RU2031248C1

RU2031248C1 - Rotor-blade engine

Info

Publication number: RU2031248C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Шалаев; М.Г. Артемьев; Г.П. Белов; А.Ф. Кузенный; Г.Ф. Оноприенко; О.Л. Осухов
Original assignee: Авиационный научно-технический комплекс "Крыло"
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: blades are mounted on coaxially mounted shafts and separate the space of a housing into chambers of alternative volume. A mechanism for coupling the blades comprises levers rigidly connected with the shafts and planet gear transmission made up as solar gear rigidly secured to the housing and satellite gear. Two satellite gears are mounted on carrier coupled with the output shaft of the engine and lever through a crank mechanism. The gear ratio of the satellite and solar gear is equal to 1:2n, where n is an integer number. The lengths of the levers, radii of the cranks and angle of the blade openings are related by a relationship available in the invention description. EFFECT: enhanced efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для производства роторно-лопастных двигателей. The invention relates to engine building and can be used for the production of rotary vane engines.

Известен роторно-лопастной двигатель, содержащий полый корпус, в котором на соосных валах расположены лопасти, делящие полость корпуса на камеры переменного объема и механизм связи лопастей (см. а.с.N 1318704). Known rotary vane engine containing a hollow body, in which on the coaxial shafts there are blades dividing the body cavity into chambers of variable volume and the communication mechanism of the blades (see A.S.N 1318704).

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сути является роторно-лопастной двигатель, содержащий полый корпус, в котором на соосных валах расположены лопасти, делящие полость корпуса на камеры переменного объема и механизм связи лопастей, выполненный в виде механизма связи Кауэрца (см.Гуськов Г.Г. Необычные двигатели. М.: Знание, 1971, с.25). Closest to the claimed invention in technical essence is a rotary vane engine containing a hollow housing in which blades are located on the coaxial shafts, dividing the housing cavity into chambers of variable volume and the blade communication mechanism, made in the form of a Kauerz communication mechanism (see Guskov G. G. Unusual Engines.M .: Knowledge, 1971, p.25).

Механизм Кауэрца состоит из рычагов, жестко связанных с валами лопастей, и планетарной зубчатой передачи, состоящей из солнечной шестерни, жестко связанной с корпусом двигателя, и сателлитной шестерни, установленной на одном из рычагов. Второй рычаг связан с помощью кривошипно-шатунного механизма с сателлитной шестерней. Соотношение числа зубьев сателлитной и солнечной шестерен равно 1:3. The Kauerz mechanism consists of levers rigidly connected to the shafts of the blades, and a planetary gear transmission, consisting of a sun gear rigidly connected to the motor housing, and a satellite gear mounted on one of the levers. The second lever is connected by means of a crank mechanism with a satellite gear. The ratio of the number of teeth of the satellite and sun gears is 1: 3.

Недостатками данного роторно-лопастного двигателя является то, что минимальный и максимальный объемы камер при работе образуется в трех точках относительно корпуса, то есть для реализации четырехкратного цикла двигателя требуется сложный механизм газораспределения. Так как один вал лопастей связан через рычаг с осью вращения сателлитной шестерни, возможность увеличения угла раскрытия лопастей при заданных размерах рычагов и кривошипно-шатунного механизма ограничена. The disadvantages of this rotary vane engine is that the minimum and maximum volumes of the chambers during operation are formed at three points relative to the housing, that is, a complex gas distribution mechanism is required to implement a four-time engine cycle. Since one shaft of the blades is connected through the lever with the axis of rotation of the satellite gear, the possibility of increasing the angle of the opening of the blades for a given size of the levers and the crank mechanism is limited.

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

, где l_p - длина рычага;
α - угол раскрытия лопастей;
l_ш - длина шатуна;
R_к - радиус кривошипа;
l - межосевое расстояние между осью вращения водила и осями вращения сателлитных шестерен.The goal is achieved by the fact that in the known rotary vane engine containing a hollow body, the blades mounted on coaxial shafts and dividing the body cavity into chambers of variable volume, as well as a blade communication mechanism including levers rigidly connected to the blade shafts, and a planetary gear consisting of a sun gear rigidly connected to the body and satellite gears, at least two satellite gears are mounted on a carrier connected to the engine output shaft, and each satellite gear is associated with assistance th crank mechanism with the corresponding lever, and the ratio of the number of teeth of the satellite and sun gears is 1: 2n, where n is an integer. The leverage lengths are associated with the radii of the cranks and the angle of the opening of the blades by the ratio:
l _p = R _к / sin α / 4, and the lengths of the connecting rods are related to the interaxial distance between the axis of rotation of the carrier and the axes of rotation of the satellite gears and the angle of the blades by the ratio:
l _w =

where l _p is the length of the lever;
α is the angle of the blades;
l _W - the length of the connecting rod;
R _to - the radius of the crank;
l is the center distance between the axis of rotation of the carrier and the axis of rotation of the satellite gears.

В отличие от прототипа, где один вал лопастей, связанный с осью вращения сателлитной шестерни, вращается равномерно, а второй, связанный с сателлитной шестерней через кривошипно-шатунный механизм, в процессе работы периодически догоняет или отстает от первого, в заявляемом двигателе оба вала периодически расходятся и сходятся, при этом угол раскрытия лопастей у заявляемого двигателя в два раза больше, чем у прототипа, при одинаковых размерах рычагов и звеньев кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, поскольку соотношение числа зубьев сателлитной и солнечной шестерен равно 1: 2n, где n - целое число, количество точек относительно неподвижного корпуса, в которых камеры занимают максимальный и минимальный объем, кратно четырем и для реализации четырехкратного цикла не требуется сложный газораспределительный механизм. То есть четырехкратный цикл может быть организован соответствующим расположением впускных и выпускных окон. Приведенные соотношения размеров рычагов, шатунов, кривошипов, расстояний между осью вращения водила и между осями вращения сателлитных шестерен, а также угла раскрытия лопастей обеспечивает то, что длительность такта равна 180^о поворота сателлитной шестерни вокруг собственной оси. Этим достигается то, что во всех камерах организуется равномерный периодический процесс сжатия и расширения.In contrast to the prototype, where one shaft of the blades associated with the axis of rotation of the satellite gear rotates evenly, and the second, connected with the satellite gear through the crank mechanism, periodically catches up with or lags behind the first, in the inventive engine, both shafts periodically diverge and converge, while the opening angle of the blades of the inventive engine is two times larger than that of the prototype, with the same dimensions of the levers and links of the crank mechanism. In addition, since the ratio of the number of teeth of the satellite and sun gears is 1: 2n, where n is an integer, the number of points relative to the fixed body, in which the chambers occupy the maximum and minimum volume, is a multiple of four, and a complex gas distribution mechanism is not required to implement a four-time cycle. That is, a four-time cycle can be organized by the corresponding arrangement of the inlet and outlet windows. The given ratios of the sizes of the levers, connecting rods, cranks, the distances between the axis of rotation of the carrier and between the axes of rotation of the satellite gears, as well as the angle of the opening of the blades, ensure that the cycle time is 180 ^{about the} rotation of the satellite gear around its own axis. This achieves the fact that in all chambers a uniform periodic process of compression and expansion is organized.

На фиг. 1 изображен двигатель, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - расчетная схема для определения соотношения размеров звеньев механизма связи. In FIG. 1 shows an engine, a longitudinal section; figure 2 - section aa in fig. 1; figure 3 is a section bB in figure 1; figure 4 is a design diagram for determining the aspect ratio of the links of the communication mechanism.

Роторно-лопастной двигатель состоит из полого корпуса 1 с крышками 2, имеющими впускное 3 и выпускное 4 окна и свечу 5 зажигания, внутри корпуса 1 помещены попарно связанные между собой лопасти 6,7 и 8,9, вращающиеся на соосных валах 10,11. Механизм преобразования движения лопастей состоит из солнечной шестерни 12, связанной с корпусом двигателя, рычагов 13, 14, каждый из которых связан с соответствующим валом лопастей, сателлитных шестерен 15-18 с кривошипами 19-22. Сателлитные шестерни 15-18 установлены в отверстиях водила 23, связанного с выходным валом 24, а кривошипы 19-22 связаны с соответствующим плечами рычагов 13,14 через оси 25-28 шатунами 29-32. The rotary vane engine consists of a hollow housing 1 with covers 2 having an inlet 3 and an outlet 4 windows and a spark plug 5, inside the housing 1 are placed blades 6,7 and 8,9 pairwise interconnected, rotating on coaxial shafts 10,11. The mechanism for converting the movement of the blades consists of a sun gear 12 connected to the motor housing, levers 13, 14, each of which is connected with the corresponding shaft of the blades, satellite gears 15-18 with cranks 19-22. Satellite gears 15-18 are installed in the holes of the carrier 23 connected to the output shaft 24, and the cranks 19-22 are connected to the corresponding shoulders of the levers 13,14 through the axles 25-28 of the rods 29-32.

Роторно-лопастной двигатель работает следующим образом. В начальный момент лопасти 6-9, вращаясь по часовой стрелке, занимают положение, показанное на фиг.2. При этом в камерах между лопастями 6 и 9 закончился процесс всасывания рабочей смеси через окно 3; между лопастями 7 и 8 закончился процесс расширения рабочей смеси; между лопастями 7 и 9 закончился выпуск отработанных газов через окно 4; между лопастями 6 и 8 закончился процесс сжатия рабочей смеси. Rotary vane engine operates as follows. At the initial moment of the blade 6-9, rotating clockwise, occupy the position shown in figure 2. Moreover, in the chambers between the blades 6 and 9, the process of suction of the working mixture through the window 3 has ended; between the blades 7 and 8 the process of expansion of the working mixture ended; between the blades 7 and 9 the exhaust of exhaust gases through the window 4 has ended; between the blades 6 and 8 ended the process of compression of the working mixture.

В этот момент происходит воспламенение рабочей смеси в камере между лопастями 6 и 8 от свечи 5 зажигания. Давление воспламенившихся газов действует на лопасти 6 и 8 и посредством валов 10 и 11 передается на рычаги 13 и 14, через оси 25 и 26, шатуны 29 и 30 на кривошипы 19 и 20. В результате кривошипы 19 и 20 поворачивают сателлитные шестерни 15 и 16 вокруг осей последних. При этом сателлитные шестерни 15, 16 обкатывают солнечную шестерню 12 и вращают водило 23 и связанный с ним выходной вал 24. При вращении сателлитных шестерен 15, 16 вокруг собственных осей угол между плечами рычагов 13, 14, связанных с этими шестернями, увеличивается и, следовательно, увеличивается угол между лопастями 6 и 8 и лопастями 7 и 9, а углы между лопастями 6 и 9 и лопастями 7 и 8 уменьшаются. При этом в камерах между лопастями происходят следующие процессы: между лопастями 6 и 8 - расширение рабочей смеси; между лопастями 7 и 8 - выпуск отработанной смеси через окно 4; между лопастями 7 и 9 - всасывание свежей смеси через окно 3; между лопастями 6 и 9 - сжатие свежей смеси. At this point, the working mixture ignites in the chamber between the blades 6 and 8 from the spark plug 5. The pressure of flammable gases acts on the blades 6 and 8 and through the shafts 10 and 11 is transmitted to the levers 13 and 14, through the axes 25 and 26, the connecting rods 29 and 30 to the cranks 19 and 20. As a result, the cranks 19 and 20 rotate the satellite gears 15 and 16 around the axes of the latter. In this case, the satellite gears 15, 16 run around the sun gear 12 and rotate the carrier 23 and the associated output shaft 24. When the satellite gears 15, 16 rotate around their own axes, the angle between the arms of the levers 13, 14 associated with these gears increases and, therefore , the angle between the blades 6 and 8 and the blades 7 and 9 increases, and the angles between the blades 6 and 9 and the blades 7 and 8 are reduced. Moreover, in the chambers between the blades the following processes occur: between the blades 6 and 8 - the expansion of the working mixture; between the blades 7 and 8 - the release of the spent mixture through the window 4; between the blades 7 and 9 - the absorption of the fresh mixture through the window 3; between blades 6 and 9 - compression of the fresh mixture.

При повороте подвижных шестерен вокруг собственных осей на 180о лопасть 6 займет положение, занимаемое лопастью 8, лопасть 8 - положение, занимаемое лопастью 7, лопасть 7 - положение лопасти 9, а лопасть 9 - положение лопасти 6. В камерах между лопастями заканчиваются следующие процессы: 6,9 - сжатие свежей смеси; 6,8 - расширение рабочей смеси; 7,8- выпуск отработанных газов; 7,9 - выпуск свежей смеси. When the movable gears rotate around their own axes 180 °, the blade 6 will occupy the position occupied by the blade 8, the blade 8 will be the position occupied by the blade 7, the blade 7 will be the position of the blade 9, and the blade 9 will be the position of the blade 6. In the chambers between the blades the following processes end: 6.9 - compression of the fresh mixture; 6.8 - expansion of the working mixture; 7.8 - exhaust emissions; 7.9 - release of a fresh mixture.

В этот момент происходит воспламенение рабочей смеси от свечи 5 в камере между лопастями 6 и 9. Давление рабочей смеси действует на лопасти 6 и 9 и описанным выше способом приводит во вращение сателлитные шестерни, которые, обкатываясь вокруг солнечной шестерни 12, вращают водило 23 и связанный с ним выходной вал 24. At this moment, the working mixture ignites from the candle 5 in the chamber between the blades 6 and 9. The pressure of the working mixture acts on the blades 6 and 9 and, as described above, drives the satellite gears, which, rolling around the sun gear 12, rotate the carrier 23 and connected with it the output shaft 24.

Таким образом, при работе двигателя происходит поочередное всасывание, сжатие, воспламенение и расширение рабочей смеси и выхлоп отработанных газов во всех четырех объемах, заключенных между лопастями. Thus, when the engine is running, alternating suction, compression, ignition and expansion of the working mixture and exhaust exhaust occur in all four volumes enclosed between the blades.

При работе двигателя угол между соседними лопастями изменяется от некоторого минимального β₁ до максимального β₂.When the engine is running, the angle between adjacent blades varies from a certain minimum β ₁ to maximum β ₂ .

Как видно на фиг.4, угол между лопастями становится минимальным (β₁) , когда рычаг 13 занимает положение АА₁, а рычаг 14 - положение DD₁, и максимальным (β₂ ) когда рычаг 13 займет положение ВВ₁, а рычаг 14 - положение СС₁.As can be seen in figure 4, the angle between the blades becomes minimal (β ₁ ) when the lever 13 is in position AA ₁ , and the lever 14 is in position DD ₁ , and maximum (β ₂ ) when the lever 13 is in position BB ₁ , and the lever 14 - position SS ₁ .

Таким образом, угол раскрытия лопастей равен
α = β₂ - β₁ , где α - суммарный угол раскрытия лопастей.Thus, the angle of the blades is equal to
α = β ₂ - β ₁ , where α is the total opening angle of the blades.

Угол раскрытия каждой пары лопастей равен α /2. The opening angle of each pair of blades is equal to α / 2.

Рассмотрим равнобедренный треугольник АОВ, опустим из вершины 0 на сторону АВ высоту ОМ. Тогда AO= AM/Sin

,
так, как АО = l_p - длина плеча рычага; АМ = Rк - радиус кривошипа.Consider the isosceles triangle AOW, lower the height OM from the vertex 0 to the side AB. Then AO = AM / Sin

,
so, as AO = l _p is the length of the lever arm; AM = Rk is the radius of the crank.

R_р= R_к/sin

Из треугольника МО₁О по теореме Пифагора
MO₁ =

,
так как 00₁ = l - межосевое расстояние между осью вращения водила и осью вращения подвижной шестерни;
МО₁ = l_ш - длина шатуна, а из треугольника АОМ
OM = AM/tg

или OM = R_к/ tg

l_ш =

Как следует из вышесказанного, для обеспечения заданного угла раскрытия лопастей α при заданных радиусе кривошипа R_к и межосевом расстоянии между осью вращения водила и осью вращения шестерне l длина каждого плеча рычага должна быть равна
l_р= R_к/ sin

, а длина шатунов должна равняться
l_ш =

, где R_к - радиус кривошипа;
α - угол раскрытия лопастей.R _p = R _to / sin

From the triangle MO ₁ 0 by the Pythagorean theorem
MO ₁ =

,
since 00 ₁ = l is the center distance between the axis of rotation of the carrier and the axis of rotation of the movable gear;
MO ₁ = l _W - the length of the connecting rod, and from the triangle AOM
OM = AM / tg

or OM = R _k / tg

l _w =

As follows from the foregoing, to ensure a given angle of opening of the blades α for a given radius of the crank R _to and the center distance between the axis of rotation of the carrier and the axis of rotation of the gear l, the length of each lever arm must be equal
l _p = R _to / sin

, and the length of the connecting rods should be equal
l _w =

where R _to - the radius of the crank;
α is the angle of the blades.

Использование заявляемого изобретения упрощает реализацию в двигателе четырехкратного цикла, улучшается смесеобразование, повышается равномерность движения за счет более равномерного распределения нагрузок, повышаются удельные характеристики двигателя. The use of the claimed invention simplifies the implementation of the fourfold cycle in the engine, improves the mixture formation, increases the uniformity of movement due to a more uniform distribution of loads, increases the specific characteristics of the engine.

Claims

A ROTOR-VANE ENGINE containing a hollow body, blades mounted on coaxial shafts and dividing the body cavity into chambers of variable volume, as well as a blade communication mechanism including levers rigidly connected to the blade shafts, and a planetary gear train consisting of a sun gear, rigidly associated with the housing and satellite gears, characterized in that at least two satellite gears are mounted on a carrier connected to the output shaft of the engine and using a crank mechanism with levers, and the ratio of the number of teeth of the satellite and sun gears is 1: 2 n, where n is an integer, the lengths of the levers are connected with the radii of the cranks and the angle of the blades by the ratio

where l _p is the length of the lever;
R _to - the radius of the crank;

- the angle of the blades,
and the lengths of the connecting rods are connected with the interaxial distance l between the axis of rotation of the carrier and the axes of rotation of the satellite gears, the radius of the crank and the angle of opening of the blades by the ratio