволинейной формы, осуществляется следующим образом. Создается взаимосвязанное вращение с двумя степенями свободы вращательного движения кинематически сопряженных охватывающего и охватываемого элементов и звеньев синхронизации, создается или планетарное вращение одного из сопряженных элементов, или создается биротативное вращение обоих вышеупомянутых элементов, ограниченных взаимоогибающими поверхностями, выполненными на одном их сопряженных элементов в виде циклоиды или трохоиды, эквидистанты вышеупомянутых поверхностей, криволинейной поверхности, близкой к вышеупомянутым, либо в форме фрагментов вышеупомянутых поверхностей, а на другом в виде наружной или внутренней огибающей семейства вышеупомянутых криволинейных поверхностей и образующие рабочие /вытеснительные/ камеры. The proposed method for converting motion in a volumetric machine made with conjugate elements of a curved shape is as follows. An interlocking rotation is created with two degrees of freedom of rotational motion of kinematically conjugated female and male elements and synchronization links, either a planetary rotation of one of the conjugate elements is created, or a biotic rotation of both of the above elements is created, limited by mutually bending surfaces made on one of their conjugated elements in the form of a cycloid or trochoid, equidistant of the aforementioned surfaces, a curved surface close to the aforementioned, or in the form of fragments of the above surface, and the other in the form of inner or outer envelope of a family aforementioned curved surfaces and forming a working / displacer / camera.

На представленном иллюстрационном материале в качестве охватывающего и охватываемого элементв представлены соответственно ротор и статор объемной машины. In the illustrated material, the rotor and stator of a volumetric machine are respectively represented as female and male elements.

В качестве примера реализации способа представлена объемная машина, в которой охватываемый элемент выполнен в виде ротора 1 /фиг. 1/ трехугловой формы, профиль которого выполнен по внутренней огибающей, Z = 3, профиль рабочей полости охватывающего элемента - статора 5 выполнен по двухдуговой эпитрохоиде. Ротор 1 перемещают планетарно, т.е. с угловой скоростью ω по окружности на угол θ вокруг центра О по окружности, проходящей через Точку О₁, а сам ротор вращают с угловой скоростью ω/3 вокруг своего центра О₁ в направлении, совпадающем с перемещением его центра по окружности, так что его три вершины A₁, A₂, A₃ скользят по эпитрохоиде статора, не отрываясь от нее. В планетарном режиме движения эпитрохоида статора 5 неподвижна.As an example of the method, a volumetric machine is presented in which the male element is made in the form of a rotor 1 / Fig. 1 / triangular shape, the profile of which is made along the inner envelope, Z = 3, the profile of the working cavity of the enclosing element - the stator 5 is made on a two-arc epitrochoid. The rotor 1 is moved planetary, i.e. with the angular velocity ω around the circle at an angle θ around the center O around the circle passing through Point O ₁ , and the rotor itself rotates with the angular speed ω / 3 around its center O ₁ in the direction coinciding with the movement of its center around the circle, so that three vertices A ₁ , A ₂ , A ₃ glide along the stator epitrochoid, without breaking away from it. In the planetary mode of motion of the epitrochoid of the stator 5 is stationary.

Вводится дополнительная независимая степень свободы вращательного движения сопряженных элементов, например, осуществляют три вращательных движения, два из которых выбирают независимо, а именно при планетарном движении одного из сопряженных элементов осуществляют дополнительно вращение второго сопрягаемого элемента вокруг его оси, а при биротативном вращении обоих сопряженных элементов осуществляют дополнительно планетарное движение одного из сопряженных элементов вокруг оси другого элемента, при этом устанавливают начальную фазу и направление каждого из вращений, а величины угловых скоростей вращений вышеупомянутых сопряженных элементов выбирают в соответствии с зависимостями

где ω₁ - угловая скорость вращения вокруг своей оси элемента, поверхность которого выполнена в форме вышеупомянутых криволинейных поверхностей, ω₂ - угловая скорость вращения вокруг своей оси элемента, поверхность которого выполнена в форме внутренней или наружной огибающей семейства вышеупомянутых криволинейных поверхностей, ω₃ - угловая скорость вращения звена синхронизирующей связи, ω₀ - угловая скорость движения оси элемента, совершающего планетарное движение, K₁, K₂- постоянные коэффициенты связи, Z - число вершин огибающей вышеупомянутого семейства криволинейных поверхностей, любое целое число, большее 1, К - любое действительное число.An additional independent degree of freedom of the rotational movement of the conjugated elements is introduced, for example, three rotational movements are carried out, two of which are chosen independently, namely, with the planetary motion of one of the conjugated elements, the second conjugated element is additionally rotated around its axis, and when the two conjugated elements are rotationally rotated, in addition, the planetary movement of one of the conjugate elements around the axis of another element, while setting the initial phase y and the direction of each of the rotations, and the angular velocity of rotation of the aforementioned conjugate elements is selected in accordance with the dependencies

where ω ₁ is the angular velocity of rotation around its axis of the element, the surface of which is made in the form of the aforementioned curved surfaces, ω ₂ is the angular velocity of rotation around its axis of the element, the surface of which is made in the form of an internal or external envelope of the family of the above curved surfaces, ω ₃ is the angular rotation speed of the synchronizing link, ω ₀ is the angular velocity of the axis of the element performing the planetary motion, K ₁ , K ₂ are constant coupling coefficients, Z is the number of vertices of the envelope above cramped family of curved surfaces, any integer greater than 1, K is any real number.

Добавляя к планетарному движению ротора биротативный вид движения, т.е. заставляем ротор и статор дополнительно вращаться вокруг своих центров О' и

в одном направлении, противоположном направлению планетарного движения ротора с угловыми скоростями - 2/3/ω /ротор/ и -ω /статор/.Adding to the planetary motion of the rotor a birotational type of motion, i.e. make the rotor and stator rotate around their centers O 'and

in one direction opposite to the direction of planetary motion of the rotor with angular velocities - 2/3 / ω / rotor / and -ω / stator /.

Ротор в этом случае приобретает суммарную скорость собственного вращения вокруг своего центра, равную ω/3-2/3ω = -ω/3, и угол поворота ψ = -θ/n вокруг

центр ротора

сохранит свою скорость движения по окружности +ω и угол θ, а статор приобретает скорость -ω . Это говорит о том, что вершины

треугольного ротора будут в этом случае описывать гипотрохоиду и скользить одновременно по вращающейся вокруг своего центра с угловой скоростью -ω эпитрохоиде статора, не отрываясь от нее. Цикл изменения одного замкнутого объема между ротором и статором уменьшается до - 45^o угла поворота ротора вокруг своего центра или, что соответствует + 135^o угла поворота центра ротора - и - 135^o угла поворота корпуса вокруг центра эпитрохоиды, т.е. цикл сократился по сравнению с известным ближайшим планетарным аналогом с неподвижной эпитрохоидой и трехвершинным ротором в два раза /соответственно возросло в два раза количество циклов за оборот/, а по сравнению с биротативной вращательной схемой - в четыре раза, что свидетельствует о возможности интенсификации термодинамических циклов при таком преобразовании движения.In this case, the rotor acquires the total speed of its own rotation around its center, equal to ω / 3-2 / 3ω = -ω / 3, and the rotation angle ψ = -θ / n around

rotor center

retains its speed of movement around the circle + ω and the angle θ, and the stator acquires the speed -ω. This suggests that the peaks

In this case, the triangular rotor will be described as a hypotrochoid and glide simultaneously along the stator epitrochoid rotating around its center with an angular velocity of -ω, without breaking away from it. The cycle of variation of one closed volume between the rotor and the stator decreases to - 45 ^{o the} angle of rotation of the rotor around its center or, which corresponds to + 135 ^{o the} angle of rotation of the center of the rotor - and - 135 ^{o the} angle of rotation of the body around the center of the epitrochoid, i.e. the cycle was reduced in comparison with the known closest planetary analogue with a fixed epitrochoid and a three-vertex rotor by a factor of two /, respectively, the number of cycles per revolution / increased by a factor of two /, and by four times in comparison with the biotic rotational scheme, which indicates the possibility of intensification of thermodynamic cycles when such a transformation of motion.

Кроме того, центр ротора и статор вращаются в противоположных направлениях, т. е. контрроторно, что позволяет значительно уменьшить суммарный кинетический и реактивный моменты машины. In addition, the rotor center and the stator rotate in opposite directions, i.e. counter-rotor, which can significantly reduce the total kinetic and reactive moments of the machine.

Цикл изменения рабочего объема в эпитрохоидной схеме с планетарным движением ротора /с внутренней огибающей/ с дополнительным вращением статора /эпитрохоиды/ на фиг. 1, равный 45^o, может быть получен при Z = 3 и двухдуговой эпитрохоиде при различных угловых начальных фазах центра ротора и соотношениях угловых скоростей элементов и их центров, в частности, соотношений угловых скоростей вращения элементов вокруг своих центров к угловой скорости центра элемента, совершающего планетарное движение, т.е. ω₁/ω₀ и ω₂/ω₀
В частности, при внутренней огибающей ротора 1 и эпитрохоиде статора 5 или при исходной гипотрохоиде ротора 1 и внешней огибающей семейства трохоид статора 5 планетарное движение ротора 1 может быть описано соотношением e_ц.р.+1/Z e_p, где e_ц.р. и e_p - единичные орты векторов угловой скорости центра ротора 1 и ротора. Добавим к этому движению биротативное вращение, описываемое выражением
K e_т.к.+K(Z-1)/Z e_p, получим K e_т.к+e_ц.р.+[1+K(Z-1)]/Z e_p.The cycle of changing the working volume in the epitrochoid scheme with planetary motion of the rotor / with internal envelope / with additional rotation of the stator / epitrochoid / in Fig. 1, equal to 45 ^o , can be obtained at Z = 3 and a two-arc epitrochoid for various angular initial phases of the rotor center and the ratios of the angular velocities of the elements and their centers, in particular, the ratios of the angular velocities of rotation of the elements around their centers to the angular velocity of the center of the element making planetary motion, i.e. ω ₁ / ω ₀ and ω ₂ / ω ₀
In particular, when the inner envelope of the rotor 1 and stator epitrochoid 5 or at initial hypotrochoid rotor 1 and the outer envelope of the stator 5 trochoids planetary motion of the rotor 1 can be described by the relation e _ts.r. + 1 / Z e _p , where e _ts.r. and e _p are the unit vectors of the angular velocity vectors of the center of the rotor 1 and the rotor. Add to this movement the birotational rotation described by the expression
K e _since + K (Z-1) / Z e _p , we get K e _{unnecessarily} + e _c. + [1 + K (Z-1)] / Z e _p .

Из приведенного следует, что при выполнении поверхности элемента, совершающего планетарное движение, в форме внутренней или наружной огибающей семейства криволинейных поверхностей, а поверхности элемента, совершающего вращение вокруг своего неподвижного центра, в форме криволинейных поверхностей, отношения угловой скорости элемента, совершающего вращение вокруг своего неподвижного центра и угловой скорости вращения /вокруг своего центра/ элемента, совершающего планетарное движение, к угловой скорости движения центра элемента, совершающего планетарное движение, равны соответственно K и [(Z-1)K+1]/Z. It follows from the above that when performing the surface of an element making a planetary motion in the form of an internal or external envelope of a family of curved surfaces, and the surface of an element rotating around its fixed center, in the form of curved surfaces, the ratio of the angular velocity of the element rotating around its fixed center and angular velocity of rotation / around its center / element performing planetary motion, to the angular velocity of the center of the element, ow Collapsing planetary motion, and K are respectively equal to [(Z-1) K + 1] / Z.

Так, например, Z = 3, планетарном движении охватываемого элемента ротора с внутренней огибающей и дополнительным вращением эпитрохоиды корпуса и ротора вокруг своих центров, имеем:
θ = 45^°, K = -5, K₁ = -5; K₂ = -3; цикл γ = 45^° поворота центра ротора.So, for example, Z = 3, the planetary movement of the covered rotor element with an internal envelope and an additional rotation of the epitrochoid of the housing and rotor around its centers, we have:
θ = 45 ^° , K = -5, K ₁ = -5; K ₂ = -3; cycle γ = 45 ^{° of} rotation of the rotor center.

θ = 135^° K = - 1; K₁ = -; K₂ = -1/3; цикл γ = 45^° поворота вокруг своего центра.θ = 135 ^° K = - 1; K ₁ = -; K ₂ = -1/3; cycle γ = 45 ^° rotation around its center.

Предложенный способ преобразования движения в механизме с сопряженными элементами криволинейной формы осуществляется дифференциально связанным вращением этих элементов и звена синхронизирующей связи, причем скорости их вращения устанавливают в соответствии с зависимостью
K₁ω₁+K₂ω₂+ω₃= 0,
где ω₁,ω_2/ - угловые скорости вращения вышеупомянутых элементов, ω₃ - угловая скорость вращения звена синхронизации, К₁, К₂ - постоянные коэффициенты связи, при этом величины любых двух скоростей выбирают произвольно. При этакой зависимости, указывающей на наличие у механизма двух степеней свободы, он работает в качестве дифференциального механизма.The proposed method for converting movement in a mechanism with conjugate elements of a curvilinear shape is carried out by differentially coupled rotation of these elements and a synchronizing link, and their rotation speeds are set in accordance with the dependence
K ₁ ω ₁ + K ₂ ω ₂ + ω ₃ = 0,
where ω ₁ , ω _{2 /} are the angular speeds of rotation of the above elements, ω ₃ is the angular speed of rotation of the synchronization link, K ₁ , K ₂ are constant coupling coefficients, and the values of any two speeds are chosen arbitrarily. With a kind of dependence, indicating that the mechanism has two degrees of freedom, it works as a differential mechanism.

Возможны следующие варианты преобразование движения механизма: 1/ без передачи движения между охватывающим и охватываемым элементами, в этом случае их движения определяются звеньями синхронизации без взаимодействия самих сопряженных элементов; 2/ с передачей вращения взаимодействующими сопряженными элементами, в этом случае криволинейные поверхности охватывающего и охватываемого элементов приводят в механическое соприкосновение, образуя кинематическую пару, и осуществляют посредством последней передачу движения между охватывающим и охватываемым элементами. The following options are possible: transformation of the movement of the mechanism: 1 / without transmission of movement between the female and male elements, in this case their movements are determined by synchronization links without the interaction of the conjugated elements themselves; 2 / with the transmission of rotation by interacting conjugate elements, in this case, the curved surfaces of the female and male elements are brought into mechanical contact, forming a kinematic pair, and the latter transfers the motion between the female and male elements.

В общем случае возможно осуществление кинематического сопряжения любого числа дополнительных охватывающих и охватываемых элементов, установленных в дополнительных устройствах синхронизации с возможностью вращательного и планетарного движений, при этом основные и дополнительные элементы могут быть расположены рядом и в полостях друг друга. In the general case, it is possible to carry out kinematic conjugation of any number of additional female and male elements installed in additional synchronization devices with the possibility of rotational and planetary movements, while the main and additional elements can be located side by side and in each other's cavities.

На фиг. 2 представлен пример реализации сопряжения шести криволинейных поверхностей четырех подвижных элементов. В этом варианте выполнения объемной машины на наружной поверхности охватывающего элемента - статора 5 выполнена дополнительная криволинейная поверхность 30. Причем, если внутренняя поверхность статора 5 выполнена в виде криволинейных поверхностей, то дополнительная наружная поверхность 30 охватывающего элемента - ротора 1 выполнена также в виде эквидистанты криволинейных поверхностей, а если внутренняя поверхность статора 5 выполнена в виде наружной огибающей семейства криволинейных поверхностей, то наружную поверхность ротора 1 выполняют в виде внутренней огибающей семейства криволинейных поверхностей. Дополнительно введен второй охватывающий элемент - ротор с поверхностями 27 и 31, коаксиально расположенный с первым охватываемым элементом - ротором 1. При этом внутренняя криволинейная поверхность 31 дополнительно охватывающего элемента выполнена сопряженной дополнительной пружиной поверхности 30 первого охватывающего элемента - статора 5. In FIG. 2 shows an example of the implementation of the pairing of six curved surfaces of four movable elements. In this embodiment, the volumetric machine on the outer surface of the enclosing element - the stator 5 has an additional curved surface 30. Moreover, if the inner surface of the stator 5 is made in the form of curved surfaces, the additional outer surface 30 of the enclosing element - the rotor 1 is also made in the form of equidistant curved surfaces and if the inner surface of the stator 5 is made in the form of an external envelope of a family of curved surfaces, then the outer surface of the rotor 1 is made form in the form of an internal envelope of a family of curved surfaces. Additionally introduced a second enclosing element - the rotor with surfaces 27 and 31, coaxially located with the first male element - the rotor 1. In this case, the inner curved surface 31 of the additional female element is made paired with an additional spring surface 30 of the first female element - the stator 5.

В приведенном варианте некоторые элементы жестко соединены друг с другом. Так, один из элементов - статор 5 жестко соединен с дополнительным элементом с криволинейной поверхностью 30, эквидистантной поверхности элемента- статора 5, или с поверхностью, очерченной огибающей семейства криволинейных поверхностей; другой элемент с поверхностью 31 жестко соединен с другим дополнительным элементом, выполненным с поверхностью 27, при этом все элементы с поверхностями 30, 31, 27, 29 коаксиально установлены в полостях друг друга. In the above embodiment, some elements are rigidly connected to each other. So, one of the elements - the stator 5 is rigidly connected to the additional element with a curved surface 30, the equidistant surface of the stator element 5, or with a surface outlined by the envelope of a family of curved surfaces; another element with surface 31 is rigidly connected to another additional element made with surface 27, while all elements with surfaces 30, 31, 27, 29 are coaxially mounted in each other's cavities.

Способ преобразования движения в объемной машине по фиг. 2 осуществляется так же, как по фиг. 1, но с учетом одновременного кинематического взаимодействия трех пар сопряженных поверхностей. The method for converting motion in the volumetric machine of FIG. 2 is carried out in the same way as in FIG. 1, but taking into account the simultaneous kinematic interaction of three pairs of conjugate surfaces.

Объемная машина, в которой реализован предложенный способ, представляет собой неподвижный корпус, содержащий охватывающий и охватываемый сопряженные элементы, выполненные соответственно в виде элементов с сопряженными поверхностями в форме циклоиды или трохоиды, или эквидистанты вышеупомянутых поверхностей, или криволинейной поверхности, близкой к вышеупомянутым, или в форме фрагментов названных поверхностей, при этом один из сопряженных элементов ограничен вышеупомянутой криволинейной поверхностью, а другой ограничен наружной или внутренней огибающей семейства вышеупомянутых криволинейных поверхностей, содержащий также корпус и устройство синхронизации - синхронизатор, механически связывающий между собой сопряженные элементы и неподвижный корпус. В этом механизме с двумя степенями свободы сопряженные элементы установлены с возможностью одновременного взаимосвязанного планетарного движения одного из вышеупомянутых элементов вокруг оси другого элемента и вращения шарнирно установленного в корпусе другого вышеупомянутого элемента вокруг своей оси. The volumetric machine in which the proposed method is implemented is a stationary housing containing male and female mating elements, respectively made in the form of elements with mating surfaces in the form of a cycloid or trochoid, or equidistant of the above surfaces, or a curved surface close to the above, or the form of fragments of these surfaces, while one of the conjugate elements is limited to the aforementioned curved surface, and the other is limited to the outer silt and an internal envelope of the family of the aforementioned curved surfaces, also comprising a housing and a synchronization device — a synchronizer mechanically linking the conjugate elements and the stationary housing. In this mechanism with two degrees of freedom, the conjugate elements are mounted with the possibility of simultaneous interconnected planetary movement of one of the aforementioned elements around the axis of another element and rotation of the other aforementioned element pivotally mounted in the housing about its axis.

Объемная машина снабжена дополнительным устройством синхронизации, дополнительно связывающим между собой: сопряженные элементы, основное устройство синхронизации и корпус. The volumetric machine is equipped with an additional synchronization device, additionally interconnecting: paired elements, the main synchronization device and the housing.

На фиг. 3,4 схематично изображена двухстепенная трохоидная объемная машина, включающая охватывающий элемент в виде статора 5 с трохоидной внутренней поверхностью и плоскими торцевыми стенками /на чертеже не показаны/, неподвижный корпус 6, синхронизирующая связь - кривошип 7 с коренными шейками, шарнирно размещенными в неподвижном корпусе 6, охватываемый элемент в виде ротора 1 с криволинейной наружной поверхностью, размещенный шарнирно на коленной шейке кривошипа 7, синхронизирующий элемент, выполненный в виде параллельных кривошипов 22, коренные шейки которых шарнирно размещены в неподвижном корпусе 6, а коленные шейки шарнирно размещены в роторе 1, причем радиусы кривошипа 7 и кривошипов 22 выбраны равными, а статор 5 установлен шарнирно в неподвижном корпусе 6 с возможностью вращения вокруг своей оси и механически связан с дополнительным механизмом синхронизации. Кривошип 7 соединен со статором 5 и с коренными шейками параллельных кривошипов 22 через механизм передачи вращения, например, редуктор или мультипликатор, имеющий зубчатые колеса 23, 24, 25, 26. Ротор 1 выполнен по форме в виде трехугловой внутренней огибающей, а статор 5 - в виде двухдуговой трохоиды. In FIG. 3.4 schematically shows a two-stage trochoidal volumetric machine, including a covering element in the form of a stator 5 with a trochoidal inner surface and flat end walls / not shown in the drawing /, fixed housing 6, synchronizing coupling - crank 7 with root necks pivotally mounted in a fixed housing 6, a male element in the form of a rotor 1 with a curved outer surface, pivotally mounted on the knee neck of the crank 7, a synchronizing element made in the form of parallel cranks 22 whose necks are pivotally placed in the fixed body 6, and the knee necks are pivotally placed in the rotor 1, and the radii of the crank 7 and cranks 22 are chosen equal, and the stator 5 is pivotally mounted in the fixed body 6 with the possibility of rotation around its axis and is mechanically connected with an additional synchronization mechanism . The crank 7 is connected to the stator 5 and to the main necks of the parallel cranks 22 through a rotation transmission mechanism, for example, a gearbox or a multiplier having gears 23, 24, 25, 26. The rotor 1 is shaped in the form of a three-angle internal envelope, and the stator 5 is in the form of a two-arc trochoid.

Работа в механизме происходит по схеме фиг.1, но с круговым поступательным движением ротора 1. При вращении кривошипа 7 кинематическая связь зубчатых колес 23, 24, 25, 26 обеспечивает вращение статора 5 с угловой скоростью, в два раза меньшей и в противоположном направлении по отношению к кривошипу 7. Ротор 1 благодаря параллельным кривошипам 22 совершает круговое поступательное движение. При Z = 3, трехугловом роторе 1 с внутренней огибающей и двухдуговой трохоиде статора 5 угловой цикл изменения замкнутых объемов равен γ = 90^° по углу поворота статора 5, т.е. полный цикл, включающий четыре такта, работы объемной машины происходят за один оборот статора 5.Work in the mechanism occurs according to the scheme of figure 1, but with a circular translational motion of the rotor 1. When the crank 7 rotates, the kinematic connection of the gears 23, 24, 25, 26 ensures the rotation of the stator 5 with an angular speed that is two times smaller and in the opposite direction along relative to the crank 7. The rotor 1 due to the parallel cranks 22 performs a circular translational motion. At Z = 3, a three-angle rotor 1 with an internal envelope and a two-arc trochoid of stator 5, the angular cycle of change in closed volumes is γ = 90 ^° along the rotation angle of stator 5, i.e. a full cycle, including four cycles, the work of a volumetric machine occurs in one revolution of the stator 5.

На фиг. 5 представлен вариант выполнения двухстепенной объемной машины, которая работает аналогично машине по фиг. 3, но в нем ротор 1 выполнен с наружной поверхностью в виде двухдуговой трохоиды, а статор 5 выполнен с внутренней поверхностью в виде трехдуговой наружной огибающей /Z=3/. В нем также ротор 1 размещен в кривошипе 22, обеспечивающем его круговое поступательное движение вокруг оси О, а статор 5 установлен шарнирно в корпусе с возможностью вращения. Однако в этом варианте ротор 1 и статор 5 образуют кинематическую пару, обеспечивающую самосинхронизацию, так как у него число формообразующих дуг /три/ на охватывающем элементе - статоре 5 больше, чем на охватываемом элементе - роторе 1, имеющем две дуги. В этом случае не требуется введение синхронизатора. In FIG. 5 shows an embodiment of a two-stage volumetric machine, which operates similarly to the machine of FIG. 3, but in it the rotor 1 is made with the outer surface in the form of a two-arc trochoid, and the stator 5 is made with the inner surface in the form of a three-arc external envelope / Z = 3 /. It also contains the rotor 1 in the crank 22, providing its circular translational motion around the axis O, and the stator 5 is pivotally mounted in the housing with the possibility of rotation. However, in this embodiment, the rotor 1 and the stator 5 form a kinematic pair that ensures self-synchronization, since it has a greater number of forming arcs / three / on the female element - stator 5 than on the male element - rotor 1, which has two arcs. In this case, the introduction of a synchronizer is not required.

Объемная машина работает следующим образом. Volumetric machine works as follows.

При вращении кривошипа 7 /фиг.5/ ротор 1 совершает круговое поступательное движение в синхронизирующем элементе - системе параллельных кривошипов 22. При движении ротора 1 происходит самозацепление ротора 1 с внутренней поверхностью статора 5, вследствие чего статор 5 увлекается ротором 1 и вращается в ту же сторону, что и кривошип 7. Соотношение угловых скоростей вращения вала кривошипа 7 и статора 5 равно 3/1/. When the crank 7 / Fig. 5/ is rotated, the rotor 1 makes a circular translational motion in the synchronizing element - a system of parallel cranks 22. When the rotor 1 moves, the rotor 1 is self-engaged with the inner surface of the stator 5, as a result of which the stator 5 is carried away by the rotor 1 and rotates into the same side, as the crank 7. The ratio of the angular velocity of rotation of the shaft of the crank 7 and the stator 5 is 3/1 /.

В изменяющихся в процессе вращения вала кривошипа 7 замкнутых объемах между ротором 1, статором 5 и плоскими торцевыми стенками /не показаны/ могут быть осуществлены термодинамические циклы объемных машин. В частности, четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания реализуется в механизме фиг. 5 за один оборот статора 5, что позволяет осуществлять газораспределение в замкнутых объемах представленной на фиг. 5 машины с помощью золотника /не показано/ на неподвижном корпусе. In the closed volumes changing during the rotation of the crank shaft 7 between the rotor 1, the stator 5 and the flat end walls / not shown / can be carried out thermodynamic cycles of volumetric machines. In particular, the four-stroke cycle of an internal combustion engine is implemented in the mechanism of FIG. 5 for one revolution of the stator 5, which allows gas distribution in confined spaces shown in FIG. 5 machines using a spool / not shown / on a fixed housing.

На фиг. 7, 8 представлен другой вариант выполнения трохоидной машины с двумя степенями свободы, включающего двухдуговой статор 5 трохоидной формы с центром 0 и плоскими торцевыми стенками /не показаны/, трехдуговой ротор 1 с криволинейной поверхностью, установленный в полости статора 5, неподвижный корпус 6, механизм синхронизации движений ротора 1 и статора 5. Синхронизатор выполнен в виде параллельных кривошипов 22, коренные шейки которых шарнирно размещены в неподвижном корпусе 6, а коленные шейки шарнирно размещены в статоре 5, при этом статор имеет возможность совершать круговое поступательное движение, центр которого совмещен с осью О - О вала ротора 1, установленного шарнирно в неподвижном корпусе 6 с возможностью вращения вокруг своей оси О - О и кинематически связанного с синхронизирующим элементом в виде кривошипов 22 через механизм передачи вращения, например, редуктор или мультипликатор, имеющий зубчатые колеса 23, 24. In FIG. 7, 8 shows another embodiment of a trochoidal machine with two degrees of freedom, including a two-arc stator 5 of a trochoid shape with a center 0 and flat end walls / not shown /, a three-arc rotor 1 with a curved surface mounted in the cavity of the stator 5, a stationary case 6, a mechanism synchronization of the movements of the rotor 1 and the stator 5. The synchronizer is made in the form of parallel cranks 22, the root necks of which are pivotally placed in a fixed housing 6, and the knee necks are pivotally placed in the stator 5, while the stator has the ability to make a circular translational motion, the center of which is aligned with the axis O - O of the shaft of the rotor 1, mounted pivotally in a fixed housing 6 with the possibility of rotation around its axis O - O and kinematically connected to the synchronizing element in the form of cranks 22 through a rotation transmission mechanism, for example, a gearbox or a multiplier having gears 23, 24.

Работа объемной машины фиг. 7 проходит по схеме фиг.1, но при круговом поступательном движении статора 5. В этой машине при вращении ротора 1 зубчатые колеса 23,24 обеспечивают вращение коренных шеек одинарных кривошипов 22, жестко соединенных с зубчатыми колесами 24 с эксцентриситетом "e", с угловой скоростью, например, при Z=3, в три раза большей скорости вала ротора 1. Поскольку трохоидный корпус 5 шарнирно размещен, как в подвесе, в коленных шейках кривошипов 22, то при вращении кривошипов 22 статор 5 совершает круговое поступательное движение, что соответствует схеме фиг.1 в случае вращательного движения ротора 1 и кругового поступательного движения статора 5. The operation of the volumetric machine of FIG. 7 passes according to the scheme of FIG. 1, but with a circular translational motion of the stator 5. In this machine, when the rotor 1 rotates, the gears 23,24 provide rotation of the root necks of the single cranks 22, rigidly connected to the gears 24 with an eccentricity “e”, with an angular speed, for example, at Z = 3, three times the speed of the rotor shaft 1. Since the trochoid housing 5 is pivotally mounted, as in the suspension, in the knee necks of the cranks 22, then when the cranks 22 rotate, the stator 5 performs a circular translational motion, which corresponds to the scheme figure 1 in cl tea rotational motion of the rotor 1 and the stator circular translational motion 5.

В вариантах выполнения машины, показанных на фиг. 3,5,7, выбор величины эксцентриситета "e" не влияет на величины диаметров синхронизирующих зубчатых колес 23,24,25, 26, что позволяет применять такие схемы при работе машины в режиме двигателя внутреннего сгорания с воспламенением сжатия, где величина e обычно мала. In the embodiments of the machine shown in FIG. 3,5,7, the choice of the eccentricity value "e" does not affect the diameters of the synchronizing gears 23,24,25,26, which allows the use of such schemes when the machine is operating in the mode of an internal combustion engine with compression ignition, where the value of e is usually small .

На фиг 9,10 представлена трохоидная машина с двумя степенями свободы, включающая статор 5 трохоидной формы и плоскими торцевыми стенками /не показаны/, трехугловой ротор 1 с криволинейной наружной поверхностью, неподвижный корпус 6, синхронизирующую связь, выполненную в виде кривошипа 7, коренные шейки которого шарнирно размещены в неподвижном корпусе 6 с возможностью вращения, и пары зубчатых колес 3 и 4, находящихся в постоянном зацеплении, одно из которых соединено с ротором 1, а другое - со статором 5, дополнительный механизм синхронизации - синхронизатор, выполненный в виде зубчатых колес 2 и 8, последнее из которых -внутреннего зацепления, соединено с неподвижным корпусом 6, а другое - внешнего зацепления, установлено на роторе 1. Подвижные трохоидный статор 5, трехугловой ротор 1 на эксцентрике, два зубчатых колеса 2 и 3 на роторе 1, зубчатое колесо 4 на трохоидном статоре 5 и неподвижное зубчатое колесо 8 образуют контрроторную трохоидную объемную машину. Fig. 9.10 shows a trochoidal machine with two degrees of freedom, including a trochoidal stator 5 and flat end walls / not shown /, a three-angle rotor 1 with a curved outer surface, a stationary case 6, a synchronization link made in the form of a crank 7, root necks which are pivotally placed in the stationary housing 6 with the possibility of rotation, and pairs of gears 3 and 4, which are in constant engagement, one of which is connected to the rotor 1, and the other to the stator 5, an additional synchronization mechanism - with the synchronizer, made in the form of gears 2 and 8, the last of which is internal gearing, is connected to the fixed housing 6, and the other is external gearing, mounted on the rotor 1. Moving trochoid stator 5, three-angle rotor 1 on the cam, two gears 2 and 3 on the rotor 1, the gear 4 on the trochoid stator 5 and the stationary gear 8 form a counter-rotational trochoid volumetric machine.

Работа трохоидной объемной машины происходит следующим образом. При вращении эксцентрикового вала кривошипа 7 зубчатое колесо 2 ротора 1 обкатывается по внутренней поверхности неподвижного зубчатого колеса 8 и заставляет ротор 1 совершать планетарное движение. Зубчатое колесо 3 вращает зубчатое колесо 4 трехоидного статора 5, который вращается контрроторно по отношению к валу кривошипа 7. Изменения рабочих объемов камер между ротором 1, статором 5 и плоскими торцевыми стенками статора 5 происходят в два раза чаше, чем в прототипе, а вершины ротора описывают гипотрохоиду и одновременно скользят по эпитрохоиде. The operation of the trochoid volumetric machine is as follows. When the eccentric shaft of the crank 7 rotates, the gear wheel 2 of the rotor 1 rolls around the inner surface of the stationary gear wheel 8 and causes the rotor 1 to make a planetary motion. The gear wheel 3 rotates the gear wheel 4 of the trioidal stator 5, which rotates counter-rotor with respect to the crank shaft 7. Changes in the working volumes of the chambers between the rotor 1, the stator 5 and the flat end walls of the stator 5 occur in half the bowl than in the prototype, and the rotor tops describe a hyprochoid and at the same time glide along the epitrochoid.

В данном случае использован синхронизатор, выполненный в виде пары зубчатых колес 2 и 8. Возможно выполнение синхронизатора в виде кулисного механизма с вращающейся кулисной или инвертора направления вращения /не показаны/. In this case, a synchronizer is used, made in the form of a pair of gears 2 and 8. It is possible to make a synchronizer in the form of a rocker mechanism with a rotating rocker or an inverter of the direction of rotation / not shown /.

Ротор 1 и статор 5 в других вариантах выполнения объемной машины могут быть выполнены в виде элементов цевочного зацепления, колеса с цилиндрическими цевками и зубчатого колеса с циклоидальной огибающей. The rotor 1 and the stator 5 in other embodiments of the volumetric machine can be made in the form of elements of a pinion gear, a wheel with cylindrical pin, and a gear wheel with a cycloidal envelope.

В общем случае два вращающихся элемента трохоидной машины, в том числе с контрроторным вращением, могут быть связаны посредством передаточных механизмов с вращающимися элементами внешних устройств или механизмов, при этом передача вращающихся моментов может осуществляться как от трохоидной машины к внешнему устройству, так и в обратном направлении. Такая связь может осуществляться, например, с контрроторной турбиной, компрессором или контрроторной электрической машиной. In the general case, two rotating elements of a trochoidal machine, including counter-rotational rotation, can be connected via transmission mechanisms to rotating elements of external devices or mechanisms, while the transmission of torque can be carried out both from the trochoidal machine to an external device and in the opposite direction . Such communication may be carried out, for example, with a counter-rotor turbine, a compressor or a counter-rotary electric machine.

Трохоидная машина может быть снабжена золотником, установленным с возможностью скольжения по торцевой или цилиндрической поверхности одного из сопряженных элементов /не показан/. The trochoidal machine can be equipped with a slide valve mounted for sliding along the end or cylindrical surface of one of the conjugated elements (not shown).

Преимущество изобретения заключается в уменьшении угловой протяженности термодинамических циклов, уменьшении махового результирующего момента и реакции на опорах машины, улучшении литровых удельных показателей машины при реализации двухстепенного контрроторного и других вариантов способа работы объемной машины и двухстепенной объемной машины по изобретению. An advantage of the invention is to reduce the angular length of the thermodynamic cycles, reduce the resultant rotational moment and the reaction on the machine supports, improve the liter specific performance of the machine when implementing the two-stage counter-rotor and other variants of the method of operation of the volumetric machine and the two-stage volumetric machine according to the invention.

Claims

1. A method of converting movement in a volume expansion (extrusion) machine having mating elements bounded by mutually bending surfaces made on one of the mating elements in the form of a curved surface, and on the other in the form of an external or internal envelope of a family of surfaces formed using the aforementioned curved surface, consisting in the fact that they create interconnected rotational movements of the female and male conjugated elements with the possibility of forming a protrusion of working chambers, and by means of synchronizing links synchronize the rotation of the female and male conjugated elements, characterized in that they carry out differentially connected rotations of the two aforementioned conjugate elements around their axes and the synchronizing link, the two rotations of the above are independent of each other, and the angular rotation speeds are determined from the relation
K ₁ ω ₁ + K ₂ ω ₂ + ω ₃ = 0,
where ω ₁ , ω ₂ - the angular velocity of rotation around its axes of the aforementioned conjugate elements;
ω ₃ - the angular speed of rotation of the link synchronizing connection;
K ₁ , K ₂ - constant coupling coefficients,
at the same time as the conjugate elements rotate around their axes, an additional planetary rotation of any of the conjugate elements around the axis of the other element is carried out, and the angular rotational speeds of the conjugate elements are selected from the relation
(z-1) ω ₁ -zω ₂ + ω ₀ = 0,
where ω ₁ is the angular velocity of rotation around its axis of the element, the surface of which is made in the form of a curved surface;
ω ₂ - the angular velocity of rotation around its axis of the element, the surface of which is made in the form of an internal or external envelope of a family of surfaces formed using the aforementioned curved surface;
ω ₀ is the angular velocity of the axis of the element performing the planetary rotation;
z is an integer, z> 1.

2. The method according to claim 1, characterized in that any two rotations from the rotations of two conjugate elements around their axes and the link synchronizing communication synchronize with each other.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the transfer of motion from one element to another is carried out by introducing into the mechanical contact the curved surfaces of the female and male conjugated elements with the formation of this kinematic pair.

4. A machine for volume expansion (extrusion), comprising a housing with a main axis, covering and covering mating elements installed with the possibility of forming working chambers, and a synchronizer having at least one link, one of the mating elements is pivotally mounted in the housing or synchronizer with the possibility of rotation around the main axis, and the second conjugate element is installed in the synchronizer with the possibility of planetary rotation around the axis of the first element, while one of the conjugate elements is made with a curve a linear surface, and another element in the form of an external or internal envelope of a family of surfaces formed by the aforementioned curved surface, characterized in that the synchronizer is mounted in the housing for rotation about the main axis, with at least one of the paired elements and the synchronizer or at least two conjugate elements are interconnected with the formation of a kinematic chain installed with the ability to synchronize the rotation of two conjugate wok elements yz their axes or rotation of one of the conjugated elements about their axis and the axis of rotation of another conjugated element committing planetary rotation around the main axis in accordance with the relation
K ₁ ω ₁ + K ₂ ω ₂ + ω ₀ = 0,
ω ₁ , ω ₂ - the angular velocity of rotation around its axes of the aforementioned conjugate elements;
ω ₀ is the angular velocity of rotation of the axis of the element making the planetary motion;
K ₁ , K ₂ - constant coupling coefficients, while two of the three above-mentioned rotations ω ₀ , ω ₁ , ω _{2 are} independent of each other.

5. The machine according to claim 4, characterized in that it is equipped with an additional synchronizer associated with at least any two of the following parts of the volumetric machine - a synchronizer, a housing, associated elements.

6. The machine according to claim 5, characterized in that the additional synchronizer is made in the form of a transmission with a gear ratio equal to plus or minus one, or a circular translational motion mechanism of one of the conjugate elements, or a rocker mechanism, or an inverter of direction of rotation.

7. The machine according to claim 4, 5, or 6, characterized in that it is equipped with an additional kinematic chain associated with any two of the following parts of the machine — a synchronizer, a housing, and associated elements with the possibility of reducing by one unit the number of independent degrees of freedom of the machine.

8. The machine according to claim 7, characterized in that the additional kinematic chain is made in the form of a planetary gear.

9. The machine according to claim 4, or 5, or 6, or 7, or 8, characterized in that one of the conjugate elements is made with cylindrical fore-ends.

10. The machine according to claim 4, or 5, or 6, or 7, or 8, or 9, characterized in that it is equipped with rotation transmission devices associated with at least two of the following rotating parts of the machine: conjugated elements and an additional synchronizer and having means for connecting at least two rotating elements of external devices.

11. The machine according to claim 4, or 5, or 6, or 7, or 8, or 9, or 10, characterized in that it is equipped with additional covering and covered mating elements made with the aforementioned curved surface or a limited envelope of the family of the aforementioned curved surface installed with the possibility of the formation of additional working chambers and with the possibility of rotational and planetary movements, while all the mating elements are either coaxially adjacent or coaxial in the chambers relative to each other connected one with the other.

12. The machine according to claim 11, characterized in that one of the aforementioned conjugate elements is rigidly connected to one additional conjugate element, the other conjugate element is rigidly connected to the second additional conjugate element, while said elements are coaxially mounted in the working chambers relative to each other.

13. The machine according to claim 4, or 5, or 6, or 7, or 8, or 9, or 10, or 11, or 12, characterized in that the female and male elements are installed with the possibility of mechanical contact of their curved surfaces and the formation of a kinematic pair.