Обоюдно шнековый блок подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела, способ изготовления сферической спиральной стенки сферического шнека обоюдно шнекового блока

Обоюдно шнековый блок подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела, способ изготовления сферической спиральной стенки сферического шнека обоюдно шнекового блока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Обоюдно шнековый блок подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела, способ изготовления сферической спиральной стенки сферического шнека относится к устройству и способу изготовления его частного варианта в области двигателестроения.

Область применения обоюдно шнекового блока, в комплексе с обеспечивающим его работу прижимным и/или преобразующим приводом, находится в пределах применения поршневых, ротопоршневых, лопастных (пластинчатых), винтовых, шестеренчатых двигателей, компрессоров, насосов, включая центробежные насосы и двигатели внутреннего сгорания, и ограничивается эффективностью применения газотурбинных двигателей

Концепцию обоюдно шнекового блока подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела, заключенную в изменении рабочих объемов по дугам двух спиральных навивок, изменяющих свое относительное положение, можно считать фактически идентичной концепции роторно-волнового двигателя Седунова И.П. (RU, патент 2155272 С1, публикация 2000.08.27), содержащего ротор, установленный в корпусе, включающем впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания и характеризующемся тем, что внутренняя поверхность корпуса выполнена в виде обращенных навстречу вершинами и лежащими на одной оси пары винтовых конусов подобно поверхности ротора, установленного под углом к оси корпуса, и не менее двух опорных узлов, при этом любая точка на винтовой линии ротора, кроме центральной, в которой частота и амплитуда колебаний равна нулю, выполнена с возможностью совершать равные угловые колебания относительно осевой линии корпуса, а в целом - обеспечивается возможность вращения ротора с одновременным планетарным обкатыванием по внутренним огибающим корпуса. Волновым двигателем решена задача обеспечения положительных свойств газотурбинных двигателей и поршневых машин в одном силовом агрегате.

Сложностью осуществления волнового двигателя является слабая определенность геометрии спиральной навивки ротора и корпуса и, соответственно, сложность их математического описания, также отсутствие технологии изготовления этих деталей. Основным же недостатком такой конструкции следует считать невозможность достижения единых предельно малых зазоров между ротором и статором, что само по себе ставит под сомнение работоспособность роторно-волнового двигателя на заявленном уровне техники. Все это является следствием пространственной траектории любой точки рабочей поверхности ротора, которая пролегает последовательно через меньшее, равное и большее удаление точек винтового корпуса от оси корпуса, а также от пересечения осей ротора и корпуса.

Задачей изобретения является всестороннее дифференцирование функциональных зависимостей с определением оптимальной геометрической формы создаваемого спиралью образованного камерообразующего комплекса деталей, которые:

а) в рабочем положении с рабочим движением дадут компрессию, сопоставимую с компрессией камерообразующих поршня и с одной стороны заглушенного цилиндра поршневых механизмов;

б) со стороны рабочих камер имеют рабочие поверхности с возможностью понижения или полного отсутствия трения, как следствие, износа;

в) имеют возможность их изготовления.

Достижение указанного технического результата в обоюдно шнековом блоке подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела обусловлено содержанием в этом блоке сходных по признакам с аналогом внутренней винтовой навивки корпуса и внешней винтовой навивки ротора, фактически являющихся обширными шнеками. Понятие винтовой навивки в данном случае применимо с большим трудом, поэтому, используя иную, более детальную, формулировку, можно сказать, что обоюдно шнековый блок включает один обширный шнек, объединяющий один продольный торец спиральной стенки с днищем, и другой обширный шнек, объединяющий противоположный продольный торец подобной спиральной стенки с днищем. Также шнеки теряют понятийное значение ротора ввиду отсутствия в рабочем движении вращения одного шнека относительно другого. Также шнеки теряют понятийное значение корпуса ввиду разнообразия конструкций прижимных устройств и/или преобразующих приводов, обеспечивающих рабочее положение обширных шнеков с возможностью рабочего движения, которые в разных вариантах позволяют двигаться как любому из шнеков, так и обоим шнекам одновременно. Выбор шнека, днище которого должно иметь проходное отверстие по оси направления формирования своей спиральной стенки и радиусом не более расстояния от этой оси до ближайшей точки этой спиральной стенки, определятся конкретной конструкцией отмеченных устройств, обеспечивающих работу обоюдно шнекового блока.

Указанный технический результат достигается за счет существенно измененной геометрической формы шнеков. Так, шнеки имеют сферическую или плоскую форму исполнения. Ширина спирального желоба одного шнека больше толщины спиральной стенки другого шнека. Спиральные стенки и спиральные желоба обоих шнеков имеют идентичные образующие спирали. Образующая второго порядка спиральной поверхности спиральной стенки одного шнека идентична образующей второго порядка спиральной стенки спирального желоба другого шнека. Свободные продольные торцы спиральной стенки одного шнека имеют форму донной поверхности желоба другого шнека. Спиральные стенки обоих шнеков имеют единую постоянную высоту. Спиральные стенки обоих шнеков имеют не менее одного полного витка.

Необходимо отметить, что с увеличением числа витков спиральных стенок шнеков увеличивается разность давления между рабочим телом в возникающей рабочей камере и рабочим телом в завершающейся рабочей камере.

Указанный технический результат достигается за счет измененного относительного рабочего положения шнеков. Так, спиральная стенка одного шнека расположена в спиральном желобе другого шнека. Спиральная стенка одного шнека развернута по оси формирования спиральной стенки относительно спиральной стенки другого шнека на сто восемьдесят градусов. Спиральные стенки вместе с их днищами обоих шнеков отклонены смещением на половину шага образующей спирали за вычетом суммы толщин обеих спиральных стенок, что позволяет в рабочем положении шнеков спиральным стенкам в местах их схождения и расхождения иметь постоянно сменяющиеся проскальзывающие точки и постоянно сменяющиеся подклинивающие точки. В результате пространство между днищами обоих шнеков разделяется спиральными стенками на герметичные камеры, причем камеры расположены по обе стороны любой спиральной стенки.

Необходимо уточнить, что шнеки, имея сферическую форму исполнения, имеют аксиальное относительное смещение отклонением, а имея плоскую форму исполнения, имеют радиальное относительное смещение отклонением.

Указанный технический результат является следствием существенного изменения характера относительного рабочего движения этих шнеков, которое основано на способности спиральной стенки одного шнека в любом направлении одновременно двумя своими спиральными поверхностями катиться с проскальзыванием по двум спиральным поверхностям спиральной стенки другого шнека, при которой происходит смещение по дуге спирали и одновременное изменение объема возникающих, сформировавшихся и прекращающихся в пространстве между днищами камер. В ином изложении, рабочее движение представляется как колебание спиральной стенки одного шнека в спиральном желобе другого шнека с замкнутой пространственно траекторией любой точки. При этом рабочее движение всего шнека и, в частности, круглого предельного контура своего днища на фоне круглого предельного контура днища другого шнека характеризуется как колебание по дуге окружности.

В частном случае применения обоюдно шнекового блока относительное рабочее положение шнеков, с возможностью относительного колебания шнеков по дуге окружности, зафиксировано смещенными принципиальными поверхностями вращаемой преобразующей каретки через повторные поверхности круглых предельных контуров на кольцевых дисках, объединенных со шнеками перемычками. Причем кольцевые диски находятся на пределе или вынесенными за пределы габаритов обоюдного шнекового блока подвижных рабочих камер, а повторная поверхность круглого предельного контура одного шнека установлена на пути движения повторной поверхности круглого предельного контура другого шнека. Причем при сферической форме исполнения шнеков повторные поверхности предельных круглых контуров шнеков на кольцевых дисках и принципиальные поверхности вращаемой преобразующей каретки будут являться плоскостями, имеющими аксиальное смещение. Причем при плоской форме исполнения шнеков повторные поверхности предельных круглых контуров шнеков на кольцевых дисках и принципиальные поверхности вращаемой преобразующей каретки будут являться радиально смещенными цилиндрами. Причем при плоской форме исполнения шнеков с целью разгрузки или полной подмены проскальзывающих и подклинивающих точек могут использоваться два преобразующих привода. Причем при плоской форме исполнения шнеков возможно использование коленчатого вала или коленчатых валов как частного случая преобразующей каретки. Во всех этих случаях может быть полезна установка подшипников качения между повторными поверхностями предельных круглых контуров и принципиальными поверхностями вращаемой преобразующей каретки.

В другом частном случае применения обоюдно шнекового блока относительное рабочее положение шнеков с возможностью относительного колебания шнеков по дуге окружности фиксируется в общем корпусе с возможностью одновременного вращения, причем каждый шнек вращается относительно собственной оси направления формирования. В этом случае с целью разгрузки или полной подмены проскальзывающих и подклинивающих точек шнеки между собой связываются блоком шестерен с конечным передаточным числом, равным единице.

В тех случаях, когда может потребоваться охлаждение, смазка или подача рабочего тела со стороны подвижного шнека, основной обоюдно шнековый блок дополняется дополнительным обоюдно шнековым блоком, причем оба обоюдно шнековых блока должны иметь единый преобразующий привод, а сообщение потока смазывающей или охлаждающей жидкости или рабочего тела с дополнительного обоюдно шнекового блока должна осуществляется со стороны его подвижного шнека по каналам, расположенным на контуре кинематической связи обоих подвижных шнеков в специальную полость, которую должно иметь днище подвижного шнека основного обоюдно шнекового блока. Возможно в качестве днища подвижного шнека дополнительного обоюдно шнекового блока использовать свободную сторону днища подвижного шнека основного обоюдно шнекового блока, что существенно упростит конструкцию. Следует учесть, что при сферической форме исполнения дополнительный и основной обоюдно шнековые блоки должны быть расположены так, чтобы сферические днища имели единый центр сфер.

Указанный технический результат является следствием процесса работы обоюдно шнекового блока. Так, жидкое или газообразное рабочее тело, максимально сжатое в области проходного отверстия, степень сжатия которого снижается по мере смещения рабочих камер на периферию от оси направления формирования спиральных стенок и имеющее наименьшую степень сжатия открытой камеры в области предельного контура днища, давит, создавая жидкую или газообразную подушку, на донные поверхности шнеков. При этом снижается, с возможностью полного прекращения, как давление, так и сила трения спиральной стенки одного шнека на днище другого шнека. Отмеченные давление и сила трения обратно пропорциональны давлению рабочего тела и прямо пропорциональны тяжести шнека и тяжести подвижных частей прижимного устройства и/или преобразующего привода.

В частном случае применения обоюдно шнекового блока с целью равновесия давления рабочего тела на днище одного шнека и обеспечения нахождения спиральной стенки одного шнека в спиральном желобе другого шнека шнек может иметь две подобные спиральные стенки по одной с каждой стороны днища этого шнека. При этом каждая спиральная стенка этого шнека обеспечивается подобным спиральным желобом других двух шнеков, которые объединены между собой через свои днища перемычками, а дополнительным проходным отверстием в днище, в зависимости от назначения и всей конструкции, частью которого они являются, могут обеспечиваться как два любых шнека, так и все три шнека. В другом частном случае при плоской форме исполнения обоюдно шнекового блока давление рабочего тела на днища шнеков компенсируется давлением прижимного диска прижимного устройства, объединенного перемычками прижимного устройства с одним шнеком, непосредственно на свободную сторону днища другого шнека, или на объединенные с другим шнеком перемычки, или на объединенные с другим шнеком кольцевые диски. В этом случае может быть полезна установка прижимных подшипников между прижимным диском и прижимаемыми элементами, объединенными с днищем другого шнека. Также может быть целесообразно с целью возможности регулировки герметичности рабочих камер и снижения или исключения силы трения на донных поверхностях перемычки прижимного устройства выполнять с возможностью регулировки расстояния от прижимного диска прижимного устройства до шнека, с которым он неподвижно связан.

Вследствие достижения указанного результата становится возможным использование обоюдно шнекового блока в качестве основы двигательной части в двигателе внутреннего сгорания, в котором наряду с газообразным или жидким топливом может использоваться и твердое или комбинированное топливо. Для этого обоюдно шнековый блок, наряду с двумя шнеками, в свою конструкцию включает камеру сгорания, работа которой обеспечена устройствами подачи газообразного, или жидкого, или твердого, или комбинированного топлива, компрессором и каналом подачи сжатого воздуха, системой розжига. Корпус камеры сгорания объединен с днищем со стороны проходного отверстия с возможностью подачи продуктов горения в подвижные рабочие камеры, или сама камера сгорания устроена в самом обоюдно шнековом блоке, с учетом подвижности спиральных стенок. При этом становится возможным организовать частично замкнутый термодинамический цикл. С целью снижения температурного расширения материала обоюдно шнекового блока, снижения температурных потерь и повышения КПД в двигателе внутреннего сгорания спиральные стенки, и/или днища шнеков, и/или камера сгорания обеспечены теплообменными каналами, а также отверстиями или форсунками для подачи нагретого рабочего тела кругового термодинамического цикла в подвижные рабочие камеры. А на основе создания замкнутого кругового термодинамического цикла возможно и создание достаточно эффективного теплового двигателя.

Задачей способа является изготовления сферической спиральной стенки сферического шнека обоюдно шнекового блока подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела.

Указанный технический результат способа изготовления сферической спиральной стенки сферического шнека достигается резанием вращающейся сферической заготовки с толщиной сферической стенки не менее высоты спиральной стенки. Причем режущую кромку режущего инструмента одновременно вращают вокруг центра сферической заготовки, а ось вращения режущей кромки режущего инструмента располагают перпендикулярно оси вращения сферической заготовки. Траектория движения режущей кромки режущего инструмента в теле сферической заготовки является образующей первого порядка спиральной стенки и спирального желоба, описанной системой трех тригонометрических равенств.

С целью снижения концентраций напряжений, возникающих в процессе применения спиральной стенки, изменяют образующую второго порядка спиральной стенки и спирального желоба путем изменения формы дуги режущей кромки режущего инструмента.

Содержание графической части.

Группа 1 - спиральные стенки. Аксонометрический вид.

Подгруппа 1.1 - сферические спиральные стенки.

Фиг.1 - сферическая спиральная стенка.

Фиг.2 - диаметрально противоположное положение двух сферических спиральных стенок фиг.1.

Фиг.3, фиг.4, фиг.5, фиг.6 - отклонение из диаметрально противоположного положения сферических спиральных стенок фиг.2 в четыре разные стороны. Эти фигуры в комплексе характеризуют проскальзывающее качение сферических спиральных стенок.

Подгруппа 1.2 - плоские спиральные стенки.

Фиг.7 - спиральные стенки на плоскости. Идентичность плоских спиральных стенок. Аксонометрический вид.

Фиг.8 - диаметрально противоположное положение плоских спиральных стенок фигуры 7. Вид сверху.

Фиг.8, фиг.9, фиг.11, фиг.12 - отклонение из диаметрально противоположного положения сферических спиральных стенок фиг.7 в четыре разные стороны. Эти фигуры в комплексе характеризуют проскальзывающее качение плоских спиральных стенок.

Группа 2 - концептуальная модель устройства и кинематических связей обоюдно шнекового блока подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела и преобразующего привода с неподвижным и подвижным шнеками.

Подгруппа 2.1 - концептуальная модель конструкции и кинематических связей сферического обоюдно шнекового блока подвижных рабочих камер с единым направлением потока и разной длиной рабочего цикла. В данной подгруппе спиральные стенки соответствуют усеченным спиральным стенкам подгруппы 1.1. Требуемое рассечение статора на две составные части для возможности сборки шнеков не показывается в соответствии с поставленной общей задачей. Фиг.13 - основной вид. Фиг.14 - вид А с фиг.13. Фиг.15 - вид Б с фиг.13. Фиг.16 - разрез В с фиг.13. Фиг.17 - разрез неподвижного сферического шнека с перемычками и кольцевым диском данной подгруппы. Фиг.18 - подвижный сферический шнек с перемычками и кольцевым диском данной подгруппы.

Подгруппа 2.2 - концептуальная модель конструкции и кинематических связей плоского обоюдно шнекового блока подвижных рабочих камер с единым направлением потока и равной длиной рабочего цикла, с прижимным устройством, с преобразующим приводом и с неподвижным и подвижным шнеками. В данной подгруппе спиральные стенки соответствуют спиральным стенкам подгруппы 1.2. Фиг.20 - основной вид. Фиг.19 - вид А с фиг.20. Фиг.21 - разрез Б с фигуры 20. Фиг.22 - разрез В с фиг.19. Фиг.23 - аксонометрический вид подвижного плоского шнека с перемычками и кольцевым диском данной подгруппы. Фиг.24 - аксонометрический вид подвижного плоского шнека с перемычкой и кольцевым диском данной подгруппы.

В группе 2 отмечено:

Деталь позиция 1 - неподвижный шнек и его элементы:

- позиция 1.1 - днище неподвижного шнека и его поверхности:

- позиция 1.1.1 - донная поверхность,

- позиция 1.1.2 - круглый предельный контур,

- позиция 1.2 - спиральная стенка неподвижного шнека и ее поверхности:

- позиция 1.2.1 - внешняя спиральная поверхность,

- позиция 1.2.2 - внутренняя спиральная поверхность,

- позиция 1.2.3 - продольная торцевая поверхность,

- позиция 1.3 - перемычка,

- позиция 1.4 - кольцевой диск и его поверхность:

- позиция 1.4.1 - повторная поверхность круглого предельного контура,

- позиция 1.5 - дуга уравнения длинны рабочего цикла и направления потока,

Деталь позиция 2 - подвижный шнек и его элементы:

- позиция 2.1 - днище подвижного шнека и его поверхности:

- позиция 2.1.1 - донная поверхность,

- позиция 2.1.2 - круглый предельный контур,

- позиция 2.2 - спиральная стенка подвижного шнека и ее поверхности:

- позиция 2.2.1 - внешняя спиральная поверхность,

- позиция 2.2.2 - внутренняя спиральная поверхность,

- позиция 2.2.3 - продольная торцевая поверхность,

- позиция 2.3 - перемычка,

- позиция 2.4 - кольцевой диск и его поверхность:

- позиция 2.4.1 - повторная поверхность круглого предельного контура.

Деталь позиция 3 - преобразующая каретка.

Деталь позиция 4 - подшипник.

Деталь позиция 5 - выходной вал.

Деталь позиция 6 - центратор выходного вала (непринципиально).

Устройство, компенсирующее разрывное усилие работающего тела с механизмом регулировки:

Деталь позиция 7 - болт.

Деталь позиция 8 - гайка.

Деталь позиция 9 - прижимной диск.

Деталь позиция 10 - прижимной подшипник.

Моментные характеристики рабочих объемов:

- позиция 11 - моментная камера,

- позиция 11.1 - переменная (моментная) подклинивающая точка,

- позиция 11.2 - отделяемые камеры,

- позиция 11.3 - разделяемые камеры,

- позиция 11.4 - точки схождения спиральных стенок и одновременно переменные (моментные) подклинивающие точки разделяемых отсеков.

Группа 3 включает фиг.25 и фиг.26 и является рисунками, характеризующими рабочее движение обоюдно шнекового блока посредством траектории движения точек одного сферического шнека относительно другого сферического шнека. Амплитуда колебания, т.е. ширина предполагаемого спирального желоба взята произвольно. Для удобства траектории показаны под разными (отличными от аксонометрии) углами зрения. Сама траектория представлена шестнадцатью положениями точки, которые получены в результате шестнадцати последовательных положений подвижного сферического шнека относительно неподвижного сферического шнека, имеющих место в одном полном цикле рабочего движения. С целью характеристики изменения дифферента подвижного сферического шнека точки изображены в виде центра системы координат. На фиг.25 изображены сегмент днища подвижного сферического шнека поз.2 с траекторией точки, совпадающей с осью полусферы (ось направления формирования дуги сферической спирали предполагаемой спиральной стенки этого шнека), сегмент днища неподвижного сферического шнека поз.1 и его ось. Для удобства проходное отверстие шнека из рисунка исключено. На фиг.26 изображена траектория точки подвижного шнека на фоне сегмента неподвижного шнека фиг.25, а также траектория второй точки, находящейся на днище подвижного шнека, сегмент которого показан на фиг.25, но удаленной от оси полусферы на угол в сорок пять градусов, и траектория третьей точки того же днища подвижного шнека но удаленной от оси полусферы на угол в девяносто градусов в плоскости, перпендикулярной плоскости, образованной центром сфер первой и второй точками. На рисунке выделены указанием точки днища шнека в одном относительном положении днищ, показанном на фигуре 25.

Группа 4 - Примеры.

Подгруппа 4.1 - Пример осуществления обоюдно шнекового блока подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела в двигателе внутреннего сгорания. Фиг.27 - разрез двигателя, основной вид. Фиг.28 - разрез А двигательной части двигателя фиг.27. Фиг.29 - разрез компрессорной части двигателя с фиг.27.

В подгруппе 4.1 отмечено:

Функциональные части: К1 и К2 - компрессоры, Д1 и Д2 - двигательные (тяговые части).

Позиция 1 - неподвижный шнек, объединенный с перемычками и дисками в единый корпус, позиция 1.2 - спиральная стенка неподвижного шнека, позиция 2 - подвижный шнек двигателей и компрессоров, позиция 2.1 - днище подвижного шнека, позиция 2.2 - спиральная стенка подвижного шнека, позиция 2.3 - перемычка подвижного шнека, позиция 2.4 - диск подвижного шнека, позиция 4 - подшипник, позиция 5 - коленчатый вал, позиция 12 - впускной масляный канал, являющийся подвижным маслопроводом, позиция 13 - опорный цилиндр, позиция 14 - отводящий масляный канал, позиция 15 - канал подкачки воздуха, позиция 16 - стартовый канал, позиция 17 - обратный клапан, позиция 18 - форсунка впрыска топлива, позиция 19 - спираль постоянного накала, позиция 20 -выхлопной патрубок, позиция 21 - воздушный патрубок.

Подгруппа 4.2 - аксиальный, обоюдно шнековый масляный насос роторного типа - фиг.30.

В подгруппе 4.2 отмечено:

позиция 1' - ведомый шнек, позиция 1'.1 - днище ведомого шнека, позиция 1'.2 - спиральная стенка спирального ведомого шнека, позиция 1'.5 - кольцевые направляющие, позиция 1.6 - коническая шестерня с диском и перемычками ведомого шнека, позиция 1.7 - штифты спирального ведомого шнека, позиция 2 - ведущий шнек, позиция 2.2 - спиральная стенка ведущего шнека, позиция 2.6 - коническая шестерня ведущего шнека, позиция 2.7 - штифты ведущего шнека, позиция 5 - вал привода, позиция 22 - корпус, позиция 23 - уплотнение, позиция 24 - патрубок подачи масла, позиция 25 - выпускной патрубок.

Подгруппа 4.3 - схема двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с частично замкнутым термодинамическим циклом и комбинированным топливом с камерой сгорания обоюдно шнекового блока его двигательной части.

На фиг.31 - в ряду общей схемы организации двигателя внутреннего сгорания с частично замкнутым термодинамическим циклом и комбинированным топливом более детально показана камера сгорания обоюдно шнекового блока двигательной части.

В подгруппе 4.3 отмечено:

позиция 19 - спираль постоянного накала, позиция 26 - корпус камеры сгорания, позиция 27 - твердое топливо, позиция 28 - поршень подачи твердого топлива, позиция 29 - теплообменник.

Группа 5 - принципиальная схема комплекса технических условий, который должен обеспечиваться инструментом и оборудованием при изготовлении сферического шнека. В качестве примера использована спиральная стенка подгруппы 2.1.

Фиг.32 - изготовление одного шнека. Фиг.33 - изготовление другого шнека. Фиг.34 - режущая кромка режущего инструмента, т.е. изображена режущая кромка как образующая второго порядка для фрез фиг.32. и фиг.33.

В группе 5 отмечено:

позиция 30 - плоскость и направление вращения сферической заготовки, позиция 31 - ось вращения сферической заготовки, позиция 32 - плоскость и направление вращения фрезы, позиция 33 - ось вращения фрезы относительно сферы, (при этом понимается одновременное вращение фрезы вокруг собственной оси формирования тела вращения), позиция 34 - фреза, позиция 35 - траектория движения режущей кромки фрезы в теле сферической заготовки (траектория формируется только при определенном соотношении скорости вращения сферической заготовки и скорости вращения фрезы).

Принципы формообразования и принцип работы обоюдно шнекового блока подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела и преобразующих приводов.

Существует два варианта, при которых возможно создание необходимых условий как для равных зазоров, так и для необходимой герметичности рабочих камер шнеков. Оба варианта классифицируются по общей для них геометрии на 1) сферические и 2) плоские.

В этом разделе на примере групп 1 и 2 графической части наряду с геометрией рассмотрена организация кинематических зависимостей обоюдно шнекового блока подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела.

Форма сферической спиральной стенки.

Дуга сферической спирали формируется на поверхности сферы от ее центра, в направлении любой оси сферы. В нашем случае - в направлении формирующей оси усеченной сферы. Шаг спирали в этом случае удобнее задавать угловыми величинами.

Сферическая спиральная стенка фиг.1 формируется между двумя сферами с одним общим центром. Ее сечение представляет собой фигуру с четырьмя сторонами. Две торцевые стороны сечения (поверхности поз.1.2.3 фиг.17 и поз.2.2.3 фиг.18) повторяют части соответствующих дуг окружностей (сечений соответствующих сфер) и у объемной спиральной стенки определяются как продольные торцевые поверхности. Две другие стороны являются отрезками, лежащими на условных прямых, которые проходят через общий центр образующих сфер. Эти поверхности спиральных стенок, находящиеся между торцевыми поверхностями, будут представляться как спиральные поверхности. При этом ближняя к единому полюсу поверхность будет представляться как внутренняя поз.1.2.2 и 2.2.2, а дальняя, относительно того же полюса, как внешняя поз.1.2.1 и 2.2.1 фиг.17 и 18. Необходимо отметить, что длина дуги и высота рабочей поверхностей спиральной стенки равны как условные поверхности, смещенные поворотом относительно образующей оси сфер на угол, обеспечивающий требуемую толщину спиральной стенки.

Положения сферических спиральных стенок.

Принцип работы обоюдно шнекового блока подвижных рабочих камер механического сжатия или использования давления сжатого жидкого и/или газообразного рабочего тела заключен в двух сферических спиральных стенках с абсолютно одинаковой образующей спиралью, смещенных друг от друга поворотом относительно образующей оси усеченных сфер на сто восемьдесят градусов (фиг.2). Одна из них рассматривается как не изменяющая своего положения относительно любой точки, не принадлежащей системе. Другая отклоняется в любом направлении до полного контакта всех соответствующих точек спиральных поверхностей спиральных стенок (фиг.3). Совпадающие соответствующие точки в сборке спиральных стенок являются переменными точками, одновременно характеризующимися как опорные, подклинивающие и проскальзывающие. Аналогичными подклинивающими и проскальзывающими характеристиками обладают контактные точки между зубьями ведущей и ведомой шестерен шестеренчатой передачи.

Рассматривая такое положение сферических спиральных стенок в статике, можно сказать, что одна спиральная стенка сформировалась между поверхностями усеченных сфер другой спиральной стенки, в диаметрально противоположном положении, с собственной осью направления формирования спирали, отклоненной от оси формирования сфер на угол, равный половине угла шага сферической спирали за вычетом суммы углов толщин этих спиральных стенок. Здесь же отметим, что сечения спиральных стенок могут варьировать в пределах идентичности смыкаемых поверхностей при неизменности первой образующей спирали. Спиральная стенка в текущем изложении определяется как базовая, а весь комплекс вариантов как подобные.

При последовательном изменении направления отклонения условных осей формирования спиралей, т.е. при изменении направления отклонения изменяющей свое положение спиральной стенки (фиг.3, 4, 5, 6), она будет колебаться в пределах желоба не изменяющей свое положение спиральной стенки. Так как отношение контактной длины внешней спиральной поверхности одной спиральной стенки к контактной длине внутренней спиральной поверхности другой спиральной стенки обратно пропорционально отношению длины контактных внутренней и внешней спиральных поверхностей этих спиральных стенок, то силы трения, возникающие при последовательной смене переменных опорных точек будут равны. Фактически одна спиральная стенка будет катиться с проскальзыванием одновременно двумя спиральными поверхностями по двум спиральным поверхностям другой спиральной стенки, при этом вращения одной спиральной стенки относительно другой происходить не будет.

Усеченные от полусферы до бесконечно малой части сферы.

Постановка в рабочее положение сферических спиральных стенок предполагает вворачивание одной спиральной стенки в другую подобно цилиндрическим. Однако вворачивание сферических спиральных стенок возможно только при целом ряде параметрических ограничений в условиях формирования этих спиральных стенок. Например, очевидно, что хотя бы одна спираль должна быть усечена минимум до полусферы. Также играет роль соотношение радиусов образующих сфер, шага, количества витков, начальная точка сферической спирали. Показанная в подгруппах 2.1 и 1.1 графической части сборка сферических спиральных стенок не может быть собрана методом вкручивания. Фактически обе спиральные стенки необходимо рассекать на составные части. С составной спиральной стенкой полной сферы в практической сборке возможно существование спиральной стенки с одним полным витком ради достижения наибольшего шага. Возможно существование в практической сборке составной спиральной стенки полной сферы с несколькими витками. Это может быть интересно в термодинамических процессах.

Такие практические сборки ведут к значительному усложнению конструкции. Теоретически это возможно, но практически вряд ли целесообразно. Поэтому сборки сферических спиральных стенок будут рассматриваться только как усеченные от половины сферы. Проще в практических сферических спиральных стенках как для сборки, так и для изготовления увеличивать радиусы сфер, уменьшать шаг в угловых величинах (при этом линейный шаг может сохраняться) и усекать сферы до бесконечно малой ее части.

Плоская спиральная стенка.

Образующей плоскую спиральную стенку дугой спирали на плоскости является «Архимедова» спираль.

Плоские спиральные стенки близки к сферической спиральной стенке с бесконечно большим радиусом образующих сфер и остальными, относительно малыми, параметрами. Обладают абсолютно идентичными собственными свойствами и свойствами в сборке. В подгруппе 1.2 графической части показаны их идентичность (фиг.7), смещение поворотом на сто восемьдесят градусов (фиг.8), отклонения формообразующих точек до совпадения переменных опорных, проскальзывающих, подклинивающих точек и проскальзывающее качение спиральных стенок (относительные колебания) (фиг.9, 10, 11, 12). Сечением базовой плоской спиральной стенки будет являться прямоугольник. Осью направления формирования - прямая, перпендикулярная плоскости образующей спирали и проходящей через точку формирования этой образующей спирали (применительно к окружности точкой формирования является центр).

Шнеки. Образование герметичных рабочих камер.

Рабочие замкнутые камеры образуются между двумя собранными спиральными стенками поз.1.2 и 2.2 и двумя днищами поз.1.1 и 2.1 со стороны продольных торцевых поверхностей спиральных стенок, имеющих форму общей геометрии этих спиралей (фиг.17, 18, 23 и 24) (в сферических камерах это две усеченные сферы, а в плоских - два плоских диска). Одно из днищ имеет проходное отверстие по оси направления формирования своей спиральной стенки. Для наилучшей герметичности и кинематической связи днища и спиральные стенки увязываются попарно в соответствующий каждой паре единый шнек. Один из шнеков определяется как неподвижный, не изменяющий свое пространственное положение, а другой - как подвижный. Полученный таким образом обоюдно шнековый блок в пространстве сборки будет иметь при одном витке спиральной стенки одну возникающую, одну сформировавшуюся и одну прекращающуюся или две возникающих и две прекращающихся камеры, а при большем количестве витков - большее количество изолированных друг от друга камер. При колебании спиралей эти камеры будут смещаться по дуге спиралей. По мере удаления камер от оси формирования их объемы увеличиваются. И наоборот, при изменении направления колебаний подвижного шнека. Для демонстрации направления колебаний и изменения межспирального пространства следует рассматривать фиг.3, 4, 5, 6 и фиг.9, 10, 11, 12 в прямой и обратной последовательности.

Рабочая камера на примере поз.11 фиг.22 характеризуется не только ее объемом, но и собственной дугой переменных опорных точек поз.11.1 по высоте спиральной поверхности и обеспечивающими герметичность по дуге высоты спиральной поверхности переменными опорными точками поз.11.4, разделяемыми спиральными стенками подвижного и неподвижного шнеков, прилегающих рабочих камер поз.11.2.

При этом площадь постоянно изменяемой части спиральной стенки от переменных опорных точек конкретно взятой камеры до переменных опорных точек больших прилегающих камер будет больше, чем площадь постоянно изменяемой части спиральной стенки от переменных опорных точек той же камеры до переменных опорных точек меньших прилегающих камер. Что делает возможным использование подвижной спиральной камеры в режиме использования энергии давления рабочего тела (в режиме двигателя). При приблизительных оценках эта разница будет зависеть от удаления переменных опорных точ