Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
РОТО ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
в. с. б£ниав№, г. д. ал аз иди, а. м. бойко
РОТОПОРШНЕВЫЕ
ДВИГАТЕЛИ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ Москва 19^8
УДК 621.437
Ротрпоршневые двигатели. В. С. Бениович, Г. Д. *■ а з и д и. А, М. Бойко. М., «Машиностроение». ifBB. 151 с.
В «виге даны описание конструкции и некоторые результаты испытаний ротопоршневых двигателей схемы Ванкеля.
Излагаются основы геометрического, кинематического и динамического расчета двигателей этого типа и приводятся рекомендации по выбору их параметров.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, специализирующихся в области двигателей 'внутреннего сгорания.
Табл. J2, илл, 98, библ. 52 назв.
Рецензент канд. техн, наук И. К- Агеев
121-68
ПРЕДИСЛОВИЕ
В течение последних десятилетий предпринимались многочисленные попытки создать ротопоршневой двигатель внутреннего сгорания. С 1964 г. началось серийное производство рото- поршневых двигателей конструкции Ванкеля. В конце 1964 г. -фирма НСУ приступила к выпуску легкового автомобиля с таким двигателем. Интенсивная подготовка к производству рото- поршневых двигателей ведется в ряде социалистических и капиталистических стран.
Развитие ротопоршневых двигателей вызывает значительный интерес в широких кругах инженерно-технических работников, Однако информация об этих двигателях носит отрывочный и не всегда достоверный характер.
В книге изложены вопросы, связанные с -конструкцией и исследованием двигателей Ванкеля, и даны основы разработанного авторами геометрического, кинематического и динамического расчета этих двигателей. Тепловой расчет ротопоршне- вых -двигателей в книге не рассматривается. ПринципнальЕю он не отличается от теплового расчета поршневых двигателей, но имеет ряд специфических особенностей, для уточнения которых необходимо накопление большего экспериментального материала.
Введение и раздел «Определение параметров ротопоршневых двигателей» написаны В. С. Бениовичем, раздел «Конструкция и исследование ротопоршневых двигателей» — А. М. Бойко и Г. Д. Апазидн.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время поршневые двигатели внутреннего сгорания представляют собой наиболее распространенный источник механическом энергии. За многие десятилетия своего развития поршневой двигатель достиг высокой степени совершенства. Однако поршневой двигатель обладает существенным недостатком —необходимостью преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала. В связи с этим по некоторым показателям (простоте конструкции, габаритным размерам и массе, числу оборотов и вибрациям) поршневой двигатель значительно уступает двигателям, в которых осуществляется только вращательное движение, например, турбинам. '
Газовая турбина быстро вытеснила поршневой двигатель в авиации и заняла ведущее положение в области легких двигателей большой мощности. Но при малых мощностях и переменных режимах работы, характерных для автомобилей и тракторов, топливная экономичность турбины оказывается слишком низкой. Работы по газотурбинным двигателям (ГТД) автотракторного типа интенсивно ведутся уже в течение многих лет. По мере совершенствования жаропрочных материалов и отдельных агрегатов ГТД к. =п. д. этих двигателей постепенно возрастает, однако процесс создания экономичного ГТД малой мощности затянется, по-видимому, надолго. Кроме того, развитие автотракторных ГТД происходит в направлении усложнения их конструкции и значительного увеличения числа оборотов, вследствие чего теряется основное преимущество этих двигателей — простота устройства.
Недостатки схемы двигателя, в котором поступательное движение преобразуется во вращательное, были очевидны давно. Еще Джеймс Уатт в 1782 г. пытался спроектировать паровую машину роторного типа, т. е. такую машину, в которой ротор (поршень), воспринимающий давление рабочего тела, совершает не поступательное, а вращательное движение. Схема роторной машины Уатта показана на рис. 1.
В 1799 г. Мердок построил роторную паровую машину, которая использовалась для привода станков и водокачек. Гелоуэй
в 1846 г. сконструировал биротативную машину мощностью 16 л. с. при 480 об(мин, эта машина была установлена на судне. Созданием паровых машин роторного типа занимались и другие изобретатели.
Роторные паровые машины не оказали заметной конкуренции поршневым паровым машинам главным образом из-за не
совершенства уплотнения рабочих отсеков между ротором и корпусом. Еще более острой проблема
Рис. 1. Схема роторной лерозой машины Уатта {1782 г.)Рис. 1. Схема роторной лерозой машины Уатта {1782 г.)надежных уплотнений оказалась в двигателях внутреннего сгорания с вращающимся поршнем — ротопорш- невых двигателях.
Рис. 1. Схема роторной лерозой машины Уатта {1782 г.)
Рис. 1. Схема роторной лерозой машины Уатта {1782 г.)
Развитие поршневых двигателей сопровождалось бесчисленными попытками создания ротопоршневого двигателя (РПД). Предлагались схемы двигателей коловратного типа с радиальными уплотнениями, расположенными в роторе или в корпусе; двигателей с поворачивающимися или утапливаемыми заслонками, аналогичных роторной машине Уатта; двигателей с двумя роторами, работающих по принципу шестеренчатого насоса; двигателей, подобных ком-
прессорам Рут; двигателей с тороидальными цилиндрами круглого и прямоугольного сечения, в которых несколько групп поршней совершают неравномерное вращение, преобразуемое
различными механизмами в равномерное вращение вала; двигателей с планетарным движением ротора; двигателей с рабочими полостями, уплотняемыми слоем вращающейся жидкости.
Многие из предложенных схем РПД имели серьезные недостатки: неравномерное движение рабочих органов, вызывающее значительные инерционные нагрузки и требующее сложного механизма преобразования этого движения в равномерное вращение вала; неблагоприятные условия работы деталей системы уплотнении, вследствие чего эти детали подвергаются высоким тепловым и механическим нагрузкам; сложную конфигурацию зазоров между поверхностями рабочих камер, затрудняющую их герметизацию; наличие механизмов газораспределения со специальными приводами, усложняющих конструкцию двигателя; неудачные п термодинамическом отношении форму и характер изменения объема рабочих камер и др.
К наиболее удачным схемам РПД относятся схемы с циклоидальными формами роторов и рабочих полостей. В этих схемах использованы свойства эпи- и гипотрохоид {укороченных эпи- и гипоциклоид). Обычно такие кривые получают при движении
точки, лежащей внутри окружности, которая катится без скольжения по внешней или внутренней стороне неподвижной окружности. В РПД образование эпитрохоиды связано с обкатыванием шестерней внутреннего зацепления неподвижной шестерни внешнего зацепления, а образование гипотрохоиды — с обкаты-
Рис. 2. Образование трохоид в ротрлopшнебом двигателе: а — эпитрохоидат:Д -2:3; б— гипотрохоида Л:г-3:2Рис. 2. Образование трохоид в ротрлopшнебом двигателе: а — эпитрохоидат:Д -2:3; б— гипотрохоида Л:г-3:2
Рис. 2. Образование трохоид в ротрлopшнебом двигателе: а — эпитрохоидат:Д -2:3; б— гипотрохоида Л:г-3:2
Рис. 2. Образование трохоид в ротрлopшнебом двигателе: а — эпитрохоидат:Д -2:3; б— гипотрохоида Л:г-3:2
Рис. 3. Внутренняя и внешняя огибающие семейства эпитрохоид г ; /?=2 : 3Рис. 3. Внутренняя и внешняя огибающие семейства эпитрохоид г ; /?=2 : 3
Рис. 3. Внутренняя и внешняя огибающие семейства эпитрохоид г ; /?=2 : 3
Рис. 3. Внутренняя и внешняя огибающие семейства эпитрохоид г ; /?=2 : 3
ванием шестерней внешнего зацепления неподвижной шестерни внутреннего зацепления. В обоих случаях производящая точка должна лежать вне движущейся окружности (рис. 2). Радиусы окружностей г и R должны относиться как целые числа, отличающиеся на единицу (1:2, 2:3, 3:4 и т. д.).
Обкатывая построенную кривую вместе с неподвижной окружностью вокруг подвижной окружности, получаем семейство кривых, имеющее внешнюю и
внутреннюю огибающие (рис. 3). Если контуром рабочей полости РПД служит трохоида, то контур ротора образуется внутренней огибающей. Если за контур рабочей полости принять внешнюю огибающую, то контуром ротора будет трохоида.
Между поверхностями рабочей полости и ротора образуются
пространства переменного объема — рабочие камеры, в которых могут осуществляться различные термодинамические циклы. Пластины радиальных уплотнений, скользя по трохоиде, остаются неподвижными относительно пазов, в которых они рас- 6
[сложены. Поэтому пластины могут лишь незначительно вы- •тупать из пазов и подвергаться минимальным тепловым и механическим нагрузкам. Аналогичные условия работы радиальных уплотнений могут быть обеспечены и при использовании контуров, образованных некоторыми другими кривыми, однако существенное преимущество эпи- и гипотрохоид заключается в том, что их образование связано только с вращательными движениями, вследствие этого кинематическая схема циклоидальных РПД чрезвычайно проста. Большое значение имеет также благоприятный для протекания рабочего процесса характер изменения объема рабочих камер.
В циклоидальных двигателях могут вращаться ротор или корпус, или и ротор и корпус. В двух первых случаях ротор пли корпус совершают планетарное движение — вращаются вместе с подвижной шестерней вокруг ее центра, который, в свою очередь, вращается вокруг центра неподвижной шестерни. В последнем случае получаем биротативный двигатель, в котором ротор и корпус вращаются вокруг неподвижных осей, проходящих через центры шестерен, с числами оборотов, соответствующими передаточному отношению шестерен. Единственное преимущество этой схемы состоит в отсутствии неуравновешенных сил инерции. Однако биротативная схема и схема с вращающимся корпусом очень неудобны и требуют решения ряда сложных конструктивных проблем. Значительно проще схема с вращающимся ротором, несмотря на то, что вследствие планетарного движения ротора возникает центробежная сила инерции, для уравновешивания которой необходимы противовесы.
Когда контур рабочей полости выполняется по трохоиде, а контур ротора—по внутренней огибающей, радиальные уплотнения размешаются в вершинах ротора и все рабочие камеры при вращении ротора движутся по контуру полости. Каждый такт происходит в определенном месте рабочей полости, и газообмен может осуществляться через окна, расположенные в соответствующих местах рабочей полости и перекрываемые ротором.
Когда контур рабочей полости образуется внешней огибающей, а контур ротора—трохоидой, радиальные уплотнения помещаются в вершинах контура рабочей полости. Рабочие камеры не перемещаются вдоль контура полости, и каждая камера в случае четырехтактного цикла должна иметь газораспределительное устройство со специальным приводом, что сильно усложняет конструкцию двигателя.
Схема с внешней огибающей не требует механизма газораспределения, если вращается корпус, а ротор неподвижен. В таком двигателе рабочие камеры перемещаются по контуру ротора и газообмен может производиться через окна, расположенные в роторе.
Таблица I
С внуТ'репнейогибающейС внуТ'репнейогибающейL 2/г" зL 2/г" зяя2424г 4г 4L 5R " 6"L 5R " 6"г 67г 67
С внуТ'репнейогибающей
С внуТ'репнейогибающей
L 2
/г" з
L 2
/г" з
я
я
2
4
2
4
г 4
г 4
L 5
R " 6"
L 5
R " 6"
г 6
7
г 6
7
С внешней
_R_ г
2
Т
г
_ 2.
~ 2
г
4, - 3
_5 г
— 4
г
6, ~ 5
огибающей
лкж7
Гипотрохоидные схемы
r2Л _2Л. .212_2ЛL
г2г 3г 4।г 5гС>
С внеш-нейогибаю-щей
Среди различных схем циклоидальных РПД наиболее простой является схема с неподвижным корпусом, вращающими ротором и внутренней огибающей. Биротативная схема и схема с вращающимся корпусом сложны и неудобны, а схема с неподвижным корпусом и внешней огибающей требует механизма газораспределения. В гипотрохоидных схемах с внешней ош- бающей максимальные степени сжатия, которые практичесш могут быть достигнуты, в большинстве случаев недостаточш для бензиновых ДВС.
Классификация циклоидальных ротопоршневых двигатели приведена в табл. 1. Кроме того, как уже отмечалось, все шк- лоидальные РПД могут быть с вращающимися ротором или корпусом, а также биротатив- ными.
В двигателях с неподвижным корпусом вал отбора мощности, проходящий через центр рабочей полости, имеет эксцентрик, на котором вращается ротор. Ротор и эксцентриковый вал вращаются в одном направлении в элитро- хоидных схемах с внутренней огибающей и гипотрохоидных схемах с внешней огибающей и в противоположных направлен» ях в гипотрохоидных схемах с
Внутренней огибающей И ЭПИ- Рис. 4. Схема ротолоршнеюго трохоидных схемах С внешней Двигателя Амплебая (1908 г.) огибающей.
Благодаря отмеченным выше преимуществам циклоидальных схем, связанным с оптимальными условиями работы газоных уплотнений и благоприятным характером изменений рабочего объема, а также простоте конструкции (только две подвижные детали, совершающие равномерное вращательное движение), отсутствию вспомогательных механизмов и полной уравневе- шенности, достигаемой при помощи противовесов, циклоидальные РПД являются наиболее прогрессивными из предложенных схем РПД.
С начала текущего столетия различные варианты РПД циклоидального типа проектировались многими изобретателями В 1902 г. Кули (США) взял патент на некоторые циклоидальные схемы для роторных паровых машин. В 1908 г. англичанин Амплебай преобразовал паровую машину Кули в двигатель внутреннего сгорания. Двигатель Амплебая (рис. 4) биротагив- ный: в нем вращаются ротор, образованный двухдуговой эпитрохоидой, и корпус, рабочая поверхность которого очерчена внешней огибающей. В двигателе Грея и Драммонда (Англия, 1909 г.) ротор и рабочая полость образованы теми же кривыми,
Ряс. 5, Схема ротопоршнаеого двигателя Грея и Драммонда (1909 г.)Ряс. 5, Схема ротопоршнаеого двигателя Грея и Драммонда (1909 г.)Рис. 6. Схема ротолоршне- всго деягателя Сансо деЛево (1936 г.)Рис. 6. Схема ротолоршне- всго деягателя Сансо деЛево (1936 г.)
Ряс. 5, Схема ротопоршнаеого двигателя Грея и Драммонда (1909 г.)
Ряс. 5, Схема ротопоршнаеого двигателя Грея и Драммонда (1909 г.)
Рис. 6. Схема ротолоршне- всго деягателя Сансо де
Лево (1936 г.)
Рис. 6. Схема ротолоршне- всго деягателя Сансо де
Лево (1936 г.)
но корпус неподвижен, а ротор совершает планетарное движение. Двигатель имеет золотниковое газораспределение (рис, 5). О работе РПД Амплебая и Грея—Драммонда сведений нет.
В 1923 г. Валлиндср и Скоог (Швеция) получили патент на схему РПД, контуром рабочей полости которого является шестиугольная гипотрохоида, а пятиконечный ротор выполнен
по внутренней огибающей. Корпус двигателя неподвижен, ротор вращается плане- тарно.
Эта же схема была применена в 1938 г. известным французским конструктором Сансо де Лаво. построившим авиационный РПД, схематический разрез которого показан на рис. 6. Двигатель работает по четырехтактному циклу. За один оборот ротора в каждой камере совершаются три полных цикла, поэтому двигатель имеет три пары газораспределительных окон и три свечи. Радиальные уплотнения осуществляются пластинами, установленными в вершинах ротора. Торцовые уплотнения состоят из пластин, которые примыкают к радиальным пластинам, и колец, изолирующих рабочие камеры от эксцентрикового вала и его подшипников. Несмотря на трехлетнюю доводку, двигатель не развил расчетной мощности, и в начале 1941 г. работа была прекращена. Основная причина неудачи заключалась в недостаточной герметичности системы уплотнений.
В конце 1959 г. в технической литературе появились первые сообщения о том, что инженеру Феликсу Ванкелю, работавшему с фирмой НСУ (ФРГ), удалось спроектировать надежную систему уплотнений и построить работоспособный РПД, В 1964 г, началось серийное производство РПД конструкции Ванкеля.
КОНСТРУКЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕРОТОПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ДВИГАТЕЛИ ФИРМЫ НСУ
Феликс Ванкель начал исследования в области ротопорш- нсвых двигателей и систем уплотнения их рабочих полостей в середине 20-х годов. В 1929 г. он получил патент на бескриво- шилный двигатель с противоположно лежащими цилиндрами, в 1934 г.— на РПД с тремя роторами, исследование которого он проводил совместно с фирмой БМВ. Ванкель также разработал систему дискового или шайбового газораспределения поршневых авиационных двигателей.
В начале 1957 г. были проведены лого Ванкелем и изготовленного нм ротолоршневого двигателя. Кинематическая схема первого опытного образца РПД отличалась от схемы, по которой были выполнены последующие модели ротопоршневьтх двигателей, получивших известность под названием «двигатель Ванкеля». Этот двигатель ДКМ-54 или ДКМ-125 (ДКМ - Дрейколбенмо- тор}, выполненный по эпитрохоид- ной схеме с внутренней огибающей и отношением г:Д = 2:3, был биро- тативным: ротор и корпус, связанные между собой зубчатой передачей, вращались в одном направлении вокруг неподвижных осей, проходящих через их центры тяжести. Выбор такой схемы, работоспособность которой была проверена на
испытания спроектирован-испытания спроектирован-Рис. 7. Скоростная характеристика двигателя ДКМ-54Рис. 7. Скоростная характеристика двигателя ДКМ-54построенных ранее компрессорах, объяснялся тем, что в данном случае отпадала надобность в противовесах, подшипники
испытания спроектирован-
испытания спроектирован-
Рис. 7. Скоростная характеристика двигателя ДКМ-54
Рис. 7. Скоростная характеристика двигателя ДКМ-54
двигателя нагружались исключительно газовыми силами, а на
радиальные уплотнительные элементы, расположенные в вер- шлнах ротора, действовала постоянная центробежная нагрузка.
Характеристика и конструкция двигателя ДКМ-54 представлены на рис. 7 и 8. Корпус двигателя, состоящий из средней
части с эпнтрохоидной полостью и двух боковых частей, изготовлен из азотированной стали. Ротор был выполнен за одно целое с валом, на его баковых поверхностях находились свечи. Напряжение к свечам подводилось по высоковольтному проводу, проходящему через отверстие в валу. Свежая горючая смесь из карбюратора, укрепленного на конце вала ротора, через каналы в роторе и выемки в боковых корпусах поступала в рабочую камеру. Отработавшие газы выходили через отверстие в средней части корпуса. '
Ротор и корпус были смонтированы на игольчатых подшипниках и связаны между собой системой шестерен. Отбор мощности производился от промежуточного вала этой системы шестерен.
Уплотнение радиальных зазоров между вершинами ротора и эпитрохоидиой поверхностью среднего корпуса, а также зазоров между торцами ротора и поверхностями боковых корпусов производилось системой элементов, прижимаемых пружинами, давлением газов и силами инерции.
Ротор охлаждался проходящей через него бензовоздушной смесью, корпус—маслом из системы смазки двигателя. Была также разработана система водяного охлаждения ротора и корпуса, которая, однако, привела к усложнению конструкции и увеличению потерь на трение в связи с введением дополнительных уплотнений.
Двигатель ДКМ-54 развил мощность 29 л. с. при 11330 обЬшн ротора и 17 000 об! мин корпуса; минимальный удельный расход топлива после усовершенствования системы уплотнений был доведен до 230 а/(л.с.ч.); среднее эффективное давление составляло 6,3 кПсм1. Несмотря на достигнутые результаты недостатки биротативпого двигателя, связанные с трудностями подвода свежен смеси и отвода продуктов сгорания от вращающихся деталей, подачей высокого напряжения к вращающимся свечам, большим маховым моментом и т. п., были так значительны, что следующая модель двигателя ККМ-125 (ККМ— Крайсколбекмотор) была выполнена по иной кинематической схеме: корпус был неподвижен, а ротор совершал планетарное движение.
Этот двигатель (рис. 9) состоит из центрального (среднего) корпуса с эпитрохоидной полостью, образующей совместно с плоскими поверхностями двух боковых корпусов рабочее пространство, в котором движется ротор, имеющий форму треугольника с дугообразными сторонами Движением ротора управляет планетарный механизм, состоящий из шестерни внутреннего зацепления, расположенной на одном из торцов ротора; находящейся с ней постоянно в зацеплении неподвижной шестерни, закрепленной в боковом корпусе двигателя, и эксцентрикового вала, ось которого совпадает с осью неподвижной шестерни и на эксцентрике которого расположен ротор. Отношение чисел
нения объеманения объема(рис.(рис.55периодические, по фазе изме 10).периодические, по фазе изме 10).Рис. 9. Общий вид РПД с планетарным движением ротора:Рис. 9. Общий вид РПД с планетарным движением ротора:/ — средний корпус; 5 — эксцентриковый вал; 5 — ротор; 4—задний противовес: 5 — выпускной патрубок; 6 — передний противовес: 7 — впускной патрубок; 8 — прерыватель;9 — боковой корпус; 10 — свеча зажигания: //— маслоотводящий диск/ — средний корпус; 5 — эксцентриковый вал; 5 — ротор; 4—задний противовес: 5 — выпускной патрубок; 6 — передний противовес: 7 — впускной патрубок; 8 — прерыватель;9 — боковой корпус; 10 — свеча зажигания: //— маслоотводящий дискпретерпевающие смещенные на 120°претерпевающие смещенные на 120°
нения объема
нения объема
(рис.
(рис.
5
5
периодические, по фазе изме 10).
периодические, по фазе изме 10).
Рис. 9. Общий вид РПД с планетарным движением ротора:
Рис. 9. Общий вид РПД с планетарным движением ротора:
/ — средний корпус; 5 — эксцентриковый вал; 5 — ротор; 4—задний противовес: 5 — выпускной патрубок; 6 — передний противовес: 7 — впускной патрубок; 8 — прерыватель;
9 — боковой корпус; 10 — свеча зажигания: //— маслоотводящий диск
/ — средний корпус; 5 — эксцентриковый вал; 5 — ротор; 4—задний противовес: 5 — выпускной патрубок; 6 — передний противовес: 7 — впускной патрубок; 8 — прерыватель;
9 — боковой корпус; 10 — свеча зажигания: //— маслоотводящий диск
претерпевающие смещенные на 120°
претерпевающие смещенные на 120°
зубьев шестерни ротора и неподвижной шестерни равно 3 :2, поэтому ротор вращается в 3 раза медленнее эксцентрикового вала, с которого снимается мощность.
При вращении эксцентрикового вала ротор совершает планетарное движение, т. е. вращаясь вместе с валом, одновременно (вследствие обкатывания его шестерней неподвижной шестерни) вращается вокруг своей оси на подшипнике эксцентрика. При движении ротора все три его вершины постоянно касаются эпнтрохоидной поверхности корпуса, образуя три отделенные друг от друга серповидные камеры,
Рассмотрим изменения объема камеры, заключенной между вершинами 4 и С ротора. В положении / объем этой камеры минимальный, в левой части камеры заканчивается выпуск продуктов сгорания, в правой начинается впуск свежей смеси. В этом положении впускное и выпускное окна сообщаются между собой. В положениях II—IV объем камеры 4С по мере по- 14
ворота ротора непрерывно увеличивается — происходит впуск горючей смеси —и в положении IV становится максимальным. Впуск окончен. При дальнейшем повороте ротора в положение
Рис. 10. Протекание четырехтактного цикла в РПД с планеРис. 10. Протекание четырехтактного цикла в РПД с планетарным движением роторатарным движением ротора
Рис. 10. Протекание четырехтактного цикла в РПД с плане
Рис. 10. Протекание четырехтактного цикла в РПД с плане
тарным движением ротора
тарным движением ротора
/ объем камеры (между вершинами АВ) уменьшается — происходит сжатие рабочей смеси. В положении Ш объем камеры ^В достигает минимума и сжатая рабочая смесь поджигается искрой. Начинается расширение продуктов сгорания (рабочий ход), продолжающееся до тех пор, пока в положении // (ка-
15
мера ВС) не откроется выпускное окно. В положениях ///, IV и / происходит выпуск продуктов сгорания. В положении / ротор, совершив один оборот, возвращается в исходное положение. Затем цикл повторяется.
Во время одного оборота ротора объем каждой из трех камер, заключенных между его поверхностями и эпитрохоидной поверхностью корпуса, изменяется 4 раза от минимального до максимального и наоборот через каждые 90° угла поворота ротора (270* угла поворота эксцентрикового вала), что обеспечи
Рис. 11. Движущиеся детали РПД и четырехтактного двухцилиндрового поршневого двигателяРис. 11. Движущиеся детали РПД и четырехтактного двухцилиндрового поршневого двигателявает возможность осуществления четырехтактного цикла. Таким образом, четырехтактный цикл в одной камере РПД происходит за один оборот ротора, или, соответствен-
Рис. 11. Движущиеся детали РПД и четырехтактного двухцилиндрового поршневого двигателя
Рис. 11. Движущиеся детали РПД и четырехтактного двухцилиндрового поршневого двигателя
но, за три оборота эксцентрикового вала. Так как такой же цикл (со сдвигом в 120* и 240* по углу поворота ротора) совершается одновременно в двух соседних камерах, то за каждый оборот ротора происходит три вспышки (три рабочих хода), что соответствует одной вспышке (одному рабочему ходу) на оборот эксцентрикового вала.
Преимущества такого двигателя перед поршневым двигателем очевидны: здесь только две подвижные детали, совершающие чисто вращательное движение. Представление об этом преимуществе РПД дает рис. И, на котором показаны вращающиеся детали РПД и движущиеся детали поршневого четырехтактного двухцилиндрового двигателя, характеризующегося таким же протеканием кривой крутящего момента. Возникающие при планетарном движении ротора неуравновешенные центробежные силы уравновешиваются простыми, жестко связанными с валом противовесами.
Отсутствие неуравновешенных масс и механизма газораспределения позволяют этому двигателю быть очень быстроходным.
Среднее эффективное давление достигало 9 кГ/см2. Минимальный удельный расход топлива был равен 250 гЦд. с. ч.).Двигатель былСреднее эффективное давление достигало 9 кГ/см2. Минимальный удельный расход топлива был равен 250 гЦд. с. ч.).Двигатель былвыполнен на под- Исключение со- ротора, который вариантах: каче-выполнен на под- Исключение со- ротора, который вариантах: каче-В последнем случае облегчался подвод охлаждающегоВ последнем случае облегчался подвод охлаждающегоРис. 12. Скоростная характеристика двигателя ККМ-125Рис. 12. Скоростная характеристика двигателя ККМ-125
Среднее эффективное давление достигало 9 кГ/см2. Минимальный удельный расход топлива был равен 250 гЦд. с. ч.).
Двигатель был
Среднее эффективное давление достигало 9 кГ/см2. Минимальный удельный расход топлива был равен 250 гЦд. с. ч.).
Двигатель был
выполнен на под- Исключение со- ротора, который вариантах: каче-
выполнен на под- Исключение со- ротора, который вариантах: каче-
В последнем случае облегчался подвод охлаждающего
В последнем случае облегчался подвод охлаждающего
Рис. 12. Скоростная характеристика двигателя ККМ-125
Рис. 12. Скоростная характеристика двигателя ККМ-125
Конструктивно двигатель очень прост и имеет малые габаритные размеры и массу.
Объем камеры двигателя ККМ-125 составлял 125 ел3, и при 10 МО обЬ^ин эксцентрикового вала он развивал мощность 25 д. с.
шипнйках качения, ставлял подшипник выполнялся в двух ния и скольжения.
масла к ротору. Корпус двигателя охлаждался водой, ротор—маслом из системы смазки.
Для уменьшения износа рабочие поверхности боковых корпусов были выполнены с молибденовыми накладками как при изготовлении корпуса из чугуна, так и при алюминиевом его исполнении. Эпитрохоидная поверхность чугунного центрального корпуса азотировалась, алюминиевого — хромировалась. Для изготовления ротора
прнменялись различные силумины. Был также испытан стальной сварной ротор, имевший значительно более высокий срок службы.
Масса двигателя при изготовлении его корпусных деталей из чугуна составляла 17 кг, из алюминия 11 кг.
На рис. 12 показана скоростная характеристика двигателя ККМ-125.
В 1958 г. начались испытания двигателя модели ККМ-250 с объемом камёры 250 см\ Максимальная мощновть двигателя достигала 41 л. с. при 8000 об!мин. Минимальный удельный расход топлива был равен 230 г/(л. с. ч.). Величина среднего эффективного давления достигала 10 кГ!см*.
Конструкция и характеристика двигателя ККМ-250 представлены на рис. 13 и 14. Эксцентриковый вал, изготовленный за одно целое с эксцентриком из азотированной стали, вращался в подшипниках качения.
В качестве подшипника ротора был применен игольчатый подшипник, впоследствии замененный четырехрядным роликоподшипником.
Ротор был изготовлен из стали. Центральный и боковые корпусы отливались из чугуна и алюминиевого сплава. В первом случае сухая масса двигателя составляла 33 кг. во втором
Рис.Рис.13. Продольный и поперечный13. Продольный и поперечныйразрезы двигателя ККМ-250:разрезы двигателя ККМ-250:
Рис.
Рис.
13. Продольный и поперечный
13. Продольный и поперечный
разрезы двигателя ККМ-250:
разрезы двигателя ККМ-250:
— эксцентриковый вал; 3 — задний коренной подшипник; 3 — подшипник ротора; f — задний противовес: 5—боковой корпус: 6 — средний корпус; 7 — рубашка охлаждения;
—ротор; 9 — место размещения прерывателя: 10 — подвод масла; //—неподвижная шестерня: /3 — шестерня ротора; /3 — маслоотводящий диск; /7—свеча зажигания; /5 — радиальная пластина; /6 — впускной канал; /7 — выпускной капал
Рис. 14. Скоростная характеристика двигателя ККМ-250
Рис. 15. Маслоотводящий диск двигателя ККМ-250: /-■ боковой корпус; з — ротор; 3 — диск
22 кг. Эпитрохоидная поверхность центрального корпуса, изготовленного из чугуна, азотировалась, а отлитого из алюминиевого сплава— хромировалась. Рабочие поверхности боковых корпусов покрывались молибденом или твердым хромом.
Противовесы, расположенные на переднем и заднем концах эксцентрикового вала, были изолированы кожухами из листовой стали, что позволило избежать дополнительного вспенивания масла, вытекающего из подшипников.
В двигателе была применена специальная свеча с центральным электродом. Этот электрод через небольшое отверстие близко подходят к поверхности эпитрохоиды и искра проскакивает между электродом и корпусом двигателя.
Охлаждение корпуса — водяное, ротора—масляное. Циркуляция охлаждающей воды в двигателе составляла 38 л!яин, а масла 4 д#мин. Масло с помощью неподвижной трубки подводится к полому эксцентриковому валу, откуда затем поступает через отверстия к подшипникам двигателя и к ротору Охлаждающее масло из ротора отводилось с помощью диска (рис. 15), неподвижно закрепленного на боковом корпусе двигателя и входящего во внутреннюю полость ротора. На поверхности маслоотводящего диска находятся ребра, изогнутые таким образом, что попадающее между ними масло из вращающегося ротора направляется к центру диска и затем через отверстия отводится в маслосборник.
Эпитрохоидная поверхность смазывается маслом, добавляемым в бензин в пропорции 1 : 50.
В процессе доводки первоначальная конструкция двигателя была изменена: была повышена жесткость центрального корпуса: увеличено количество силовых болтов в наиболее нагретых зонах корпуса, что привело к уменьшению термических деформаций; несколько уменьшены проходные сечения впускного и выпускного каналов; повышена интенсивность охлаждения горячих зон центрального корпуса.
Испытывался также ротор, изготовленный из алюминиевого сплава с содержанием 11—18% кремния.
В 1960 г. были проведены испытания для определения долговечности деталей РИД. Оказалось, что срок службы центрального корпуса, отлитого из модифицированного чугуна, составил 2000 ч при 5500 об} мин и среднем эффективном давлении 7,2 кГ$смг.
Центральный корпус из алюминиевого сплава с хромированной эпитрохопдной поверхностью проработал в тех же условиях 1400 ч; при увеличении среднего эффективного давления до 10 кГ/см2 срок службы сократился вдвое. Срок службы радиальных пластин был такой же, как и у центрального корпуса. Торцовые уплотнения проработали в 2 раза больше радиальных.
На двигателе ККМ-250 были проведены многочисленные эксперименты по выявлению оптимального расположения свечу зажигания и выбору степени сжатия. Испытания проводились при установке специальных свечей ниже малой оси эпитрохоиды в двух различных положениях и таким же образом выше малой оси. Кроме того, обе свечи включались одновременно. Степень сжатия изменялась от 6,8 до 12,6.
В результате испытаний выяснилось, что среднее эффективное давление достигает наибольшего значения при степенях сжатия от 9 до 11, причем кривая протекает довольно полого в области максимальных значений. При степени сжатия 9,5 расход топлива был наименьшим.
При малых степенях сжатия лучшие результаты получаются с двумя одновременно включенными свечами, в то время как при высоких степенях сжатия лучшие результаты в большинстве случаев получались со свечой, расположенной выше малой оси. Расположение свечи ниже малой оси эпитрохоиды обеспечивает более «мягкое» протекание рабочего процесса и возможность работы двигателя в широком диапазоне состава смеси.
Испытывались как обычные автомобильные свечи с высоким калильным числом, установленные в предкамере, так и специальные свечи. В отношении пусковых свойств и работы на холостом ходу предпочтение следует отдать последним,
При испытаниях был обнаружен дефект: на эпитрохоидной поверхности в зонах сжатия и расширения появились поперечные бороздки, снижавшие мощностные показатели двигателя и преждевременно изнашивавшие его корпус {более подробно этот дефект и методы борьбы с ним будут рассмотрены в разделе «Герметизация рабочих камер»).
Двигатель ККМ-250 был первым ротопоршневым двигателем, установленным на автомобиль. Дорожные испытания двигателя прошли успешно. Два автомобиля «Принц» фирмы НСУ с двигателями ККМ-250 прошли по 40 тыс. км, динамические качества их оказались вполне удовлетворительными. Пуск двигателя осуществлялся так же легко, как и поршневого двигателя. Двигатель пускался при числе оборотов эксцентрикового вала около 500 в минуту, что соответствует примерно 170 об/мин ротора. Переключение передач при движении производилось реже, чем обычно. Тормозящий эффект двигателя несколько хуже, чем у поршневого четырехтактного, хотя и лучше, чем у двухтактного.
Следующим двигателем, выпущенным фирмой НСУ в конце 1959 г. и спроектированным специально для установки на автомобиль, был двигатель ККМ-400 с объемом камеры 400 см3, который при 6000 об/мин развивал мощность 48 л. с. Удельный расход топлива находился в пределах 220—250 г/^л. с. ч.). Среднее эффективное давление достигало 10 кГ/см2.
Рис. 16. Продольный и поперечный разрезы двигателя ККМ-400
Разница между максимальной мощностью и мощностью при минимальном расходе топлива невелика: при 5000 об/мин она составляет 2 л. с., или около 5%. Наименьший расход топлива во всем диапазоне чисел оборотов получался при коэффициенте избытка воздуха а=1,05, тогда как при максимальной мощности а=0,9. Наименьший расход топлива был равен 218 г/(л. с. ч.) при 4000 об/мин. При переходе на максимальную мощность при этом же числе оборотов расход составлял 240 г/(л. с. ч.).
Рис. 17. Скоростная характеристика двигателя ККМ-400:Рис. 17. Скоростная характеристика двигателя ККМ-400:Как следует из представленной на рис. 16 конструкции двигателя, этот двигатель не имеет оригинальных конструктивных решений. Охлаждение корпусов, как и у всех предыдущих двигателей, водяное, ротора — масляное. Сухая масса двигателя составляет 23 кг.
Рис. 17. Скоростная характеристика двигателя ККМ-400:
Рис. 17. Скоростная характеристика двигателя ККМ-400:
I — оежнм максимальной мощности2—оежнм наибольшей экономично-ститоплива на 100 кмI — оежнм максимальной мощности2—оежнм наибольшей экономично-ститоплива на 100 кмДвигатель был установлен в задней части автомобиля «Спорт- Принц» фирмы НСУ и смонтирован с коробкой передач и главной передачей автомобиля «Фольксваген 1200» (двигатель ККМ-400 устанавливали также и на автомобиле «Принц»). За время испытаний автомобили с двигателями ККМ-400 прошли около 1 млн. км, за этот период в двигатель было внесено много усовершенствований.
I — оежнм максимальной мощности2—оежнм наибольшей экономично-сти
топлива на 100 км
I — оежнм максимальной мощности2—оежнм наибольшей экономично-сти
топлива на 100 км
при скорости 90 км/ч составлял
5,1 л. Максимальная скорость автомобиля 160 км/ч Испытатели отмечали, что уровень вибрации не превышал допустимых значений. Приемистость автомобиля была хорошей. Пуск двигателя легко осуществлялся и при низких температурах. Пусковое число оборотов колебалось в пределах 130—150 в минуту эксцентрикового вала. Мощность стартера составляла 0,9 л. с. Двигатель легко пускался и от руки. Кроме того, двигатель ККМ-400 использовался в качестве лодочного мотора.
На рис. 17 дана скоростная характеристика двигателя ККМ-400.
На рис. 18 представлена конструкция первого ротопоршнево- го двигателя с воздушным охлаждением фирмы НСУ. Имея объем камеры 60 ел?, двигатель развивал мощность, равную 6 л, с, при 6000 об/мин.
Охлаждающий воздух подается осевым вентилятором. Расположение ребер на центральном корпусе неравномерное — в области сгорания и расширения более частое.
Рис. 18. Конструкция двигателя К К ЛА-60
Рис, 20. Скоростная характеристика двигателя KKM-150WРис, 20. Скоростная характеристика двигателя KKM-150W
Рис, 20. Скоростная характеристика двигателя KKM-150W
Рис, 20. Скоростная характеристика двигателя KKM-150W
Двигатель работает на смеси бензина с маслом в пропорции 40:1. Этой же смесью охлаждается ротор и смазываются подшипники и детали системы уплотнения (рис, 18). Такая схема 'хлаждения несколько снижает коэффициент наполнения дви- ателя, но существенно упрощает его конструкцию и поэтому южет быть принята для небольших двигателей, для которых основными требованиями является малая масса и простота обслуживания, а не экономичность.
Двигатель модели ККМ-150 — первый из ротопоршневых двигателей, выпущенный серийно, был выполнен в двух модификациях: с водяным (KKM-150W) и воздушным (KKM-150L) охлаждением.
Эффективная мощность двигателя водяного охлаждения К КМ I50W с объемом камеры
150 см3 при 7000 об,мин составляет 18 л. с., но может быть повышена до 24 л. с. при 8000 об,мин, Среднее эффективное давление равно 8 кПсмЗ.
Двигатель воздушного охлаждения KKM-J50L, имеющий такие же объемы камеры и конструкцию, что и модель двигателя KKM-150W, развивает мощность 12 л. с. (при максимальной температуре среднего корпуса, не превышающей 200° С). На двигателе применен осевой вентилятор.
Конструкция и характеристика автомобильного варианта двигателя KKM150W представлены на рис. 19 и 20. Центральный п боковые корпусы имеют сварную конструкцию: части корпусов с рабочими поверхностями представляют собой отливки из алюминиевого сплава, к которым с наружной стороны приварены алюминиевые пластины, образующие рубашку охлаждения. Изготовленные таким образом корпусы очень легки п имеют небольшие размеры в осевом направлении. Ниже приведены массы основных деталей двигателя в кв:
Центральный корпус . , . ,. 1.80
Передний боковой корпус с неподвижной шестерней и патрубками , 1,9
Задний боковой корпус с масляным насосом, наружной обоймой подшипника и патрубками, ..........1,03
Ротор с уплотнениями 1,03
Эксцентриковый вал с подшипниками ,,.,......,0,85
Маховик .........2,25
Мелкие детали ,,.,.,.,..,.,, 0,6
Сухой вес двигателя 8,74
Династартер с вентилятором и противовесом ....,,,6,68
Отливки получены путем литья в открытые формы (без стержней), что облегчает отливку в кокиль. Эпитрохондная поверхность центрального корпуса покрыта слоем твердого хрома. Кольцеобразные ребра, расположенные на стенке эпитрохоиды со стороны водяной рубашки, служат преимущественно для ее усиления. Рабочие поверхности боковых корпусов упрочнены путем напыливания на них молибдена или стали.
Отличительной особенностью конструкции двигателя ККМ-150 является применение «разрезных» шпилек для крепления боковых корпусов к среднему, позволяющих уменьшить термические деформации эпитрохоидной поверхности.
Эксцентриковый вал выполнен на роликоподшипниках, для осевой фиксации служит шарикоподшипник. Ролики подшипников катятся непосредственно по шейкам эксцентрикового вала. Роль наружной обоймы переднего подшипника играет внутренняя поверхность неподвижной шестерни, заднего — специальная втулка, запрессованная в боковой корпус.
Массы противовесов расположены с одной стороны в маховике. с другой — внутри династартера.
Представляет интерес конструкция масляного насоса, состоящего из ведущей шестерни наружного зацепления, расположенной на эксцентриковом валу, и ведомой шестерни внутреннего зацепления, что делает насос очень компактным, Для упрощения конструкции двигателя применен газодинамический привод диафрагменного бензинового насоса: пространство под диафрагмой соединено каналом с рабочей полостью двигателя. Возникающие при работе двигателя изменения давления заставляют диафрагму насоса совершать колебательные движения.
Ротор отлит из чугуна. Охлаждающее масло подводится к двум полостям в каждой вершине ротора со стороны синхронизирующих шестерен. Под действьем периодически возникающих центростремительных ускорений охлаждающее масло через канавки в обойме подшипника вытекает из ротора и затем поступает в маслосборник, откуда отводится через неподвижный маслозаборник. Количество циркулирующего в системе масла в зависимости от числа оборотов двигателя колеблется в пределах 1,5—3,5 л(лиш.
Двухрядный роликоподшипник ротора фиксируется двумя заплечиками. Ролики установлены в сепараторе из алюминия.
Шестерня внутреннего зацепления изготовлена как одно целое с ротором. При испытаниях этой конструкции наблюдались случаи разрушения места перехода шестерни в ротор. Причиной разрушения были силы инерции ротора при его разгоне и торможении и газовые импульсы, нагружающие шестерню в момент вспышки и в момент открытия выпускного окна (газовый импульс возникает и в момент открытия впускного окна, но вследствие небольшой разницы давлений в камерах впуска и
расширения, равной 0,2—0,3 кГ/см\ его величина незначительна). После того, как ротор стали изготовлять из ковкого чугуна, поломки прекратились.
Рис. 21. Продольный и поперечный разрезы двигателя ККМ-502
В конце 1964 г. начался серийный выпуск двигателя ККМ-502 (рис. 21), сконструированного специально для установки на двухместный автомобиль «Спидер», фирмы НСУ.
рэктерисгика двигателяККМ-502рэктерисгика двигателяККМ-502Рис. 23. Ротор двигателя ККМ-502 s сборе с эксцентриковым валом;/ — ротор; 5 — фланец; J — шестерня ротора; 4 — маслосгонн^я шайба;5 — эксцентриковый вал; 5 — маслоотводящий диск: 7 — уплотнительное кольцоРис. 23. Ротор двигателя ККМ-502 s сборе с эксцентриковым валом;/ — ротор; 5 — фланец; J — шестерня ротора; 4 — маслосгонн^я шайба;5 — эксцентриковый вал; 5 — маслоотводящий диск: 7 — уплотнительное кольцо
рэктерисгика двигателя
ККМ-502
рэктерисгика двигателя
ККМ-502
Рис. 23. Ротор двигателя ККМ-502 s сборе с эксцентриковым валом;
/ — ротор; 5 — фланец; J — шестерня ротора; 4 — маслосгонн^я шайба;
5 — эксцентриковый вал; 5 — маслоотводящий диск: 7 — уплотнительное кольцо
Рис. 23. Ротор двигателя ККМ-502 s сборе с эксцентриковым валом;
/ — ротор; 5 — фланец; J — шестерня ротора; 4 — маслосгонн^я шайба;
5 — эксцентриковый вал; 5 — маслоотводящий диск: 7 — уплотнительное кольцо
Этот двигатель имеет рабочую камеру объемом 500 ел3 и при «=5500 об/мин развивает мощность, равную 54 л. с. Степень сжатия е = 8,6. Максимальный крутящий момент составляет 7,9 кГм при « = 3500 об/мин, что соответствует среднему эффективному давлению ре—10 кГ/см2, Величина удельного расхода топлива колеблется в пределах 230—250 г/(л. с. ч.) при полной нагрузке в диапазоне 2000—5000 об/мин (рис. 22),
Центральный корпус двигателя изготовлен из силумина методом литья под давлением в кокиль, Эпитрохоидная поверхность корпуса хромирована. Боковые корпусы отлиты из перлитного чугуна. На их рабочие плоскости методом напыливания нанесено молибденовое покрытие, обладающее высокими анти- износными свойствами (вследствие пористой структуры покрытие хорошо удерживает смазку).
S8
Для предохранения эпитрохоидной поверхности от выпу- чивания или прогиба центральный корпус соединен с боковыми корпусами с помощью ввернутых в него шпилек.
Центральный и боковые корпусы охлаждаются водой, подаваемой центробежным насосом, установленным на передней крышке двигателя и приводимым от эксцентрикового вала с помощью клиноременной передачи.
В отличие от предыдущей серийной модели двигателя ККМ-150 двигатель ККМ-502 выполнен полностью на подшипниках скольжения, причем подшипник ротора состоит из трех сегментов. Рабочие поверхности подшипников залиты антифрикционным сплавом.
Короткий эксцентриковый вал изготовлен из стали. Ротор двигателя (рис. 23) представляет собой отливку из ковкого чугуна, внутренние полости которой для повышения жесткости конструкции и улучшения охлаждения снабжены ребрами.
Шестерня ротора, изготовленная из хромистой стали, крепится к ротору с помощью болтов, одновременно притягивающих к противоположной стороне ротора маслоотводящий диск. В торцовые стенки ротора ввернуты фланцы, в которых установлены масляные уплотнения. Для предотвращения утечки масла из полостей ротора через резьбовое соединение между ротором и фланцами помещены эластичные уплотнительные кольца.
В зазоры между фланцем и шестерней с одной стороны, и фланцем и маслоотводящим диском--с другой входят масло- сгонные шайбы, крепящиеся к боковым поверхностям эксцентрика. Уплотнение между этими деталями осуществляется за счет малых зазоров и лабиринтов.
Охлаждение ротора масляное (рис. 24). Масло подается к переднему коренному подшипнику шестеренчатым насосом с приводом от эксцентрикового вала. Через кольцевую канавку подшипника и радиальные отверстия эксцентрикового вала масло попадает в центральное отверстие вала, откуда затем подводится к заднему коренному подшипнику и подшипнику ротора.
Через кольцевую канавку последнего и направленные отверстия оно поступает во внутренние полости ротора. Охладив ротор, масло через отверстия в маслоотводящем диске, закрепленном на роторе, и каналы в боковых корпусах стекает в масляный поддон, выполненный плоским и широким для увеличения дорожного просвета автомобиля.
Количество циркулирующего масла, используемого для охлаждения ротора, невелико, так как вследствие удачной формы внутренних полостей ротора оно под действием центробежных сил поступает в наиболее горячие зоны ротора.
Масло охлаждается в подо-масляном радиаторе водой из
системы охлаждения двигателя. Радиатор расположен слева от двигателя.
В отличие от предшествоваших ротопоршневых двигателей фирмы НСУ, работавших на смеси бензина с маслом, двигатель ККМ-502 работает на чистом бензине, а смазка деталей уплотнения производится с помощью масла, подаваемого специальным дозировочным насосом (лубрикатором) через два неболь-
Рис. 24. Схема циркуляции масла и воды в двигателе ККМ-502
тих отверстия в центральном корпусе на эпитрохоидную поверхность в зоне всасывания. Лубрикатор механически связан с приводом дроссельной заслонки. Этим достигается автоматическая регулировка количества подаваемого масла в зависимости от режима работы двигателя. Введение лубрикатора позволило уменьшить дымность выпускаемых газов.
Эксплуатационный расход масла в двигателе относительно невелик и составляет 1,5 г/(л. с. и,), что соответствует примерно 0.9 кг на 1000 км пути.
Для улучшения наполнения двигателя, особенно на малых и средних числах оборотов, впускной трубопровод выполнен уд-
линенным. Расстояние от заборного отверстия воздухоочистителя до карбюратора двигателя составляет 900 мм. Особое внимание уделено системе глушения шума на впуске, для чего
использован глушитель с резонансным поглощением шума.
Для эффективного глушения шума выпуска газов на двигателе применен двойной глушитель.
Рис. 25- Положения фронта пламени в камере сгорания при различных углах поворота эксцентрикового валаРис. 25- Положения фронта пламени в камере сгорания при различных углах поворота эксцентрикового валаНа двигателе ККМ-502, являющемся базовым ротопоршне- вым двигателем фирмы МСУ, было проведено с помощью ионизационных датчиков исследование процессов, происходящих в камере сгорания, позволившее объяснить ряд особенностей протекания рабочего процесса'
Рис. 25- Положения фронта пламени в камере сгорания при различных углах поворота эксцентрикового вала
Рис. 25- Положения фронта пламени в камере сгорания при различных углах поворота эксцентрикового вала
в ротопоршневом двигателе.
В положения в. м. т. камера сгорания состоит из двух серповидных камер, сообщающихся через выемку в роторе. При вращении ротора происходит перетекание (выдавливание) заряда из задней уменьшающейся камеры в увеличивающуюся переднюю со скоростью, зависящей от формы и положения выемки в риторе. Вследствие этого яв-
лепим пламя выносится вперед и охватывает большую часть заряда. На рис. 25 показаны положения фронта пламени при следующих друг за другом положениях ротора. Кривые, характеризующие выделение тепла в двигателях в зависимости от угла поворота эксцентрикового вала, даны на рис. 26. Там же для сравнения нанесены кривые выделения тепла в поршневом двигателе в зависимости от угла поворота коленчатого вала, При испытаниях выяснилось, что независимо от скоростного режима двигателя фронт пламени достигает определенных мест эпитрохоидной поверхности приблизительно при одинаковых углах поворота вала. Объясняется это тем, что скорость перетекания смеси изменяется пропорционально числу оборотов и Фронт пламени при повышении последних переносится быстрее. Поэтому при очень неблагоприятной форме камеры сгорания ротоноршневой двигатель оказался не столь чувствительным к октановому числу бензина, как это можно было предположить.
Однако в связи с тем, что скорость перетекания заряда в значительной области поворота ротора оказывается больше скорости распространения пламени (равной 15—25 зг/сек). Фронт пламени никогда не поднимается выше свечи. В результате этого расположенная выше нее часть заряда сгорает
позже, только по прохождении им через малую ось эпитрохои ды, т. е. при перетекании смеси в зону горения. Это обстоятельство ухудшает и затягивает процесс сгорания, о чем свидетель- ствует, в частности, повышенная температура отработавших газов. Проведенные исследования с различным расположением свечи относительно малой оси эпитрохоиды подтвердили справедливость вышеизложенного положения. Свеча, расположен-
Рис, 26. Зависимости, характеризующие выделение тепла в двигателях;
I — и ротопоршновом; 2 — в поршневом
пая ниже малой оси на 20 ям, приводит, по сравнению со стандартным расположением свечи (28 лл выше малой оси), к снижению максимального значения среднего эффективного давления па I кПсм1 и резкому (начиная с 2000 об(мин^ повышению удельного расхода топлива, составляющему примерно 15% па режиме максимального эффективного давления и 20% на режиме максимальной мощности. Применение двух свечей, из которых одна расположена на 56 лл выше, а другая на 20 лл ниже малой оси, позволило несколько (на 2—3%) увеличить среднее эффективное давление и примерно на 7% снизить удельный расход топлива во всем диапазоне чисел оборотов (рис. 27). При этом тепловыделение составляет 400— 450 ккал!(кг леек) против 250 ккал)(кг леек), а время сгорания 2,5 мсек против 4 леек в случае установки одной свечи. Следует отметить, что при установке одной свечи процесс горения затягивается почти до начала выпуска.
Несколько улучшить процесс горения можно также, выполняя контур ротора не по дугам окружности, а по внутренней
огибающей эпитрохоид, что позволит сконцентрировать большую часть заряда в выемке ротора и свести до минимума объем, заключенный между ротором и эпитрохоидной поверхностью корпуса. '
Не вполне удовлетворительное протекание кривой крутящего момента у РПД отчасти объясняется особенностями процесса смесеобразования. Считают, что топливо в значительных количествах оседает на относительно холодных (по сравнению с поршневыми двигателями) поверхностях, ограничивающих рабочую камеру, Естественно, что процесс сгорания при этом
затягивается и имеет место догорание, в результате чего ' ухудшается термодинамика цикла.
Рис. 27. Зависимость мощности и удельного расхода топлива двигателя К к М-502 от расположения свечи:
1 — при расположен их свечи из Ю» ниже налей оси эпитрохоиды: 2 —при расположении свечи на 23 мм выше малой осн эпитрохоиды: □ — при расположения оаеюй свин НВ 56 лен $liше, другой на 20 жж ниже налой осн эпитрохоиды
На двигателе ККМ-502 установлен специально разработанный двухдиффузорный карбюратор с горизонтальным потоком «Солеке» 18/32 HHD, обеспечивающий тщательное распылива- ние топлива и перемешивание его с воздухом. Малый диффузор (диаметр 18 лои) предназначен для работы в диапазоне малых и средних чисел оборотов, когда скорость смеси во впускном тракте невелика и процесс испарения топлива резко ухудшается. По мере увеличения числа оборотов двигателя, а следовательно, и скорости смеси постепенно вступает в работу и второй большой диффузор (диаметр 32 яя), обеспечивая таким образом нужную степень дробления топлива и перемешивание его с воздухом.
Следует отметить, однако, что, как показали испытания, замена такого карбюратора карбюратором с падающим потоком привела к увеличению мощности двигателя в диапазоне средних чисел оборотов примерно на 15% и уменьшению удельного расхода топлива примерно на 7% в диапазоне низких и средних чисел оборотов. Применение же установленного на двигателе карбюратора с горизонтальным потоком объяснялось желанием уменьшить высоту двигателя.
Стартер двигателя мощностью I л. с. гарантирует пуск в широком диапазоне атмосферных условий. Несмотря на то, что пусковое число оборотов РПД в большинстве случаев не- 2 Ротолоршлеьые дои га 7 exit 33
сколько выше, чем у поршневого двигателя, потери на трение существенно меньше (среднее давление трения у двигателя ККМ-502 составляет 2,3 кГ1см2 против 3,0 кГ/см2 у поршневых двигателей), поэтому общая мощность, необходимая для пуска РПД, не превышает мощности, требуемой для пуска соответствующего поршневого карбюраторного двигателя.
В процессе стендовых и эксплуатационных испытаний были определены интенсивность износа двигателя и срок службы наиболее ответственных деталей: оказалось, что детали ра-
Рис. 28, Общий вид двигателя ККМ-502 днальных и торцовых уплотнений успешно работают без замены более 1000 ч. Корпусные детали сохраняют работоспособность в течение 2000—3000 ч.
Двигатель оборудован конденсаторной системой зажигания, обеспечивающей в сочетании со свечой фирмы Беру (калильное число 190) надежную работу двигателя. Срок службы свечь превышает 200 ч.
При работе двигателя ККМ-502 на малых числах оборотов (до 700 в минуту) ощущается незначительная вибрация. По мерс повышения числа оборотов вибрация исчезает полностью, а равномерность работы РПД сопоставима с равномерности© работы газовой турбины.
Важным положительным качеством ротопоршиевого двигателя является то, что он может работать на скоростных режимах, значительно превышающих расчетные. Во время дорожных испытаний серийного автомобиля «Спидер» фирмы НСУ уста- 34
новленный на нем двигатель ККМ-502 в течение более 100 v эксплуатировался на режиме 7QOO--7500 об/мин (при расчетных числах оборотов максимальном мощности, равных 5500 в
Рис. 29. Схема общего вида автомобиля «Спидер»:
I ■ ыинилягор; ? —радиатор; 4 —отопитель; 5 — вентилятор отопителя; S—водяной насос; 3. 6. 7 и ? —трубопроводы; ГО — аодОмВсляпый радиатор
«/ЮОкн«/ЮОкнРис. 30. Дорожная характеристика автомобилей:/ — еСпилерл ;2 — ФольксвагенРис. 30. Дорожная характеристика автомобилей:/ — еСпилерл ;2 — Фольксваген
«/ЮОкн
«/ЮОкн
Рис. 30. Дорожная характеристика автомобилей:
/ — еСпилерл ;2 — Фольксваген
Рис. 30. Дорожная характеристика автомобилей:
/ — еСпилерл ;2 — Фольксваген
минуту). Никаких отклонений от нормальной работы двигателя при этом нс наблюдалось. В этом заключается еще одно важное преимущество полностью уравновешенного двигателя без
газораспределительного механизма, 5
каким является ротопоршневой двигатель.
Общий вид двигателя ККМ-502 представлен на рис. 28. На передней крышке расположены генератор переменного тока и водяной насос, приводимые от эксцентрикового зала клиновидным ремнем. Прерыватель расположен на кронштейне передней крышки. а его привод от эксцентрикового
вала выполнен таким образом, что одновременно является и центробеж -
ным регулятором момента зажигания.
На правой стороне передней крышки расположены бензиновый
насос, приводимым с "помощью рычага, эксцентрично укрепленного на шестерне, и лубрикатор с шестеренчатым приводом.
Схема установки двигателя ККМ-502 на автомобиле «Спи-
дер» представлена на рис. 29. На рис. 30 показана дорожная
2- зз
Рис. 31, Общий вид дпухроторного двигателя ККМ-512
РеРеРис, 32. Скоростная характеристика двигателя ККМ-512Рис, 32. Скоростная характеристика двигателя ККМ-512несколько изменены расположение инесколько изменены расположение и
Ре
Ре
Рис, 32. Скоростная характеристика двигателя ККМ-512
Рис, 32. Скоростная характеристика двигателя ККМ-512
несколько изменены расположение и
несколько изменены расположение и
характеристика автомобилей «Спидер» и «Фольксваген» с одя- маковой мощностью двигателей.
Двигатель, объединенный в один агрегат с трансмиссией, расположен в задней части автомобиля и занимает очень малый объем, что дало возможность разместить над двигателем багажное отделение.'
В передней части автомобиля расположены радиатор и вентилятор с электроприводом, остальное подкапотное пространство также используется’
для размещения багажа.
На базе двигателя К К М -502 был соз да и первый двухроторный РИД К КМ-512 (К КМ-2 X Х500) фирмы НС У, развивающий при 6000 об1лшн мощность ПО л. с. Удельный расход топлива при полкой нагрузке менее 250 г/(л. с. ч), расход масла спи жен до 0,6—0.7 л па 100 км.
Общий вид и характеристика двигателя ККМ-512 представлены на рис. 31 и 32.
На двигателе ККМ-512
привод агрегатов. Прерыватель и масляный насос имеют общий вал и приводятся от эксцентрикового вала с помощью винтовой передачи. Прерыватель снабжен вакуумным регуляторам момента зажигания. Водяной насос перенесен в верхнюю часть передней крышки двигателя. Его привод остался без изменения. Водо-масляный радиатор встроен в корпус двигателя.
На двигателе установлен один карбюратор с падающим потоком. Двигатель ККМ-512 предназначен для устаиовк!г на вездеход ДКВ «Мунга» грузоподъемностью 0,25 г н на легковой автомобиль «Комобил», разрабатываемый совместно с французской фирмой Ситроен, а также на автомобиль спортивного типа фирмы НСУ,
В связи с тем, что две последние модели имеют передний ведущий мост, все корпусные детали двигателя ККМ-512 отлиты из чугуна для того, чтобы обеспечить более благоприятное распределение массы по осям автомобиля. Важную роль играет также значительно меньшая стоимость чугуна. Масса такого варианта двигателя ККМ-512 составляет 103 кг, в то время как алюминиевого 70 кг.
Срок службы двигателя до ремонта составляет 1000 ч
(!00 тыс. км пробега). Сроки службы отдельных деталей, опу- ликованные фирмой без каких-либо разъяснений, приведены
ниже в ч:
Передний боковой корпус •, 1100
Средник корпус . 1950
Промежуточный корпус ., . 2000
Задний боковой корпус . . , 3300
Передний коренной подшипник ,1700
Задний коренной подшипник . 1200
Подшипник ротора , 1500
Неподвижная шестерня ................. 3000 Шестерня ротора . .. 1550
Радиальная уплотнительная пластина 1100
Торцовая уплотнительная пластина .. . . 3100
Уплотнительный штифт 3100
Кроме описанных двигателей, фирма ПСУ выпустила большое количество экспериментальных ротопоршневых двигателей водяного и воздушного охлаждения, некоторые данные которых представлены в табл. 2. Таблица 2
Ротопоршиевые двигатели фирмы НСУ
Модель
Объем камеры 11 5J4*
А*
я
Охлаждение
Масса в кг
Год выпуска
корпуса
рогора
ДКМ-125
125
29/17 000
Водяное
Воздушное и масляное
—
1957
ККМ-125
125
25/10 000
Масляное
11
1958
ККМ-12511
125
27'10 000
*
»
—
1959
ККМ-150
150
18/7000
>
»
15,5
1961
ККМ-250
250
36/6000
>
>
22
1959
ККМ-400
400
48/6000
№
23
I960
ККМ-500
500
60/6000
»
»
30
1961
К КМ-502
500
54/5500
»
»
58
1963
К КМ-513
500
50/6000
>
»
73,6
1966
ККМ-2Х300
ККМ-509
2x300
66/6000
»
»
33
1961
ККМ-506
2x500
110/6000
$
>
70
1964
ККМ-512
2x500
110/6000
»
»
103
1966
ККМ-60 1“
60
3/6000
Воздушное
Воздушное
7,4
1960
ККМ-60 п**
60
6/6000
То же
Масляное
8,0
1961
ККМ-GO 111**
60
4/6000
»
Воздушное
4,-1
1962
ККМ-150 И*
150
13,5/6000
»
Масляное
19
1961 — 1962
ККМ-150 III*
150
13.5.'5000
5
В
22
1962-1963
ККМ-250
250
20/6000
№
>
1961
ККМ-510
215
10/5000
1
Воздушное
25
1963
ККМ-507
330
18/5000
»
>
31
1963
ККМ- 514
2x330
35/5000
1
>
55
1963
■ в числи соответствуют
•* РИМСКИХ
теле да1 ее этой и цифра
а эффективная мощности числе мк указаны ва
мощность j оборотов рианты дан
двигателя в л в минуту.
гателей.
с., а
знаменателе
38"1
результаты экспериментов по определению максимально до- лижимого среднего эффективного давления при различных способах охлаждения корпуса и ротора помещены в табл. 3.
Таблица 3
Среднее эффективное давление при различных способах охлаждения корпуса и ротора
,Охлаждение
Расположение впускного окна
Эффективное достижимое > давление а %
ротора
Водяное
Масляное
В среднем корпусе , . ,
100
X
»
В боковом корпусе
85
Воздушное
В среднем корпусе
90
Водяное
Воздушное
—
75
Воздушное
в
—
60
В настоящее время фирма НСУ проводит исследование ро- топоршиевых двигателей различных моделей, автомобили фирмы с ротопоршневыми двигателями прошли к началу 1966 г. более 2 млн. к At.
В связи с началом серийного производства РПД фирма НСУ уделяет большое внимание вопросам технологии, в первую оче- рсль технологии изготовления основных деталей РПД — ротора и центрального корпуса
Ротор обрабатывают на обычных станках. В том случае, когда боковые поверхности ротора образованы дугой окружности, они могут быть обработаны на токарных станках Если же эти поверхности выполнены по внутренней огибающей, их обрабатывают по копиру. Фирма НСУ использует для этой цели зубодолбежные станки Лоренц со специальной наладкой. Радиальное перемещение стола производится кулачком в периоды между рабочими .ходами инструмента, Торцовые поверхности роторов шлифуются обычными методами.
Канавки торцовых уплотнений прорезаются на лобовом станке, па планшайбе которого устанавливают сразу три ротора. При двухрядном торцовом уплотнении обе канавки обрабатывают одновременно. В процессе обработки роторы 6 раз поворачивают вокруг осн — по 3 раза для каждой стороны. При этом роторы должны фиксироваться на планшайбе с достаточной точностью.
Отверстия для уплотнительных штифтов в вершинах ротора. к точности размеров и расположения которых предъявляются высокие требования, растачивают на координатно-расточных станках. Пазы для пластин радиальных уплотнений фрезеруются в уплотнительных штифтах в сборе с ротором,
Эпитрохоидные поверхности корпусов РПД, выпускаемых Фирмой НСУ, обрабатывают методом копирования. После
фрезерования и шлифования торцовых поверхностей корпусов, отлитых под давлением из легкого сплава, они поступают на специальный карусельный станок, изготовленный фирмой НСУ, где по копиру производится предварительная расточка эпит- рохоидной поверхности. За один проход, продолжающийся около 5 мин, снимается припуск 0,4 мм. После этого эпитрохоидою поверхность покрывают слоем твердого хрома толщиной около 0,3 жлг.
Окончательно обрабатывают хромированную рабочую поверхность на копировально-шлифовальном станке. Общее время механической обработки центрального корпуса составляет 1,5 ч.
Фирма проводит исследования с целью замены хромирования эпитрохопдной поверхности анодированием. По мнению фирмы анодирование позволит получить износостойкую поверхность при более дешевом способе производства и невысоких требованиях к материалам. Рассматривается также возможность нанесения на эпитрохоидную поверхность тонкого керамического покрытия.
Изучается возможность снижения стоимости изготовления боковых корпусов, которые сравнительно дороги в основном из- за молибденового покрытия рабочих поверхностей. Предлагается выполнять боковые корпусы из алюминия с напыленной на рабочие поверхности сталью. Это, однако, потребует значительных по объему исследований в области смазки и износостойкости уплотнений.
Хорошие результаты показали исследования, проведенные в последнее время фирмой с чугунными боковыми корпусами, на рабочие поверхности которых не наносились никакие специальные покрытия: износ деталей уплотнения и рабочих поверхностей корпусов оказался по предварительным данным в 4 раза меньше, чем при используемом в настоящее время молибденовом покрытии.
ДВИГАТЕЛИ ФИРМЫ КЕРТИС-РАЙТ
Известная авиамоторостроительная фирма Ксртис-Райт (США) первой приобрела лицензию на РПД в 1958 г. Эта фирма разрабатывает семейства ротопоршневых двигателей, предназначенных для использования в различных отраслях хозяйства. Базовой моделью семейства РПД является однороторный двигатель RC1-60 (Rotating combustion) с рабочим объемом камеры 0,98 л и степенью сжатия е=8,5.
К 1965 г. время исследовательских и доводочных работ по двигателям серии RC превысило 20 000 моточасов. На рис. 33 приведены эффективные показатели двигателя, достигнутые к 1964 г. Максимальная мощность при числе оборотов эксцентрн-
нанаlx№!№lx№!№Рис. 34. Конструкция двигателяRC1-60Рис. 34. Конструкция двигателяRC1-60^kwa^kwa
на
на
lx№!№
lx№!№
Рис. 34. Конструкция двигателя
RC1-60
Рис. 34. Конструкция двигателя
RC1-60
^kwa
^kwa
нового вала 6500 в минуту составляет 155 л. с. Максимальная величина среднего эффективного давления равняется 11,25 кПсмЛ Наименьшим удельный расход топлива равен 205 г/(жс. ч.), а расход па режиме максимальной мощности не превышает 240 г/(л. с. ч.), Двигатель устойчиво работает на холостом ходу при 350 об{мин. Минимальное число оборотов при полностью открытой дроссельной заслонке составляет 400 в минуту.
Конструкция этого дви-
гателя представлена рис. 34.
Стальной эксцентриковый вал двигателя вращается в двух коренных подшипниках скольжения. Ротор двигателя установлен также на подшипнике скольжения. Центральный и боковые корпусы центрируются с помощью цилиндрических штифтов и стягиваются шпильками, 'проходящими через водяную рубашку. Шпильки расположены неравномерно, в соответствии с распределением газовых нагрузок. Усилие затяжки гаек приложено вблизи поверхности эпитрохоиды.
Центральный корпус двигателя отлит из алюминия. На его рабочую поверхность методом напыливания нанесен слой
молибдена, который подвергается окончательной шлифовке. Боковые корпусы также отлиты из алюминия. Характерной особенностью их конструкции является использование вставных торцовых накладок. Применение последних позволяет получить более простую отливку и повысить эффективность системы охлаждения двигателя Рабочие поверхности накладок хромируют, а окончатсльЕЮ их обрабатывают после запрессовки в корпусы.
Так как процесс нанесения слоя молибдена на алюминиевую поверхность является дорогостоящим, разрабатываются конструкции двигателей с чугунными центральными корпусами Фирма считает, что тонкостенное литье не приведет к существенному увеличению массы двигателя, в то время как процесс нанесения молибденового покрытия на чугун упростится.
В конструкции ротора из алюминиевого сплава был обнаружен значительный износ пазов под радиальные уплотнений Этот дефект удалось устранить применением специальных вставок из высокопрочных материалов. В связи с этим в настоящее время роторы двигателей серии RC выполняют из модифицированного чугуна и имеют для увеличения жесткости конструкции коробчатое сечение с радиальными ребрами. Улучшение конструкции ротора способствовало снижению его тепловой напряженности.
Ротор охлаждается маслом, которое подводится из эксцентрикового вала по радиальным отверстиям в эксцентрике. Поле ускорений масла во внутренних полостях ротора циклически изменяется при его вращении, в результате чего охлаждающее масло совершает вихревое движение между внутренними ребрами, отводя тепло от ротора. Затем масло поступает к кольцевым выточкам на концевых поверхностях подшипника ротора и стекает в желоба боковых корпусов. Тепло, полученное маслом от ротора, отводится в теплообменник.
Система уплотнения рабочих камер выполнена по схеме, применяющейся фирмой НСУ. Радиальные и торцовые пластины уплотнений изготовляют из легированного чугуна. Радиальные пластины выполнены разрезными, что позволяет уменьшить величину неуплотненного зазора по торцу пластины. В результате этого улучшения удалось снизить пусковое число оборотов двигателя и уменьшить массу маховика. Торцовые пластины уплотнения должны иметь минимальную массу, чтобы уменьшить влияние инерционности на их подвижность н способность к самоустанавливанию.
Создание эффективной конструкции элементов уплотнения является лишь частью общей проблемы герметизации рабочего пространства двигателя. Очень важной проблемой является также система охлаждения корпусов, при этом критерием эффективности охлаждения служит величина термической дефор- 45г
нации корпусов, и в первую очередь центрального корпуса. Для достижения равномерного температурного состояния поверхностей в системе охлаждения двигателя RC1-60 применено многоходовое движение жидкости {рис. 35). Поток жидкости последовательно проходит через рубашку охлаждения корпусов двигателя в прямом и обратном направлениях, параллельно оси вала. Количество охлаждающей жидкости, подаваемой в отдельные зоны центрального корпуса в соответствии с характером тепловыделения, регулируется проходными площадями
Рис. 35. Схема циркуляции охлаждающей жидкости а корпусах РПД RC1-60 и температурное пале корпуса:I — Температурное поле; А — выход ехлаждаииюй жидкости; Л — вход охлаждающей ЖИДКОСТИ: I — впускное окне; 2 — выпускное окно; з -евеня тлжиганняРис. 35. Схема циркуляции охлаждающей жидкости а корпусах РПД RC1-60 и температурное пале корпуса:I — Температурное поле; А — выход ехлаждаииюй жидкости; Л — вход охлаждающей ЖИДКОСТИ: I — впускное окне; 2 — выпускное окно; з -евеня тлжигання
Рис. 35. Схема циркуляции охлаждающей жидкости а корпусах РПД RC1-60 и температурное пале корпуса:
I — Температурное поле; А — выход ехлаждаииюй жидкости; Л — вход охлаждающей ЖИДКОСТИ: I — впускное окне; 2 — выпускное окно; з -евеня тлжигання
Рис. 35. Схема циркуляции охлаждающей жидкости а корпусах РПД RC1-60 и температурное пале корпуса:
I — Температурное поле; А — выход ехлаждаииюй жидкости; Л — вход охлаждающей ЖИДКОСТИ: I — впускное окне; 2 — выпускное окно; з -евеня тлжигання
каналов, а также с помощью радиальных ребер, одновременно повышающих жесткость корпуса.
Газораспределительные окна в РПД могут располагаться на рабочих поверхностях центрального или бокового корпусов.
Недостатком системы газораспределения РПД с расположением окон в центральном корпусе является весьма большое время перекрытия впускного и выпускного окон, что особенно сказывается при малых числах оборотов. В результате перекрытия газораспределительных окон происходит перемешивание горючей смеси с выхлопными газами. При этом ухудшаются пусковые качества двигателя.
Для устранения этого явления в транспортных двигателях ицускное окно располагают на торцовой поверхности одного из боковых корпусов. Величина проходного сечения окна и выбор
43
«юо гооо зооо мое зооо^/ки*«юо гооо зооо мое зооо^/ки*Рис. 37. Зависимости мощности механических потерь от числа оборотов двигателя: / — двигатель R Ct-60: 2—поршневые двигателиРис. 37. Зависимости мощности механических потерь от числа оборотов двигателя: / — двигатель R Ct-60: 2—поршневые двигателиРис. 36 Изменение площадей газораспределительных органов по углу поворота вала:/ — porgnopu) i:e eon д вн гател ь; 2 — пор ш не - вг>П двигательРис. 36 Изменение площадей газораспределительных органов по углу поворота вала:/ — porgnopu) i:e eon д вн гател ь; 2 — пор ш не - вг>П двигательфаз при этом ограничены, так как во избежание попадания масла во впускное окно оно не должно перекрываться маслосъемным кольцом. Подобная схема газораспределения понижает коэффициент наполнения при высоких числах оборотов ротора, но несколько повышает экономичность. Другой особенностью такой системы впуска является сообщение полости ротора между маслосъемным кольцом и газовыми торцовыми уплотнениями с впускным окном, что дает возможность прорывающимся газам поступать в последнее, а не в картер двигателя. При этом снижается загрязненность масла п увеличивается срок его службы.
«юо гооо зооо мое зооо^/ки*
«юо гооо зооо мое зооо^/ки*
Рис. 37. Зависимости мощности механических потерь от числа оборотов двигателя: / — двигатель R Ct-60: 2—поршневые двигатели
Рис. 37. Зависимости мощности механических потерь от числа оборотов двигателя: / — двигатель R Ct-60: 2—поршневые двигатели
Рис. 36 Изменение площадей газораспределительных органов по углу поворота вала:
/ — porgnopu) i:e eon д вн гател ь; 2 — пор ш не - вг>П двигатель
Рис. 36 Изменение площадей газораспределительных органов по углу поворота вала:
/ — porgnopu) i:e eon д вн гател ь; 2 — пор ш не - вг>П двигатель
Открытие и закрытие газораспределительных окон в РПД происходит очень быстро, что приводит к возникновению динамического напора воздуха во впускном трубопроводе (рис. 36). Использование этого эффекта с помощью специально подобранного трубопровода позволило в двигателе RC1-60 заметно повысить величину коэффициента наполнения, которая на отдельных режимах превышает единицу. Этому способствовала также быстроходность РПД, так как эффективность инерционного наддува увеличивается с повышением скоростного режима двигателя.
Па рис. 37 показаны зависимости мощности механических потерь от числа оборотов двигателя RC1-60 и трех образцов карбюраторных шести цилиндровых верхнеклаланных двигателей мощностью 100—120 л. с., развиваемой при числе оборотов, равном 4500 в минуту. Из сравнения зависимостей видно, что мощности механических потерь РПД и поршневых двигателей при низких числах оборотов мало отличаются друг от друга, поэтому для пуска РПД могут быть использованы те же стартеры, что и для сопоставимых по мощности поршневых карбюраторных двигателей.
Величина механических потерь в поршневых двигателях при высоких числах оборотов больше, чем у РПД, примерно в 2 раза. Меньшие величины механических потерь ротопоршне- вого двигателя объясняются рядом причин. При работе РПД поверхности ротора и корпусных деталей не соприкасаются, в то время как в поршневом двигателе на преодоление трения поршней затрачивается примерно 20—25% мощности всех потерь. Па привод механизма газораспределения в поршневых двигателях затрачивается примерно 15% мощности трения, а в РПД этот узел вообще отсутствует. Наконец, меньшее число подшипников, наряду с отмеченными выше факторами, определяет в РПД меньшие потери на трение.
Изучение процесса сгорания, проведенное на двигателе RC1-60 с помощью скоростной съемки, подтвердило полученные фирмой НСУ данные о некоторой его затянутости. В связи с этим в РПД приходится устанавливать большие углы опережения зажигания, которые в двигателе RC1-60 на номинальном режиме составляют 40—45 е, что эквивалентно 27—30° в поршневых двигателях.
Таблица 4
Износ основных деталей в мм
Изнашиваемые детали
Двигатель
RC1-60
ГАЗ-21 [1]
М-20 (IJ
Щепки эксцентрикового вала . , . .
Износа нет
Шатунные шейки на диаметр . . . .
-—
0,05-0,06
0,10-0,14?
Эпитрохондная поверхность , , , .
0,11
—
•^=
Гильза цилиндра в верхнем поясе . . Рабочая поверхность боковых кор-
0,165
0,10-0,14
0,45-0,47
пусов ........
—
—
Радиальная пластина по высоте . . .
0,39*
~”
-—
Торцовые пластины по высоте . , . Первое компрессионное кольцо (ра-
0,091
0,3—0,35
—
диалы 1Ый износ)
Второе компрессионное кольцо (ра-
0,21
дна льны й износ)
Торцовое масляное уплотнение по
0,038*
высоте .
■ •
•=»
Маслосъемное кольцо (радиальный износ)
—
0,3—0,35
0,5
• Указанные величины износа саговых и масляных уплотнений соответствуют 1060 v работы.
В табл, 4 для сравнения приведены величины износа деталей двигателей RC1-60, ГАЗ-21 и М-20. Двигатель RC1-60 испытывали в течение 1500 ч на автомобильном бензине без добавки масла. Испытания велись на режимах, наиболее харак-
45
терных для автомобильных двигателей, т. е. 600 ч двигателе работал при максимальном скоростном режиме с нагрузкой составляющей 75—80% максимальной, а в течение остальным 900 ч мощность двигателя не превышала 60% максимальной
Износ детален двигателей ГАЗ-21 (автомобиль «Волга») в М-20 (автомобиль «Победа») определялся после пробега около 100 тыс. км. Сравнение результатов испытаний представляет особый интерес в связи с тем. что величины износов сопоставимых деталей у двигателя RC1-60 и двигателей ГАЗ-21 и М-20
£е
Рис. 38. Изменение удельных расходов топлива и воздуха двигателя RC1-60
сравнительно мало отличаются друг от друга. Следует указать, что в обычных условиях эксплуатации двигатель ГАЗ-21 авто-, мобиля «Волга» может пройти до капитального ремонта около 150 тыс. км.
На рис. 38 изображены кривые удельных расходов топлива и воздуха. Эти кривые показывают стабильность параметров двигателя RC1-60 в течение последних 1000 ч (время испытаний двигателя составляло 1500 ч).
Долгое время одним из слабых мест РПД фирмы Кертис- Райт являлась недостаточная стойкость свечей зажигания. В настоящее время проводятся исследования по подбору оптимального теплового режима для свечи новой конструкции с электродами, расположенными близко к эпитрохоидной поверхности. и с очень высоким калильным числом. Во время специальных испытаний, проведенных на двигателе RCI-60, развивавшем 65 л. с. при 4500 об] мин, свеча проработала свыше 1000 ч.
Фирмой разработана также конденсаторная система зажигания, к преимуществам которой следует отнести малую чувствительность к отложениям нагара на электродах свечи и значительно меньшую эрозию самих электродов.
В настоящее время на базе двигателя RC1-60 фирма Кертис-Райт построила ряд двух-, грех- л четырехроторных двигателей.
Двухроторный двигатель RC2 60-U5 водяного охлаждения (рис. 39) создавался специально для установки на автомобиль. Системы газовых уплотнений и водяного охлаждения унифицированы с двигателем RCI-60 В конструкцию роторов, центральных н боковых корпусов были внесены лишь незначительные изменения, Стальной эксцентриковый вал двигателя выполнен двухопорным (промежуточная опора отсутствует).
Рис. 39. Общим вид Двигателе RC2-6O-U5Рис. 39. Общим вид Двигателе RC2-6O-U5Рис, 40, Скоростная характеристика двигателя RC2-6O-U5Рис, 40, Скоростная характеристика двигателя RC2-6O-U5
Рис. 39. Общим вид Двигателе RC2-6O-U5
Рис. 39. Общим вид Двигателе RC2-6O-U5
Рис, 40, Скоростная характеристика двигателя RC2-6O-U5
Рис, 40, Скоростная характеристика двигателя RC2-6O-U5
Неподвижные синхронизирующие шестерни (с числом зубьев 48) расположены в боковых корпусах, что позволяет применить неразъемный эксцентриковый вал и облегчить сборку двигателя.
Впускные окна выполнены в боковых корпусах (торцовый впуск), а выпускные—в центральных (периферийный выпуск). Смазка подшипников и охлаждение роторов производятся под давлением по обычной схеме. Давление масла на прогретом двигателе около 3 кПсм2. На рис. 40 дана скоростная характеристика двигателя RC2-60-LI5.
Вспомогательные агрегаты двигателя RC2-60-U5 автомобильного типа. Водяная помпа расположена на передней крышке Двигателя и приводится ремнем от шкива на эксцентриковом калу. Этим же ремнем приводится и генератор переменного тока с встроенным в него выпрямителем. Подкачивающий бензиновый насос диафрагменного типа, расположенный с левой стороны двигателя, подает топлива через фильтр с бумажным элементом. Карбюратор двухкамерный, типа Рочестер, диаметр Диффузора 36,5 лш. Единственным вспомогательным агрегатом,
специально разработанным для РПД RC2-60-U5, является wai логабаритный стартер, расположенный с левой стороны двигателя.
С целью подбора водяного и масляного радиагоров для двигателя RC2-60-U5 проводились исследования его теплового баланса. Результаты исследований, представленные на рис. 41* показывают, что для РПД требуются радиаторы той же эффек-
Рис. 4t. Зависимости, характеризующие Рис. 42. Зависимость мощ- тепловой баланс двигателя RC2-60-U5:кости, затрачиваемой на
I — теплоотдача в воду; 5 — теплоотдача впроворачивание вала дви-
маслогателя RC2-60-U5 при раз
личных температурах окру-жающей среды:
ТНВНОСТИ, ЧТО И ДЛЯ сопоставимых J — при 21* С: 2-при ГС: ,Л—при — 14’0: 4 — при —23’С
поршневых карбюраторных двигателей.
При испытаниях в холодильной камере оценивались пусковые качества двигателя RC2-60-U5. На рис. 42 показана зависимость мощности, необходимой для проворачивания вала двигателя при различных температурах окружающей среды, от числа оборотов. Величины мощности подсчитывались по пиковому току и напряжению в цепи стартера.
При определении пусковых качеств было установлено, что двигатель RC2-60-U5 обладает хорошей приемистостью. После первой вспышки число оборотов двигателя увеличилось с 43 до 450 в минуту за 0,15 сек.
Расположение впускных окон в боковых корпусах позволило существенно снизить пусковое число оборотов: двигатель RC2-60-U5 легко пускается при числе оборотов, не превышающем 60 в минуту.
При стендовых испытаниях, воспроизводящих условия высоких нагрузок и скоростей, удельный расход масла в двигателе RC2-60-U5 не превышал 0,25 г/(л.с. ч.), что приблизительно соответствует расходу 1 кг масла на 1600 км пути пробега автомобиля.
В табл. 5 приведены основные технические данные двигателя RC2-604J5 и V-образпого восьмицилиндрового поршневого 48
Габлы^п 5Габлы^п 5ПараметрыПараметрыВС5-60 USV-8185/5000 1965 107 457X559X515 145197/4800 4538 275 750x710x800 4250,772,150,571.4ВС5-60 USV-8185/5000 1965 107 457X559X515 145197/4800 4538 275 750x710x800 4250,772,150,571.4ДвигательДвигательРис. 43. Сопоставление габаритов РПД и V-образного носьми- цилиндрового поршневого двигателя:У — №Д; 2 — V-образный аосимицилиидрОвыЛ поршневой двигательРис. 43. Сопоставление габаритов РПД и V-образного носьми- цилиндрового поршневого двигателя:У — №Д; 2 — V-образный аосимицилиидрОвыЛ поршневой двигатель
Габлы^п 5
Габлы^п 5
Параметры
Параметры
ВС5-60 US
V-8
185/5000 1965 107 457X559X515 145
197/4800 4538 275 750x710x800 425
0,77
2,15
0,57
1.4
ВС5-60 US
V-8
185/5000 1965 107 457X559X515 145
197/4800 4538 275 750x710x800 425
0,77
2,15
0,57
1.4
Двигатель
Двигатель
Рис. 43. Сопоставление габаритов РПД и V-образного носьми- цилиндрового поршневого двигателя:
У — №Д; 2 — V-образный аосимицилиидрОвыЛ поршневой двигатель
Рис. 43. Сопоставление габаритов РПД и V-образного носьми- цилиндрового поршневого двигателя:
У — №Д; 2 — V-образный аосимицилиидрОвыЛ поршневой двигатель
Технические данные двигателей
Мощность (вл. с Л при числе обо лото в " (в об/мин' ........... . . . . Рабочий объем двигателя l сла Масса двигателя в кА ..
Габаритные размеры в л.я . , Габаритный объем в 5л3 . . Объемный удельный показатель мощности
в дл;а,'д. с. ..............
Массовый удельный показатель мощности в кг/а. с. .
двигателя фирмы Форд. Последний выбран для сравнения потому, что его конструкция является наиболее прогрессивной & классе двигателей с таким рабочим объемом
На рис. 43 представлены схематически общие виды РПД и сравниваемого V-образного поршневого двигателя.
Большая компактность РПД позволяет наиболее целесообразно использовать объем кузова легкового автомобиля; пассажирское помещение может быть максимально сдвинуто вне- ред, н результате чего повышается комфортабельность при одновременном уменьшении общей длины автомобиля.
Испытания легкового пятиместного автомобиля Форд-Мустанг показали, что установленный на нем двигатель ^C2-60-U5
обеспечивает наряду с высокой максимальной скоростью (свыше 170 км/ч) хорошие динамические качества. Ниже приведены данные, характеризующие приемистость автомобиля при трога нии с места.
Скорость в kjhA ........... 4Я 6-1 97 129
Время разгона n<w ... ....... 2,9 5,^ 10,9 20,2
Длительные испытания автомобилей с РПД показали, что их топливная экономичность в условиях городской езды не уступает лучшим образцам автомобилей аналогичного класса с поршневыми двигателями.
При эксплуатации на загородных шоссе расход топлива у автомобиля Форд-Мустанг при замене стандартного поршневого двигателя ротопоршневым уменьшился примерно на 5—10%
Минимальный расход топлива автомобиля Форд-Мустанг (собственная масса автомобиля с РПД равна 1300 кг) достигается при скорости движения 60 км/ч и составляет примерно 10 л на 100 км пути. При равномерном движении со скоростью 100 км/ч расход топлива увеличивается весьма незначительно и не превышает 12,5 л на 100 км.
Фирма Рио проводит испытания двигателя RC2-60-U5 на автомобиле (6X6) грузоподъемностью 2,5 т. Вследствие уста попки дополнительного понижающего редуктора (1,39:1) на автомобиле сохраняется стандартная трансмиссия. Замена поршневого шестицилиндрового двигателя мощностью 150 л. с. ротопоршневым позволила не только улучшить динамические качества автомобиля, но и увеличить его грузоподъемность примерно на 300 кг.
Американская фирма Вестингауз Аэроспейс Электрикал Ди- внжен выпускает электрогенераторные установки мощностью 60 кет, где в качестве первичного двигателя исподьзмется РПД RC2-60-U5.
В табл. 6 приведены некоторые технические данные этих генераторных установок с различными типами первичных двигателей.
Преимущества генераторной установки с РПД вполне очевидны: обладая примерно равной массой с газотурбинной уста- попкой, она значительно превосходит ее по экономичности; установка с РПД на 1643 кг легче дизель-генератора, а несколько более высокий расход топлива полностью компенсируется его экономией в условиях передвижения. По расчетам фирмы передвижная генераторная установка с РПД позволяет экономить (за счет значительно меньшего веса по сравнению с днзель-ге- нератором) до 40 л топлива в час. Высокая равномерность хода двухроторного РПД позволяет поддерживать мощность и частоту генератора в очень жестких пределах.
Рис. 44. Скоростная характеристика двигателя RC4-60Рис. 44. Скоростная характеристика двигателя RC4-60
Рис. 44. Скоростная характеристика двигателя RC4-60
Рис. 44. Скоростная характеристика двигателя RC4-60
Таблица 6
Технические данные генераторных установок
Параметры
Генераторная установка
с газовой
с РИД 1 турбиной
Дизель генератор
Масса я кг - *
Габаритные размеры в .«,«: длина
ширина высота .
Габаритный объем в Дм11 . . . .
Расход топлива в л/ч
489
1260
865
940 1020 36,0
445
2030 915 685 1275 64,5
2132
2360
915 1500 3230 22,7
Фирма Кертис-Райт непрерывно улучшает износостойкость и параметры ротопоршневых двигателей. Фирмой разработан вариант двигателя RC2-60-U5 мощностью 200 л. с. Увеличение мощности достигнуто в результате изменения газораспредели
тельных окон и установки карбюратора с большими проходными сечениями диффузоров.
Применение на рабочих поверхностях центральных кор лусов новых покрытий из керамики позволило резко увеличить износостойкость этих деталей. Как показали стендовые испытания, проведенные при открытии дроссельной заслонки на 30% и числе оборотов 3500—3800 в минуту, износ рабочей поверхности центрального корпуса не превышал 0,0002 мм за 100 ч работы.
Из секций двигателя RCI-60, расположенных в ряд и соединенных общим эксцен-
триковым валом, был скомпонован четырехроторный двигатель RC4-60.
На рис. 44 приведена скоростная характеристика двигателя RC4-6O. Двигатель развивает мощность 430 л. с. при 6500 об/мин. При наддуве мощность может быть повышена до 700 л. с. Величина максимального крутящего момента достигает 55 кГм. Наименьший удельный расход топлива 228 а/(д. с. ч.). Следует отметить плавное протекание кривых
удельного расхода топлива и крутящего момента.
Конструкция двигателя RC4-6O представлена на рис. 45. Впускные окна двигателя выполнены в боковых корпусах, выпускные— в центральных Ввиду того, что эксцентриковый вал двигателя выполнен цельным, неподвижные шестерни и коренные подшипники пришлось выполнить разъемными. Эксцентриковые шейки вала двигателя развернуты относительно друг друга на 90°, порядок работы секции 1—4— —2—3. Возникающий при этом незначительный момент центробежных сил уравновешивается противовесами на концах вала. Масляная система сухим картером. Нагнетающая секция насоса подает масло по сверлениям эксцентрикового вала к подшипникам и далее в роторы. Два откачивающих насоса, расположенные в передней и задней крышках двигателя, перекачивают масло, стекающее на дно картера, в масляный бак.
Циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается насосом, установленным с передней стороны двигателя. Жидкость подается в рубашки корпусов из трубопровода, проходящего вдоль всего двигателя. Подо-
грев впускных патрубков, способствующий повышению равномерности распределения топлива по секциям при низких температурах окружающей среды, осуществляется с помощью охлаждающей жидкости.
Двигатель RC4-60 прошел 1000-часовые испытания на стенде, при этом не' наблюдалось ни потерь мощности, ни значительных взносов Ответственных деталей.
Фирма КертисФайт в 1961 г. создала однороторный двигатель с воздушный охлаждением и рабочим объемом камеры 70 слг3 (рис. 46). Двигатель развивал мощность от 1 до 3,5 л. с.
Рис. 47. Температурное поле корпуса РПД с воздушным охлаждением:i—Ne=\ л. с., л-I6OQ об/мин; i—Ng = -1,65 л. с., п-2400 об/лин: 3 — Nc-3,b Л, С.. л-4000 об/минРис. 47. Температурное поле корпуса РПД с воздушным охлаждением:i—Ne=\ л. с., л-I6OQ об/мин; i—Ng = -1,65 л. с., п-2400 об/лин: 3 — Nc-3,b Л, С.. л-4000 об/минРис. 46, Внешний вид РПД с воздушным охлаждением фирмы Кертис-Райт (рабочий объем камеры 70 см3)
Рис. 47. Температурное поле корпуса РПД с воздушным охлаждением:
i—Ne=\ л. с., л-I6OQ об/мин; i—Ng = -1,65 л. с., п-2400 об/лин: 3 — Nc-3,b Л, С.. л-4000 об/мин
Рис. 47. Температурное поле корпуса РПД с воздушным охлаждением:
i—Ne=\ л. с., л-I6OQ об/мин; i—Ng = -1,65 л. с., п-2400 об/лин: 3 — Nc-3,b Л, С.. л-4000 об/мин
в диапазоне 1600—4000 об/мин эксцентрикового вала (рис. 47). Число оборотов холостого хода 1000 в минуту, пусковых чисел оборотов 500—600 в минуту. Охлаждающий воздух подается центробежным вентилятором, расположенным на эксцентриковом валу двигателя, и системой дефлекторов и ребер направляется вдоль наружной поверхности корпуса.
Расположение ребер неравномерное: в области выпускных каналов и камеры сгорания оно более частое. Термометриро- вание двигателя показало эффективность системы охлаждения: температура на рабочей поверхности центрального корпуса в зоне свечи зажигания не превышала 204° С при работе на режиме максимальной мощности.
Работы по созданию двигателей воздушного охлаждения были продолжены на экспериментальном двигателе RC1-60, в котором было сохранено жидкостное охлаждение боковых
корпусов, а охлаждение центрального корпуса осуществлялось воздухом.
Основной целью испытаний, начатых в июне 1962 г., было изучение распределения тепловых потоков в корпусных деталях двигателя в зависимости от целого ряда параметров: величина среднего эффективного давления, числа оборотов, формы камеры сгорания, угла опережения зажигания, коэффициента избытка воздуха, температуры окружающей среды и т. п.
Экспериментальный двигатель RC1-60 с центральным корпусом воздушного охлаждения успешно прошел 500-часовые испытания. Двигатель развивал мощность 107 л. с. при температуре окружающего воздуха 38° С, при этом мощность, затрачиваемая на привод вентилятора охлаждения, составляла примерно 10% эффективной мощности.
Конечными результатами многочисленных исследований явилось создание фирмой Кертис-Райт семейства экспериментальных авиационных РПД воздушного охлаждения. Вазовой моделью при их создании служила, как и для двигателей водяного охлаждения, модель двигателя RC1-60. Изменению подверглось лишь расположение впускных окон, которые в РПД воздушного охлаждения выполнены на рабочей поверхности центрального корпуса.
Некоторые данные РПД воздушного охлаждения фирмы Кертис-Райт в сравнении с поршневым авиадвигателем приведены в табл. 7.
Таблица 7
Технические данные РПД воздушного охлаждения
Периметры
Двигатель
RCi-60
RC3-60
RC4-60
Авиацио! ный поршне* вой
Число роторов
Максимальная мощность в л. с . .
Масса двигателя и кг ,
Удельная масса в ке/л. с Объем силовой установки в я® . . Удельный объем в яэ/л. с
2 260 100 0,39 0,20 0,00077
3 385 120 0,31 0.25 0,00065
4
515
140
0,27
0,32 0,00052
340
211 0,62 0,43 0,00127
Как известно, в настоящее время большое внимание уде ляется созданию двигателей, работающих на различных топливах. В современных многотопливных поршневых двигателях используется цикл с воспламенением от сжатия, однако в ра- топоршнсвых двигателях применение такого цикла связано с рядом трудностей. Поэтому фирма Кертис-Райт, ведущая исследования по определению возможности применения в РПД
различных видов топлив с 1961 г., остановила свой выбор на двигателе с умеренной степенью сжатия (е=8,5) и искровым зажиганием. Многотопливная модификация РПД фирмы Кертис-Райт также создана на основе двигателя RCI-60.
Подача топлива осуществляется с помощью плунжерного насоса и форсунки в неразделенную камеру сгорания (рис. 48).
Перемешивание топлива с воздухом обу словливается турбулентным движением последнего, образовавшимся в процессе впуска и сжатия. Двигатель прошел успешные испытания при работе на самых различных видах топлива, включая топливо для реактивных двигателей, высокооктановые бензины и дизельное топливо.
Двигатель обладает рядом преимуществ, связанных со способом смесеобразования. При работе на частичных нагрузках вследствие отсутствия дроссельной заслонки на впуске снижаются насосные потери двигателя. Тепловые
Рис, 48. Схеме расположения форсунки И свечи в мнОгОтап- ливном РПД фирмы Кертис-Райт:j — Форсунка: 2 — свечаРис, 48. Схеме расположения форсунки И свечи в мнОгОтап- ливном РПД фирмы Кертис-Райт:j — Форсунка: 2 — свечапотери цикла также снижаются из-за более низких температур в процессе сгорания и пониженной диссоциации. Из других особенностей следует отметить меньшую теплоотдачу в охлаждающую воду, более низкую температуру и мень-
Рис, 48. Схеме расположения форсунки И свечи в мнОгОтап- ливном РПД фирмы Кертис-Райт:
j — Форсунка: 2 — свеча
Рис, 48. Схеме расположения форсунки И свечи в мнОгОтап- ливном РПД фирмы Кертис-Райт:
j — Форсунка: 2 — свеча
шую токсичность выпускных газов.
Показатели удельной мощности, достигнутые в двигателях с непосредственным впрыском, в сравнении с полученными в карбюраторных двигателях, а также топливная экономичность несколько ниже (в пределах 10—15%) из-за худшего исполь
зования воздушного заряда в камере.
Предполагается, что дальнейшие работы по многотопливным модификациям РИД будут касаться конструкции камеры сгорания системы подачи топлива, а также температурного состояния двигателя и газодинамики заряда.
ДВИГАТЕЛИ ДРУГИХ ФИРМ
Фирма Фихтель и Закс (ФРГ) в 1964 г. приступила к серийному производству стационарного ротоЕюршневого двигателя воздушного охлаждения. Объем рабочей камеры олно- роторного двигателя модели КМ-37 (рис. 49) составляет 108 смг; степень сжатия е—8,5; при 5500 об/мин эксцентрикового вала двигатель развивает мощность 6.6 л. с. Удельный расход топлива колеблется в пределах 320—360 а/(л. с. ч.).
Скоростная характеристика двигателя представлена на рис. 50.
Двигатель КМ-37 оборудован карбюратором Бинг, применяемым на легких мотоциклах. Пуск двигателя осуществляется шнуром. Масса полностью укомплектованного двигателя равна 13,8 кг, что составляет примерно 60% массы двухтактного или 45% массы четырехтактного поршневого двигателя той же мощности.
Центральный и боковые корпусы с ребрами охлаждения ву- полнены из легких жаростойких сплавов. Рабочую поверхность
Рис. 49. Двигатель КМ-37 фирмы Фидель и ЗанеРис. 49. Двигатель КМ-37 фирмы Фидель и Занецентрального корпуса покрывают слоем хрома толщиной
Рис. 49. Двигатель КМ-37 фирмы Фидель и Зане
Рис. 49. Двигатель КМ-37 фирмы Фидель и Зане
Рис, 50. Скоростная характеристика двигателя КМ-37Рис, 50. Скоростная характеристика двигателя КМ-370,5 ля, затем шлифуют по копиру (при этом снимается слон толщинок 0,2 леи). Неровности на шлифованной поверхности не превышают 2 люи, В первых образцах двигателя КМ-37 на рабочие поверхности боковых корпусов пламенным напылива- нием наносится слой молибдена, В настоящее время разработан и внедрен в производство более дешевый метод напыли- вания специальной бронзы, что позволяло снизить стоимость операции примерно в 5 раз, сохранив высокую износостойкость поверхности.
Рис, 50. Скоростная характеристика двигателя КМ-37
Рис, 50. Скоростная характеристика двигателя КМ-37
Стальной эксцентриковый вал установлен в двух подшипниках качения игольчатого типа, осевая фиксация вала производится однорядным шарикоподшипником. В ротор двигателя, отлитый из серого чугуна, запрессована стальная обойма роликоподшипника, с одной стороны обоймы нарезаны зубья шестерни внутреннего зацепления. Беговую дорожку для роликов подшипника ротора закаливают т. в. ч. '
Герметизация рабочих камер осуществляется системой уплотнений, применяемой фирмой НСУ. Уплотнительные пластины выполнены из высококачественного чугуна, используемого для поршневых колец.
Корпусные детали двигателя охлаждаются с помощью осевого вентилятора несложной конструкции, отлитого из легких сплавов. Вентилятор охлаждения имеет профилированные лопатки. Мощность, затрачиваемая на привод вентилятора, составляет примерно 5% мощности двигателя. Наиболее высокая температура на рабочей поверхности центрального корпуса при полной нагрузке при 6000 об!_.
ашн эксцентрикового вала нс превышает 200° С, что свидетельствует об эффективности системы охлаждения.
ВРЯД определенная сложность конструкции ротора обусловлена необходимостью его охлаждения маслом. Кроме усложнения конструкции, это влечет за собой и другие нежелательные последствия. Масло охладившее ротор, выте
Рис, 51. Схема охлаждения ротора двигателя КМ-37Рис, 51. Схема охлаждения ротора двигателя КМ-37кает из его внутренних полостей через торцовые отверстия и пол действием центробежных сил стремится проникнуть в рабочие камеры, что создает условия для закоксовывания деталей двигателя и возрастания угара масла. Кроме того,
Рис, 51. Схема охлаждения ротора двигателя КМ-37
Рис, 51. Схема охлаждения ротора двигателя КМ-37
масло, находящееся во внутренней полости ротора, увеличивает его неуравновешенную массу. Использование смазочного масла для охлаждения ротора требует также установки дополнитель-
кого масляного радиатора в системе смазки двигателя.
Стремясь избавиться от указанных недостатков и упростить конструкцию двигателя, фирма применила в модели КМ-37 иную схему охлаждения ротора. Горючая смесь (рис. 51) из карбюратора поступает в канал заднего бокового корпуса, просасывается через отверстия в роторе и эксцентрике вала и через каналы в переднем боковом корпусе поступает в рабочую полость двигателя. При прохождении через ротор смесь, вследствие теплоты парообразования бензина, отнимает от него тепло и нагревается до температуры 50° С, что значительно улучшает процесс смесеобразования, но при этом несколько снижается наполнение двигателя. Для уменьшения температурных перепадов по периферии центрального корпуса холодный
впускной патрубок двигателя расположен в наиболее горячей зоне, рядом со свечей зажигания.
Проходя через каналы в боковых корпусах, горючая смесь охлаждает и смазывает коренные подшипники. Смазка деталей системы уплотнения также осуществляется рабочей смесью с двухпроцентной (по объему) добавкой масла. Таким образом, отпадает надобность в масляном насосе, радиаторе охлаждения масла и масляном поддоне, что упрощает конструкцию, уменьшает габаритные размеры и понижает стоимость двигателя.
Из-за относительно небольшого количества масла, добавляемого в топливо, выхлопные газы через несколько секунд после пуска двигателя становятся совершенно бесцветными. Эксплу* атанионный расход масла незначительно отличается от расхода масла поршневых карбюраторных четырехтактных двигателей,
Испытания на надежность показали, что двигатель КМ-37 может работать без разборки и замены деталей от 1000 до 1200 ч; при непрерывной работе (24 ч в сутки) он работал без остановки шесть недель. При этом моторесурс двигателя в сильной степени зависит от скоростного режима: при 3000 об/мин эксцентрикового вала он составляет 1500 ч, а при 4500 об/мин уменьшается до 1000 ч.
Износ радиальных уплотнений происходил с интенсивностью 0,2 мкм/ч, и. таким образом, за 1000 ч работы пластины высотой 5,5 мж износились на 0,2 лип Стандартные свечи зажигания марки Бош 190 с калильным числом 190 имеют срок службы от 150 до 250 ч.
С помощью вакуумного автомата максимальное число обо-, ротов эксцентрикового вала ограничивается 6000 в минуту.
Общий уровень вибрации двигателя КМ-37 весьма низок вследствие отсутствия поступательно движущихся масс и бла-7 годаря высокой точности балансировки вращающихся дета-1 лей.
На рис. 52 показаны вибрационные характеристики двигателя КМ-37 при п^3990 об/мин эксцентрикового вала и одноцилиндрового поршневого двухтактного двигателя той же фирмы (с рабочим объемом 200 си3) при п = 4065 об/мин. При сравнении видно, что определяющая частота вибрации обоих двигателей практически одинакова, однако средняя амплитуда Л, а также величина ускорений и инерционных нагрузок от вибрации составляют у двигателя КМ-37 лишь 15% соответ; ствующих показателей сравниваемого поршневого двигателе
Японская фирма Тойо-Когио заключила лицензионное соглашение с фирмой МСУ на производство ротопоршневых двигателей в 1962 г.
Первый созданный фирмой РПД — однороторный, водяного охлаждения, с объемом рабочей камеры 400 с.и3. При 58
Рис. 52. Вибрационные характеристики: и — норшле^ой даухтактний дьНГбТеАы tf ^ Двигатель КМ-37Рис. 52. Вибрационные характеристики: и — норшле^ой даухтактний дьНГбТеАы tf ^ Двигатель КМ-37gtgtРис. 53. Удельные расходы топлива по нагрузочной характеристике двухроторного РПД фирмы;Тойо-Когио:I — л-2000 об!*ик; " — п-5000 об{минРис. 53. Удельные расходы топлива по нагрузочной характеристике двухроторного РПД фирмы;Тойо-Когио:I — л-2000 об!*ик; " — п-5000 об{мин
Рис. 52. Вибрационные характеристики: и — норшле^ой даухтактний дьНГбТеАы tf ^ Двигатель КМ-37
Рис. 52. Вибрационные характеристики: и — норшле^ой даухтактний дьНГбТеАы tf ^ Двигатель КМ-37
gt
gt
Рис. 53. Удельные расходы топлива по нагрузочной характеристике двухроторного РПД фирмы;
Тойо-Когио:
I — л-2000 об!*ик; " — п-5000 об{мин
Рис. 53. Удельные расходы топлива по нагрузочной характеристике двухроторного РПД фирмы;
Тойо-Когио:
I — л-2000 об!*ик; " — п-5000 об{мин
6000 об/мин эксцентрикового вала двигатель развивает мощность 35 л. с.
Корпусные детали отлиты из легких сплавов под давлением, что позволяет существенно повысить прочность конструкции при одновременном снижении ее массы.'
Рабочие поверхности центрального и боковых корпусов двигателя для повышения износостойкости хромированы. Ротор двигателя отлит из чугуна. Радиальные пластины уплотнения выполнены из специального графита (с плотностью 2— 2.3 г/см3) с включением металлических частиц. Торцовые пластины уплотнений чугунные. Эксцентриковый вал установлен на подшипниках скольжения. Этот двигатель послужил базой для создания двух- и четырехроторной моделей.
Мощность двухроторного двигателя превышает 70 л. с. при 6000 об/мин. Двигатель установлен на трехместном спортивном автомобиле «Космо». Масса двигателя со всеми вспомогательными агрегатами (без учета массы четырехскоростной коробки передач) около 90 кг.
Двигатель сохраняет абсолютную плавность работы при 6000 об/мин. Число оборотов холостого хода 500 в минуту. Автомобиль «Космо» (сухая масса автомобиля 950 ха) легко движется па прямой передаче при 800 об/мин эксцентрикового нала двигателя (что соответствует скорости движения 20км/ч) н при этом быстро и без рывков разгоняется. Отмечается хорошая работа двигателя при частичных нагрузках. Это достигнуто в основном благодаря системе газораспределения с впускными окнами, расположенными в боковых корпусах, которая
позволяет уменьшить перетекание остаточных газов в полости впуска.
На рис. 53 приведены кривые удельных расходов топлива при работе двигателя по нагрузочным характеристикам при /1 = 2000 об/мин и при л=5000 об/мин. Минимальный удельный расход топлива двигателя колеблется в пределах 24U- 250 г/(л, с. ч.).
Межремонтный пробег двигателя в эксплуатационных условиях, превышает 100 тыс. ж. В условиях весьма напряженных непрерывных испытаний при 4750 об/мин эксцентрикового вала и 75% максимальной мощности двигатель сохранял работоспособность после 80 тыс. км пробега.
В настоящее время двухроторный двигатель автомобиля «Космо» значительно модернизирован. Увеличение рабочего объема каждой камеры двигателя с 400 до 490 еж3 и изменение системы впуска дало возможность повысить мощность двигателя до НО л. с. при 6000 об/мин вала.
Модернизированная модель снабжена трехсекционным карбюратором с падающим потоком. Одна секция карбюратора, общая для обеих рабочих полостей, питает двигатель на режимах малых и средних чисел оборотов (до 3000 об/мину С увеличением числа оборотов вступают я работу две другие секции карбюратора, каждая из которых обслуживает свою рабочую полость.
Таким образом, при числах оборотов свыше 3000 в минуту питание двигателя осуществляется одновременно по каналам: общему, расположенному в промежуточном корпусе двигателя, и раздельным, выполненным в центральных корпусах. Подаб пая схема позволила повысить коэффициент наполнения на всем диапазоне чисел оборотов, а также улучшить пусковые качества двигателя.
В модернизированном двухроторном двигателе в каждой рабочей камере установлено две свечи зажигания, что позволило повысить надежность системы на всех режимах работы и снизить минимальный удельный расход топлива примерно на 10%.
Четырехроторная модель РПД фирмы Тойо-Когио (рис. 54) мощностью 140 л. с. при 6000 об/мин эксцентрикового вала отличается чрезвычайной компактностью: общая длина двигателя составляет всего 500 мм. Агрегаты электрооборудования (генератор, стартер ит. д.) также имеют небольшие габаритные размеры, вследствие чего полностью укомплектованный двигатель занимает небольшой объем. В четырехрО' торной модели фирма Тойо-Когио разработала собственную конструкцию эксцентрикового вала со съемными эксцентриками. По утверждению фирмы такая конструкция эксцент-
пикового вала для многороторяых РПД имеет меньшую стоимость, чем конструкция с разрезными неподвижными шестернями и составными подшипниками, предложенная фирмой Кертис-Райт.
В отличие от двухроторной модели в четырехроторном РПД как впускные, так и выпускные окна выполнены в центральных корпусах.
Рис. 54. Общий вид четырехроторного РПД фирмы Тойо-Когно
Питание двигателя осуществляется двумя карбюраторами, каждый из которых обслуживает секцию из двух роторов. Карбюраторы двухкамерные, с падающим потоком.
Фирма Даймлер-Бенц (ФРГ) разрабатывает для автомобилей двух- и трехроторные РПД с объемом камеры 700 сл<3. Мощность трехроторной модели около 180 л. с. В течение ряда лет фирма работает над непосредственным впрыском бензина в РПД.
Исследования РПД для установки на спортивные и гоночные автомобили ведут фирмы Альфа-Ромео (Италия) и Порше (ФРГ). Лицензия на производство РПД приобретена Германской Демократической Республикой. Английская фирма Роллс-Ройс изучает возможность создания многотопливных РПД для различного применения.
Некоторые фирмы разрабатывают дизельный РПД Ванкеля. К их числу относятся фирмы Перкинс (Англия), Ганомаг, Клокнер-Гумбольд-Дейтц, М. А. Н., Крупп (ФРГ), Янмар- Дизель (Япония).
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ РАБОЧИХ КАМЕР
Как известно, основной проблемой при создании роторного двигателя любого типа является герметизация рабочих камер, так как именно надежность уплотнения зазоров определяет работоспособность роторного двигателя. О трудности решения этой проблемы говорит тот факт, что бесчисленное множество изобретенных роторных двигателей оказывалось неработоспособным именно из-за отсутствия эффективной системы уплотнения зазоров.
Рис. 55. Система уплотнения ротопоршнеаого двигателя:
р — с составной радиальной пластиной: б — с цельной радиальной пластиной; / — ротор: 2 — уплотнительная пента; 3^ уплотняющая плата; # —уплотнительный штифт; 5 —ра- анальная пластина; 6—торцовая пластина; 7 —торцовый экспандер; 8 —экспандер унлот- нительного штифта: 9 — радиальный Экспандер
Работы по созданию простой и достаточно надежной системы уплотнения для РПД конструкции Ванкеля длились около 30 лет. В результате была разработана система, состоящая из радиальных и торцовых уплотнений и уплотнительных штифтов, обеспечивающих замкнутость этой системы и тем самым повышающих ее эффективность.
На рис. 55, а представлена одна из первых конструкций системы уплотнения Радиальные уплотнения представляли 52
обой плоские составные пластины, расположенные в вершинах ротора. Под действием центробежных сил инерции центральная часть пластины прижималась к рабочей (эпитрохоид- ной) поверхности корпуса, а ее боковые части отжимались При этом к поверхностям боковых корпусов двигателя, уплотняя зазор по торцам радиальной пластины. Уплотнение торцовых зазоров ротора производилось с помощью массивной плиты, занимающей всю боковую его поверхность и удерживаемой тремя фиксаторами. К поверхности бокового корпуса двигателя уплотняющая плита прижималась с помощью поступающих под нее газов. Для уменьшения прорыва газов под плиту была подложена уплотняющая лента. Уплотнительный штифт имел паз, в который входила радиальная пластина, и прижимался к поверхности бокового корпуса с помощью пружины. Ввиду сложности и громоздкости, а также значительной трудности изготовления описанная конструкция распространения че получила и применялась только на биротативном двигателе DKM-54. На последующих моделях применялась система уплотнения, показанная на рис. 55, б.
В этой конструкции радиальная пластина выполнена цельной, а уплотнение по ее торцам достигается вследствие малого зазора между пластиной и поверхностями боковых корпусов. В связи с тем, что при прохождении радиальной пластиной участков эпнтрохоидной поверхности с отрицательной кривизной центробежные силы инерции меняют свой знак и стремятся переместить пластину внутрь ротора, под нее была подложена плоская гофрированная пружина (экспандер), препятствующая отрыву пластины от эпнтрохоидной поверхности. Кроме того, экспандер прижимает пластину к рабочей поверхности корпуса при малых числах оборотов (например, при пуске), когда центробежные силы еще малы по величине и не в состоянии обеспечить требуемой герметичности рабочих камер.
Массивная уплотняющая плита была заменена тремя дуговыми пластинами, вставленными с незначительным зазором в канавки на торцах ротора. Пластины прижимались к поверхностям боковых корпусов двигателя, как и в первой конструкции, газами, поступавшими под них, а также помещенными под них экспандерами. Замыкались пластины торцовых и радиальных уплотнений уплотнительными штифтами, расположенными в вершинах ротора. На штифтах, кроме паза для радиальной пластины, были выфрезерованы лыски, являющиеся продолжением канавок на торцах ротора. Концы торцовых Дуговых пластин ложатся на эти лыски и подходят с небольшим зазором к боковым поверхностям радиальной пластины. Таким образом, обеспечивается замкнутость системы уплотнения.
Все детали системы уплотнения во время работы двигателя
Рис, 57. Силы, действующие на радиальные пластины;/£—осевая составляющая сил инерции ^ N — нормальная составившая сил янерцнк ргаз — осевая составляющая газовых сил рго4^ нормальная составляющая газовых сид ртр — сила тренияРис, 57. Силы, действующие на радиальные пластины;/£—осевая составляющая сил инерции ^ N — нормальная составившая сил янерцнк ргаз — осевая составляющая газовых сил рго4^ нормальная составляющая газовых сид ртр — сила тренияРис. 56. Сравнение величин уплотняемых периметров деи- ■ гателей:I — поршневого: II — однорого?нога; Ш — двух роторного; I — поршневые кольцо: 5 —Клапаны; 3 —радиальные пластины: 1 — торцовые пластиныРис. 56. Сравнение величин уплотняемых периметров деи- ■ гателей:I — поршневого: II — однорого?нога; Ш — двух роторного; I — поршневые кольцо: 5 —Клапаны; 3 —радиальные пластины: 1 — торцовые пластины
Рис, 57. Силы, действующие на радиальные пластины;
/£—осевая составляющая сил инерции ^ N — нормальная составившая сил янерцнк ргаз — осевая составляющая газовых сил рго4^ нормальная составляющая газовых сид ртр — сила трения
Рис, 57. Силы, действующие на радиальные пластины;
/£—осевая составляющая сил инерции ^ N — нормальная составившая сил янерцнк ргаз — осевая составляющая газовых сил рго4^ нормальная составляющая газовых сид ртр — сила трения
Рис. 56. Сравнение величин уплотняемых периметров деи- ■ гателей:
I — поршневого: II — однорого?нога; Ш — двух роторного; I — поршневые кольцо: 5 —Клапаны; 3 —радиальные пластины: 1 — торцовые пластины
Рис. 56. Сравнение величин уплотняемых периметров деи- ■ гателей:
I — поршневого: II — однорого?нога; Ш — двух роторного; I — поршневые кольцо: 5 —Клапаны; 3 —радиальные пластины: 1 — торцовые пластины
неподвижны относительно ротора, что обусловлено кинематикой двигателя. Возможность перемещения радиальных пластин вызывается исключительно необходимостью компенси
ровать износ пластин, а также износ и искажения геометрической формы эпитрохоидной поверхности, допущенные в про
цессе изготовления или вызванные неравномерным ее нагревом при работе двигателя. Причина неподвижности торцовых пла
стин заключается в том, что они так же, как и уплотнительные штифты, скользят по двум плоским параллельным поверхностям.
Неподвижность деталей уплотнения дает следующие преимущества: отсутствуют износы от перемещения; износ рабочих поверхностей деталей уплотнения не вызывает нарушения герметичности рабочей полости; экспандеры системы работают в статических условиях, что предотвращает их вибрацию и усталость, повышая тем самым надежность и срок службы системы.
Представляет интерес сравнение величины уплотняемых периметров поршневого двигателя и РПД. Приведенная на рис, 56 диаграмма показывает, что в этом отношении РПД несколько уступает поршневым двигателям: уплотняемый периметр / однороторного РПД с объемом рабочей камеры *500 см3 в 1,25 раза больше, чем у поршневого двигателя с
двумя цилиндрами объемом 500 ел* каждый н отношением SjD — V (с учетом уплотняемого периметра клапанов). Следует, однако, отметить, что большая часть (около 80%) уплотняемого периметра РПД приходится на долю торцовых уплотнений, надежность которых достаточно высока.
Из этой же диаграммы видно, что при равных рабочих объемах величина уплотняемого периметра у однороторного РПД примерно в 1,5 раза меньше, чем у двухроторного.
Представление о силах, действующих при работе двигателя на радиальные уплотнительные пластины, дает схема, изображенная на рис. 57. Эти силы показаны в виде составляющих, действующих по оси пластины и по нормали к ней. При вращении ротора величина и направление сил непрерывно изменяются.
Пи осн радиальной пластины действуют сиды JL и ^газ* представляющие собой осевые составляющие инерционных и газовых сил. В положениях А и В эти силы действуют в одном направлении и прижимают радиальную пластину к эпитрохоид ной поверхности.
Значения этих сил при 2 000 об/лшн ротора (6 000 обршк эксцентрикового пала) и массе пластины 15 г для двигателя с рабочим объемом камеры 750 с.нэ:
в положении Д:/£=16 кГ, Рмэ — 66 кГ (считая, что Давление газов пол радиальной пластиной составляет 70% давления в рабочей камере);
в положении 5:7^ = 7,3 кГ, Р,д,=56 кГ.
Таким образом, в этих положениях радиальная пластина прижимается к эпитрохоидной поверхности достаточно большим усилием (особенно, если принять во внимание линейный характер их контакта) и обеспечивает надежную герметизацию рабочих камер.
В положении С направление действия осевых составляющих различно: сила РМ1 по-прежнему направлена от центра ротора, а вектор составляющей /^ повернут на 180е и направлен внутрь ротора. Если учесть, ЧТО В положении С при 2 000 об/мин ротора величины сил. прижимающих (Р^ } радиальную пластину к эпитрохоидной поверхности и отжимающих (^^) от нее, практически равны (7l—2,44 кГ; Рма=2Л6 кП, то для обеспечения требуемой герметичности рабочих камер необходима установка экспандера.
Так как усилие, развиваемое экспандером, постоянно по величине н направлению (последнее всегда совпадает с вектором составляющей Р^ оно не показано на схеме.
, Наибольшую величину имеет нормальная составляющая газовых сил Piu- При площади боковой поверхности радиальной пластины 12 смг и среднем давления газов 25 кГ/смг, Р№8 - 300 кГ (мгновенные значения доходяг До 500 кГ). В положении А радиальная пластина прижата этой силой к Задней (во вращению) стенке паза, в то время как в положении В давление газов прижимает ее уже к передней стенке паза.
По нормали к осн радиальной пластины направлена и составляющая силы инерции JN, В положениях .4 я В она направлена противоположно составляющей Р’аз , незначительно (при 2000 об/мин ротора максимальное значение JN = 9,5 кГ) уменьшая ее действие на радиальную пластину. В положения С составляющие JN н Р,аз направлены в одну сторону, ио вследст- 3 Ротопорщневые двигатели AR
Рис. 58. Конструкция, уменьшающая величину опрокидывающего момента, действующего на радиальную пластину: / — ротор; 3— L образная пластина:3— радиальнаяпластина:4— экспандерыРис. 58. Конструкция, уменьшающая величину опрокидывающего момента, действующего на радиальную пластину: / — ротор; 3— L образная пластина:3— радиальнаяпластина:4— экспандерыуказанных способа дадутуказанных способа дадут
Рис. 58. Конструкция, уменьшающая величину опрокидывающего момента, действующего на радиальную пластину: / — ротор; 3— L образная пластина:3— радиальная
пластина:4— экспандеры
Рис. 58. Конструкция, уменьшающая величину опрокидывающего момента, действующего на радиальную пластину: / — ротор; 3— L образная пластина:3— радиальная
пластина:4— экспандеры
указанных способа дадут
указанных способа дадут
вне небольших значений этих величин при данном угле поворота ротора давление, оказываемое ими на радиальную пластину, также невелико.
Сила трения Ртр направлена по касательной к эпитрохоиде в точке касания радиальной пластины против вращения ротора и постоянно изменяется ио величине в зависимости от изменения сил инерции, сил газов, условий сказки и ряда других факторов.
Во время работы двигателя под действием сил газов и сил трения радиальная пластина «перекладывается* и перекашивается в канавке ротора разбивая ее, что в конечном счете приводит к ухудшению герметичности рабочей полости. Устранить это явление можно различными способами. Одни из способов заключается в уменьшении опрокидывающего момента, создаваемого газовыми силами и силами трения, действующими па выступающую из ротора часть пластины. Так как опрокидывающий момент действует относительно задней по вращению кромки паза в вершине ротора, фирма НСУ предлагает располагать паз не по оси симметрии ротора, как обычно, а под углом к ней, наклонив паз вперед по вращению ротора таким образом, чтобы его задняя стенка оказалась длиннее, чем передняя. При этом линия контакта с радиальной пластиной (т. е. задняя кромка паза) перемешается ближе к ее вершине, уменьшая длину плеча, а следовательно, и величину опрокидывавшего момента. Уменьшить величину опрокидывающего момента действующего на радиальную пластину, можно и другим способом (рис. 58). Дополнительная L-образпая пластина 2, выступая за пределы паза, как бы увеличивает длину его стенки, пон- ближая линию контакта к вершине радиальной пластины .?. При вращении ротора выступ L-об- разной пластины упирается п боковую стенку паза, не заклинивая радиальную пластину. Оба положительный эффект только в том случае, если
суммарный опрокидывающий момент от сил газов и трения всегда направлен в одну сторону, так как плечо опрокидывающего момента уменьшено с одной стороны, но увеличено с другой.
Второй способ заключается в устранении непосредственного контакта радиальной пластины с эпитрохондной поверхностью путем введения дополнительной промежуточной детали — скользящего башмака, Примеры различного выполнения скользящего башмака и радиальной пластины показаны на рис. 59. Скользящий башмак 3 может быть выполнен либо в виде фасонной пружинящей пластины 2 к закрепляться в пазах ротора / без дополнительных деталей (рис. 59, а—а), либо в виде плоской пластины и крепиться к ротору с помощью винтов 4 (рис. 59,а). В последнем случае винты должны обеспечивать пластине необходимую свободу перемещения. При этом башмак можно быть как цельным, так и составным. На рис. 59, д представлена конструкция составного башмака, причем его рабочая часть контактирует с эпитрохоидной поверхностью по двум линейным поверхностям. О недостатках такого контакта будет сказано ниже.
Рассмотренный способ устранения перекоса радиальных пластин сопровождается усложнением конструкции, что, естественно, нежелательно, поэтому следует признать целесообразным уменьшение перекоса путем увеличения высоты пластины. Для того чтобы при этом не увеличивалась масса пластины, а следовательно, и центробежная сила инерции, развиваемая ею, пластину можно выполнять полой.
В связи с рассмотренным следует отметить, что необходимый для лучшего уплотнения рабочего пространства минимально допустимый зазор между радиальной пластиной и стенками паза в роторе особенно желателен еще и потому, что он уменьшает величину бокового перемещения радиальной пластины в пазу, а также ее перекос.
Рис. 59. Конструкции устраняющие непосредственный контакт радиальной пластины с эпитрохоидной поверхностью
Принимая во внимание, что центробежная сила инерции радиальной пластины составляет заметную величину, а также учитывая линейный характер контакта радиальной пластины и рабочей поверхности, нельзя не признать достойными внимания меры, направленные на уменьшение величины этой силы, действующей на эпитрохоидную поверхность.
Ов)
Рис. 60. Радиальные пластины с масляными демпферами:
1 — ротор; ? — радиальная пластика: 3—поршень; j—пружина; 5—поршень демпфера; f внутренняя полость ротора, заполненная охлаждающим наслои; 7 — штох; 8 — ричаг
Оригинальная конструкция радиальной пластины представлена на рис. 60, а. Принцип действия этой конструкции состоит в следующем: при малом давлении газов в рабочей камере пружина 4 через поршень 3 действует на пластину 2, прижимая ее к эпитрохоидной поверхности. Таким -образом, на последнюю действуют центробежные силы инерции как пластины.
так л поршня. При увеличении давления газы переметают поршень внутри ротора, сжимая пружину, и тем самым лишают его возможности воздейсво- вать на пластину, а через нее на эпитрохоидиую поверхность. Поэтому на рабочую поверхность корпуса будет действовать только центробежная сила инерции пластины, высота которой (а следовательно, и масса) может быть значительно уменьшена за счет применения поршня.
Для уменьшения центробежных сил инерции радиальных пластин, действующих на рабочую поверхность, предлагались многочисленные конструкции, использующие принцип центробежного регулятора: специальные грузики, перемещаясь под действием центробежной силы, через систему рычагов действуют на радиальную пластину, уменьшая тем самым величину ее центробежной "силы, действующую на эпитрохоидную поверхность. Однако подобные конструкции достаточно сложны и громоздки и, кроме того, размещаясь в вершине ротора, затрудняют охлаждение радиальных пластин.
Как уже отмечалось, во время испытаний ротопоршиевых двигателей па эпитрохоидной поверхности появлялись поперечные бороздки, увеличение которых сначала снижало мощность двигателя, а затем приводило в негодность его корпус. Появление бороздок объясняется вибрацией радиальных пластин, причина происхождения которой еще недостаточно ясна, хотя существует мнение, что бороздки появляются вследствие местных термических деформаций эпитрохоидной поверхности и периодически появляющихся отрицательных ускорений (см. рис. 57).
В качестве одного из средств борьбы с этим явлением были предложены конструкция радиальных пластин с масляными демпферами, использующими охлаждающее масло, находящееся в роторе (рис. 60, а—в).
Уменьшить вероятность появления бороздок можно также различным положением радиальных пластин относительно осей симметрии ротора. Так например, если одна пластина расположена в плоскости осн симметрии, то вторая наклонена в направлении вращения ротора, а третья — против вращения. При этом желательно, чтобы массы отдельных пластин, а также упругость их экспандеров были неодинаковы. По мнению фирмы Даймлер-Бенн запатентовавшей эту идею, подобные мероприятия обеспечат различные частоту и момент возникновения колебания отдельных пластин и позволят, возможно, избежать или хотя бы уменьшить износ эпитрохоидной поверхности.
При нагреве центрального корпуса /, зажатого с помощью проходящих через него шпилек 3 между боковыми корпусами 2 двигателя (рис. 61, а) образующая эпитрохоидной поверхности может потерять свою прямолинейность — произойдет или выпучивание или прогиб, что приведет к ухудшению герметичности рабочих камер. При этом в случае прогиба из-за точечного контакта радиальной пластины с эпитрохоидной поверхностью возможно качание пластины относительно этой точки что вызовет дополнительный износ рабочей поверхности корпуса.
Рис. 61. ДеформацияРис. 61. ДеформацияПоэтому фирма НСУ предлагает изготавливать эпитрохоидную поверхность выпуклой с тем, чтобы при нагреве ее образующая становилась прямой. Желательно, однако, сохранить некоторую выпуклость рабочей поверхности т0Г0, чтобы радиальная пластина контактировала с неб по крайним точкам и не могла качаться. Небольшая утечка газов в центре выпуклости может быть ликвидирована применением выпуклой пластины, причем радиус крнвиз- ны пластины должен быть больше радиуса кривизны эпитрохондной поверхности во избежание точечного контакта в центре.
Рис. 61. Деформация
Рис. 61. Деформация
эпитрохондной поверхности и способы ее компенсации
Так как обработка эпитрохондной поверхности с непрямолннейной образующей представляет значительные трудности, фирма предлагает выполнять радиальные пластины с выпуклой или вогнутой рабочей поверхностью (рис. 61, б). Неизбежное при этом нарушение герметичности рабочих камер в зоне неискаженных участков эпитрохондной поверхности фирма считает допустимым, так как в этих местах перепады давлений в соседних камерах невелики, и, следовательно, невелико и перетекание газов.
Фирма Даймлер-Бенц предлагает решить эту проблему с помощью радиальной пластины, состоящей из нескольких частей (рис. 61, в). Отдельные части этой пластины, имея возможность перемещаться и наклоняться независимо друг от друга, смогут обеспечить необходимое уплотнение рабочих камер как на искаженных, так и на неискаженных участках эпитрохондной поверхности. Для того чтобы предотвратить утечку газов через зазоры между составляющими частями пластины, рекомендуется устанавливать в радиальный паз ротора лее пластины, разрезанные таким образом, чтобы зазоры чередовались в шахматном порядке.
Значительно уменьшить или даже полностью устранить искажение образующей эпитрохондной поверхности можно путем соответствующего способа соединения центрального и бокового корпусов двигателя (рис. 61, г). При таком способе не центральный корпус зажимается между боковыми, а, наоборот, боковые корпусы крепятся к центральному независимо друг от Друга, что дает последнему возможность свободно расширяться и таким образом уменьшает вероятность искажения элитрохо- идиой поверхности.
Представленная на рис. 62 конструкция радиальной пластины предназначена для устранения неполного контакта пластины с эпитрохондной поверхностью корпуса. Пластина разрезана на две части по дуге, что дает возможность верхней ее части перемещаться относительно нижней и сохранять линейный контакт с рабочей поверхностью по всей длине пластины
Неравномерный нагрев корпуса двигателя (перепад температур между холодной и горячей зонами составляет 150 — 250° С), обусловленный особенностями протекания термодинамического цикла в РПД, сопровождается, кроме отмеченных выше искажений образующей эпитрохоидной поверхности, термическими деформациями, искажающими форму эпитрохоид-
Рис, 62. Самоустанавли- дающаяся радиальная пластинаРис, 62. Самоустанавли- дающаяся радиальная пластинакого контура и существенно ухудшающими эффективность системы уплотнения зазоров. Поэтому наряду с совершенствованием системы уплотнений, большое внимание уделяется устранению вредных последствий этой особенности РПД.
Рис, 62. Самоустанавли- дающаяся радиальная пластина
Рис, 62. Самоустанавли- дающаяся радиальная пластина
Уменьшить неравномерный нагрев корпуса можно путем изготовления его из материалов с высокой теплопроводностью или соответствующей схемой циркуляции охлаждающей жидкости. Однако эти способы лишь уменьшают искажения рабочей поверхности, но не устраняют их, поэтому фирма НСУ предложила обрабатывать контур рабочей полости не по эпитрохоиде (эквидистанте эпитрохоиды), а по кривой, скорригированной в
Рис. 63. Улучшение уплотнения радиального зазораРис. 63. Улучшение уплотнения радиального зазора
Рис. 63. Улучшение уплотнения радиального зазора
Рис. 63. Улучшение уплотнения радиального зазора
соответствии с термическими деформациями. Изготовленная таким образом рабочая поверхность приобретает при работе двигателя форму правильной эпитрохоиды, устраняя нежелательное перемещение радиальных пластин и способствуя надежному уплотнению рабочих камер.
Попытки улучшить уплотнение радиального зазора привела к созданию конструкций, представленных на рис. 63, с, б. На рис. 63, а изображена конструкция с двумя радиальными пла- 70
стинами, посаженными в одну канавку н обеспечивающими уплотнение не по одной, как обычно, а по двум линейным поверхностям. Однако такая, казалось бы рациональная конструкция обладает существенным недостатком. Данную эпитрохоиду (нЛИ ее эквидистанту) может образовать только одна определенная точка (в ротопоршневом двигателе—точка контакта радиальной пластины с эпитрохоидой), любая другая точка образует другую эпитрохоиду, смещенную относительно первой- Поэтому для того, чтобы две точки могли скользить по одной и той же эпитрохоиде, необходимо смещение хотя бы одной из них при движении со своего номинального положения. Это приведет к тому, что при вращении ротора пластины (или одна из пластин) будут перемещаться относительно друг друга (для двигателя с рабочим объемом камеры 750 ел3 и толщиной пластины 4 ли: максимальная величина перемещения составляет около I л1я), что нежелательно, так как при этом теряются отмеченные выше преимущества, связанные с неподвижностью детален системы уплотнения относительно ротора. Данная конструкция к тому же имеет увеличенную массу. Поэтому она нс может считаться оптимальной.
Оригинальная конструкция радиального уплотнения изображена на рис. 63,6. Радиальная пластина заменена омегообразной пружинящей гильзой, выполненной из листового термостойкого материала. Концы гильзы прижимаются к эпитрохоидной поверхности, обеспечивая контакт по двум линейным поверхностям. Внутри гильзы расположены полые уплотнительные штифты, прижимаемые пружинами к поверхностям боковых корпусов. К преимуществам этой конструкции следует отнести удвоенное количество контактирующих поверхностей и уменьшение давления на элитрохоидцую поверхность. Ее недостатком является перемещение омегообразной гильзы при вращении ротора (во той же причине, что и в конструкции с Двумя пластинами) и наличие линейного контакта между концами торцовых уплотнений и омегообразной гильзой, увеличивающего вероятность прорыва газов.
Для уплотнения зазора между радиальной пластиной и стенкой паза уплотнительного штифта предложена конструкции штифта с коническим пазом (рис. 63, а). Внешняя кромка конического паза вследствие давления газов прижимается к радиальной пластине, обеспечивая линейный контакт я тем самым уменьшая вероятность перетекания газов. Ту же цель преследует конструкция, изображенная на рис. 63, г. В этой конструкции уплотнительного штифта нет, его роль играет разрезное кольцо, посаженное в кольцевую канавку в вершине ротора. Под действием газов кольцо примыкает своей кромкой к боковой поверхности радиальной пластины, препятствуя прорыву газов. Для повышения надежности можно применить два разрезных кольца, расположенных последовательно друг за другом.
На первых ротопоршневых двигателях, развивавших максимальную мощность при числе оборотов порядка 10 000 в ми- нУту, применялись цельные радиальные пластины, зазор ла торцам которых представлял собой достаточно большое гидрав- -тическое сопротивление, и поэтому утечка газов через них находилась в допустимых пределах. Однако по мере того, как снижалось число оборотов, соответствующее максимальной мощности, и РПД стал превращаться в двигатель, пригодный
для промышленного использования, такая конструкция уже могла удовлетворять предъявляемым к ней требованиям.
Поэтому американская фирма Кертнс-Ракт предложила радиальную пластину, изображенную на рис. 64, а. Эта пластина состоит из двух частей: внутренней и наружной. Расположенный между ними экспандер прижимает внутреннюю часть пластины но дну канавкн в роторе, а наружную часть — к эпнтрохоидной поверхности корпуса. Внутренняя часть сидит в канавке более плотно, чем наружная, так хак нет необходимости в ее подвижности.
Рис, 64. Составные радиальные пластины
Вследствие того, что условия работы этой части пластины легче, чем наружной, она может быть изготовлена из более дешевых материалов, но с меньшим коэффициентом линейного расширения, в результате чего зазоры по ее торцам могут быть сведены до минимума. Наружная часть пластины имеет более свободную посадку и уплотняет радиальный зазор между ротором и рабочей поверхностью корпуса. Для уменьшения утечек газа зазор между внутренней и наружной частями пластины должен быть минимальным. Так как внутренняя часть радиальной пластины неподвижна, торцовые пластины примыкают непосредственно к ней без опасности ее заклинивани или перекашивания. Уплотнительный штифт отсутствует.
Радиальная пластина такой конструкции герметизирует рабочую камеру лучше, чем одноэлементная пластина, которая должна одновременно уплотнять и торцовые, к радиальный зазоры. Следует, однако, отметить, что такая конструкция не может обеспечить полной герметичности камеры, так как по торцам и внутренней и наружной ее частей обязательно наличие теплового зазора.
Этот недостаток отсутствует у конструкции, представленной на рис. 64, б. Конструкция состоит из двух одинаковых пластин, распираемых одним экспандером, который прижимает их к эпнтрохоидной поверхности корпуса и одновременно — к поверхностям боковых корпусов, уплотняя таким образом и радиальный, и торцовые зазоры. Достоинством этой конструкции является уплотнение торцового зазора по всей высоте пластины, однако уплотнение радиального зазора по всей длнне пластины такая конструкция не обеспсчи вает, так как при вращении ротора линия касания пластины с эпнтрохоидной поверхностью корпуса всегда проходит через один из зазоров, в результате чего непрерывность ее нарушается. Таким образом, при работе двигателя на свободном торце каждой из двух частей радиальной пластины попеременно будут появляться зазоры, ухудшающие герметичность рабочих камер.
Кроме того, минимальная толщина пластины ограничена из-за возможного коробления под действием высокой температуры. Это обстоятельство с одной стороны, затрудняет изготовление пластин из легких, но хрупких ■материалов, а с другой — приведет (в случае изготовления пластин из металла) к нежелательному увеличению массы конструкции, состоящей лэ двух пластин.
На рис. 64, в изображена так называемая разрезная радиальная пластина, состоящая из трех частей — средней, уплот- 72
няюшей радиальный зазор между вершиной ротора и эпитро- хоидной поверхностью, и двух уголков, уплотняющих зазоры по торнам пластины. Экспандер воздействует непосредственно на уголки, а через них — на среднюю часть пластины.
Эффективность конструкции уплотнения определяется ее- способностью надежно герметизировать рабочую камеру при малых числах оборотов, при которых наиболее ощутимы утечки газов, в то время как именно в этом случае необходимо- достижение возможно большего давления конца сжатия рс для обеспечения легкого и надежного пуска двигателя. Результаты эксперимента, проведенного фирмой Кертис-Райт (рис. 63, а), наглядно показывают преимущество разрезной пластины перед цельной: в области малых чисел оборотов она обеспечивает значительно более высокие значения ре (при 125 об/мин эксцентрикового вала разрезная пластина обеспечивает давление конца сжатия в 1,75 раза больше, чем обычная цельная). В области высоких чисел оборотов величина рс, как и следовала ожидать, очень мало зависит от конструкции радиальной пластины: начиная с 1000 об/мин, разрезная и цельная пластины обеспечивают практически одинаковое давление конца сжатия.
Фирма НСУ также провела ряд исследований с разрезными и цельными радиальными пластинами. На рис. 65, б и в показаны зависимости среднего эффективного давления ре от конструкции радиальной пластины и от величины зазора А по торцу средней части разрезной пластины.
Значительно меньше внимания уделяется торцовым уплотнениям: примененные на первом РПД дуговые пластины, посаженные с незначительным зазором в канавки на торцах ротора, оказались настолько удачными, что применяются до сих пор на всех выпускаемых РИД.
В связи с тем, что изготовление дуговых канавок в роторе и особенно дуговых пластин сопряжено с известными трудностями. было предложено заменить нх прямолинейными. При этом значительно облегчается изготовление пластин, представляющих собой плоские шлифованные пластины; которые нетрудно обработать с высокой степенью точности; что очень- важно для достижения высокой уплотняющей способности пластин. Большой интерес представляет также изготовление - «глухих» канавок (т. е. канавок, не имеющих выхода на поверхность боковых граней ротора), обеспечивающих лучшую- герметичность рабочей камеры. При прямых канавках осуществить эту операцию значительно легче.
На рис. 66 представлены различные варианты торцовых уплотнений. 1<>сгоя1цих на нескольких прямолинейных пластин. На рис. 66, а изображена комбинация из двух пластин, но так «ан сна занимает много места на торцо- он поверхности ротора н требует увеличения размеров последнего, ее можно аменить системой, состоящей из трех прямолинейных пластин (рио. 66, б).
УУ
У
У
Для того чтобы уменьшить вероятность прорыва газов через места стыке пластин, была предложена конструкция, в которой пластины контактировали не друг с другой, а с промежуточным цилиндрическим штифтом, повышающим надежность стыка, а следовательно, и эффективность системы в целом (рис. 66. в).
Рис. 65. Влияние конструктивных факторов радиального уплотнения на давление конца сжатия рс и среднее эффективное давление
' Ре:
а —зависимость давления хон на сжатия р£ от конструкции радиальной пля- стины: б •— зависимость средЕЮГО эф. фектнвного давления ре От конструкции радиальной пластины: в — зависимость среднего эффективного давлении Ре от величины зазора по терцу средней части разрезной радиальной пластины: I —разрезная радиальная пластина: 2 — цельная радиальная пластина; 5 — теоретический максимум р£; < — при величине зазора 0,02 хлс; 5 — при мели- чине зазора 0,09 Мм; 6 — при величине зазора 0.21 ,и,ч
Недостатком системы уплотнения с прямолинейными пластинами является, как уже указывалось, необходимость большей площади для ее размещения (по сравнению с системой с дуговыми пластинами). Разместить на ограниченной торцовой поверхности ротора два ряда прямолинейных уплотнительных пластин удастся не всегда. По этим причинам описанные конструкции практического применения не нашли, и на современных серийных РПД зазоры по торцам ротора уплотняют с помощью дуговых пластин, расположенных одним или двумя рядами параллельно граням ротора и обеспечивающих необходимую герметичность рабочих камер.
Представленные на рис. 67 кривые, характеризующие относительные и абсолютные величины утечек газов через однорядные (сплошные линии) и двухрядные (штриховые линии)
торцовые уплотнения, них примерно на 30% прорывающихся газовторцовые уплотнения, них примерно на 30% прорывающихся газова)а)Рис. 66. Конструкции роторов с прямолинейными торцовыми пластинамиРис. 66. Конструкции роторов с прямолинейными торцовыми пластинами
торцовые уплотнения, них примерно на 30% прорывающихся газов
торцовые уплотнения, них примерно на 30% прорывающихся газов
а)
а)
Рис. 66. Конструкции роторов с прямолинейными торцовыми пластинами
Рис. 66. Конструкции роторов с прямолинейными торцовыми пластинами
показывают, что эффективность послед- выше, чем однорядных. При этом объем колеблется в зависимости от числа обо-
Рис. 67, Зависимости, характеризующие величины утечки газов через торцовые уплотнения;1 — относительные: 2 — абсолютныеРис. 67, Зависимости, характеризующие величины утечки газов через торцовые уплотнения;1 — относительные: 2 — абсолютныеРис. 68.Профили торцовых пластинРис. 68.Профили торцовых пластин
Рис. 67, Зависимости, характеризующие величины утечки газов через торцовые уплотнения;
1 — относительные: 2 — абсолютные
Рис. 67, Зависимости, характеризующие величины утечки газов через торцовые уплотнения;
1 — относительные: 2 — абсолютные
Рис. 68.
Профили торцовых пластин
Рис. 68.
Профили торцовых пластин
ротов от 5 до 1,5%ротов от 5 до 1,5%объема рабочей камеры двигателя при
ротов от 5 до 1,5%
ротов от 5 до 1,5%
однорядном расположении торцовых уплотнительных пластин и от 4 до 1 % — при двухрядном их расположении.
Исследования показали, что прорывающиеся газы играют
важную роль в смазке деталей уплотнения, так как оказалось.
что эти газы являются рабочей смесью. Предполагают, что про рыв газов происходит во время такта сжатия в момент равновесия газовых и центробежных сил, действующих на торцовые пластины, когда они как бы
«плавают» в канавке. Содержащееся в прорывающихся через зазоры газах масло смазывает поверхности боковых корпусов и деталей уплотнения.
На рис. 68 показаны различные профили торцовых пластин. Пластина 1 применяется на всех РПД. В 1961 г. были
запатентованы пластины 2 и 3. Пластины 2 и 3, хотя и затрудняют доступ газов к экспандерам и уменьшают вероятность их прорыва по торцу ротора, не нашли практического применения как из-за значительной трудности их изготовления, так и из-за сложности обработки ступенчатых канавок в роторе. Следует отметить, при этом, что в случае точной посадки торцовой пластины в канавку и правильно выбранного усилия, развиваемого экспандером, самая простая конструкция торцовой пластины в состоянии обеспечить требуемую герметичность .рабочей камеры.
Рис. 69. Схемы замыкания радиальных и торцевых уплотнении
На рис. 69 показано развитие схемы замыкания радиаль ного и торцового уплотнений, во многом определяющей герметичность рабочих камер. Необходимость изменения схемы, применяемой на первых двигателях (рис. 69, а), объяснялась тем, что при вращении ротора 1 торцовая пластина 4 под действием сил трения сдвигалась в канавке назад и нередко перекашивала и заклинивала в пазу радиальную пластину 3, что приводило к ухудшению ее уплотняющей способности. Поэтому в новой конструкции (рис. 69, б) задний (по вращению) конец торцовой пластины примыкает не к боковой поверхности радиальной пластины, а к цилиндрической поверхности уплотнительного штифта 2. При этом исчезает опасность заклинивания радиальной пластины, а уплотнение зазора между штифтом и концом торцовой пластины достигается за счет тщательной подгонки контактирующих поверхностен.
Однако ввиду неравномерного вращения ротора конец торцовой пластины периодически отходит от штифта, открывая путь газам и ухудшая герметичность камеры (о перемещениях торцовой пластины свидетельствуют следы наклепа, наблюдавшиеся на ее конце). Для того чтобы преградить путь прорвавшимся газам, было предложено ввести еще одну уплотнительную пластину 5 на торне ротора, расположенную под уплотнительным штифтом (рис. 69, а). Для повышения герметичности в местах стыка этой пластины с дуговыми торцовыми
пластинами помешены дополнительные уплотнительные штифты 6, прижимаемые к поверхностям боковых корпусов давлением поступающих под низ газов. Так как такой способ герметизации приводит к существенному усложнению конструкции, более целесообразной явилась бы конструкция, представленная на рис. 69, г и сочетающая в себе достоинства обеих рассмотренных схем. В этой конструкции концы торцовой пластины лежат в пазах, выфрезерованных в уплотнительных штифтах и являющихся продолжением канавок на торцах ротора, но не доходящих до радиальной пластины, Таким образом, отсутствует непосредственный контакт между торцовыми и радиальными пластинами и исчезает возможность перекашивания и заклинивания радиальных пластин торцовыми. Образующийся при этом лабиринт улучшает уплотнение стыка штифт —торцовая пластина.
Для нормальной работы системы уплотнения ее детали необходимо смазывать, что осуществляется несколькими способами:
добавлением масла в топливо в пропорции от 1:40 до 1 :200: '
периодическим подводом масла из эксцентрикового вала по отверстиям в роторе;
впрыскиванием масла непосредственно в рабочую полость двигателя с помощью специального лубрикатора.
Первый способ применяется на РИД малой мощности для упрощения конструкции двигателя, второй не нашел пока практического применения, возможно, из-за повышенной опасности закоксовывания деталей уплотнения и некоторого усложнения конструкции ротора. Третий способ применен на РИД модели ЦК М-502.
Как известно, ротор двигателя охлаждается маслом, которое подводится к нему по полому валу. Охладив ротор, масло вытекает из него и под действием центробежных сил проникает в рабочие камеры, где, сгорая, закоксовывает детали системы уплотнения л свечу, а также откладывается на поверхности ротора. Это приводит к тем же последствиям, что и в поршневом двигателе (снижению мощности, повышенному расходу масла и т. д ), поэтому масляному уплотнению уделяется большое внимание.
Следует отметить, что работа масляного уплотнения в рото- поршневом двигателе имеет специфические особенности, делающие задачу уплотнения более сложной, чем в поршневом двигателе. Так, если в поршневом двигателе масло, снятое со стенок цилиндра маслосъемным кольцом, может стекать внутрь поршня через отверстия в кольце, то в роторном двигателе такой возможности нет. Поэтому такой простой способ повышения эффективности уплотнения, как установка двух масло-
съемных колец, практикуемый в поршневых двигателях, не может быть применен в ротопоршневом двигателе из-за трудности отвода масла от внешнего масляного уплотнения.
Наиболее простая конструкция масляного уплотнения изображена на рис. 70, с и представляет собой цельное кольцо 2, посаженное в канавку на торцовой части ротора 1 соосно с ним и отжимаемое подложенным под него кольцевым экспандером 3. Можно обойтись без экспандера, применив упругое кольцо.
Рис, 70. Схс.уы масляных уплотнений
На рис. 70, б представлена конструкция, предложенная фирмой Даймлер- Бенц. В этом случае масляное уплотнение состоит из упругого металлического кольца 4, посаженного в ротор /, и кольца 5 из синтетического материала, расположенного в корпусе 6. Рабочая поверхность металлического кольца 4 скользит по поверхности торцовой крышки, а кольцо 5 на синтетического материала—по поверхности металлического кольца. Таким образом, уплотнение осуществляется по двум поверхностям, надежно преграждая доступ масла в рабочую камеру. Недостатком такой конструкции является трудность отвода масла, попавшего в полость между рабочей поверхностью металлического кольца и кольца из синтетического материала.
На рис. 70, в показана конструкция масляного уплотнения, состоящая из упругого металлического кольца 4 и эластичного шнура 7, изготовленного из резины или синтетического материала. Посадка кольца в канавку производится с зазором, обеспечивающим его проворачивание при работе двигателя, что способствует равномерному износу кольца. В двигателе ККМ-502 подобное кольцо, однако, застопорено, видимо, из-за опасности истирания и разрыва эластичного шнура.
Удачная конструкция масляного уплотнения представлена на рис. 70, г. Уплотнение также состоит из упругого металлического кольца 4 и эластичного шнура 7 из синтетического материала. Уплотнение этой конструкции и различных ее вариантов проработало 200 ч без заметного расхода масла, расход масла после 500 ч испытаний был менее 2 а/(л. с. ч.).
Для улучшения условий работы и повышения эффективности маслосъемного кольца в современных серийных РПД при- 78
нимаются доио^ительные меры, предотвращающие попадание вытекающего из ротора масла в зазоры по его торцам: отвод охлаждающего масла из ротора организован таким образом, чтобы преградить ему путь к маслосъемным кольцам. Для уменьшения прорыва масла через зазоры между деталями маслоотводящей системы применяются бесконтактные (лабиринтные) уплотнения.
Подобные комбинировайные системы надежно защищают рабочую полость двигателя от попадания в нее масла и удерживают расход последнего в допустимых пределах, не превышающих соответствующих величин современных четырехтактных поршневых двигателей.
Для изготовления деталей системы уплотнения применялись самые разнообразные материалы. Радиальные и торцовые пластины, уплотнительные штифты и маслосъемные кольца выполнялись из стали, чугуна и бронзы; радиальные пластины, кроме того, из графита. Экспандеры изготавливались из пружинной стали и из других материалов, не теряющих упругости под действием высокой температуры. Хорошо зарекомендовали себя пружины из бериллиевой бронзы.
В настоящее время на выпускаемых фирмой НСУ серийных РПД детали уплотнения изготовлены: средняя часть составной радиальной пластины —из специального графита высокой твердости (ККМ-502) и стали (ККМ-150), уголки — из чугуна (ККМ-502) и стали (ККМ-150), торцовые пластины — из чугуна (на обеих моделях), уплотнительные штифты — из чугуна (ККМ-502) и стали (ККМ-150), экспандеры — из стали (ККМ-502) и бериллиевой бронзы (ККМ-150), В двигателе КМ-37 фирмы Фихтель и Закс все детали уплотнения выполнены из высококачественного чугуна.
Представляют интерес данные по износу деталей уплотнения. Большему износу подвержены радиальные пластины: в зависимости от размеров двигателя износ пластин по высоте после 1000 ч работы составляет 0,2—0,4 яя. Торцовые пластины и уплотнительные штифты изнашиваются во много раз меньше — за 1500 ч работы на 0,10 мм. Малому износу подвержены и маслосъемные кольца — 0,04 aim за 1000 ч работы. Необходимо отметить при этом, что величина взносов в значительной степени зависит от материалов деталей уплотнения и рабочих поверхностей корпусов.
Важность подбора материалов трущихся пар подтверждается тем, что при одинаковой конструкции радиальной пластины и одинаковых условиях испытаний корпус двигателя при неудачном выборе материалов выходил из строя через 15— 20 мин и в то же время при их удачном сочетании срок его службы достигает 2000 ч. Примененная на ККМ-502 угольная радиальная пластина позволила увеличить срок службы чугун-
кого среднего корпуса с хромированной рабочей поверхностью до 3000 ч, при этом износ средней части пластины составил 1 мкм/ч, что позволяет работать без потери мощности при 5000 об/мин и ре=7 кГ/см^ в течение 1500—2000 ч. Для подбора оптимальных материалов трущихся пар требуются многочисленные эксперименты, которые необходимо проводить на самом двигателе. При этом следует учитывать целесообразность замены пластин уплотнения через 1000 ч вместо обновления сложного н дорогого корпуса.
Многочисленные эксперименты по исследованию износа деталей уплотнения, проведенные в США и ФРГ, выявили, что результаты стендовых и эксплуатационных испытаний по износу совпадают в редких случаях.
Следует отметить, что не всегда улучшение уплотняющих свойств системы лежит в усложнении ее конструкции и конструкции ее деталей. Часто простая конструкция при оптимально выбранных зазорах, удачно подобранных материалах и хорошем качестве трущихся поверхностей в состоянии обеспечить требуемую герметичность рабочих камер и достаточно высокий срок службы системы уплотнения, а вместе с ней и ротопорш- невого двигателя в целом.
нее (рис. 71).Так какнее (рис. 71).Так какR 3 *R 3 *
нее (рис. 71).Так как
нее (рис. 71).Так как
R 3 *
R 3 *
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВРОТОПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ГЕОМЕТРИЯ РОТОПОРШНЕ80ГО ДВИГАТЕЛЯ
Уравнение теоретического контура рабочей полости
Теоретический контур рабочей полости РПД представляет собой эпитрохоиду, полученную обкатыванием большой шестерней внутреннего зацепления неподвижной малой шестерни.
Производящая точка должна лежать вне движущейся ок-
ружности.А
Рассмотрим кривую, обраг / Л : хХ/Х зованную движением точки Л, // /Н^т \
лежащей на продолжении ра- / \()L
диуса R окружности с цент- Т- 'Гу Гл
ром О|, которая катится без \ X, I у///
скольжения по неподвижной \у
окружности радиуса г с цент- X. i ром О, расположенной внутриг-
Рис. 71. К выводу уравнения теоретического контура рабочей полости
ТО 00 = 6 — R — Г = —
13
Вследствие отсутствия скольжения ей = /?ф;
отсюда
(1)
О < Ф С 2-.
Назовем отрезок CM=a производящим радиусом. Радиус-вектор точки Л
рл = О А — 00, -|- 01Л;
б^! {ecos3f, езшЗФ)]; 0хЛ (acos^, asinij.
Следовательно, уравнение эпитрохоиды в векторной форме примет видСледовательно, уравнение эпитрохоиды в векторной форме примет видр (сcos 3^4- acos*p, е$шЗФ4- изтф). Переходя к координатной форме, получимх = ^cos Зо 4- acos Ф )у = esinЗф + asin-^ Jр (сcos 3^4- acos*p, е$шЗФ4- изтф). Переходя к координатной форме, получимх = ^cos Зо 4- acos Ф )у = esinЗф + asin-^ J(2)(2)(3)(3)ОбозначимОбозначим— = С R— = С R(4)(4)Тогда уравнение эпитрохоиды можно записать в видеТогда уравнение эпитрохоиды можно записать в видехх— cos 3|i Тс cosг^— cos 3|i Тс cosг^(5)(5)
Следовательно, уравнение эпитрохоиды в векторной форме примет вид
Следовательно, уравнение эпитрохоиды в векторной форме примет вид
р (сcos 3^4- acos*p, е$шЗФ4- изтф). Переходя к координатной форме, получим
х = ^cos Зо 4- acos Ф )у = esinЗф + asin-^ J
р (сcos 3^4- acos*p, е$шЗФ4- изтф). Переходя к координатной форме, получим
х = ^cos Зо 4- acos Ф )у = esinЗф + asin-^ J
(2)
(2)
(3)
(3)
Обозначим
Обозначим
— = С R
— = С R
(4)
(4)
Тогда уравнение эпитрохоиды можно записать в виде
Тогда уравнение эпитрохоиды можно записать в виде
х
х
— cos 3|i Тс cosг^
— cos 3|i Тс cosг^
(5)
(5)
Уравнение контура в полярных координатах (в параметрической форме)
Р =eV 1 + 9с2 4- 6с cos 2ф
1
(6)(6)— sin Зф + csin ф ф = arctg у■
(6)
(6)
— cosSy + с cos О
Из этого уравнения видно, что контур состоит из двух ветвей, так как р зависит от 2 Ф (б^Ф^2л).
Площадь эпитрохоиды.
х^- ЙФх^- ЙФг»
х^- ЙФ
х^- ЙФ
Ф =
о
необходимыенеобходимые(7)(7)Дифференцируя уравнение (5) и производя преобразования, после интегрирования находим
необходимые
необходимые
(7)
(7)
Ф = *(йг + Зе«)
Исследуем кривизну контура рабочей полости.
Радиус кривизны
зИ+у'8)2
Дифференцируем уравнение (5) и после подстановки и преобразований получаем
11 Д
(8)(8)Р = R ^1 4- *>* 4- 2с cos 2ф) *Э + с1 + 4с cos 2Ц,
(8)
(8)
При p = pmai. т. е. При СО5^=1, р = /? (^УЛ с -у 3
При p = pmin, т. е. при соз2ф = —1,
P1 = R «-Ч1
с — 3
Величину с назовем параметром формы. При с^-оо контур
приближается к окружности. При p = pmai контур всегда вы
Рис. 72. Влияние параметра С на форму контура рабочей полостиРис. 72. Влияние параметра С на форму контура рабочей полостипуклый, так как Р1>0(с>1). Форма контура при p = pmin зависит от величины с:
Рис. 72. Влияние параметра С на форму контура рабочей полости
Рис. 72. Влияние параметра С на форму контура рабочей полости
с > 3; Р2>0;
с = 3; Р2 — со;
с < 3; Р2 < 0;
с=1; R-=0.
На рис. 72 показано влияние параметра с на форму контура рабочей полости.
Теоретически минимальная величина с ограничивается воз
можностью вписать окружность радиуса' R с центром О, (рис. 71) в контур рабочей полости. Для этого должно выпол
няться условие
Рт1п>^ + е=у£-
Из уравнения (6) имеем
РтЫ = у (3^-1).
Таким образом,
(9)
Однако практически минимальная величина с получается несколько большей (с>2).
Иногда в качестве параметра, аналогичного параметру с, использу- а „
ется отношение — =3с. Применение параметра с предпочтительнее, так как е
в этом случае основные геометрические и кинематические формулы принимают наиболее простой и удобный для вычислений вид.
Форма ротора
Покажем, что в контур, описываемый уравнением (5), вписывается правильный треугольник, вершины которого могут скользить по контуру.
Рассмотрим хорду, соединяющую точки контура, соответствующие значениям параметра ф и % = ^ + -— . Три такие хорды образуют треугольник, вписанный в контур. Если длина хорды 26 не зависит от Ф, то треугольник правильный и произвольно ориентируется относительно контура, т. е. может поворачиваться внутри него.
Длина хорды
2b = V Цч-^-НУх — У? •
Подставляя значения координат из уравнения (5), получаем
6 = asin-^- = а -^— . (10)
Центр треугольника совпадает с центром подвижной окружности О] (рис. 71), расстояние от которого до любой вершины треугольника равно а. Поэтому при вращении треугольника вместе с подвижной окружностью вокруг центра рабочей полости О вершины треугольника скользят по контуру полости.
Ротор представляет собой не прямолинейный, а криволинейный треугольник. Боковая грань ротора может быть образована внутренней сгибающей семейства эпитрохоид, как это показано на рис. 3. При этом обеспечивается наиболее тесный контакт между ротором и теоретическим контуром рабочей полости и, следовательно, достигается максимальная степень сжатия. Однако, как будет показано далее, получающиеся степени сжатия слишком велики для бензиновых двигателей. Это дает возможность за счет некоторого уменьшения максимальной степени сжатия профилировать грани ротора не по огибающей, что связано с определенными технологическими трудностями, а по дуге окружности.
Найдем радиус кругового сегмента, построенного на стооо- нс прямоугольного треугольника. Пусть этот сегмент касается 84
Рис. 73. К определению формы ротораРис. 73. К определению формы ротораРис. 74, К выводу уравнения семейства эпитрохоидРис. 74, К выводу уравнения семейства эпитрохоид
Рис. 73. К определению формы ротора
Рис. 73. К определению формы ротора
Рис. 74, К выводу уравнения семейства эпитрохоид
Рис. 74, К выводу уравнения семейства эпитрохоид
контура рабочей полости, когда расстояние между серединой соответствующей стороны прямолинейного треугольника и контура будет минимальным.
Имеем
PmiB = а—е.
РадиусНИК,РадиусНИК,окружности, вписанной в прямолинейный треуголь-
Радиус
НИК,
Радиус
НИК,
Минимальное расстояние между контуром и серединой стороны прямолинейного треугольника (рис. 73)
h ^pmin — е — р= у — 2е.
Радиус сегментаРадиус сегмента6= + А32/16= + А32/1
Радиус сегмента
Радиус сегмента
6= + А3
2/1
6= + А3
2/1
ИЛИ
(И)(И)(а-е)1 +3е* = R Зс(&-2) + 4а — 4е3(3с —4)
(И)
(И)
Пои c = *U а—4е=0 и, следовательно, Х = оо, т.-е. треуголь- 4..
ник прямолинейный. При с<у получаем криволинейным во- гнутый треугольник, при с>у —криволинейный выпуклый
треугольник.
В связи с тем что с>—, ротор может быть только выпуклым.
Площадь Л1„ кругового сегмента радиуса X, построенного на стороне ротора,
^« = "(«—sina);(12)
(13)(13)a = 2arcsin .
(13)
(13)
Теперь рассмотрим профилирование ротора по огибающей.
Пусть эпитрохоида, выраженная уравнением (5), обкатывает с малой шестерней неподвижную большую шестерню (см. рис. 3). Подвижная система координат хь у< связана с малой шестерней, неподвижная система координат х, у связана с большой шестерней, причем начало подвижной системы Oj и начало неподвижной системы О расположены соответственно в центрах малой и большой шестерен.
Так как г:^=2:3, прямая ОО1 и ось Oj^ образуют с осью Ох углы, которые относятся как 2 : —1 (рис. 74).
Поэтому уравнение семейства эпитрохоид, образующегося при обкатывании, можно записать в виде
х= ecos2x-rx,cosz + У, sin % |(М)
y = ssin2y— xLsin у-|-yj cos у }
где X], i/i — координаты эпитрохоиды в подвижной системе, определяемые уравнением (5).
Чтобы получить уравнение огибающей этого семейства, нужно исключить один из параметров, решая систему уравнений, состоящую из уравнения (14) и якобиана:
(15)(15)21^Ук = оС(Ф. У.) "
(15)
(15)
(см. приложение 2, п. 1).
После ряда преобразований и замены параметров (см. приложение 2, п. 2) получаем уравнение огибающей в параметрической форме:
хо, = 7? k cos 2/хо, = 7? k cos 2/— --— sin Gzsin 2*— --— sin Gzsin 2*
хо, = 7? k cos 2/
хо, = 7? k cos 2/
— --— sin Gzsin 2*
— --— sin Gzsin 2*
— I ■ sin Зл л т 1-т- cos3xcos2x
J ГГ’/
yQ! — R (с sin 2х + — gin 6x cos 2т. -г
XЗг
}}(16)(16)4- -у |/ 1-,— cos Зх sin 2x1
}
}
(16)
(16)
Как видно из рис. 3, внутренняя и внешняя огибающие
состоят каждая из трех, симметричных относительно своей середины, дуг. Подставляя в уравнение (16) огибающей значе- 7
иия параметра от Х|=л до xi=—л, получим координаты 6
половины дуги внутренней огибающей; подставляя значения
параметров от xi = 0 до ха=—6 дуги внешней огибающей.Площадь огибающей можетпараметров от xi = 0 до ха=—6 дуги внешней огибающей.Площадь огибающей можетполучим координаты половины быть определена по формулеполучим координаты половины быть определена по формуле
параметров от xi = 0 до ха=—
6 дуги внешней огибающей.
Площадь огибающей может
параметров от xi = 0 до ха=—
6 дуги внешней огибающей.
Площадь огибающей может
получим координаты половины быть определена по формуле
получим координаты половины быть определена по формуле
dg didg diУ ~Ч d*.av /У ~Ч d*.av /
dg di
dg di
У ~Ч d*.
av /
У ~Ч d*.
av /
Дифференцируя уравнение (16), производя соответствующие преобразования и интегрируя в пределах Х|=л до х$= —«, получаем площадь внутренней огибающей;
— + сП it — 2 Ус5— 1 — — (2 + cs) arcsin — . (17)
Интегрируя в пределах от х; —0 до и$ =Интегрируя в пределах от х; —0 до и$ =щадь внешней огибающей:щадь внешней огибающей:л6л6получаем плополучаем плоУ + с2 * + 2/с= — 1У + с2 * + 2/с= — 1+ ~(2 +cs) arcsin — j+ ~(2 +cs) arcsin — j(18)(18)
Интегрируя в пределах от х; —0 до и$ =
Интегрируя в пределах от х; —0 до и$ =
щадь внешней огибающей:
щадь внешней огибающей:
л
6
л
6
получаем пло
получаем пло
У + с2 * + 2/с= — 1
У + с2 * + 2/с= — 1
+ ~(2 +cs) arcsin — j
+ ~(2 +cs) arcsin — j
(18)
(18)
(см. приложение 2, п. 3).
Площадь Мо сегмента, построенного на стороне ротора в случае профилирования по огибающей, найдем, вычитая из площади внутренней огибающей площадь прямолинейного треугольника:
Ч-т ’■Ч-т ’■За1 / 3За1 / 3'Л. о —^'Л. о —^
Ч-т ’■
Ч-т ’■
За1 / 3
За1 / 3
'Л. о —^
'Л. о —^
Угол отклонения пластин радиальных уплотнений
На работу радиальных уплотнений РИД большое влияние оказывает максимальное значение угла б между нормалью к контуру рабочей полости и осью пластины уплотнения, совпадающей с биссектрисой угла при вершине ротора (рис. 73). Малые значения б™.т приводят к увеличению износа пластин.
Для нахождения угла 5 отклонения пластин радиальных уплотнений используем свойства векторного произведения.
Дифференцируя векторное уравнение (2) контура рабочей полости, получаем вектор, касательный к контуру:
т{—^(sin3o +csintp), R (cos3ip + ccos ф)|.(19)
Вектор, нормальный к контуру, может быть задан в виде
n{/?(cos3l> 4- ссоэф), R (sin3i 4- csin^)|.(20)
Модуль этого вектора
| п [ = R |/1 фс3 4- 2с cos 2^ .(21)
Ортогональность векторов тип следует из того, что их скалярное произведение равно нулю.
Единичный вектор, направленный по биссектрисе угла ротора, запишем в виде
I? {cos ф, 51пф|,
Тогда
созфsin О
• $ — I ^ X^I _ i Rkos,3ф -f- c cosФ), R (sinЗФ + c sin ф| | я |R К J + c1 + 2c cos 2ip
_ sin 2f
У I + cz 4- 2c cos 2ф
отсюда
6 = arcsin6 = arcsinsin 24V I + c1 + 2c cos 2ysin 24V I + c1 + 2c cos 2y(23)(23)
6 = arcsin
6 = arcsin
sin 24
V I + c1 + 2c cos 2y
sin 24
V I + c1 + 2c cos 2y
(23)
(23)
Обозначим ф| значение параметра ф, соответствующее экстремуму 6 (или sin 6). Можно показать (см. приложение 2, п. 4), что это значение определяется уравнением
cos 244 = “ ■—-.
С
Следовательно,
sin2|t —sin2|t —
sin2|t —
sin2|t —
Подставляя эти выражения в формулу (23), получаем
(24)(24)4as=arcsin —С
(24)
(24)
5min = — arcsin—
Действительный контур рабочей полости
Концы пластин радиальных уплотнений, соприкасающиеся с боковой стенкой рабочей целости, закруглены радиусом А (рис. 75). Теоретический контур рабочей полости — эпитрохо
ида— образуется движением центра закругления Л. Действительный контур представляет собой кривую, эквидистант пую теоретическому контуру и отстоящую от него на расстоянии к. При сколь- жении пластин радиальных уплотнений по действительному контуру они остаются неподвижными относительно ро- гора.
Рассмотрим две точки Л и В, лежащие на теоретическом и действительном контурах и соответствующие одному и тому же значению параметра ф. Нормаль к действительному контуру в точке касания пластины проходит через точку А
Рис. 75. К выводу урав- нения действительного контура рабочей полостиРис. 75. К выводу урав- нения действительного контура рабочей полостии является одновреи является одновременно нормалью теоретического контура. Радиус-вектор точки В
Рис. 75. К выводу урав- нения действительного контура рабочей полости
Рис. 75. К выводу урав- нения действительного контура рабочей полости
и является одновре
и является одновре
р =ОВ = о -V k——- ,°1 л | л |
где JL—единичный вектор, направленный по внешней нормали И
к контурам.
ха — с (cos Зф 4- Зс cos ф) 4- кха — с (cos Зф 4- Зс cos ф) 4- кcos Зф 4- с cos ф V1 + с2 + 2сссз2фcos Зф 4- с cos ф V1 + с2 + 2сссз2фуд — е (sin Зф 4- Зс sin ф) 4- ^уд — е (sin Зф 4- Зс sin ф) 4- ^sin Зф -|- с sin ф/ 1 4- с2 4- 2с cos 2фsin Зф -|- с sin ф/ 1 4- с2 4- 2с cos 2ф(25)(25)Учитывая выражения (2), (5), (20) и (21), получаем уравнение действительного контура рабочей полости:
ха — с (cos Зф 4- Зс cos ф) 4- к
ха — с (cos Зф 4- Зс cos ф) 4- к
cos Зф 4- с cos ф V1 + с2 + 2сссз2ф
cos Зф 4- с cos ф V1 + с2 + 2сссз2ф
уд — е (sin Зф 4- Зс sin ф) 4- ^
уд — е (sin Зф 4- Зс sin ф) 4- ^
sin Зф -|- с sin ф
/ 1 4- с2 4- 2с cos 2ф
sin Зф -|- с sin ф
/ 1 4- с2 4- 2с cos 2ф
(25)
(25)
пли в полярных координатах
„ = [.=(1 + 9,- + &COS2O + *■+ ^р,4^;^ ]1
Фа = arctgФа = arctge(sin Зф + Sesin ф) 4- йe(sin Зф + Sesin ф) 4- йsin Зф 4- с sin ф V I 4- с2 4- 2с cos Йфsin Зф 4- с sin ф V I 4- с2 4- 2с cos Йф(26)(26)е (cos Зф+Зс cos ф) 4- ке (cos Зф+Зс cos ф) 4- кcos 3 Ф 4- с cos ф / Пр с“ 4- 2с cos 2уcos 3 Ф 4- с cos ф / Пр с“ 4- 2с cos 2у
Фа = arctg
Фа = arctg
e(sin Зф + Sesin ф) 4- й
e(sin Зф + Sesin ф) 4- й
sin Зф 4- с sin ф V I 4- с2 4- 2с cos Йф
sin Зф 4- с sin ф V I 4- с2 4- 2с cos Йф
(26)
(26)
е (cos Зф+Зс cos ф) 4- к
е (cos Зф+Зс cos ф) 4- к
cos 3 Ф 4- с cos ф / Пр с“ 4- 2с cos 2у
cos 3 Ф 4- с cos ф / Пр с“ 4- 2с cos 2у
При вращении ротора пластины радиальных уплотнений нагружаются силами инерции. Чтобы не получать слишком больших усилий, пластины выполняют сравнительно тонкими. Поэтому величины к малы и действительный контур рабочей полости незначительно отличается от теоретического.
Различие между действительным и теоретическим контурами необходимо учитывать лишь при определении степени сжатия, а также тогда, когда нужно точно вычислить рабочий объем. В остальных случаях можно, не внося существенных ошибок, заменять действительный контур теоретическим, что позволяет значительно упростить расчетные формулы.
Толщина пластин радиальных уплотнений / определяется из условия
^ > 2Asin''max.(27)
Применительнокдействительному контуру радиус боковой
грани ротора Ха находится из условия
а^Х+А-Д,,(28)
где А—минимальныйзазор между гранью ротора иконту
ром рабочей полости.
Соответственно площадь сегмента, построенного на стороне ротора,
Md -- --- (а — sin я),(29)
где а определяется из формулы (13).
Изменение объема рабочих камер
Найдем площадь рабочей камеры, ограниченную стороной ротора и контуром рабочей полости. Сначала рассмотрим теоретический контур.
Пусть одной из вершин ротора соответствуют параметр ф и координаты х, у, а следующей вершине —параметр . 0 + + у и координаты хь ух.
Из рис. 76 видно, что
FS = FX-Flt
где Ft — вся заштрихованная площадь.
у,з
Ft” xdy = f х(-1) -ML do.
у*
Учитывая уравнение (5), получаем3Учитывая уравнение (5), получаем3F, = RlF, = RlПлощадь FiПлощадь FiJ ^ cos 3| + с cos 6 ) (cos 3^i т c cos 40 dV. находится как площадь трапеции:^‘"Т^1 + ^(-‘А — УУJ ^ cos 3| + с cos 6 ) (cos 3^i т c cos 40 dV. находится как площадь трапеции:^‘"Т^1 + ^(-‘А — УУРис. 76. К определению объема рабочей полостиРис. 76. К определению объема рабочей полостиРис. 77. Зависимость безразмерного объема рабочей ка-Рис. 77. Зависимость безразмерного объема рабочей ка-меры "77'7 от угла поворота пк-
Учитывая уравнение (5), получаем
3
Учитывая уравнение (5), получаем
3
F, = Rl
F, = Rl
Площадь Fi
Площадь Fi
J ^ cos 3| + с cos 6 ) (cos 3^i т c cos 40 dV. находится как площадь трапеции:
^‘"Т^1 + ^(-‘А — УУ
J ^ cos 3| + с cos 6 ) (cos 3^i т c cos 40 dV. находится как площадь трапеции:
^‘"Т^1 + ^(-‘А — УУ
Рис. 76. К определению объема рабочей полости
Рис. 76. К определению объема рабочей полости
Рис. 77. Зависимость безразмерного объема рабочей ка-
Рис. 77. Зависимость безразмерного объема рабочей ка-
ротора
Вычитая F2 из Fx, после преобразований (см. приложение 2, и. 5) получаем
F3 = -ег -г j а12у— ае cos (20у).
Сдвинем начало отсчета углов поворота ротора, положив = =^--^-.(30)
тогда
F3 — ко2 +(-д-^—I а1у— ае cos 2а =
= 3,1416s1 + 0,6142а2 — 2,5981ае cos2а.(31)
Чтобы получить площадь рабочей камеры теоретического контура Рт1 следует из площади F3 вычесть площадь Л1 сегмента, построенного на стороне ротора.
Итак,
Fm =(3,1416^ + 0,6142а2 — Л4)—2,5981аг cos 2=,(32)
или
(33)(33)Fm =^2[f0.3491 -—0,6142с1 — ^ ) — 0,8660с cos 2s
(33)
(33)
Объем рабочей камеры теоретического контура
VKm = FmH,(34)
где Н — высота рабочей полости.
На рис. 77 приведена зависимость безразмерной величины
--— от угла поворота ротора ip для трех значений с. HR1
Перейдем к действительному контуру рабочей полости.
Найдем площадь ^F, расположенную между действительным и теоретическим контурами и двумя вершинами ротора:
з
bF-k f ^1(35)
где sfs — дифференциал дуги теоретического контура, = lz ^W + /(9)=- R Ю + с2 + 2с cos 2-5 .(36)
Равенство (35) может быть преобразовано к виду (см. приложение 2, п. 6).
4F=.«(C + 1)[£(1^; t + .*)-C(l£.; ^[(З?)где Е(с, if, л) и £(с, if) —неполные эллиптические интегралывторого рода.
Складывая равенства (32) или (33) и (37), получаем площадь рабочей камеры действительного контура:
Fd = Fm + ДЛ(38)
Объем рабочей камеры действительного контура:
У* - FdH.(39)
Рабочий объем
Рабочий объем одной камеры равен разности между ее наибольшим и наименьшим объемами. Рассмотрим правую часть равенства (32). Группа членов, заключенная в скобки, посто- 92
янна. Следовательно, рабочий объем камеры определяется разностью между максимальным и минимальным значениями последнего члена.
Таким образом, рабочий объем одной камеры теоретического контура равен
(V^ = /3"aRH = 3/3*аеН = 5,1962 аеН^Ь^аеН. (40)
Для действительного контура наибольшая площадь AFmax достигается при положении ротора, соответствующем максимуму Ет, наименьшая площадь Д^тш — при положении ротора, соответствующем минимуму Fm.
Вследствие симметрии относительно осей хну имеем
з
AFm6X = 26 (' — do;о
J ds
^"rnin — 26 j dip
7
Подобно равенству (35) эти выражения приводятся к виду
(41)(41)-г)
(41)
(41)
где ^(с}—полный и Е(с, л)—неполный эллиптические интегралы второго рода.
Рассмотрим отношение
А^тат — ^^01 in
УТ dtR
Как показывают приведенные в табл. 8 данные, для практически применяемых значений £>2 величина у не более чем на 3,3% отличается от —. Умножая у на УЗскЕН, получаем при- с
ращение рабочего объема камеры при переходе от теоретического контура к действительному. Заменяя в этом произведении величину у близкой величиной —■ и складывая с выражением для рабочего объема камеры теоретического контура, опреде-
93
6
1,00
1 .SO
2,00
2.25
2,50
2.75
3.00
3.50
4.00
^д'гта.
3,4641
4,3760
5,3416
5,8396
6,3364
6,8115
7,3472
8,3684
9,3948
^AFmin
2,0000
9,7460
3,6648
4,140
4,6392
5,1390
5,6396
6,6535
7,6707
с
1,0300
0,6667
0,5000
0,4444
0,4000
0,3636
0,3333
0,2858
0,2500
1
1
0,8453
0,627-1
0,4841
0,4337
0,3919
0,3574
0,3266
0,2828
0,2488
Т
0,1830
0,0620
0,0328
0,0247
0,0207
0,0174
0,0143
0,0104
0,0048
Таблица S
Значения величин Д^пач и ^min при различных значениях параметра с
ляемого уравнением (40), получаем формулу для рабочего объема одной камеры действительного контура:
VbK^V3 aRH + УТ kRH^ /ГRH(a + k)^^5,2сД(а4-6)(42)
(см, приложение 2, п. 7).
Степень сжатия
Степень сжатия е определяется отношением максимального и минимального объемов рабочей камеры.
Для теоретического контура рабочей полости степень сжатия Em находится по формуле
-т’<43>
V fudm min где
0,3491 + 0,6142с* - ^- + 0,8660с);
0,3491 + 0,6142с2--^--0,8660с).
Наибольшая величина еИ1 достигается тогда, когда боковые грани ротора образуются внутренней огибающей семейства эпитрохоид. Если боковые грани ротора очерчены дугами окружности, значения ет получаются несколько меньшими.
Зависимость em от с показана на рис. 78. Кривая 2 соответствует профилированию ротора по дуге окружности, кривая / профилированию ротора по огибающей,
С увеличением с расхождение между кривыми 1 и 2 увеличивается, но для бензиновых двигателей даже степени сжатия,
Рис. 78. Зависимость степе-ни сжатия 8т для теорети-ческого контур» рабочейполости от параметра с:J — баковые гвани ротора образовакы внутренней огибающей:1 — боковые грани ротора обра-зованы дугой окружности ра-диуса XРис. 78. Зависимость степе-ни сжатия 8т для теорети-ческого контур» рабочейполости от параметра с:J — баковые гвани ротора образовакы внутренней огибающей:1 — боковые грани ротора обра-зованы дугой окружности ра-диуса XСтепень сжатия для действительного контура меньше, чем для теоретического, причем разность между этими величинами возрастает с увеличением с и к.
Рис. 78. Зависимость степе-ни сжатия 8т для теорети-ческого контур» рабочейполости от параметра с:J — баковые гвани ротора образовакы внутренней огибающей:1 — боковые грани ротора обра-зованы дугой окружности ра-диуса X
Рис. 78. Зависимость степе-ни сжатия 8т для теорети-ческого контур» рабочейполости от параметра с:J — баковые гвани ротора образовакы внутренней огибающей:1 — боковые грани ротора обра-зованы дугой окружности ра-диуса X
Если степень сжатия при выбранных параметрах оказывается слишком высокой, она может быть понижена за
счет выемок в боковых гранях ротора (уменьшения величины .И).
Эпи- и г ип отроком ди ые РПД С 2-угОЛЬНЫМ ротором
Схема РПД с ротором треугольной формы, в котором отношение г ; R равно 2:3. имеет наибольшее практическое значение. Определенный интерес могут представить также схемы эпи- и гипотрохоядных двигателей с иными величинами этого отношения.
Ниже даны основные геометрические формулы для эпи- и гипотрохоид- пых РПД с г-усольным ротором, выполненных по схеме с внутренней огибающей. Выводы ЭТИХ формул, некоторые из которых Приведены в работе [5], аналогичны выводам для эпятрохондного РПД с z = 3. рассмотренным выше.
Рассмотрим эпи трохеидные схемы:
e^R—r— —.(46)
Ниже дамы формулы, которые аналогичны формулам, приведенным ранее (см. формулы (I), (ЗЦ6)):'
О < ф < 2тс;
х = в cos 2ф + a cos Ф ) '(47)
у = е sin гф + a Sin ф Jа
— — с (с>1);
/ I\
X = R -— СО52ф + С COS ф\/
у — Я f-—■ sin гф + с sin ф ]\ 2/
р “ e^l -ф z%3 -ф 2гс cos (г — I) Ф
— sin гф -ф с sinф у = arctg —
-■ - cos гф + с cos ф
Вследствие того, что о зависит от (г—1)ф (О^ф^Зл), контур рабочей полости эпптрохондного РИД состоит из г—1 ветвей.
По аналогии с формулами (7) —(9) имеем
ф = к (os -ф ze1);
3
Я(1 + с» + 2с COS (а—|) Ф ] 2 .
2 -ф с1 + (г + 1) с cos (г — I) ф 1
с > 1 -ф — .
Покажем, что в контур, выраженный уравнением (47), вписывается правильный z-утольник, центр которого совпадает с точкой Ot (см, рис. 71).
Длина хорды, соединяющей точки этого контура, соответствующие знаке- 2 л
пням параметра ф н ф] = ф + — [(см. формулу (10)], z"
л
26 = 2а sin — .
2
Из таких хорд образуется г-угсльннк, вписанный я контуп
Рас^оянне q от m — вершины z-угольника до точки Oj с координатами с cos гф и a sin zip, определяется формулой
<? = /(хт — е соа^)2 + (ym — е sin ’-
Подставляя значения хт и у„ яз уравнения (47),
Л2mz \/?тг
«m^ecosz ф + q- a cos U 4
\г /\z
После преобразований получаем
q = а*.
Таким образом, длина хорды 26 = 2asin — не зависит от ф и расстояние от любой вершины z-угольннка до точки Oi постоянно. Отсюда вытекает, что г-угольник правильный и произвольно ориентируется внутри контура. Точка О| является центром z-угольника, к при вращении ее вокруг центра контура по окружности радиуса е вершины z-угольника скользят по контуру, к
Равенства 26«=2asin — и q — а выполняются лишь при соблюдении условия, выраженного уравнением (45), поэтому только такие эпитрохоиды, для которых справедливо это условие, могут служить контурами рабочей полости РПД.
Аналогично формулам (П)—(13) и (16) имеем
Мк = ~(’“ sina)*;Мк = ~(’“ sina)*;
Мк = ~(’“ sina)*;
Мк = ~(’“ sina)*;
л * sin
Z а = Гаге sin
-^i- single cos л cos-^i- single cos л cosхог = R [с cos 2х — — sin 2эт sin 2х £
-^i- single cos л cos
-^i- single cos л cos
уог = Rl с sin 2х 4 — sin 2zx cos 2х ± — у 1 — -^- sin^zx cos zx sin 2x
Координаты половины дуги внутренней огибающей определятся при зпа- . 2а + 1.
чениях параметра тс -С х> координаты половины дуги внешней оги
бающей — при значениях параметра 0 ^ х .^ — к.
5г
97974 Ротопоршневые двигатели
97
97
Па аналогии с формулами (17), (18), (23)—(30), (32), (34) имеем
Г/ 2\6 2I Т
в,. o^R1 [^ + С1) п - ™ V С' - 1 - — (2 + с1) arcsin ~ ] г / 2\6-- .211*
а = R1 ( ^ + с1 ) Л + — Ус1 - 1 + — (2 + с2) arc sin —
ей- и I \ уЗу22С J
у( +са + Йесо8(г—1)6 1
Bm31 = arcsin —С
»min="arc sin™с
х^ -^ е (cos 4 + zc cos Ф) 4- куд — е (sin ^ + и sin И + 6х^ -^ е (cos 4 + zc cos Ф) 4- куд — е (sin ^ + и sin И + 6cos гФ + с cos ФV1 + са + Йо cos (г — I) ‘V sinzp 4-е sin ФУI 4- с1 4- 2с cos (2 — j) icos гФ + с cos ФV1 + са + Йо cos (г — I) ‘V sinzp 4-е sin ФУI 4- с1 4- 2с cos (2 — j) i
х^ -^ е (cos 4 + zc cos Ф) 4- к
уд — е (sin ^ + и sin И + 6
х^ -^ е (cos 4 + zc cos Ф) 4- к
уд — е (sin ^ + и sin И + 6
cos гФ + с cos Ф
V1 + са + Йо cos (г — I) ‘V sinzp 4-е sin Ф
УI 4- с1 4- 2с cos (2 — j) i
cos гФ + с cos Ф
V1 + са + Йо cos (г — I) ‘V sinzp 4-е sin Ф
УI 4- с1 4- 2с cos (2 — j) i
РЛ =РЛ =ча =агСча =агСе (sin гф -[- zc sin Ф) 4-*tgе (cos гр 4- гс см Ф) 4- 6е (sin гф -[- zc sin Ф) 4-*tgе (cos гр 4- гс см Ф) 4- 6sin гр 4- с sin Ф/1 +c* + 2ccos (г —1)~ФCOS Zip + с COS ФУI 4- с1 + 2ccos (г — 1) Тsin гр 4- с sin Ф/1 +c* + 2ccos (г —1)~ФCOS Zip + с COS ФУI 4- с1 + 2ccos (г — 1) Т
РЛ =
РЛ =
ча =агС
ча =агС
е (sin гф -[- zc sin Ф) 4-*
tg
е (cos гр 4- гс см Ф) 4- 6
е (sin гф -[- zc sin Ф) 4-*
tg
е (cos гр 4- гс см Ф) 4- 6
sin гр 4- с sin Ф
/1 +c* + 2ccos (г —1)~ФCOS Zip + с COS Ф
УI 4- с1 + 2ccos (г — 1) Т
sin гр 4- с sin Ф
/1 +c* + 2ccos (г —1)~ФCOS Zip + с COS Ф
УI 4- с1 + 2ccos (г — 1) Т
е1 [ 1 + z’c1 + 2?c cos (г — 1) Ф] + 62 4-е1 [ 1 + z’c1 + 2?c cos (г — 1) Ф] + 62 4-2efe( 1+гсЩг-И)ссоз (г—1№))4*
е1 [ 1 + z’c1 + 2?c cos (г — 1) Ф] + 62 4-
е1 [ 1 + z’c1 + 2?c cos (г — 1) Ф] + 62 4-
У1 + с1 + Йс cos (z — 1) ф )
f > 26sin Emax*; Xa = X4-fc—Дх; Мд = -у- (a — sine)*;
VKm=FmH.
Из выражения (43) видно, что за один оборот ротора (0^<т^2л) объем рабочей камеры VKm имеет г—1 минимумов (сжатий) я г—( максимумов (расширений).
Поэтому число тактов в эантропоидных РПД с а-уголвным ротором составляет'
/ = 2(г-1);
№
Аналогична формулам (37) — (41) получаем
ад(с + 1) Г /2/72« \ ДУс XI
ДЕ~ 2—1[£\#+1 1 *+ г J"£V + l ’ vJ
Fa=fm+4F; VK = FdH;4zл
(VfrJm =Г Q<H sin — -2—1z
4^(c+l)A/f л r. \ ,
Д/п>ах = z — 1£+ 1 ' 2 — 2z / ‘
4kR (c + 1) Г /2 /с \ ft VT« \ 1
AFmin= z-l4 I, " £ ^c+ 1 ' 2z /J
Можно показать, что отношение
, , Л/Йах— iFmjn
7 (z>=—;у
, ckR sin — Z — 12
при z-»oo равномерно сходится к —• Поэтому при z>3 значения у/)
лежат между величинами у (3) и —. с
Таким образом, для рабочего объема одной камеры действительного контура получаем [см, формулу (42)],
VhK * —“ RH (а + ft) sin — ,
2 — 12
Последнее выражение тем точнее, чем выше значение 2. Далее по аналогии с формулой (43) имеем
(^Лк)т шах(^hK^m minгдеГ/ Л12л \2zл
(/«)m max = ^ «* + а1 ( — — — sin I — М +— ае sin —- [\ 222 /2—12
(^Й1с)т min = н 4- а4 —— sin —М ——z aesin — I V \ 222 У2—12
С увеличением z максимальная величина ет в эпятрохондных РПД уменьшается.
Аналогично формуле (44) получаем
УIik max
VhK min где
4^Лк та1 — (^Дд.)7J max + HAFmax*;
VhK min — (1^Лл)т min + H&Fmin*-
Рассмотрим гипотрохоидпые схемы (рис. 79):
(49)(49)— _ г
(49)
(49)
R 1 4- 1
Легко показать, подобно тому, как это было сделано для эпитрохоид, что только те гипотрохоиды, для которых выполняется условие, выраженное формулой (49), могут служить контурами рабочей полости РПД.
Далее
Рис. 79. К расчету гипотрохоидных схемРис. 79. К расчету гипотрохоидных схеме “ R — г = " .(50)
Рис. 79. К расчету гипотрохоидных схем
Рис. 79. К расчету гипотрохоидных схем
г
Ниже приведены формулы, которые аналогичны формулам, приведенным ранее (см. формулы (I), О)—(6)J:
6 ф = - — ;
г
О < ф < 2к;
х — е cos гф + a cos ф )
у = —е$1пгФ+о5)пФ j
— =с (с > 1); г
/ 1,А
X — Г COS Z-b -|- С COS ф ] \ Z"/
/ I , А
у = г — — sm гф + с s in v I
р = г V 1 -г а^с’ -I- 2a?cos (z + 11 Ф
— — sin аф 4- с sin фz
Ф ■= arc tg —
— COS гф -г с cos ф
Вследствие того, что 2 завиенг от (а+1)ф (0<ф^2л), контур рабочей полости гнпотрохоидного РПД состоит из г + I ветвей.
По аналогии с формулами (7), (8), (23), (25), (26), (30), (32) и
имеем
Ф = л (а2-— и2);
_ л (1 4-е8 — 2с cos (г+ I) 4|'/* — " — z Р с2 4-(г — 1) ccos (г 4- 1) ф *
ч = arc sinч = arc sinsin (2 4- I)ф
ч = arc sin
ч = arc sin
V 1 4- с2 — 2с cos (z 4- 1) Ф
х^ = е (cos лф + zc ccs ф) 4- А
Уа = е (— sin гф 4- К sin ф) 4- А
— cos лф 4-с cos ф
V 1 + с2—2с cos (г"4^ i )"ф sin гф 4- с sin ф
V I + с1 — 2с cos (г ^ТУф"
^ {»= u-T^+ 2Mcos <2+1) 41 + fc4?lL^i±ti£5^
e (— sin ^ 4- zc sin ф) 4. A
¥„ = arc tg—
e (cos z-\> + zc cos ф) + A -
Ь с1— 2с cos (z 4- >) фsin zC •!■ c sin ф
1 + с- — Pc cos (z 4- ।) ф — COSTS' -r C Cos ф
?CCOS(Z тО^
2 (2 I- 1)2 (2 I- 1)v^ FmH.v^ FmH.AF =AF =2Ar(c+ I)2Ar(c+ I)
2 (2 I- 1)
2 (2 I- 1)
v^ FmH.
v^ FmH.
AF =
AF =
2Ar(c+ I)
2Ar(c+ I)
’ = Ф +
Из формулы (51) видно, что за один оборот ротора (О^о^Зд) объем рабочей камеры У,™ имеет г+l минимумов (сжатий) и 24-1 максимумов (расширений).
J (оэтому число тактов в гипотрохоид них РПД составляет
/ =2(z+ 1).
Аналогично формулам (3?) — (43) получаем
Fd-^+if; VK=FdH;
.л
(Vac)^ = —— аеН sin — .
2 4-1z
4Ar (с + I) /2 f7 n л^niax——'jF- c + I i 2 — 2z /
"4Я
Уля 58 7TTfH (ti + A) sin T:
_ (^йу)ст max
171 (^йк)л min
где
(^x^m«^^ ^-a1 — —-"sin— -M+ ——a#sin —(^x^m«^^ ^-a1 — —-"sin— -M+ ——a#sin —
(^x^m«^^ ^-a1 — —-"sin— -M+ ——a#sin —
(^x^m«^^ ^-a1 — —-"sin— -M+ ——a#sin —
С увеличением z максимальная величина ет в гипотрохондиых РИД возрастает.
Обработка контура рабочей полости
Среди технологических процессов изготовления деталей РПД процесс обработки контура рабочей полости относится к наиболее специфическим. Обработка контура в условиях серийного производства не представляет особых трудностей.
Рассмотрим обработку контура рабочей полости по схеме, которая обычно применяется в серийном производстве при обработке фасонных поверхностей к обеспечивает высокую производительность. Сначала метолом обкатки шлифуют копир. Центр шлифог»ального круга движется по эпитрохоиде. Контур копира представляет собой кривую, эквидистантную эпитрохоиде и отстоящую от нее на радиус шлифовального круга р (рис. 80, о). Контур рабочей полости обрабатывается на копировально-шлифовальном станке. По копиру движется ролик радиуса у. рас
Рис. 80. Схема обработки контура рабочей полости:Рис. 80. Схема обработки контура рабочей полости:Рис. 81. Образование эпитрохоиды внешним обкатываниемРис. 81. Образование эпитрохоиды внешним обкатываниемположенный концентричко со шлифовальным кругом радиуса т, который шлифует контур (рис. 80, б).
Рис. 80. Схема обработки контура рабочей полости:
Рис. 80. Схема обработки контура рабочей полости:
Рис. 81. Образование эпитрохоиды внешним обкатыванием
Рис. 81. Образование эпитрохоиды внешним обкатыванием
с — изготовление копим: б—обработка контура рабочеА волости; /— эпн- трохонда; 2 — коптур копира; 3 — кон ■ тур рабочей полости
Радиусы р. у и т должны быть связаны зависимостью
Р + ' —Т = А-
Радиус шлифовального круга т ограничивается:
при с<3 — условием прохождения шлифовального круга в наиболее узкой части контура
т< ^“т)+ А*
при с>3 — минимальным значением радиуса кривизны контура
Т < Рmin ।
где
При с = 3 оба эти условия эквивалентны.
Если контур копира и движущийся по нему ролик выполнить конусными, то радиальную подачу шлифовального круга можно осуществлять перемещением ролика в осевом направлении.
Эпитрохоида может быть получена внешним обкатыванием двух окружностей. Это позволяет применить в обкатывающем устройстве для изготовления копира шестерни внешнего зацепления.
Рассмотрим эпитрохоиду, образованную движением точки /I, лежащей внутри окружности радиуса ri с центром □■, которая катится без скольжения по неподвижной окружности радиуса R, с центром О (рис. 81).
Пусть О^Д = bri.
Тогда уравнение эпитрохоиды примет вид
х = №i т ^} cos 6 + &гА cos " fl 6
у — (Ri + r^ sin 9 4- brx sin 1 f 1 - G fl
где 9—параметрический угол (О^б^Зп).
Сравнивая это уравнение с уравнением (5) эпитрохоиды, полученной внутренним обкатыванием. я полагая 0=ф, видим, что оба уравнения совпадут, если приравнять коэффициенты:
Ri + rL = Rc = a; brt= — — е: ^ !— =- 3;
УГ!
отсюда
Таким образом, для образования эпитрохоиды при внешнем зацеплении шестерни должны иметь отношение радиусов 1: 2, а не 2:3, как и случае внутреннего зацепления.
В устройстве дли обработки копира нет необходимости сохранять планетарное движение малой шестерни. Обе шестерни могут вращаться вокруг неподвижных осей. Заготовка должна вращаться вместе с большой шестерней, а шлифовальный круг — вместе с малой, причем центр круга должен быть смещен относительно центра малой шестерни на величину эксцснт ри Ештета. Вращение шлифовального круга вокруг его оси осуществляется специальным приводом.
Путем некоторого усложнения рассмотренной схемы можно получить устройство, позволяющее методом обкатки шлифовать как эпитрохоиду, так я любую ее эквидистанту.
Прямая, соединяющая точку Л, производящую эпитрохоиду, с точкой М касания шестерен (рис. 32), является нормалью эпитрохоиды. Это вытекает из того, что точка Af служит мгновенным центром вращения для подвижной малой шестерни, и, следовательно, прямая, проходящая через точку Л1, является нормалью к траектории любой точки подвижной шестерни. Поэтому, если на прямой ЙА/ расположить центр <Л шлифовального круга радиуса т, то круг будет шлифовать эпитрохоиду или ее эквидистанты. Для того чтобы обработать эпитрохоиду, центр круга должен быть расположен внутри эпитрохоиды на расстоянии т от точки Л. Сдвигая центр круга О5 по прямой АМ у сторону точки Д, можно получить внешние эквидистанты эпитрохоиды.
Радиальная подача круга может осуществляться также перемещением центра круга вдоль прямой АМ. Радиус круга т ограничивается одним из приведенных выше условий.
Как и в предыдущей схеме, заготовка может оставаться неподвижной, тогда малая шестерня с установленным на ней шлифовальным кругом должна совершать планетарное движение вокруг неподвижной большой шестерни, иля вращаться с большей шестерней, тогда малая шестерня должна вращаться вокруг неподвижной осн.
Рассмотренное устройство позволяет шлифовать контур рабочей полости непосредственно, без применения копира. Однако этот метод .менее производителен, чем шлифование по копиру, и может применяться в мелкосерийном
п единичном производствах.
Заменяя а описанных схемах шлифовальный круг многорезцовой головкой, получаем устройство, позволяющее производить методом обкатки расточку контура рабочей полости. Вследствие того, что центр головки находится на нормали к контуру, достигается —'
стоянство углов резания. Это по; ляет получить высокое качество рзбатываемой поверхности.
Рис. 83. Распределение температур по контуру рабочей полости РПД: / — Чугунный корпус, 2 — а люминне иый корпусРис. 83. Распределение температур по контуру рабочей полости РПД: / — Чугунный корпус, 2 — а люминне иый корпусРис, 82. €*ема устройства ДЛЯ шлифования эпитрохоиды и ее эквидистантРис, 82. €*ема устройства ДЛЯ шлифования эпитрохоиды и ее эквидистантКак уже указывалось, при работе РПД боковая стенка рабочей полости нагревается весьма неравномерно. Наиболее высокая температура наблюдается в области камеры сгорания и в начале стороны расширения, наиболее низкая — в области впускного окна и в начале стороны сжатия.
Рис. 83. Распределение температур по контуру рабочей полости РПД: / — Чугунный корпус, 2 — а люминне иый корпус
Рис. 83. Распределение температур по контуру рабочей полости РПД: / — Чугунный корпус, 2 — а люминне иый корпус
Рис, 82. €*ема устройства ДЛЯ шлифования эпитрохоиды и ее эквидистант
Рис, 82. €*ема устройства ДЛЯ шлифования эпитрохоиды и ее эквидистант
На рис. S3 изображено распределение температур по контуру рабочей полости РПД при чугунном н алюминиевом корпусах. Средняя величина деформации контура при указанных перепадах температур составляет 0,1—0,2 жж. Поэтому дли сохранении правильной формы рабочей полости может возникнуть необходимость корригирования контура с учетом термических деформаций.
Обозначим
Ыф = 'Ф -<».
где /у — рабочая температура данной точки контура;
^—температура при обработке контура.
Тогда радиусы-векторы корригированного контура в «холодном» состоянии будут определяться формулой
Рх=?»(1 - “A^h
где и — коэффициент линейного расширения материала корпуса.
Изготовление копира для корригированного контура связано с определенными трудностями. Некорригированиый контур может быть обработан методом обкатки. Корригированный контур в «холодном» состоянии методом обкатки производиться не может.
В иностранной литературе было опубликовано следующее предложение по обработке копира для корригированного контура. В заготовке создается поле температур, подобное тому, какое образуется на контуре рабочей полости при работе двигателя. Коэффициент подобна определяется отношением коэффициентов линейного расширения материалов копира и корпуса РПД. Нагретую таким образом заготовку копира обрабатывают методом обкатки по некорри- тированному контуру. При остывании копира в нем образуется корригированный контур.
Практически применить такой способ весьма трудно, так как это связано с поддержанием в детали, установленной па ставке, в течение времени обработки неравномерного поля температур.
Более реальным представляется изготовление копира для корригированного контура лекальным способом, несмотря на трудоемкость этой операции.
КИНЕМАТИКА РОТОПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Отношение угловых скоростей ротораи эксцентрикового вала
Рис. 84, К определению отношения угловых скоростей ротора и эксцентрикового валаРис. 84, К определению отношения угловых скоростей ротора и эксцентрикового валаOi, которая обкатывает не- г с центром О, расположеннуюOi, которая обкатывает не- г с центром О, расположеннуюРассмотрим связанную с ротором шестерню внутреннего зацепления радиуса А? с цент] подвижную шестерню радиуса внутри нее. Первая шестерня связана поводком (эксцентриком) с валом, ось которого проходит через центр неподвижной шестерни. Длина поводка ОО\ = е=Я — г (рис. 84).
Рис. 84, К определению отношения угловых скоростей ротора и эксцентрикового вала
Рис. 84, К определению отношения угловых скоростей ротора и эксцентрикового вала
Oi, которая обкатывает не- г с центром О, расположенную
Oi, которая обкатывает не- г с центром О, расположенную
Обозначим угловую скорость вращения большой шестерни вокруг ее центра Oi через ail, а угловую скорость вращения эксцентрикового вала — через 6)5, и пусть В — точка контакта обеих шестерен.
Скорость точки В большой шестерни слагается из линейной скорости се центра Оь равной мг^, и линейной скорости вращения вокруг этого центра, равной оц^?. Эти скорости направлены в противоположные стороны и имеют поэтому различные знаки. Но поскольку точка В является точкой контакта большой шестерни с неподвижной малой, скорость этой точки равна нулю.
Следовательно,
Ша?— toxR = 0;
отсюда
(52)
Рис. 85. Зависимость безразмерной о скорости еершик ротора ■ "" отРис. 85. Зависимость безразмерной о скорости еершик ротора ■ "" отугла поворота ротораугла поворота ротора(56)(56)
Рис. 85. Зависимость безразмерной о скорости еершик ротора ■ "" от
Рис. 85. Зависимость безразмерной о скорости еершик ротора ■ "" от
угла поворота ротора
угла поворота ротора
(56)
(56)
Скорость вершин ротора
Для определения компонентов скорости вершины ротора надо продифференцировать уравнение (5) по времени к
и, =—ь)^ (sin 3-^1+csin^) 1
и^ — %£! (cos Зф + с COS ф)
где
dtp
1Г'
Абсолютная величина скорости
и — ^Vx ~ I'm " “i^ И 1 + с -г 2с cos 26 .(54)
■Скорость и изменяется в пределах
ОТ v-w^c— 1) При P=pmln
ДО U = Wj/?(c+]) при р=Рта^
На рис. 85 приведены графики безразмерной величины -^
для трех значений с.
Средняя скорость вершины ротора
Проще выражение для средней квадратичной скорости:
Средняя квадратичная скорость, как видно из табл. 9, сравнительно мало отличается от средней скорости.
Таблица 9
Значения средней скорости вершин ротора при различных величина* параметра с
С
1,00
1.50
2.00
2,25
2,50
2,75
3,00
3.50
4,00
1
иер
1,273
1,671
2,128
2,363
2,601
2,842
3,084
3,572
4,068
1
^R D^w
1 ,414
1 ,803
2,236
2,463
2,693
2,927
3,162
3,640
4,123
® _ у ср. A'b™'f Ч
0,110
0,079
0,051
0,042
0,035
0,030
0,025
0,019
0,014
| ">R "c/i
1 иСр иСр.пр
0,214
0,102
0,060
0,048
0,039
0,032
0,027
0,020
0,017
Г"1Я Vfp
Немногим большая ошибка получается, если находить среднюю скорость как среднее арифметическое максимальной и минимальной скоростей:
^--Л** — (58)
Относительные величины этой ошибки приведены в табл. 9.
Ускорение вершин ротора
Компоненты ускорения вершины ротора найдем, дифференцируя по времени уравнение (53):
(59)(59)шх = — ш, R (3 cos Зф 4- с cos i) toy = — w?/? (3 sin 34 + c sin ДО
(59)
(59)
Абсолютная величина ускорения
ty = р^ш^ + к<у = w^R /9 + с2 + 6с cos 2ф .(60)
Ускорение ш изменяется в пределах
от w - «ДЯ |с — 3| при р — pmIn
ДО ЧУ = Ш[/?(С + 3) При р — ртах.
На рис. 86 приведеныНа рис. 86 приведеныК.' графики безразмерной величины "— WjR
На рис. 86 приведены
На рис. 86 приведены
для трех значений с.
Среднее ускорение вершины ротора 22
и)<р = — I to( !>)d-b - — u^R ^ ),z 9 4-е2 4- 6ссоз2^ d^.(61)
оо
Это выражение может быть приведено к виду
Ч,=4"^<с + 3)£(тЙ)(62)
(см. приложение 2, п. 8).
Среднее квадратичное ускорение
(63)
Раз правдеиные по нормалиРаз правдеиные по нормалидожим ускорение to на две составляющие жя и tat, на-дожим ускорение to на две составляющие жя и tat, на-и пои покасательной к теоретическому контуру рабочей полости.касательной к теоретическому контуру рабочей полости.Нормальное можно записатьНормальное можно записатьускорение в видеускорение в видеИ/ uf« IИ/ uf« IРис, 86. Зависимость безразмерного ш ускорения вершин ротора от угла поворота ротораРис, 86. Зависимость безразмерного ш ускорения вершин ротора от угла поворота ротораНормальное ускорение tyn изменяется = щ^(с-3) до wn = <м2А(с4-3), Тангенциальное ускорение(ют) юл- 4- ю„т ГЛ), —1 У ,Нормальное ускорение tyn изменяется = щ^(с-3) до wn = <м2А(с4-3), Тангенциальное ускорение(ют) юл- 4- ю„т ГЛ), —1 У ,л Ml " Ml *- >где п — вектор, направленный по внешней нормали к контуру;|л| —модуль этого вектора. Учитывая выражения (20) и (21), получаем3 + cs + 4сcos20 к,- ■ ш । К —.—т .VI 1- с3 + 2с cos 2^(64)в пределах от w,,-л Ml " Ml *- >где п — вектор, направленный по внешней нормали к контуру;|л| —модуль этого вектора. Учитывая выражения (20) и (21), получаем3 + cs + 4сcos20 к,- ■ ш । К —.—т .VI 1- с3 + 2с cos 2^(64)в пределах от w,,-
Раз правдеиные по нормали
Раз правдеиные по нормали
дожим ускорение to на две составляющие жя и tat, на-
дожим ускорение to на две составляющие жя и tat, на-
и по
и по
касательной к теоретическому контуру рабочей полости.
касательной к теоретическому контуру рабочей полости.
Нормальное можно записать
Нормальное можно записать
ускорение в виде
ускорение в виде
И/ uf« I
И/ uf« I
Рис, 86. Зависимость безразмерного ш ускорения вершин ротора от угла поворота ротора
Рис, 86. Зависимость безразмерного ш ускорения вершин ротора от угла поворота ротора
Нормальное ускорение tyn изменяется = щ^(с-3) до wn = <м2А(с4-3), Тангенциальное ускорение
(ют) юл- 4- ю„т ГЛ), —1 У ,
Нормальное ускорение tyn изменяется = щ^(с-3) до wn = <м2А(с4-3), Тангенциальное ускорение
(ют) юл- 4- ю„т ГЛ), —1 У ,
л Ml " Ml *
- >
где п — вектор, направленный по внешней нормали к контуру;
|л| —модуль этого вектора. Учитывая выражения (20) и (21), получаем
3 + cs + 4сcos20 к,- ■ ш । К —.—т .
VI 1- с3 + 2с cos 2^
(64)
в пределах от w,,-
л Ml " Ml *
- >
где п — вектор, направленный по внешней нормали к контуру;
|л| —модуль этого вектора. Учитывая выражения (20) и (21), получаем
3 + cs + 4сcos20 к,- ■ ш । К —.—т .
VI 1- с3 + 2с cos 2^
(64)
в пределах от w,,-
где т— вектор, касательный к контуру; |т] — модуль этого вектора.
Принимая во внимание формулу (19) и то, что |т| = ]л|, имеем
2 D 2сх1п2Ф а> = —- .....=,(65)
У 1 + с1 + Тс cos 2<р
Сравнивая это выражение с равенством (22), видим, чтоьу, = — 2ш? /?csino.
Из уравнения (24) следует, чтоИз уравнения (24) следует, чтоРис. 87. Зависимость безразмерных нормального и тангенциаль- ®„ to,ного ускорении вершим ротора ~~— И —~— от угла поворотаРис. 87. Зависимость безразмерных нормального и тангенциаль- ®„ to,ного ускорении вершим ротора ~~— И —~— от угла поворота
Из уравнения (24) следует, что
Из уравнения (24) следует, что
Рис. 87. Зависимость безразмерных нормального и тангенциаль- ®„ to,
ного ускорении вершим ротора ~~— И —~— от угла поворота
Рис. 87. Зависимость безразмерных нормального и тангенциаль- ®„ to,
ного ускорении вершим ротора ~~— И —~— от угла поворота
ротора
Таким образом, тангенциальное ускорение ограничено пределами, не зависящими от с:
зна-зна-— 2ш?Я С ®, < 2б>?/?.
зна-
зна-
Графики безразмерных величин —577 и —j— при трех
чениях с приведены на рис. 87,
Траектория, скорость и ускорение любой точки ротора
Пусть В — произвольная точка ротора, расположенная вне окружности радиуса R (рис. 88).
При вращении ротора точка В описывает эпитрохоиду, уравнение которой аналогично уравнению теоретического контура рабочей полости:
xx = RУ1 = #xx = RУ1 = #(66)(66)— COS ЗЬ, + С] COS ‘5,
xx = R
У1 = #
xx = R
У1 = #
(66)
(66)
-^sinS^ + c1sin^1
где
ci^^ (C1>1); ax = OxB.
Угол поворота системы координат xb ухУгол поворота системы координат xb ухотносительноотносительноси-си-
Угол поворота системы координат xb ух
Угол поворота системы координат xb ух
относительно
относительно
си-
си-
Рис. 88. К определению кинематических параметров произвольной точки ротораРис. 88. К определению кинематических параметров произвольной точки ротора
Рис. 88. К определению кинематических параметров произвольной точки ротора
Рис. 88. К определению кинематических параметров произвольной точки ротора
стемы X, у
(=Л^А^ (67)
где г, — угол между биссектрисой угла при вершине ротора и прямой
Скорость и ускорение точки В в системе координат Хь ух определяются формулами, аналогичными формулам для скорости и ускорения вершин ротора:
Oi^^fi^M-Ci 4- 2с, cos2^t;(68)
®i = w2R y^9 + c? 4- 6c, cos 2y,;(69)
23 + C? -j- 4l'i COS 2y,
®m = ЧЯL..(70)
у 1 4-<4 r 2c, cos 2^,
№, = - .?R—«М'УЬ(7|f
у 1 + cf-Ь 2c, cos 24',
Эпи- и гипстрохоидные РИД е 2-угольным ротором
Ниже даны кинематические формулы для РПД с 2-угольным ротором Рассмотрим сначала эпнтрохоидные схемы [см. формулы (52) —(55)j
,
Ш32
и^ — — *»ifi (sin гф + с sin ^ ■]
Уу = м>и/? (cos зф + с cos у) J
и — ш,/? V I + с1 + 2с cos (z — I) ф
u'lfi (С— !) с у < ^ (с + 1);
з — i г ,
у#,,= -—— ш^ 1 у 1 4-е1 + ЙССО5 (2— 1) ^^Ф
о
Покажем, что средняя скорость вершины ротора нс зависит or 2;
/1 +ci + 2ccos(z-lH =(=+ 1) 1/ 1 ") si"a ""2""'!"
г— 1Применим подстановку —-—_22г— 1Применим подстановку —-—_22Тогда ф ^= z— 1при ф=0х=0;лпри ф = у. sZ — 1ПолучаемТогда ф ^= z— 1при ф=0х=0;лпри ф = у. sZ — 1Получаем-—-— dz;2 — 1-—-— dz;2 — 1лТ’лТ’шш
г— 1
Применим подстановку —-—
_22
г— 1
Применим подстановку —-—
_22
Тогда ф ^= z— 1
при ф=0х=0;
л
при ф = у. s
Z — 1
Получаем
Тогда ф ^= z— 1
при ф=0х=0;
л
при ф = у. s
Z — 1
Получаем
-—-— dz;
2 — 1
-—-— dz;
2 — 1
л
Т’
л
Т’
ш
ш
Таким образом
2/2\
^р = "я "^(c + U£ l7^rJ-
По аналогии с формулами (56)—(60), (63) —(65) имеем«гр-ка = шД 1^1 + С1; «ср. др — <-*1^0-з,-- ш^А (гсоагф 4- ccos^)Шу = — ш^Д (г sin гф 4- с sin 5)
ш = ы^д Vг- 4- г8 4- 2zr cos (г -Г) 5 ;
ш । R | с — г ] < to ■ ш J R (г + 3);
^ср. «д-^й V г3 4- с1;
ton ^ Rton ^ Rz + сг + (а — I) с cos (г — I) фV 1 т о® + 2с cos (г — 1) Ф
ton ^ R
ton ^ R
<у ।/? (с — г) с шл < Цй (с 4- г);
(a-l)csin(z- 1)У ..
। К ." • - -. - — - ।
'У I + с2 + 9с cos (z — 1}ф
-(z- 1)«^ с ш( с (г-!)«*₽.
Рассмотрим гипОтрохоидные схемы [см, формуль! (52) — (55}[;
щгZ
Ujt = — чт^ (sin zi 4- с s in ^) |
Oy = Ы/ (■ - cos г5 у c cos ■}) I
и ^ «Jr / 1 4- c5 — 2c cos (z + 1) f
и/(c — I) c n < «^ (t 4-1);
»(p = —-— «тГ 1 / 1 4- ca — 2c cos (z 4- l) ф d|.
о
Аналогично тому, кая это было сделано для зпнтрохоидных схем, можно показать, что для гипотрохондных схем средняя скорость першииы ротора также не зависит от г.
Далее по аналогии с формулами (56) — (60), (63)—(65) имеем
f^ ” — “-if (с +1) с [ у
vfp. кв - Mir V I 4- с1;
иср. ар = ^rr,а1.,- = — '«У (г cos гф 4- с cos ф)щуу ^= <o^r (z sin г|- — с s in ф)и — н-'г У г4 -}■ с1 — 2zc cos (г + 1) <
<о^г|С—г) ЫГ «.^(сф-г);
^сР кв --^г /г" 4-с1;
2 — ?4-с8 + (х—1) ccos(2-Ы) ф — шТГ — J г
у I 4- с4 — 2с cos (г 4-1) ф М?У~ г) ш„ ш®г(с4-г);
о (г 4- I) с sin (z д1) фи?! — —ытр —, ——-—--——— — -- ;
/ 1+ С- — 2с cos (z 4- I )ф — (гД 1)ш^г - ш, -; (г 4- 1)ш?г.
Сравнение эпи- и гипотрохоидных РПД
Сравним два четырехтактных РИД, выполненных по эпнтрохоидной к гипотрохоидной схемам с внутренней огибающей. Это сравнение может быть распространено на РПД с любым количеством тактов.
Число тактов эпитрохондиого двигателя определяется формулой Л» = 2(гэ—I), пиютрохоидного — формулой /г=2(?г + 1). При /=4 z,=3, гг—1. Но двигатель с г=1 неосуществим, поэтому полагаем z;—3, тогда /г—8=4-2, т. е. получаем двигатель, в котором за один оборот ротора и каждой камере совершаются два четырехтактных цикла.
Таким образом ^—Дг=3. Пусть е8—ег, аэ—аг в Н^-Н;.
Тогда габаритные размеры обоих РПД, определяемые размерами о + е и //, будут одинаковы.
Рабочий объем камеры эпитрохондиого двигателя
(Мт» = ттгт йеН sin V^ 6 ”2~ асН’
гппотрохондного Двигателя
4zл тzТ
(i^L, = аеН sin ™ "■3 Т асН-
Следовательно, t,Vhli^m3 = 2(1 j,x),иг-
Полагая 0)|Д=Я1г, видим, что при прочих равных условиях мощность обоих двигателей одинакова, так как при вдвое меньшем рабочем объеме в гинотро- хоидпом РПД происходят вдвое больше рабочих тактов. Благодаря этому пшотрохоидный двигатель работает более равномерно.
1131135 Ротопоршиевыс двигатели
113
113
Скорости вершин ротора п эпятрохоидном и гипотрохоид ном двигателях одииакопы.
Рассмотрим условия работы подшипника ротора п обоих двигателях. Угловые скорости эксцентриковых палов ы$ в обоих случаях втрое превышают угловую скорость роторов <01. ИО В ЭПИтрохОИД НОМ РПД Wi И Mj имеют ОЛЯ- маковые Знаки, а в гипотрохоидпом РПД — противоположные. В зширохонд- ном двигателе относи тельная угловая скорость в подшипнике ротора "»«,#<■»= z — 12>4-1
— — Ш1_ — Mfc а в гипотрохоид ном двигателе "iuW# t —«а =
Таким образом, относительная скорость в подшипнике ротора в эпвтрохс- и дном РПД вдвое меньше, чем в гп потрох видном. И связи с тем, что подшипник ротора работает в чрезвычайно напряженных условиях, это и реи мутнеет но элитрохоядчого РПД весьма существенно.
ДИНАМИКА РОТОПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Силы, действующие на ротор. Крутящий момент
(72)(72)Каждая из трех граней ротора нагружена силой давлении газов:
(72)
(72)
рам = У‘3 аНр-,
где дг#. — давление в данной камере, соответствующее углу поворота ротора (<= I, 2, 3).
Линия дейстг,гп силы р^.и1 проходит через центр ротора.
Рипаоде й с та ующа я этих сил
^ -- Ри^ Л Р>Г0з-\ Рл:«з (73}
приложена к центру ротора п создает крутя щи й момент двигателя:
Мк< \00,7Р\еХЛ-(74)
циицииротораQ - т ^2,ротораQ - т ^2,Центробежная сила ин ер
ции
ции
ротора
Q - т ^2,
ротора
Q - т ^2,
где /щ — масса ротора, включая массу элементов уплотнений и массу масла, заполняющего внутреннюю полость ротора.
Эта сила направлена по прямой OOi и приложена к центру ротора (рис. 89).
Равнодействующая сил Р и Q
K-P + Q(76)
является силой, нагружающей подшипник ротора.
Подшипники эксцентрикового вала нагружены силой Р.
Уравновешивание РПД
В РПД возникает неуравновешенная центробежная сила
3 = т5ео>2,(77)
где та=т|-нп3; т, — масса эксцентрика.
Эта сила может быть уравновешена двумя противовесами, расположенными па эксцентриковом валу по обе стороны ротора.
Рис. 90. К уравновешиванию РПДРис. 90. К уравновешиванию РПД
Рис. 90. К уравновешиванию РПД
Рис. 90. К уравновешиванию РПД
Если оба противовеса одинаковы и расположены на равных расстояниях от ротора, то масса их определяется из равенства
тпртпрт.с9gт.с9g(78)(78)
тпр
тпр
т.с
9g
т.с
9g
(78)
(78)
где щ„Р —масса одного противовеса:
g — расстояние от центра тяжести противовеса до оси эксцентрикового вала (рис. 90,а).
Если же противовесы имеют различные массы и расположены па неодинаковых расстояниях от ротора, они рассчитываются по формулам
гПпр\ — тг 51тлр3 - т3 ~гПпр\ — тг 51тлр3 - т3 ~и. .и. .6 + U6 + U(79)(79)
гПпр\ — тг 51
тлр3 - т3 ~
гПпр\ — тг 51
тлр3 - т3 ~
и. .
и. .
6 + U
6 + U
(79)
(79)
где lv и /з расстояния от центров тяжести противовесов до оси ротора;
gi и ^ — расстояния от центров тяжести противовесов дооси эксцентрикового вала (рис. 90,6).
ПроекцияилиПроекцияилиwl = ш?Я (с + 3 cos 26).wl = ш?Я (с + 3 cos 26).Рис, 9L Зависимость безразмерных составляющихРис, 9L Зависимость безразмерных составляющихСУ/Щмускорения —тЛ- и —_— от угла поворота ротора ш[ДШ]ЙСУ/Щмускорения —тЛ- и —_— от угла поворота ротора ш[ДШ]Й
Проекция
или
Проекция
или
wl = ш?Я (с + 3 cos 26).
wl = ш?Я (с + 3 cos 26).
Рис, 9L Зависимость безразмерных составляющих
Рис, 9L Зависимость безразмерных составляющих
СУ/Щм
ускорения —тЛ- и —_— от угла поворота ротора ш[ДШ]Й
СУ/Щм
ускорения —тЛ- и —_— от угла поворота ротора ш[ДШ]Й
Сипы инерции пластин радиальных уплотнений
Для определения сил инерции пластин радиальных уплотнений необходимо найти проекции вектора ускорения на ось пластины, совпадающую с биссектрисой угла при вершине ротора, и на нормаль к осн.
Единичный вектор, направленный по биссектрисе угла ротора от его центра,
L? [cos б, sin i).
Единичный вектор, направленный по нормали к биссектрисе, N*'— sin ^, cos б],
вектора ускорения на биссектрису угла ротора
(80)
Величина Mj. изменяется в тех же пределах, что и нормальное ускорение, выраженное уравнением (64). При с^З знак Wl не меняется. Если с<3, знак Шъ меняется при 1/с \
-б = — arc cos.
'2V3 /
Проекция вектора ускорения на нормаль к биссектрисе
ад = (w N0) — wxN$ + wy Му или
Wn = — 3«ц £sin2|.
(81)
Величина wN ограничена пределами
— Змц/? < гудг < &»\R.
Графики безразмерных величин -V- и — уд приведены на to)/?to,/?
рис. 91.
Сила инерции пластины, направленная по се оси, Jl ^ —тп ,ууц,(82)
где тЯ4—масса пластины;
isl, = ^R (Cj + 3 cos 26); Cj = " ,
где щ — расстояние от центра ротора до центра тяжести пластины.
Сила инерции пластины, направленная перпендикулярно ее оси,
Jn = — rn^WN,(83)
Многороторные РПД
В многороторных РПД несколько роторов связано с общим эксцентриковым валом, имеющим соответствующее число эксцентриков. Равномерное чередование вспышек обеспечивается
рис. 92. Схема эксцентрикового вала многороторного РИДрис. 92. Схема эксцентрикового вала многороторного РИДвзаимным расположением эксцентриков или рабочих полостей.
рис. 92. Схема эксцентрикового вала многороторного РИД
рис. 92. Схема эксцентрикового вала многороторного РИД
В некоторых многороторных РПД центробежные силы инерции, выраженные уравнением (77), создают момент
(84)(84)Mj = А; m-^d,
(84)
(84)
где Д,—коэффициент, зависящий от числа роторов и расположения эксцентриков (t —индекс, соответствующий числу роторов);
d — расстояние между серединами рабочих полостей (рис. 92).
Этот момент уравновешивается двумя противовесами, расположенными на концах эксцентрикового вала.
Если оба противовеса одинаковы и расположены на равных расстояниях от середины двигателя, то масса каждого из них тпр=^.~,(85)
L 28“
где и — расстояние от центра тяжести противовеса до середины двигателя,
Рассмотрим схемы РИД с различными числами роторов.
В двух ротор ном РПД вспышки следуют через 180° поворота эксцентрикового вала. Этот РПД может выполняться л о двум схемам.
Рис. 93. Схемы расположения эксцентрикой и рабочих полостей в многороторных РПД;
/ я Г/ ■ дбУхроторные; И! и ГК—четырехроторные; V и К/— шестироторные; t—6 — рабочие холости и соответствующие им эксцентрики (знаком X обозначено положение камер сгорания рабочих подостеР)
В схеме / эксцентрики развернуты на 180°, а рабочие поло сти не смешены. В двигателе возникает момент центробежных сил, величина которого может быть определена по формуле (84), причем для данной схемы Л3= 1.
В схеме /7 эксцентрики не смешены, а рабочие полости повернуты на 180° относительно друг друга. В двигателе действует центробежная сила, равная удвоенной силе олггороторного РПД. Схема конструктивно неудобна, однако уравновешивание может быть достигнуто одним противовесом, расположенным между роторами. Масса противовеса
тпр = 2т^" -
больше, чем масса обоих противовесов в схеме /.
В трехроторном РПД вспышки чередуются через 120° поворота эксцентрикового вала. Эксцентрики расположены также под углами 120й друг к другу. Рабочие полости не сметены. В двигателе возникает момент центробежных сил. Для трехро-
торного РПД Ад—З^3, Противовесы должны быть расположены перпендикулярно к плоскости, проходящей через ось вала и центр среднего эксцентрика (рис. 92).
В четырехроторном РПД вспышки следуют через 90° поворота эксцентрикового вала. Возможны несколько схем четырехроторных РПД.
В схеме /// эксцентрики развернуты на 90° таким образом, что центры передней и задней пар эксцентриков лежат в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось вала (крестообразный вал). Рабочие полости не смещены. Порядок вспышки I—3—2—4 или I—4—2—3. В двигателе действует момент центробежных сил. Для данной схемы А«=У 2- Противовесы должны быть расположены в плоскости, составляющей угол 45° с плоскостями, проходящими через центры эксцентриков.
Может применяться другой вариант крестообразного вала, в котором эксцентрики расположены так, что во взаимно-перпендикулярных плоскостях лежат центры крайних и средних эксцентриков. Порядок вспышек I—2—4—3 или 1—3—4—2. Для этой схемы A^—V J0. Противовесы должны находиться в плоскости, наклоненной под углом 18°26? к плоскости, проходящей через центры крайних эксцентриков.
В схеме /V эксцентрики развернуты на 180°, а их центры лежат в одной плоскости, проходящей через ось вала, причем центры крайних эксцентриков находятся по одну сторону этой оси, а центры средних эксцентриков — по другую сторону (плоский вал). Центробежные силы и моменты полностью уравновешиваются.
Для получения равномерного чередования вспышек рабочие полости в этой схеме должны быть повернуты на 90° по отношению друг к другу. Порядок вспышек определяется взаимным расположением рабочих полостей. Конструктивно схема представляет большие неудобства.
Болес приемлемым является другой вариант схемы четырехроторного РПД с плоским валом. В этой схеме рабочие полости разделены на две группы (1—2 и 3—4), которые повернуты на 90й относительно друг друга, Порядок вспышек 1—3—2—4 или 1„4—2—3. ' '
В пятироторном РПД вспышки происходят через 72° поворота эксцентрикового вала. На такой же угол развернуты эксцентрики, Рабочие полости не смещены. В двигателе возникает момент центробежных сил, который, как и порядок вспышек, зависит от взаимного расположения эксцентриков.
В шести ротор ном РПД вспышки следуют через 60е поворота эксцентрикового вала. Рассмотрим две схемы шести роторных РЯД.
В схеме И эксцентрики расположены под углами 60°. Рабочие полости не смешены. При определенных чередованиях вспышек (1—4—5—2—3—6 или 1—5—3—4—2—6) центробежные силы и моменты полностью уравновешиваются.
В схеме VI центры эксцентриков расположены в трех плоскостях, проходящих через ось вала и наклоненных под углами 120° друг к другу, причем центры первого и шестого эксцентриков лежат в одной плоскости, второго и пятого — в другой, третьего и четвертого — в третьей. Центробежные силы и моменты полностью уравновешены.
Рабочие полости разделены на две группы, внутри которых рабочие полости не смещены. Группы развернуты на 180° (схема W) или 60° Порядок вспышек может быть различным, например 1—5—3—6—2—4.
Результирующий крутящий момент в многороторных двигателях определяется суммированием моментов всех роторов с учетом сдвига по фазе.
ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РОТОПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Геометрия РПД полностью определяется четырьмя величинами: эксцентрицитетом е (или радиусом одной из шестерен /?=3е или г = 2е), параметром с (или производящим радиусом а), высотой рабочей полости И л расстоянием между теоретическим н действительным контурами рабочей полости к.
Рабочий объем РПД, как видно из формулы (42), зависит от всех четырех величин, и, следовательно, при заданном рабочем объеме эти величины не могут выбираться независимо друг от друга. Поэтому правильный подбор геометрических параметров РПД более труден, чем для поршневого двигателя, где из четырех величин, определяющих в общем случае геометрию механизма (диаметр цилиндра, ход поршня, длина шатуна и дезаксиал), только две величины (диаметр цилиндра и ход поршня) связаны с рабочим объемом и свобода выбора гораздо больше.
В первую очередь остановимся на выборе параметра формы с, от которого зависят основные геометрические и кинематические соотношения в РПД и который в значительной степени определяет радиальный габарит двигателя. Наименьшее значение параметра с, вследствие необходимости размещения в роторе шестерни, газовых и масляных уплотнений, оказывается больше теоретического минимума 1,67 и превышает 2, От величины с зависит максимальная степень сжатия, достижимая в двигателе. Этот фактор является решающим при выборе с в РПД с воспламенением от сжатия, но в бензиновых РПД он нс влияет на выбор с, так как достаточная степень сжатия обеспечивается при любых значениях этого параметра,
Величина с определяет максимальное значение угла 6 откло-
нения пластин радиальных уплотнений от нормали к контуру рабочей полости. Зависимость 6mnx от с выражается формулой (24). С увеличением с величина 6тцх уменьшается, что сопровождается повышением износа пластин.
Большое значение имеет влияние с на величину и знак составляющей ускорения col, направленной по пластине радиального уплотнения Из формулы (80) видно, что величина Wl изменяется от mZi та< = ю;/?(с4-3) до Wl т!п= ОД^ (£—3). Будем считать, для простоты, что центр тяжести пластин радиальных уплотнений лежит на теоретическом контуре рабочей полости. При с 5:3 знак перед ощ не меняется и сила инерции постоянно прижимает пластину к боковой стенке рабочей полости. Усилие экспандера должно обеспечивать лишь незначительное поджатие пластин при пуске двигателя, когда число оборотов невелико и сила инерции может оказаться недостаточной. Если с<3, знак перед ш! меняется, и на вогнутых участках контура рабочей полости сила инерция отжимает пластину к центру ротора. Эта сила должна компенсироваться усилием Fg, развиваемым экспандером и прижимающим пластину уплотнения к боковой стенке:
Г, = — ^«jl^mfnlГ, = — ^«jl^mfnl(86)(86)
Г, = — ^«jl^mfnl
Г, = — ^«jl^mfnl
(86)
(86)
{см. формулу (82)).
В интервале значений с35=с^спил сумма
(87)(87)ОД, max "Ь (ОД m|n | — 6и>^
(87)
(87)
постоянна и не зависит от с.
Следовательно, максимальная нагрузка Ртах, прижимающая пластину к боковой стенке, также не зависит от с:
ЕmaxJt, щах Т F „ — — П1л1{1У^П)ях 7" ОД. mln I) 1—®1и1^^л.к (88)
где /L max — максимальная сила инерции пластины, направлен
ная по се оси.
Последнее утверждение справедливо лишь для максимального числа оборотов РПД. При меньшем числе оборотов величина JL уменьшается, а усилие экспандера F$1 рассчитанное по максимальному 'числу оборотов, остается постоянным. С уменьшением с величина ]шыпш|, а следовательно, и F, возрастает. Поэтому при переменном числе оборотов среднее усилие, прижимающее пластину к боковой стенке рабочей полости, с умень
шением с несколько повышается.
Влияние величины с на другие параметры РПД
одновременно с исследованием влияния отношения — -
Вопрос о выборе отношения высоты рабочей полости к эксцентрицитету также имеет большое значение. В известной мере
121121G Рою поршневые двигатели
121
121
он аналогичен вопросу о выборе отношения хода поршня к диаметру цилиндра в поршневом двигателе.
Исследование влияния отношения — и параметра с на е
скорость вершин ротора.
Средняя скорость вершины ротора определяется формулой (56);
vtp = 4 toi^ (с + 1) 5 (^ ) = wiW М-
Значения f (с) при различных величинах с приведены в табл. 9.
Имеем
(V^ L = /3 aRH = 1,732сЯ3— =0,577с/?3— .
Зее
Отсюда
R — 4 / tVhK^m
У 0,577с—*
Тогда - 3 Z(c) у 2L ^0,577с
или
" М^ >^5^ " ^Х '
Зависимость безразмерной величины — - о от отноше- V^m
ния — при различных значениях с показана на рис. 94, а. На рис. 94,6 эта же величина представлена в зависимости от с при Н различных — •
Как видно из этих графиков, с увеличением параметра с и уменьшением отношения — скорость вершин ротора повы- шается.
Пластины радиальных уплотнений и боковая стенка рабочей полости относятся к числу сопряжений РПД, подверженных наиболее интенсивному износу. Износ этой пары определяется
двумя факторами-—скоростью вершин ротора и усилием, прижимающим пластины к боковой стенке
Скорость вершин ротора понижается пропорционально параметру с. Прижимающее усилие с уменьшением с немного увеличивается.
Степень влияния каждого из этих факторов на интенсивность износа может быть установлена только экспериментально, причем скорость, ло-яидимому, играет несколько большую роль. Однако, если даже положить оба фактора равнозначны-
а — от отношения при различных значениях параметра с; б —от параметра с при
"Н
различных значениях отношения -—
мн, уменьшение параметра с снижает износ пластин и боковой стенки, так как уменьшение скорости происходит быстрее, чем возрастание прижимающего усилия. Износ пластин снижается тем заметнее, что с уменьшением с увеличивается угол бта1.
Поэтому для уменьшения скорости вершин ротора и износа пластин радиальных уплотнений и боковой стенки рабочей полости отношение — следует увеличивать, а параметр с выбирать близким к минимальному значению.
Исследование влияния отношения — и параметра с на величину уплотняемого периметра I ротора.
Для одной камеры
l — 2(sp + H),(89)
где Sp-la~ длина грани ротора.
Подставляя в уравнение sp—Ха выражения (II) и (13) для X и а и обозначая множитель, зависящий только от с, через ^(с), получаем
s„- gW 11 ™ Sp =s„- gW 11 ™ Sp =у 0,577cу 0,577cй(с>й(с>
s„- gW 11 ™ Sp =
s„- gW 11 ™ Sp =
у 0,577c
у 0,577c
й(с>
й(с>
Далее
h = 2L Л = ^^h = 2L Л = ^^т 3 у '0,577с'т 3 у '0,577с'
h = 2L Л = ^^
h = 2L Л = ^^
т 3 у '0,577с'
т 3 у '0,577с'
Тогда
/ — 2 3 / —^i2i31 / н/ — 2 3 / —^i2i31 / нееi н~-г g (с)у 0, 577^i н~-г g (с)у 0, 577^
/ — 2 3 / —^i2i3
1 / н
/ — 2 3 / —^i2i3
1 / н
е
е
i н
~-г g (с)
у 0, 577^
i н
~-г g (с)
у 0, 577^
или
1 н
— — + g (с)
I __2_.3 е 6
Т^Ю^у'0^577с|^А
Зависимость безразмерной величины ; от отноше- у U^)m н
ния — при различных значениях с приведена на рис. 95.
Этот график показывает, что величина уплотняемого периметра ротора снижается с уменьшением параметра с л увеличением отношения —- , только при ~ >7 величина < начинает возрастать. Таким образом, для сокращения уплотняемого периметра ротона нужно задавать минимальные величины с, а отношение,- — выбирать равным 5ч-7.
Исследование влияния отношения и параметра с на отношение объема рабочей камеры к ее поверхности.
Величина — влияет, кроме того, на отношение поверхности рабочей камеры РПД к ее объему. Значение этого отноше-
ния в РПД, как и быстроходных поршневых двигателях, не
оказывает существенного влияния на показатели двигателя, но
определяет теплоотдачу в охлаждающую среду и тем самым обусловливает требования к системе охлаждения.
Геометрически рабочая камера РПД представляет собой прямой цилиндр (выемками .
в роторе пренебрегаем). В отличие от цилиндра поршневого двигателя, в котором площадь основания постоянна и изменение объема происходит за счет переменной высоты, в рабочей камере РПД постоянна высота, а изменение объема связано с изменением площади основания. Однако характер изменения объема рабочих камер в ротблорш- невых и поршневых двигателях одинаков.
Обычно стремятся обеспечить лишь компактность камеры сгорания, не прн-
Рис. 95- Зависимость безразмерной se- /Нличины от отношения —Рис. 95- Зависимость безразмерной se- /Нличины от отношения —Ж^6при различных значениях параметра СЖ^6при различных значениях параметра Сдавая значения соотношению поверхности и объема всего ци
Рис. 95- Зависимость безразмерной se- /Н
личины от отношения —
Рис. 95- Зависимость безразмерной se- /Н
личины от отношения —
Ж^6
при различных значениях параметра С
Ж^6
при различных значениях параметра С
линдра.
Нетрудно показать, что значение высоты цилиндра Но, соответствующее минимальному отношению поверхности цилиндра к его объему, определяется выражением
Н „^
0 sd
где pd? — площадь основания цилиндра;
sd — периметр основания цилиндра;
d — единица длины.
Площадь основания рабочей камеры Fm определяется формулой (33).
Периметр основания
гдегде^«(с-Н)^, » + т)~£(1ГГ’О]^«(с-Н)^, » + т)~£(1ГГ’О](90)(90)^т ^ S6 + Sp>
где
где
^«(с-Н)^, » + т)~£(1ГГ’О]
^«(с-Н)^, » + т)~£(1ГГ’О]
(90)
(90)
— длина боковой стенки камеры [см. формулу (35) и приложение 2, п 6].
Принимая за единицу длины величину R = 3e и подставляя
ц=0 в формулу (33) и ^= — в формулу (90), находим отноше
ние высоты рабочей полости к эксцентрицитету, соответствую
шее минимальному отношению поверхности камеры сгорания к
ее объему:
(91)(91)Я \ _ l^mе J О FSm
(91)
(91)
Зависимость отношения — от параметра с приведена на рис. 96. В интервале значений с от 2 до 3 величина f — J изменяется от 0,5 до 0,36.
Применение столь малых значений — нецелесообразно. По
этому следует установить, как изменяется отношение поверхности камеры F к ее объему V, когда величина— отклоняется
На рис. 97 показана зависимостьНа рис. 97 показана зависимость// ( Н \„ Н ( Н \ г— : —I . При —: —^1,о этае \ е Joе \ в )0// ( Н \„ Н ( Н \ г— : —I . При —: —^1,о этае \ е Joе \ в )0FVFVF \— ] от отношения V /minF \— ] от отношения V /minзависимость приобретаетзависимость приобретаетлинейную форму.Из графика видно, что даже значительное увеличение — полинейную форму.Из графика видно, что даже значительное увеличение — по
На рис. 97 показана зависимость
На рис. 97 показана зависимость
// ( Н \„ Н ( Н \ г
— : —I . При —: —^1,о эта
е \ е Joе \ в )0
// ( Н \„ Н ( Н \ г
— : —I . При —: —^1,о эта
е \ е Joе \ в )0
F
V
F
V
F \
— ] от отношения V /min
F \
— ] от отношения V /min
зависимость приобретает
зависимость приобретает
линейную форму.
Из графика видно, что даже значительное увеличение — по
линейную форму.
Из графика видно, что даже значительное увеличение — по
сравнению с —) не слишком сильно отражается на величине
F JF\ „Н ( Н\ ,_
1Г:("771 ■ Так, например, увеличение —:1—I от 1 до 5
’\ г /mini6\ в /^
повышает значение —-:( —|примерно на 57%.
и \ V /min
Задавая основные геометрические параметры РПД, величину с следует принимать как можно более близкой к минимальному значению, определяемому на основании эскизной конструктивной проработки. Это позволяет сократить радиальные
размеры двигателя, уменьшить нагрузки на подшипник ротора и эксцентриковый вал от газовых и инерционных сил, понизить скорость вершин ротора и уменьшить износ боковой стенки рабочей полости и пластин радиальных уплотнений, сократить уплотняемый периметр ротора.
Оптимальные значения отношения ^ лежат, по-видимому, е
между 4,5 и 6. Дальнейшее увеличение отношения — нера-
ционально, так как приводит к уменьшению жесткости эксцентрикового вала, росту нагрузок на вал и подшипники от газовых и инерционных сил, увеличению осевых размеров двигателя, чрезмерному возрастанию величины — и т, д. Для многороторных РПД в целях сокращения осевых размеров значение отношения — может быть понижено до 4. е
Расстояние к между теоретическим и действительным контурами рабочей полости, соответствующее радиусу закругления пластин радиальных уплотнений, изменяется в весьма узких пределах. Для РПД с рабочим объемом камеры до I л значения к составляют 1—2 мм.
Применять более толстые пластины нет необходимости, так как пластины утоплены в пазах ротора и не испытывают значительных напряжений. Увеличение толщины пластин и повышение их массы приводит, как уже указывалось, ж возрастанию центробежных сил инерции и увеличению износа пластин и боковой стенки рабочей полости.
Максимальное число оборотов ротора гц зависит главным образом от допустимого значения средней скорости вершин ротора [см. формулы (56) — (58)], подобно тому как в поршневых двигателях максимальное число оборотов определяется допустимой величиной средней скорости поршня.
Эффективная мощность РПД Ne связана с рабочим объемом формулой
V = J^4 , = IhsMi. t д. с (92) е 450 450
Ш
Рис. 98- Разрезы ротопоршнеаого дизеля фирмы Рено
У"У
где Уь=ЗУд< — рабочий объем однороторного двигателя в л;
«a=3«j — число оборотов эксцентрикового вала в минуту;
р^™ среднее эффективное давление в кПс*£\ i — число роторов.
Выбрав величины ль р(- и / но заданной мощности, можно определить необходимый рабочий объем Ул или Уд*.
Задавшись значениями эксцентрицитета е и расстояния й, выбирают величину параметра с и находят высоту рабочей полости Н. Определяют отношение ~- , и если оно оказывается неприемлемым, пересчитывают, изменив значение эксцентрицитета, Значения эксцентрицитета следует выбирать так, чтобы диаметры шестерен соответствовал!! стандартному ряду модулей.
Величина эксцентрицитета должна обеспечивать достаточную жесткость передней шейки эксцентрикового вала, проходящей через неподвижную шестерню, В РПД с воспламенением от сжатия для получения необходимой степени сжатия приходится задавать сравнительно высокие значения параметра с (с>3). Величина эксцентрицитета соответственно уменьшается, и передняя шейка вала получается слишком тонкой.
Это обстоятельство наряду с обеспечением достаточной надежности газовых уплотнений при высоких давлениях дизельного цикла и неблагоприятной для протекания рабочего процесса формой камеры сгорания создает значительные трудности в разработке РПД схемы Ванкеля с воспламенением от сжатия.
Повышение жесткости эксцентрикового вала может быть достигнуто различными способами, но все они связаны с серьезным усложнением кинематической схемы или конструкции РПД.
Фирма Рено, разрабатывая дизельный РПД, отказалась от конструкции Ванкеля и применила схему с внешней огибающей, несмотря на усложнение, обусловленное введением клапанного механизма. Разрезы экспериментального ротопоршнеэого дизеля фирмы Рено показаны на рис. 98.
ПРИЛОЖЕНИЕ I
ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЫ ВТОРОГО РОДАНеполные интегралы
ф
0°
5»
10'
is*
2 0Q
$5°
30’
35»
40=
4 S'
1°
0,0175
0,0349
0;0524
0,0175
0,0175
0,0175
0,0175
0,0175
0,0175
0,0175
0,0175
0,0175
2°
0,0349
0,0349
0,0349
0,0349
0,0349
0,0349
0,0349
0,0349
0.0349
3°
6^0524
0,0524
0,0524
0,0524
0,0524
0,0524
0,0524
0,0524
0,0524
4*
0,0698 0.0873
0,1047
0,0698
0,0698
0,0698
0,0698
0,0698
0,0698
0,0698
0,0698
0,0698
5®
0,0873
0,0873
0,0873
0,0873
0,0873
0,0872
0.0872
0,0872
0,0872
6е
0,1047
0,1047
0,1047
0,1047
0.1047
0,1047
0,1047
0,1046
0.1046
7°
0,1222
0,1222
0,1222
0,1222
0,1221
0,1221
0,1221
0,1221
0,1221
0,1220
8°
0^396
0,1396
0,1396
0,1396
0,1396
0,1396
0,1395
0,1395
0,1394
0.1394
9®
6,1571
0,1571
0,1571
0,1570
0,1570
0,1570
0,1559
0,1569
0,1558
0,1568
10®
0,1745
0,1745
0,1745
0,1745
0.1744
0.1744
0,1743
0,1743
0,1742
0,1741
п®
0,1920
0,1920
0,1920
0,1919
0,1919
0,1918
0,1917
0,1916
0,1915
0,1914
12°
0,2094
0,2094
0,2094
0,2093
0,2093
0,2092
0,2091
0,2089
0,2088
0,2087
13®
0,2269
0,2269
0.2263
0,2268
0,2267
0,2266
0,2264
0,2263
0,2261
0,2259
14°
0,2444
0,2443
0.2443
0,2442
0,2441
0,2439
0,2437
0,2436
0,2434
0,2431
15®
0,2618
0,2618
0,2617
0,2616
0,2615
0.2613
0,2611
0,2608
0,2606
0,2603
16°
0,2793
0,2792
0,2791
0,2790
0,2788
0,2786
0.2784
0,2781
0,2778
0,27 75
17®
0,2967
0,2967
0,2966
0,2964
0,2962
0.2959
0,2955
0,2963
0,2949
0,2946
18°
0,3142
0,3141
0,3140
0,3138
0.3136
0,3133
0.3139
0,3125
0,3121
0,3116
19®
0,3316
0,3316
0,3314
0.3312
0,3309
0,3306
0,3301
0,3297
0,3291
0,3286
20®
0,3491
0,3490
0,3489
0,3486
0.3483
0,3478
0,3473
0,3468
0,3462
0,3456
21°
0,3665
0,3665
0,3663
0,3660
0,3656
0.3651
0,3645
0,3639
0,3632
0,3625
22=
0,3840
0,3839
0,3837
0,3834
0,3829
0.3823
0,3817
0,3809
0,3802
0,37 93
23®
0,4014
0,4014
0,4188
0.4011
0.4007
0,4002
0.3996
0.3988
0,3980
0.3971
0,3961
24®
0,4189
0,4185
0,4181
0,4175
0,4168
0,4159
0,4150
0.4139
0,4129
25=
0,4363
0,4.362
0,4359
0,4354
0,4348
0.4339
0,4330
0,4318
0,4308
0,4296
26°
0,4538
0.4537
0,4533
0,4528
0.4520
0,4511
0,4500
0,4498
0,4475
0,4462
27=
0,4712
0,4711
0,4707
0,4701
0,4693
0,4682
0,4670
0,4657
0,4643
0,4628
28=
0,4887
0,4886
0,4881
0,4875
0.4865
0,4854
0,4840
0,4825
0,4809
0,4793
29®
0,5062
0,5060
0,5055
0,5048
0.5037
0.5025
0,5010
0,4993
0,4975
0,4957
30=
0,5236
0,5234
0,5229
0,5221
0.5209
0,5195
0,5179
0,5161
0,5141
0,5121
31°
0,5411
0,5409
0,5403
0,5394
0,5381
0,5366
0,5348
0,5328
0,5306
0,5283
32=
0,5585
0.5583
0,5577
0.5567
0.5553
0,5536
0.5516
0,5494
0,5470
0,5446
33®
0,5760
0,5757
0,5751
0,5740
0.5725
0,5706
0,5684
0,5660
0,5634
0,5600
34°
0,5934
0,5932
0,5924
0,5912
0.5396
0,5876
0,5852
0,5826
0,5797
0,5768
35®
0,6109
0,6106
0,6098
0,6085
0.6057
0,6045
0,6019
0,5991
0,5160
0,5928
36°
0,6283
0,6280
0,6272
0,6258
0,6238
0,6214
0,6186
0,6155
0,6122
0,6087
37°
0,6458
0,6455
0.6445
0,6430
0,6409
0,6383
0,6353
0,6319
0.6283
0,6245
38=
0,6632
0,6629
0,6619
0,6602
0.6580
0,6552
0,6519
0,6483
0.6444
0,6403
39°
0,6807
0,6803
0.6792
0,6775
0,6750
0.6720
0,6885
0,6646
0,6604
0,6559
ф
0’
5°
10’
15“
20"
25’
30°
35°
40’
45’
40°
0,6981
0,6977
0.6966
0,6947
0,6921
0,6888
0,6851
0,6808
0,6763
0.6715
41°
0,7156
0,7152
0,7139
0.7119
0.7091
0,7056
0,7016
0,6970
0,6921
0,6870
42°
0,7330
0,7326
0,7313
0.7291
0,7261'0.7224
0,7180
0,7132
0,7079
0,7025
43°
0,7505
0,7500
0,7486
0.7463
0,7431
0,7391
0,7.345
0.7293
0,7237
0,7178
44’
0,7679
0,7674
0.7659
0.7634
0.7600
0,7558
0,7509
0.7451
0,7393
0,7330
45°
0,7854
0,7849
0,7832
0,7806
0.7770
0.7725
0,767?
0.7613
0,7549
0,7482
46°
0,8029
0,8023
0,8006
0,7978
0,7939
0.7891
0,7835
0,7772
0,7704
0,7633
47°
0,8203
0,8197
0,8179
0,8149
0.8108
0.8057
0,7998
0,7931
0,7858
0,7782
48°
0,8378
0,8371
0,8352
0,8320
0,8277
0.8223
0,8160
0,8089
0,8012
0,7931
49°
0,8552
0,8545
0.8525
0,8491
0,8446
0,8389
0,8322
0,8247
0,8165
0,8079
50е
0,8727
0,8719
0,8698
0,8663
0.8614
0,8554
0,8483
0.8404
0,8317
0,8227
51°
0.890’
0,8894
0,8871
0,8834
0.8783
0,8719
0.8644
0.8560
0,8469
0,8373
52е
0.9076
0.9068
0,9044
0,9005
0.8951
0,8884
0,8805
0,8716
0.8620
0,8516
53°
0,1250
0.9242
0.9217
0,9175
0,9119
0,9048
0,8965
0,8872
0,8770
0,8663
54е
0.9425
0,9416
0,9390
О,<346
0,9287
0,9212
0,9125
0.9026
0,8919
0,8806
55°
0.9599
0,9590
0,9562
0,9517
0.9454
0,9376
0,9284
0,9181
0.6 068
0.8949
56° 1 0,9774
0,5764
0,9735
0.9687
0.9622
0.9540
0.9443
0.9335
0,9216
0,9091.
57°
0,6948
0.9938
0,9908
0.9858
0.1789
0.9703
0,9602
0,9488
0,9363
0,9232
58=
1,0123
1,0112
1,0080
1,0028
0,9956
0.9866
0,9760
0.9641
0,9510
0,9372
59е
1.0297
1,0286
1,0253
1,0198
1.0123
1,0029
0,9918
0,9793
0,9656
0,9511
60е
1,0472
1,0460
1,0426
1,0368
1,0290
1,0192
1,0076
0,9945
0,9801
0,9650
61°
1,0647
1,0634
1,0598
1,0538
1.0456
1,0354
1,0233
1,0096
0,9946
0,9787
62°
1 ,0821
1,0808
1,0771
1.0708
I,0623
1,0516
1,0390
1,0247
1,0090
0,9924
63е
1,0996
1,0982
1,0943
1.0878
1,0789
1.0678
1,0546
1.0397
1,0233
0.0060
64°
1.1170
1,1156
1,1115
1.1048
1,0955
1,0839
1,0702
1.0547
1,0376
1,0195
65°
1,1345
1,1330
1,1288
1,1218
1,1121
1,1001
1,0858
1,0696
1,0518
1.0329
66s
1,1519
1,1504
1,1460
1,1387
1,1287
1.1162
1,1013
1,0845
1,0660
1.0463
67е
1,1694
1,1678
1,1632
1,1557
1,1453
1.1323
1,1168
1,0993
1,0801
1.0576
68°
1,1868
1,1852
1.1805
1,1726
1,1619
1,1483
1,1323
1,1141
1,0941
1,0728
69°
1.2043
1,2026
1.1977
1,1896
1,1784
1,1644
I,1478
1,1289
1,1081
1,0859
70°
1,2217
1,2200
1,2149
1,2065
1,1949
1.1804
1,1632
1,1436
1,1221
1,0990
71°
1,2392
1,2374
1,2321
1,2234
1.2115
1,1964
1,1786
1.1583
1,1359
1,1120
72°
1,2566
1,2548
1.2494
1,2403
1.2280
1,2124
1,1939
1,1729
1,1498
1,1250
73’
1,2741
1,2^22
1.2666
1,2573
1.2445
1.2284
1,2093
1.1875
1,1636
1,1379
74°
1,2915
1X896
1.2838
1,2742
1,2609
1,2443
1,2246
1,2021
1,1773
1,1507
№’
1,3090
1,3076
1,3010
1,2911
.1,2774
1.2603
1.2399
1 ,2167
1,1910
1,1635
76е
1,3265
1.3244
1,3182
1,3080
1,2939
1,2762
1,2552
1,2312
1,2047
1,1762
77°
1,3439
1,3418
I,3354
1,3249
1,3104
1,2921
1.2704
1.2457
1,2183
1,1889
78й
1.3614
1,3592
1,3526
1,3417
1,3268
1,3080
1,2857
1,2601
1,2319
1,2015
79°
1,3788
1,3765
1,3698
1,3586
1,3433
1,3239
1,3009
1,2746
1,2454
1,2141
80е
1,3963
1.3939
1,3870
1,3755
1,3597
1,3398
1,3161
1,2890
1,2590
1,2266
81°
М137
1,4113
1.4042
1,3924
1,3761
1,3556
1,3312
1,3034
1,2725
1.2391
ф
0°
5е
...
15°
20°
е$»
30’
35’
Ю
4 5'
82°
1,4312
1,4287
1.4214
1.4093
1,3925
1.3715
1,3464
1,3177
1,2859
1,2516
83=
1.4486
1,4461
1,4386
),4261
1,4090
1,3873
1.3516
1,3321
1,2994
1,2640
84=
1,4661
1.4635
1,4558
1,4430
1,4254
1,4032
1.3767
1,3464
1,3128
1.2765
85’
1.4835
1.4809
1.4729
1.4539
1.4418
1,4190
1,3919
1,3638
1.3262
1,2889
86°
1.5010
1.4983
1,4901
1,4767
1,4532
1 ,4,348
1,4070
1 ,375!
1,3396
1.3012
87°
1.5184
1.5157
1,5073
1.4936
I.4743
1,4507
1,4221
1,3891
1,3530
1,3136
88’
1.5350
1.5330
1,5245
1,5104
1.4910
1.4665
1.4372
1,4037
1,3364
1,3269
89°
1,5533
1,5504
1,5417
1,5273
1,5374
1,4823
I,4524
1,4180
1.3796
1.3383
90^
1,5708
1.5678
1,5589
1,5142
1,5238
1,4981
1.4675
1,4323
1,3931
1.3506
ф
1
50°
55°
| 60°
65°
70°
75'
60°
85°
90°
I'1
0,0175
0.0175
0,0175
0,0175
0,0175
0,0175
0,0175
0,0775
0,0175
2°
0.0349
0.0349
0,0'149
0,0349
0,0349
0,0319
0,0349
0,0349
0,0349
3=
0,0524
0.0523
0,0523
0,0523
0,0523
0,0523
0,0523
0,0523
0,0523
4°
0,0698
0,0698
0.0698
0,06^8
0,06’8
0,0698
0.0698
0,0698
0.0698
5“
0,0872
0.0872
0,0872
0,0872
0,0872
0,0872
0,0872
0,0872
0,0872
6е
0,1046
0,1016
0.1046
0,1046
0,1046
0.1045
0,1045
0,1045
0,1045
7’
0,1220
0,1220
0,1220
0,1219
0.1219
0,1219
0,1219
0,1219
0,1219
8=
0,1394
0,1393
0,1393
0,1393
0,1392
0,1392
0,1392
0,1392
0,1392
9е
0,1557
0,1567
0,1556
0.1536
0.1555
0,1565
0,1565
0,1554
0,1534
10’
0,1740
0,1739
0.1739
0,1738
0,1738
0,1737
0,1737
0,1737
0,1737
11°
0,1913
0.1912
0,1911
0,1910
0.1910
0,1909
0,1908
0.1908
0,1908
12°
0,2086
0,2084
0,2083
0,2082
0,2081
0,2080
0,2080
0,2079
0,2079
13’
0,2258
0,2256
0,2251
0,2253
0,2252
0,2251
0.2259
0,2250
0,2250
14е
0,2429
0,2427
0,2425
0,2424
0,2422
0,2421
0.2420
0,2419
0.21Р
15=
0,2601
0.2598
0.2596
0,2594
0,2512
0,2590
0.2589
0,2588
0,2588
16е
0,2771
0,2768
0‘2766
0.2763
0,2761
0,2759
0.2758
0,2757
0,2756
1-7=
0,2942
0,2938
0.2935
0,2932
0,2929
0.2927
0,2)25
0,2924
0,2924
18=
0,3112
0,3107
0,3103
0,3100
0,3096
0,3094
0,3092
0,3091
0.3090
19°
0,3281
0.3276
0,3271
0.3267
0,3283
0,3260
0.3258
0,3255
0,3256
20=
0,3450
0,3444
0,3438
0,3433
0,3429
0,3425
0,3422
0,3421
0,3120
21°
0,3618
0,3611
0,3604
0,35)9
0.3593,
0,358)
0.3586
0,3584
0,3584
22=
0,3785
0,3777
0,3770
0,3763
0.3757
0,3753
0,3749
0,3747
0,3746
23°
0.3952
0.3943
0,3935
0,3927
0.3920
0,3915
0,3911
0,3908
0,3^07
24=
0,4118
0,4108
0,4098
0.4090
0.4082
0,4076
0,4071
0,4088
0.4037
25;
0,4284
0.4272
0.4261
0,4251
0.4243
0.4236
0,4230
0,4227,
0,4226
26=
0,4449
0.4433
0,4423
0,4412
0,4402
0.4314
0.4.389
0,4385
0.4384
27°
0,4613
0,4598
0,4584
0,4572
0,4551
0.4552
0.4515
0,4511
0,4540
V
50*
55- ।
50-
65=
70
75°‘
60’
85-
90’
38=
0,4776
0.4760
0.4744
0.4730
0.4718
0.4708
0.4701
0,4696
0,46’5
29s
0,4938
0,4920
0,4903
0,4888
0.-1874
0,4863
0.4855
0,4850
0,4818
ЗО5
0,5100
0,5080
0.5061
0.6044
0,5029
0.5017
0.5007
0.5002
0,5000
31°
0,5251
0,5238
0.5218
0,5199
0,5182
0.5169
0.5169
0,5153
0,5159
ЗУ
0,5421
0,5396
0,5373
0.5352
0,5334
0,5319
0,5308
0,5302
0.5299
33’
0,5580
0.5553
0,5528
0.5505
0,5485
0,5458
0,5455
0.5449
0.5446
34°
0,5738
-0.5709
0.5681
0,5656
0,5634
0,5616
0,5603
0.5595
0,5592
35е
0,5895
0,5863
0.5633
0,5806
0,5782
0.5762
0,5748
0,5739
0,5736
36°
0,6052
0.6017
0.5984
0,5951
0,5928
0.5907
0.5391
0,5881
0.5878
37е
0,6207
0,6169
0,6134
0,6101
0,6073
0,605)
0.6032
0,6022
6,6018
36°
0.6361
0,6321
0,6282
0,6247
0,6216
0,6191
0,6172
0,6161
0,6157
33°
0,6515
0,6471
0,6-129
0.6381
0,6357
0,6330
0,6310
0,6297
0.6293
40"
0,6657
0.6820
От-6575
0.6533
0,6497
0,6468
0,6446
0,6432
0.6428
4Г
0.6819
0.6768
0,6719
0,6675
0,6636
0.6304
0,6580
0,6556
0,6561
42’
0,6969
0.6914
0,6862
0,6814
0,6772
0.6738
0.6712
0.6697
0.6691
43°
0,71(8
0.7059
0,7003
0,6952
0,6907
0.6870
0.6843
0.6829
0.6820
44=
0,7267
0,7204
0.7144
0.7088
0.7040
0.7001
0.6971
0,6953
0,6947
45’
0,7414
0.7347
0,7282
0.7223
0,7172
0,7129
0.7097
0,7078
0,7071
45е
0,7560
0.7488
0.7420
0,7356
0,7301
0,7255
0,7222
0,7201
0,7193
47°
0.7705
0,7629
0,7555
0,7488
0,7429
0,7380
0.7344
0,7,321
0,7314
48’
0,7849
0.7768
0.7690
0,7618
0.7555
0,7503
0,7464
0,7440
0,7431
49е
0,7992
0,7905
0,7823
0,7745
0,7679
0.7623
0,7582
0,7556
0,7547
50е
0,8134
0,8042
0,7954
0,7872
0.7801
0,7741
0.7697
0,7670
0,7660
51°
0,8275
0,8177
0,8084
0.7997
0.7921
0,7858
0.7811
0,7787
0,7772
52°
0.8414
0,8311
0,8212
0.8120
0,8039
0,7972
0.7972
0,7891
0.7883
53’
0.8553
0,8444
0,8339
0.8242
0.8155
0.8084
0.8031
0,7998
0,7986
5 4'
0,8690
0,8575
0.8164
0.8361
0.8270
0,8194
0,8137
0,8102
0,8090
55е
0,8827
0.8705
0.8588
0,8479
0.8382
0.8302
0,8242
0,8204
0.8192
56=
0.8982
0,8834
0,8710
0,8595
0,8493
0,8408
0.8344
0,8304
0,8290
57°
0,9097
0,8361
0,8831
0,8709
0,8601
0.8511
0,8443
0.8401
0,8387
58’
0,9230
0.9088
0,8950
0,8822
0,8708
0,8612
0.8540
0,8496
0,8481
59°
0,9362
0,9213
0.9068
0,8933
0,8812
0.8711
0,8535
0.8588
0,8572
60°
0,9493
0,9336
0,9184
0.9012
0,8914
0.8808
0,8728
0,8677
0,8650
616
0,9623
0,9752'
^■9459
0,9299
0,9149
0,9015
0,8903
0,8818
0,8764
0.8746-
62’
019580
0.9412
0,9254
0,9113
0.8995
0.8905
0,8849
0,8830]
63е
0,9880
0.9700
0.9524
0,9358
0,9210
0.9085
0.8990
0.8930
0.8910
64"
1.0007
0.9818
0.9634
0,9460
0.9304
0,9173
0.9072
0,9009
0.8988
65'
1,0133
0.9936
0.9743
0,9561
0,9397
0,9258
0,9152
0,9086
0.9063
65°
1,0259
1,0052
0,9850
0,9659
0,9487
0,9341
0,9230
0,9160
0.9136
67е
1,0383
1,0167
0,9956
0,9756
0,9576
0.9422
0.9305
0,9231
0.9205
68е
1.0506
1.0282
1.0061
0.9852
0,9652
0,9501
0,9377
0,9299
0.9272
6Г
1,0628
1,0396
1,0164
0.9946
0.9747
0,9578
0,9447
0.9364
0,9336
59"
5S"
60"
65"
то»
75°
80°
85=
90°
70°
1,0750
1,0506
1.0266
1,0038
0.9830
0,9652
0.9514
0,9127
0,9397
71°
1,087!
1,0617
1,0367
1.0129
0,9911
0.9724
0,9579
0.9487
0,9455
72=
1.0991
1.0727
1,0467
1,0218
0Л990
0,9794
0,9642
0.9544
0,9511
73=
1 Л 10
1,0836
1.0565
1,0306
1,0067
0,9862
0,1702
0.9599
0,9563
74°
1,1228
1,0944|
1,0662
1,0392
1.0143
0,9928
0,9759
0.9650
0,9613
75°
1,1346
1.1051
1,0759
1,0477
1.0217
0,9992
0,9814
0,9699
0,9659
76°
1,1463
1.1158
1,0854
1,0561
1.0290
1,0053
0,9867
0,9745
0,9703
77°
1,1580
1,1263
1.0948
1,0643
1.0361
1,0113
0.9917
0,9789
0.9744
78°
1,1695
1,1368
1,1041
1,0725
1.0430
1.0171
0,9965
0,9829
0.9782
79°
1.1811
1,1472
1,1133
1,0805
1,0498
1,0228
1,0011
0.9867
0,9816
80°
1,1926
1,1576
1,1225
1.0884
1,0565
1,0282
1,0054
0,9902
0.9848
81°
1,2040
1,1678
1,1316
1.0962
1,0530
1,0335
1,0096
0,9935
0,9877
82°
1.2154
1.178!
1,1406
1,1040
1.0695
1,0387
I.0135
0,9965
0.9903
83°
1,2267
1,1883
1,1495
1,1116
1,0758
1,0437
1.0173
0,9992
0,9926
84°
1,2381
1,1984
1,1584
1,1192
1,0821
1,0486
1,0209
1.0017
0,9945
85"
1,2493
1,2085
1,1673
1.1267
1.0883
1,0534
1,0244
1.0039
0,9962
86"
1,2606
1,2186
1,1761
1,1342
1.0944
1,0581
1.0277
1.0060
0,9976
87"
1,2719
1,2286
1,1848
1,1417
5,1004
1,0628
1,0309
1.0078
0,9986
88°
!.2831
1,2387
1,1936
1,1491
1,1064
1,0674
1,0340
1,0095
0,9994
89=
1,2943
1,2487
1.2023
1,1565
1,1124
1,0719
1,0371
1,01 И
0,9999
90°
1,3065
1.2587
1,2111
1,1638
1,1184
1,0764
1.0401
1,0127
1,0000
Полные интегрелы
«
Е
Е
«
Е
0й
1,5708
15"
1,5442
30°
1,4675
1°
1,5707
16=
1,5405
31°
1,4608
2"
1,5703
17°
1,5367
32°
1.4539
■ 3°
1,5697
18°
1,5326
33°
1.4468
4°
1.5689
19°
1,5283
34°
1,4397
5°
1,5678
20°
1.5238
35=
1,4323
6°
1,5665
21°
1.5191
36°
1.4248
7"
1,5650
22=
1,5142
37°
1.4171
8°
1,5632
23°
1,5090
38°
1.4092
У
1,5611
24°
1,5037
1 ЗУ
1.4013
10"
1,5589
25°
1,4981
i 40=
1.3931
11"
1,5564
26°
1,4924
41°
1,3649
12°
1,5587
27°
1.4864
42°
1,3765
13°
1,5507
28=
I,4803
43=
1.3680
14"
1,5476
29°
1.4740
44°
1,3594
«
Е
я
Е
а
Е
45’
1,3506
74’0'
1,0844
84=12'
1,0163
46°
1,3418
74°ЗО'
1,0804
84°24'
1,0153
47“
1,3329
75’0'
1,0764
84=36'
1,0144
48’
1,3238
75’30'
1.0725
84=48'
1,0135
-19°
1,3147
76=0'
1,0686
85’0'
1.0127
50”
1,3055
76°30'
1,0648
85=12'
1,0118
51»
1,2963
77°0'
1,0611
85'24'
1,0110
52е
1,2870
77’30'
1,0574
85=36'
1,0102
53”
1,2776
78’0'
1,0538
85’48'
1,0094
54°
1,2682
78’30'
1,0502
86=0'
1,0087
55°
1,2587
79°0'
1.0468
86=12'
1,0079
56”
1,2492
79°30’
1.0434
86=24'
1,0072
57”
1,2397
80’0'
1.0401
86=36'
1,0065
58°
1,2301
80° 12'
1,0388
86=48'
1,0059
59°
1,2206 ..
80'24'
1,0375
87=0*
1,0053
60°
1,2111
80=36'
1,0363
87=12'
1,0047
61°
1,2015
80=48'
1,0350
87 ”24'
1.0041
62’
1,1921
8 ГО'
1,0338
87’36'
1,0036
63°
1,1826
8Г12'
1,0326
87’48'
1,0031
64°
1.1732
81 ”24'
1,0313
87=0'
1.0026
65”
1,1638
81=36'
1,0302
88’12'
1,0022
66°
1,1546
81=48'
1,0290
88=24'
1,0017
67”
1,1454
82=0'
1,0278
88=36'
1,0014
68°
1,1362
82=12'
1,0267
88=48'
1.0010
69°
1,1273
82=24'
1,0256
89=0'
1,0008
70°
1,1184
82=36'
I,0245
89=8'
1.0006
70'30'
1,1140
82=48'
1,0234
89° 12'
1,0005
7 ГО'
1,1096
83=0'
1,0223
89=18'
1,0005
71=30'
1,1053
83=12'
1,0213
89=24'
1.0003
72'0'
1,1011
83=24'
1,0202
89’30'
1,0002
72°30'
1,0968
83=36'
1,0192
89=36'
1,0001
73=0'
1,0927
83=48'
1,0182
89=42'
1,0001
73=30'
1,0885
84=0'
1,0172
89=48'
1,0000
89=54'
1,0000
90=
1,0000
Неполный эллиптический интеграл второго рода Ф
Е (у, к) — ( У1 + 61 sin1 ф d|.о
Полный эллиптический интеграл второго рода
2
5 (4) = j* У1 4- к2 sin1 ^ й^;
о
Л = Sin a
2^7
a = аге sin —.- ;
q>-/(M)k
£(—?> fc) -"5(v, *)■
я
Если <f > —
то
К^, к) = 2Е (|к)-С(л-ф, й).
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ДОПОЛНЕНИЯ К ВЫВОДАМОСНОВНЫХ РАСЧЕТНЫХ УРАВНЕНИЙ
L В связи с тем, что теория огибающих семейства плоских кривых, зависящего от двух параметров, не приводится в курсах анализа и дифференциальной геометрии, рассмотрим вкратце вывод' уравнений огибающей такого семейства и некоторые -ее свойства.
Пусть дано семейство кривых, зависящее от двух параметров:
(1)(1)<2><2>* = х(а, р) ]
(1)
(1)
<2>
<2>
У = У (*. £) 1
где о — параметр, характеризующий кривую семейства;
Р — параметр, характеризующий точку на кривой.
Уравнение кривой семейства
х=х(п0- Ю 1
У = У (’о. Р) J
где ал = const.
Уравнение огибающей семейства можно получить, исключив один из параметров, например р, из уравнения (1).
Запишем уравнение огибающей в виде
^=^,(=))(3)
Уог ~ Уог (°) !
Каждая точка этой огибающей принадлежит одной из кривых семейства (1), следовательно, имеет место тождество
^з(л) = ^('1. Р) )
Ум(»)-У(». Р) j
где параметр Р является функцией параметра О:
Р = РМ-(5>
Касательная 4: огибающей является одновременно касательной к кривой семейства, поэтому угловые коэффициенты обеих касательных должны быть равны.
Угловой коэффициент касательной к кривой, выраженной уравнением (2).
ду
(6)(6)dyар
(6)
(6)
<йдх
Угловой коэффициент касательной к огибающей получим, используя тождество (4) с учетом зависимости (5):
ду^у
dydi ' dpda
дх_дх_ дхdp*
да^ д.
Приравнивая выражения (6) и (7), получаем
ду
др
г + di
ду ар
dp
da
дх
"¥
Эх
: +
За
дх
д?
dP ’ da
откуда
дх ду
да "др"
дх "'др
ду да
= 0
или
_£Ы- _ &(», Р) '
дх
9-
ду да
дх д^ ду др
= 0.
(8)
Исключая при помощи якобиана (8) один параметр из уравнения (1), получим уравнение огибающей семейства кривых.
Уравнения (1) и (8) совершенно симметричны относительно параметров аир, поэтому, если параметры в уравнении семейства (I) поменять местами, огибающая не" изменится.
Покажем, что огибающая остается неизменной и в случае замены параметров в уравнении (1) любыми другими независимыми параметрами.
Пусть
а = а(у, о) )
P = 3(V, 5) /
где у и А — независимые параметры.
Тогда уравнения {1) и (8) примут вид
г=Х(у, а) = х(а(т, о), ?{•(, I)] 1
У=Пт. 5) = у[=(т. “). РСь »)1 /
И
О(х, у)Р(Х, у) Р (7. ^ _ 0
D(i, р)0(Т, i) ' О (а, Р)
0(у, 5)аЖ-, Р)
где ——у, q, ТЗк как ^ q, вследствие независимости пара*
0(с, р)0(7, 5)
метров 7 и 6.
Но
О (X. у) 0(7, 6) _ 0(Х, У) 0(7, 6) " О(л, р) 0(7, 3) ’
следовательно.следовательно.ПО)ПО)Р(х, у) D (X, У)D^. р) " D(b Z)
следовательно.
следовательно.
ПО)
ПО)
Сравнивая уравнения (9) и (10) с уравнениями (1) и (8), видим, что. замена параметров в уравнении семейства не изменяет огибающей.
Рассмотрим вывод уравнения огибающей семейства эпитрохоид (14)1*
у cos 2у 4-у cos 2у 4-у cos 3ip + с cos ip jcos x -7у cos 3ip + с cos ip jcos x -7ysin3ip 4- c sin ipysin3ip 4- c sin ipcos M + c cos ipcos M + c cos ipsin x+sin x+1— sin 3\p + c s;nip1— sin 3\p + c s;nipcosxcosxУчитывая уравнение (5) , напишем уравнение (14) в виде
у cos 2у 4-
у cos 2у 4-
у cos 3ip + с cos ip jcos x -7
у cos 3ip + с cos ip jcos x -7
ysin3ip 4- c sin ip
ysin3ip 4- c sin ip
cos M + c cos ip
cos M + c cos ip
sin x+
sin x+
1
— sin 3\p + c s;nip
1
— sin 3\p + c s;nip
cosx
cosx
Полагая для простоты £=!, после преобразований получаем II
х = у cos 2у 4 у cos (Зхр - х) 4- с cos (ip — у)
I1
у — sin 2у + у sin (3» - X) + С Sin (тр - х) или
2 Зф + х 3(4— у)
х = у cos —-— cos-4- с cos (ip ™ у.)
2 . Зф + х 3(ip—х)
У = у 5Ш 2 cos—h С SID (Ip - X).
Произведем замену параметров
*<t3^r >~Х _ х22
Тогда уравнение семейства упрощается:
2
X = у COS I COS ox 4- С COS 2х
2
у = у sin I cos Зх + с s in 2х
дх2 .
■^ —sin I cos Зх;
dt3
дх = — 2 cos i sin Зх — 2c sin 2x;
5i dy2
—— = — cos i cos 3x; d>3
—— = — 2 sin t sin 3x + 2c cos 2x, dx
, Си. стр. 86.
Подставляя эти значения в уравнение (15)*, получаем2— ■— sin, cos Зх — 2 cos, sin Зх — 2c sin 2xПодставляя эти значения в уравнение (15)*, получаем2— ■— sin, cos Зх — 2 cos, sin Зх — 2c sin 2xтОтОилиилиилиилиИЛИИЛИ2— соя । cos Зх — 2 sin t sin Зх 4- 2сcos 2х2— соя । cos Зх — 2 sin t sin Зх 4- 2сcos 2х4— (sin3: sin Зх cos Зх — с sin । cos 2х cos Зх 4- cos11 sin Зх cos Зх +4— (sin3: sin Зх cos Зх — с sin । cos 2х cos Зх 4- cos11 sin Зх cos Зх +4- с cos i si n 2х cos Зх) ^ О.4- с cos i si n 2х cos Зх) ^ О.ТогдаТогдаsin Зх ccs Зх 4- с соя Зх (cos t sin 2z — sin , cos 2v.)0sin Зх ccs Зх 4- с соя Зх (cos t sin 2z — sin , cos 2v.)0sin 3x4- cos 1 sin 2x — sin, cos 2z ^ 0.sin 3x4- cos 1 sin 2x — sin, cos 2z ^ 0.Последпее уравнение сводится к квадратному относительно coseПоследпее уравнение сводится к квадратному относительно cosesin 3x \2sin i cos2x —1 =(1 — sin3,) sin3 2x;sin 3x \2sin i cos2x —1 =(1 — sin3,) sin3 2x;sin3x \i cos 1 sin 2x 4- ———c /sin3x \i cos 1 sin 2x 4- ———c /— cos81) cos12z— cos81) cos12zилиили. „ 2sm3xcos2xsm53z .sin31 —sin t 4-— — sin- 2x — 0;c3sin*3xcos 1 4-— cos32x — 0.c8. „ 2sm3xcos2xsm53z .sin31 —sin t 4-— — sin- 2x — 0;c3sin*3xcos 1 4-— cos32x — 0.c8с„ 2sin3xsin2zcos11 4-с„ 2sin3xsin2zcos11 4-ccниениеОтсюдаОтсюдаsin Зх cos 2x sin i =—sin Зх cos 2x sin i =—ccsin 3z sin 2zcos 1 — —sin 3z sin 2zcos 1 — —ccsin2 3xsin2 3xsin 2xsin 2xc1c1sin2 3xsin2 3x± cos 2z± cos 2zc3c3(12)(12)si й isi й iПодставляя эти значения в уравнение огибающей;Подставляя эти значения в уравнение огибающей;семейства (11), .находим уравнесемейства (11), .находим уравнеccsin33xsin33x2 sin Зх cos Зх sin 2x2 sin Зх cos Зх sin 2x2± — cos Зх cos 2х х2± — cos Зх cos 2х хc12 sin 3xcos 3x cos 2x йм^c12 sin 3xcos 3x cos 2x йм^4- ccos 2x;4- ccos 2x;sin13xsin13x2+ —cos.3xsin2x у1 32+ —cos.3xsin2x у1 3c sin 2x,c sin 2x,
Подставляя эти значения в уравнение (15)*, получаем
2
— ■— sin, cos Зх — 2 cos, sin Зх — 2c sin 2x
Подставляя эти значения в уравнение (15)*, получаем
2
— ■— sin, cos Зх — 2 cos, sin Зх — 2c sin 2x
тО
тО
или
или
или
или
ИЛИ
ИЛИ
2
— соя । cos Зх — 2 sin t sin Зх 4- 2сcos 2х
2
— соя । cos Зх — 2 sin t sin Зх 4- 2сcos 2х
4
— (sin3: sin Зх cos Зх — с sin । cos 2х cos Зх 4- cos11 sin Зх cos Зх +
4
— (sin3: sin Зх cos Зх — с sin । cos 2х cos Зх 4- cos11 sin Зх cos Зх +
4- с cos i si n 2х cos Зх) ^ О.
4- с cos i si n 2х cos Зх) ^ О.
Тогда
Тогда
sin Зх ccs Зх 4- с соя Зх (cos t sin 2z — sin , cos 2v.)0
sin Зх ccs Зх 4- с соя Зх (cos t sin 2z — sin , cos 2v.)0
sin 3x
4- cos 1 sin 2x — sin, cos 2z ^ 0.
sin 3x
4- cos 1 sin 2x — sin, cos 2z ^ 0.
Последпее уравнение сводится к квадратному относительно cose
Последпее уравнение сводится к квадратному относительно cose
sin 3x \2
sin i cos2x —1 =(1 — sin3,) sin3 2x;
sin 3x \2
sin i cos2x —1 =(1 — sin3,) sin3 2x;
sin3x \i cos 1 sin 2x 4- ———
c /
sin3x \i cos 1 sin 2x 4- ———
c /
— cos81) cos12z
— cos81) cos12z
или
или
. „ 2sm3xcos2xsm53z .
sin31 —sin t 4-— — sin- 2x — 0;
c3
sin*3x
cos 1 4-— cos32x — 0.
c8
. „ 2sm3xcos2xsm53z .
sin31 —sin t 4-— — sin- 2x — 0;
c3
sin*3x
cos 1 4-— cos32x — 0.
c8
с
„ 2sin3xsin2z
cos11 4-
с
„ 2sin3xsin2z
cos11 4-
c
c
ние
ние
Отсюда
Отсюда
sin Зх cos 2x sin i =—
sin Зх cos 2x sin i =—
c
c
sin 3z sin 2z
cos 1 — —
sin 3z sin 2z
cos 1 — —
c
c
sin2 3x
sin2 3x
sin 2x
sin 2x
c1
c1
sin2 3x
sin2 3x
± cos 2z
± cos 2z
c3
c3
(12)
(12)
si й i
si й i
Подставляя эти значения в уравнение огибающей;
Подставляя эти значения в уравнение огибающей;
семейства (11), .находим уравне
семейства (11), .находим уравне
c
c
sin33x
sin33x
2 sin Зх cos Зх sin 2x
2 sin Зх cos Зх sin 2x
2
± — cos Зх cos 2х х
2
± — cos Зх cos 2х х
c1
2 sin 3xcos 3x cos 2x йм^
c1
2 sin 3xcos 3x cos 2x йм^
4- ccos 2x;
4- ccos 2x;
sin13x
sin13x
2
+ —cos.3xsin2x у
1 3
2
+ —cos.3xsin2x у
1 3
c sin 2x,
c sin 2x,
См стр. 86.
Оставляя только положительное значение радикала и возвращаясь к про* )i.«вольной величине R. получаем окончательную форму уравнения огибающей:
хогхог= R (c cos 2i — — sin 6i si л 2x 4-\3c
хог
хог
2^32^3Sin131 "Sin131 "c1c1cos 3x cos Йх ) ;cos 3x cos Йх ) ;
2^
3
2^
3
Sin131 "
Sin131 "
c1
c1
cos 3x cos Йх ) ;
cos 3x cos Йх ) ;
йогйогc sin 2x + — sin 6i cos 2i —3cc sin 2x + — sin 6i cos 2i —3c
йог
йог
c sin 2x + — sin 6i cos 2i —3c
c sin 2x + — sin 6i cos 2i —3c
sin3 3i1—^— cos 3v sin 2x I .sin3 3i1—^— cos 3v sin 2x I .
sin3 3i1
—^— cos 3v sin 2x I .
sin3 3i1
—^— cos 3v sin 2x I .
Вычислим площадь огибающей 6 :
dgdxdgdx ’dx. dx / ’dx. dx /
dg
dx
dg
dx
’dx. dx /
’dx. dx /
Дифференцируя уравнение (It) no обоим параметрам, получаем 2
dx — — " sin । cos 3v.di — 2 cos i sin Эх dx — 2c sin 2xdx: 3
2
dy = у cos i cos 3i de — 2 sin t sin 3i dx 4- 2c cos 2x dx;
42c
xdy — gdx -= у cos* i cos’ 3x dt + у cos । cos 3x cos 2x d« —
4„,,
— ~у sin 1 cos i sin 3ч cos 3x dx — 2$ sin । sin 3x cos dx 4-
4/t4
-y cos i cos 3x cos 2i dx + 2cT cos12x dx 4- у sin1 < cos Эх dt +
2c4
у sin i cos 3x sin 2x dt + у sin * cos i sin 3x cos 3z dx p
4c
+ 2c cos t sin 3z sjn 2x dx -j- у sin t cos 3x sin 2i dx 4- 2c1 sin12x dx. —
42c
= — cos13x d: + у cos 3x (cos t cos 2z + sin < sin 2x) di + 2c sin 3z x
4с
X (sin 2i cos« — cos 2z sini}dx 4- — cos 3x(cos« cos2z -(—sin । sin Sxldx+Sc'dx-^
4c
= 2c sin 3 x sjn(2t — 0 dx 4- — cos 3*. cos (2x — «) dx + ЙсУх;
। 42c,
А 4-А 4-xdy — gdx — у cos1 3i 4- у cos 3x cos (2x — i) J
А 4-
А 4-
[
4^■ 1
2csin3x sin (2x — i) + ■—- см Зх cos(2x — 0 4- 2c1 dx.
3J
Пусть
2х — I — н;
dt = 2dx — du.
Тогда
&7
2с2 -t 2с sin Зх sin у. + — cos Зх cosy +
8. \-I- — cos2 Зх | dx —98. \-I- — cos2 Зх | dx —942с
8. \
-I- — cos2 Зх | dx —
9
8. \
-I- — cos2 Зх | dx —
9
— cos3 Зх 4- — cos Зх cos у
Напишем уравнение (12) в виде sin Зх
■+ sin (2х — /) = 0.
с
Отсюда
SinnSinnsin Зхsin Зхсс
Sinn
Sinn
sin Зх
sin Зх
с
с
(13)(13)cos2 Зх = 1 — c1 sin3;*;
(13)
(13)
—COS 3xdx = -— cos у du.
Пользуясь этими выражениями, получаем
jrdy — ydx — ^ 2с2 —jrdy — ydx — ^ 2с2 —8X
jrdy — ydx — ^ 2с2 —
jrdy — ydx — ^ 2с2 —
? sin2 3x + Seos’ 3x 4- — cos2 3x dv. —
9/
4 4 . - - 8 , , — — -— С2 SinL u + т- С2 cos3 u 9 9 *94 4 . - - 8 , , — — -— С2 SinL u + т- С2 cos3 u 9 9 *9'8 X2cs 4- 2 cos 6х 4cos1 Зх ) d-л —9/'8 X2cs 4- 2 cos 6х 4cos1 Зх ) d-л —9/
4 4 . - - 8 , , — — -— С2 SinL u + т- С2 cos3 u 9 9 *9
4 4 . - - 8 , , — — -— С2 SinL u + т- С2 cos3 u 9 9 *9
'8 X
2cs 4- 2 cos 6х 4cos1 Зх ) d-л —
9/
'8 X
2cs 4- 2 cos 6х 4cos1 Зх ) d-л —
9/
(II)
При помощи уравнений (13) можно привести выражение (14) к одному аргументу, но проще интегрировать первое слагаемое по и, а второе по ц заменив соответственно пределы интегрирования.
/ л \
Изменению я в интервале О
— I соответствует
/7
изменение у в интервале
arcsin— , а изменению x в интервале г c J\
6
л
— изменение у в ин-
тервале
), arcsin — . c /
7
6
^««jrmf. оа '
zdy — ydx — 3
7
6
Acosi9
2о
7
6
1 агент —
J v- Jоо
2cos бх dx +
2tCSlП —2tCSlП —sin 2 arcsin — = 2 sin arcsin — cos arcsin — =sin 2 arcsin — = 2 sin arcsin — cos arcsin — =
2tCSlП —
2tCSlП —
sin 2 arcsin — = 2 sin arcsin — cos arcsin — =
sin 2 arcsin — = 2 sin arcsin — cos arcsin — =
— c2sinBud;/3— c2sinBud;/3тС2л+0 + — „ — arcsin — -
— c2sinBud;/
3
— c2sinBud;/
3
— c1 arcsin — 4- ” c1 Bresin — ——ca sin 2 arcsin '—■9c 3c 3c
Окончательно для произвольной величины R получаем 8е^тр. о = Я1 [(у + с2) « - 2 /с1- ) - у (2 + с2) arcsin y]
Аналогично для высшей огибающей
66Vo = 3J ^ОI—aresm —Vo = 3J ^ОI—aresm —оо666I 2 cos6I 2 cosо—arcsin —о—arcsin —ообГ зI — cos13xdx —J 9обГ зI — cos13xdx —J 9оо2о2—aresm —С 4 4j— С4 Sin2 udu—aresm —С 4 4j— С4 Sin2 uduО418, I— =4-—arcsin —4-—с1 arcsin у —О418, I— =4-—arcsin —4-—с1 arcsin у —2727
6
6
Vo = 3J ^О
I
—aresm —
Vo = 3J ^О
I
—aresm —
о
о
6
6
6
I 2 cos
6
I 2 cos
о
—arcsin —
о
—arcsin —
о
о
б
Г з
I — cos13xdx —
J 9
о
б
Г з
I — cos13xdx —
J 9
о
о
2
о
2
—aresm —
С 4 4
j— С4 Sin2 udu
—aresm —
С 4 4
j— С4 Sin2 udu
О
418, I
— =4-—arcsin —4-—с1 arcsin у —
О
418, I
— =4-—arcsin —4-—с1 arcsin у —
27
27
2,111
— — с8 arcsin — 4сг sin 2 arcsin —3с 3с
fl ^Р»ен. о пfl ^Р»ен. о п2\ 21— 4- с21 я -Н 2 -j/c2 — 1 + у (2 + с2) arcsin —2\ 21— 4- с21 я -Н 2 -j/c2 — 1 + у (2 + с2) arcsin —2299
fl ^Р»ен. о п
fl ^Р»ен. о п
2\ 21
— 4- с21 я -Н 2 -j/c2 — 1 + у (2 + с2) arcsin —
2\ 21
— 4- с21 я -Н 2 -j/c2 — 1 + у (2 + с2) arcsin —
2
2
9
9
5. F,
Ф
2x 3
cos 3t(> I- c cos ф^ (cos 31 + c cos Ф) dl
з
= R=
cos- 31 4-
4\
— С COS Зф COSф + c* cos2 ф j di =
ф + — Sin61 . n
sin 2ф + -у- sin 44
з
4- — sin 2ф
6
Л 1 Л
"sJ + T
” У^З / n \ "9" + ~3” c cos 2 V + T) “ c2 + "^~ <? cos 2(4 -I- "5")]
~ j 3 к 3 + c ,
3
2Ф — ~/ 4-
V 3
—g—ccos
?i = “ (*i + x) (Si — У);
л
226 1
2
2
R22R22^^ cos 3^i + c cos 1) + "- cos Зф + c cos 1 j x
R2
2
R2
2
Г I11
X — sin 31) + c sin 1) — — sin 31 — c sin 1 ;
I 3'3J
sin -4,1 = sinsin -4,1 = sin2-32-3; cos Ot " cos; cos Ot " cos
sin -4,1 = sin
sin -4,1 = sin
2-
3
2-
3
; cos Ot " cos
; cos Ot " cos
sin 31) = sin Д1; cos 34-!'= cos 3^;
F4 =F4 =R2 i 2-— — cos3j + cR2 i 2-— — cos3j + cr4. 4. ^L/3 .r4. 4. ^L/3 .Ф +Ф +
F4 =
F4 =
R2 i 2
-— — cos3j + c
R2 i 2
-— — cos3j + c
r4. 4. ^L
/3 .
r4. 4. ^L
/3 .
Ф +
Ф +
Rl 2
" — cos Зф 4- c cos
23
X P3 ccos
R2 Г 2 j^s e
3
cos Зф cos (4*
ем
£ 1 + э) ^ =
+|'
= Фр Фе $оэ зв+ ;?-<-1 уt f № = j v
■ ^(^--/L^-
= <h*uts Д^Д й) — Т(| + »)Д = *tU=S^-^ + e5+ IД == (4eu!s 5 — 1)98 4- е» + l Л =^ Фг^з^г-Ь г9-Н I Д -g
ЫЭ1В£ ■м^ф^и— 413BtrQ0 Elf СЖЙЖГ<Й?О|1и niny ЮЖОМ ОКО EJ ИН)1ЯНЛф HlOOHlilUWBHR
Международная федерация автомобильного спорта (ФИА) в 1962 г. предложила определять рабочий объем одной камеры РПД Ванкеля по формуле
иЛж = 0,325(С2 —О’) Н,
где С=2(й4-е+А) — большая ось действительного контура рабочей полости; £> = 2(а—е+А) — малая ось действительного контура рабочей полости. Вывод формулы не опубликован, Покажем, что ата формула тождественна формуле (42) ;
С1 = 4 (о2 + е= + А2 + 2ое + Чак 4- 2е6);
D1 = 4 (а* + е2 + к1 — 2пе ф Чак — Чеку,С^-Пг—Хбе^а фА);
1^ = 0,325 1 бе (а + А) Н = 5,2е1Ца У k).
V"9 + с2 + 6с cos 2ф = VS -ф с2 + 6с (1—2 sin4 ф) =
= /9 г с2-f 6с —12с sin2 0 = У (с+ 3)= -(2 / Sc ^ sin1^ =
= (с + 3)
2р
— ш । Я I V9 + с2 + 6 с cos 2ф Фф =
О
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ОСНОВНЫЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НЕКОТОРЫХ РЯД ФИРМ НСУ И КЕРТИС-РАЯТ
Модель
vhK н С«*
В N.N
а в лл
н
Л
€
6тах
н
6
Количество роторов
ЛГ- л
Охлаждение
Год выпуска
Назначенив
Фирма НСУ
ККМ 60
60
7.6
47
32
—
2,06
29
4,2
1
6/6000
Воздушное
1961
9ке№риМен- тальный
ККМ-125
125
9.5
65
40
е=е
2,28
26
4,2
1
27/10000
Водяное
1959
То же
ккм-iso
150
10,5
66
41
1
2,10
28
3,9
1
18,5/7000
13,5/6000
То же Воздушное
1958
1962
Лодочный Экспериментальный
ККМ-250
250
11
84
52
1
2,54
23
4,7
I
36/6000
20/6000
Водяное Воздушное
1959
1Г61
То же »
ККМ-400
400
14
89
59
2
2,12
28
4,2
I
48/6000
Водяное
1960
Опытный автомобильный
ккм-500
500
16
99
59
2
2,05
29
3,7
1
60/6000
»
1961
То же
ККМ-502
500
14
100
67
2
2,38
25
4,8
1
54/5500
»
1963
Автомобильный
К КМ-512
500
14
100
67
2
2,38
Ф
25
нрма К
4,8
ертис-1
2
’айт
110/6000
»•
1966
То же
RC2-60-U5
980 j
19,05
131,5
76,2
-
2,30
26
4,0
8
185/5000
Водяное
1964
Многоцелевой
* В числитёле дана оборотов в минуту.
эффект и оная
мощность двигателя в
4. С.,
а в знаменателе — соответствующее этой
МОЩНОСТИ ЧИСЛО [
СПИСОК ПАТЕНТОВ, НА КОТОРЫЕ ЕСТЬ ССЫЛКИ В ТЕКСТЕ
Автор
Страна
Дата заявки
№ патента
Класс, подкласс.
группа
Daimler-Benz
ФРГ
I960
1 133 943
46а1-! 0
Daimler-Benz
ФРГ
I960
1 135706
46а1-10
Daimler-Benz
ФРГ
I960
1 136 531
46а1-10
NSU
ФРГ
1961
1 137 901
46а1-10
NSU
ФРГ
1961
1 137 902
46а’-10
Daimler-Benz
ФРГ
1961
1 145 433
46а1-10
Froede W.
ФРГ
1963
1 154 683
46а1-10
Daimler-Benz
ФРГ
1964
1 166 548
46а,-10
Goetze
ФРГ
1964
1 166 549
46а1-10
Paschke H. D
ФРГ
1961
1 170730
46а®-10
Daimler-Benz
Англия
1961
929 770
110.2
NSU
Англия
1961
938 827
110-2
Daimler-Benz
Англия
1961
939 189
110-2।
Curtiss-Wright
США
I960
3033 180
123-8
Curtiss-Wright
США
1961
3102 518
123-8
NSU
США
1962
3102 520
123-8
1
ЛИТЕРАТУРА
Авдонькин Н Ф. Износ двигателя ГАЗ-2Г. — «Автомобильная промышленность», I960, № J0.
А п а зн ди Г. Д„ Бойко А. М., Шарапов А, В Развитие конструкции ротопоршнсвых двигателей внутреннего сгорания. Вып. 167, НАТИ, М„ 1963.
Б е н и о в н ч В, С. Расчет ротопоршневого двигателя. Выл. 179, HATH. М , 1965.
Бенковмч В, С. О выборе отношения высоты рабочей полост» к эксцентриситету в ротопоршкивом двигателе. — «Тракторы и сельхозмашины», 1963, № 5.
Бениовнч В. С. и Гостев В. Б. К расчету процесса обработки- контура рабочей полости ротопоршневого двигателя. — «Тракторы и сельхозмашины», 1962, № 9.
Бениовнч В. С. и Гостев В. В. Определение параметров рото- поршнеаого двигателя. Вып. 139, НАТИ, М., 1961,
Бе и и о вич В. С. и Гостев В. Б. Исследование геометрии ротора п рабочей полости ротопоршневого двигателя. — «Тракторы и сельхозмашины», 1961, №7.
Беиноат В. С. к Гостев В. Б. К расчету кинематики и рабочих объемов ротопоршневого двигателя. — «Тракторы и сельхозмашины», I96J, № II.
Бойко А. М. Система уплотнения ротопоршневого двигателя. Вып. 179, НАТИ. М., 1965.
Воронкин А. А. я Цесл янский А, С. Выбор основных размеров ротопоршневого Двигателя. — «Автомобильная промышленность», 1966. Ne 3.
К В а С е Н к О Н и л о В В. М. Геометрические соотношения элементов роторного доивателя внутреннего сгорания. «Известия АН СССР» (ОТН. Энергетика н автоматика], 1961, № 3.
Ханин Н. С.. Чисто 380 но в С. Б. Автомобильные роторпопорш- невые двигатели. М., Машиностроение, 1964.
R. F. А п s d a I е. NSU —Wankel Engine. «Automobile Engineer». May, i960.
R. F. Ansdale. Rotary Combustion Engines. «Automobile Engineer». Dec., 1963, Jan., Febr„ 1964.
M. Berl tele. Cuutiss — Wright‘s Eniwikiungen an Rotationsverbren- liungsmotoren. «MTZ», 1961, N 6
M. Ben tele, New Rotating Combustion Engines by Curtiss — "Wright — «ЗЛЕ» Journ., 1961, N 5.
M. Ben tele. Weiterentwicklung von Rotationsverbrennungsmotoren bei Curtiss — Wright. «MTZ», 1962, N 9.
M. Bente Ie, C. Jones, Curtiss — Wright's New Rotating Combustion Units. «Diesel and Gas Turbine Progress», 1966, N 4.
M. В e n t e 1 e, C. Jones. Fortschsitte mit Curtiss — Wright's Rotationsverbrennungsmotoren. «MTZ», 1966. N 5.
Ein luftgekiihlter Wankelmotor. «MTZ», 1965. N 4.
S. Fabbri. Motore NSU —Wankel con rotore planctario. Caratterisli che geometriche e problem! relativi alia costruzione dello stator. «Ingcgneria Messanica», Magg. 1962.
S. Fabbri. Capsulismi a rotore planctario. «ATA», Marzo 1964.
S. Fabbri. Protili limite e rapporto di compressione nei capsulismi a rotore planetario «ATA», Giugno, 1964.
Forward with Wankel. «Motor», 12, Febr., 1966.
W. F г о e d c. Entwicklungsarbeiten am Dreh — und Kreiskolben — Verbrennungsmotoren. «VDl —Zeitschrift», 11, Marz, 1960.
W. Froede, Kreiskolbenmotoren Bauart NSU — Wankel. «MTZ», 1961, N I.
W. Froede, Ausziige aus neueren Entwicklungsarbeiten am Kreiskol- benmotor Bauart NSU -- Wankel «MTZ», 1963, N 4.
W. Froede, G. Jungbluth. Der Kreiskofbenmotor des NSU — Spider. «ATZ», 1966, NN 5. 8.
E. W. Huber. Thermodynamische Unlersuchungcn an der Kreiskolben- maschine «VDl — Zeitschrift», J I, Marz, 1960.
E. W. Huber. Rotationskolbenmaschinen. als Verbrennungsmotoren. <ATZ», I960, N 3.
F. HuL Historique des machines a piston rotatif. «Revue Automo"bile». N 49, 16. Dec., 1961.
R. T. Hurley. C. — W, Rotating Combustion Engine. «SAE* Journ., I960, N 6.
C. Jones. The Curtiss — Wright Rotating Combustion Engines Today. SAE Meeting, Aug., 1964.
G. J u n g b I u t h. Der NSU — Wankel Kreiskolbenmotor. «Automobiiin- dustrie», 1965, N 3.
Hj К u h n e r. Das thcoretisch mogliche Verdichtungsverhaltnis von Tro- choidenmaschinen. «MTZ», 1965, N 9.
H. Mundy. NSU — Wankel Rotary Expansion Engine. «The Autocar», 19 Febr., 1960.
J. F. Nor bye. Le moteur Wankel aux Etats — Unis. «Revue Automobile», 5 Mai, 1966.
NSU — Wankei Spider. «Motor», 22 May, 1965.
Production Men al Grips with the Wankel. «Metalworking Production», 13. Jan., 1965.
V, Quaggiotti. Sui motore «Wankel»: il rapporto volumetrico di compressione in relazione al profile del rotore. «II Galore», 1965, N 12.
F. A. Roe реке. Rotating Combustion Engine is well suited to aircraft use. «SAE» Journ. 1963, N 5.
E. S c h m i d t Die Drehkolben - und Kreiskolbenmaschine. «VDI - Zeitschrift», 11 Marz, 1960.
M. S e j v 1. Mechanismus motoru Wankel. «Svet motoru», 1963, NN 3, 4.
Trochoidal Theorem. «The Autocar», 4 Dec., 1959.
Der Vergaser des Wankelmotors. «Motor — Rundschau», 1964, N 18.
Vortrage der VDI—Tagung, Munchen, I960, «VDI Berichte», i960, N 45.
F. Wankel. Einteiiung der Rotationskolbenmaschinen. Stuttgart 1963
F. Wankel. Rotary Piston Engine Periormance Criteria. «Automobile Engineer», 1964, N 9.
F. W а п к e I, W. F г о e d e. Bauart und gegenwarliger Entwicklungsstand ciner Troehoiden —Rotationskolbenmaschine. <MTZ», 1960, N 2-
Wankel — Motoren in der Eniwicklung. «Auto, Motor und Sport», 1966, N 13.
Wankel Rotary Piston Engine. «The Autocar», II, 18 Dec.. 1959.
Zweischeiben Wankdmotor, «Motor—Rundschau», 1966, N 12.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Предисловие 3
Введение4
Конструкция и исследование рото поршневых двигателейII
Двигатели фирмы ПСУ .II
Двигатели фирмы Кертис-Райт . 40
Двигатели других фирм55
Герметизация рабочих камер ... 62
Определение параметров ротопоршневых двигателей81
Геометрия ротопоршкевого двигателя81
Уравнение теоретического контура рабочей полости ..81
Форма ротораgi
Угол отклонения пластин радиальных уплотнений .. 87
Действительный контур рабочей полости89
Изменение объема рабочих камер 90
Рабочий объем ... 92
Степень сжатия......94
Эпи- и гнпотрохонлиые РПД с г-угольным ротором ..95
Обработка контура рабочей полости102
Кинематика ротопоршневого двигателя . Ю5
Отношение угловых скоростей ротора и эксцентрикового вала 105
Скорость вершин ротора106
Ускорение вершин ротора .. Ю7
Траектории, скорость и ускорение любой точки ротора. 109
Эпи- и гипотрохондные РПД с г-угольным ротором . . ]ц
Сравнение эпи- и гипотрохоидных РПДиз
Динамика ротолоршневогэ двигателяП4
Силы, действующие на ротор. Крутящий момент ....114
Уравновешивание РПД ........... 115
Силы инерции пластин радиальных уплотнений ....116
Многорогорные РПД ....,■И7
Выбор основных параметрон ротолоршневого двигателя .. 120
Приложение I,130
Приложение 2137
Приложение 3147
Список патентов, на которые есть ссылки в тексте. 148
Литература,. - , . . . J 49
Виктор Соломонович Беннов и ч, Георгий Дмитриевич Апазиди,Александр Максимович Бойко
-РСТОПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ*
Редактор издательства Я. В. Глебова—Авилова Технический редактор Н. В. Тимофеева Корректор Л, Ф. Никифорова Обложка художника Л. С, Вендрова Слано в производство 16Л* 1967 г.Подписано к печати 31И 1968 г
T-to8H0Тираж 6000 эка. Печ, л, 9,5 Буи. Л. 4.75Уч.-изд. л. 10.0
Формат 60 X 90=,/,Ценз S4 коп Зак АТ 351
И эд ател вс rso «МАШИН ОСТ РОЕН ИЕ».
Москна. Б 66. Ьй Басманный пер.* 3.
Московская типография № 6 Главполи гр афпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР
Москва. Ж-88. 1-й Южно-портовый по.. 17.
Запеченные опечатки
Огр.
СтрОХ!
Напетатего
Долю» быть
55
19—20-я сверху
дроссельной заслонки
даффузора
76
3-я снизу
5
6
77
2-я сверху
6
5
143
7-я сверху
высшей
внешней
Поправка к стр. 98. Формулы для определения хв и уа относятся
только к апитрохондным схемам.
Зек. 3052/351. Бенвовия В. С. и Др.
Цена 84 кап.
ИЗДАТЕЛЬСТВ „ЫАШИКаСТРОЕННЕ"
4„ X
с2 — — с5 sin2 у 1 dy.