Результат интеллектуальной деятельности: ЗАЦЕПЛЕНИЕ ВИНТОВОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к компрессорной технике, а именно к винтовым компрессорам и может быть использовано в расширительных машинах.

Известно зацепление винтовой машины с асимметричным профилем зубьев ведущего и ведомого роторов, в котором профиль тыльной по ходу вращения части впадины, являющийся профилем ножки зуба ведомого ротора, плавно сопряжен с его наружной окружностью, а соответствующий участок профиля зуба ведущего ротора выполнен по кривой обкатки зуба ведущего ротора по профилю зуба ведомого ротора, причем кривая профиля ведомого ротора в пределах начальной окружности выполнена в виде удлиненной эпициклоиды, образованной кривой качения вершины зуба ведущего ротора (см. Авторское свидетельство SU 1401158, опубликовано 07.06.1988).

Известно, что основными критериями для оценки профилей служат энергетические и весогабаритные показатели, определяя длину линии контакта, величину треугольной щели, защемленный объем и площадь впадины между зубьями роторов.

Одним из недостатков известного зацепления является высокая величина угла давления. Как известно, в месте контакта винтов возникают потери энергии, связанные с трением поверхностей друг о друга. С уменьшением угла давления эти потери уменьшаются, увеличивается нагрузочная способность, так как уменьшающиеся потери энергии приводят к уменьшению изнашивания зубьев.

Другим недостатком такого профиля является увеличенная треугольная щель между полостями сжатия (при вхождении соответствующих пар зубьев в зацепление), что приводит к увеличению перетечек между полостями сжатия, снижения коэффициента подачи и КПД. Треугольная щель является минимальным сечением пространственного канала сложной конфигурации, который соединяет соседние полости сжатия, если линия контакта винтов в точке не доходит до гребня расточки корпуса. Через треугольную щель газ из полости с более высоким давление перетекает в полость с более низким давлением. Стенки щели в этой плоскости образуются боковыми поверхностями ведущего и ведомого роторов и гребнем расточки корпуса.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД машины, уменьшение потерь энергии в местах контакта, а также уменьшение перетечки между полостями сжатия.

Указанный технический результат достигается за счет использования зубчатого зацепления винтовой машины с асимметричным профилем зубьев ведущего и ведомого роторов, в котором профиль тыльной по ходу вращения части впадины, являющийся профилем ножки зуба ведомого ротора, плавно сопряжен с его наружной окружностью, а соответствующий участок профиля зуба ведущего ротора выполнен по кривой обкатки зуба ведущего ротора по профилю зуба ведомого ротора, причем кривая профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора в пределах начальной окружности представляет собой удлиненную эпициклоиду, образованную кривой качения вершины зуба ведущего ротора, при этом сопряжение профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора с наружной окружностью выполнено через сопряженные друг с другом участки петель лемнискат Бер-нулли, одна из которых сопряжена с наружной окружностью ведомого ротора, а другая - с удлиненной эпициклоидой.

Кроме того, сопряжение участков петель лемнискат Бернулли может быть выполнено посредством отрезка прямой, концы которого лежат на центрах соответствующих лемнискат Бернулли и который лежит на прямой, проходящей через ось вращения ведомого ротора.

Кроме того, участки соответствующих петель соответствующих лемнискат Бернулли могут быть сопряжены непосредственно, при этом центры лемнискат Бернулли совпадают, а касательная к лемнискатам Бернулли в точке их сопряжения друг с другом проходит через ось вращения ведомого ротора.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен профиль тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора; на фиг.2 - то же с изображением петель лемнискат Бернулли, на фиг.3 показан профиль тыльной по ходу вращения стороны зуба ведущего ротора.

Зубчатое зацепление винтовой машины, например, компрессора с асимметричным профилем зубьев ведущего и ведомого роторов имеет зубья с выпуклыми и вогнутыми поверхностями. Выпуклую форму имеют зубья ведущего ротора, а вогнутую - зубья ведомого ротора, причем впадины соседних зубьев ведомого ротора образуют тыльную и переднюю по ходу вращения стороны. Кривая профиля тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора в пределах начальной окружности d_2H выполнена в виде удлиненной эпициклоиды 1, образованной кривой качения вершины зуба ведущего ротора. Эпициклоида 1 плавно сопряжена с наружной окружностью d₂ зуба. Сопряжение эпициклоиды 1 с наружной окружностью d₂ зуба осуществляется через участок петли 2 первой лемнискаты Бернулли, отрезок 3 прямой и участок петли 4 второй лемнискаты Бернулли. Концы отрезка 3 расположены в пределах начальной окружности d_2H и лежат на центрах соответствующих лемнискат Бернулли в точках Е₂ и G₂. Участок G₂H₂ петли 2 первой лемнискаты Бернулли плавно сопрягает один конец (точка G₂) отрезка 3 с наружной окружностью d₂ ведомого ротора в точке Н₂. Участок F₂E₂ петли 4 второй лемнискаты Бернулли плавно сопрягает другой конец (точка Е₂) отрезка 3 с эпициклоидой 1 в точке F₂ (фиг.2).

Профиль зубьев ведомого и ведущего роторов выполнен таким образом, что обеспечивается наилучшее обтекание профиля зуба ведущего ротора с наилучшим углом контакта (давления), т.е. с его уменьшенным значением. В результате уменьшается треугольная щель между полостями большего и меньшего давления.

Таким образом, тыльная по ходу вращения часть впадины зуба ведомого ротора описана следующими кривыми: отрезком 3 прямой, расположенной под углом α к оси О₂А₂, двумя лемнискатами Бернулли и эпициклоидой 1, являющейся профилем ножки зуба ведомого ротора и лежащей на участке A₂F₂.

Участок A₂F₂ выполнен в виде удлиненной эпициклоиды, образованной точкой A₁ наружной окружности d₁ ведущего ротора при качении его начальной окружности d_1H по начальной окружности d_2H ведомого ротора;

Участок G₂H₂ петли 2 первой лемнискаты Бернулли описывается уравнением . Оси первой лемнискаты повернуты относительно отрезка 3 на угол 45°, а пересечение осей совпадает с точкой G₂, что обеспечивает плавное сопряжение с отрезком 3.

Ось второй лемнискаты Бернулли повернута относительно отрезка 3 на угол -45°, а пересечение осей совпадает с точкой Е₂, что обеспечивает плавное сопряжение с отрезком 3.

Участок профиля зуба ведущего ротора выполнен по кривой обкатки зуба ведущего ротора по профилю зуба ведомого ротора. Так, профиль тыльной стороны зуба ведущего ротора имеет следующие участки (фиг.3): участок A₁E₁ выполнен по огибающей участка F₂E₂ второй лемнискаты Бернулли; участок E₁G₁ выполнен по огибающей отрезка E₂G₂, участок G₁H₁ выполнен по огибающей участка G₂H₂ первой лемнискаты Бернулли.

Кроме того, в вариантном выполнении профиль тыльной по ходу вращения части впадины ведомого ротора может быть описана следующими кривыми: эпициклоидой 1 и двумя лемнискатами Бернулли, участки петель которых сопряжены друг с другом непосредственно так, что центры данных лемнискат Бернулли совпадают, а касательная к лемнискатам Бернулли в точке их сопряжения друг с другом проходит через ось вращения ведомого ротора.

Благодаря такому формированию профилей зубьев с меньшим углом давления, уменьшающим потери энергии в месте контакта, и уменьшенной площадью треугольной щели, уменьшающей перетечки между полостями сжатия, обеспечивается повышение КПД машины.