Инновационный синхронизатор

Запатентованный (Pat. RU 2673318) механизм для преобразования движения (далее – синхронизатор) позволяет совместить плавность преобразования потоков мощности с повышением КПД и надежности в целом.

Плавность преобразования достигается за счет геометрии кулачкового механизма и свойств симметричного дифференциального редуктора. Повышенный КПД обеспечен возможностью цикличной полной блокировки одного из потоков мощности при одновременном чистом преобразовании второго потока мощности. Заключается данный эффект в том, что (в сравнении с широко известными конструкциями предлагавшихся ранее механизмов преобразования) при применении нового синхронизатора минимизируются периоды (в течение цикла) работы двигателя с воздействием на незафиксированную лопасть паразитных сил от расширяющихся газов, уменьшающих КПД и дополнительно нагружающих механизм преобразования. Также при этом создаются лучшие условия для эффективной рекуперации сил инерции останавливаемых и разгоняемых лопастей.

На повышение КПД  в целом также влияет расположение роторов  на внешнем радиусе механизма, что создает максимально благоприятные условия для извлечения высокого крутящего момента.

Надежность повышается посредством гармоничного преобразования вращения через два контура передачи потоков мощности.

Ниже приводится описание конструкции и принцип работы изобретенного механизма.

Синхронизатор монтируется в корпусе 1 двигателя, в котором с возможностью вращения установлен общий вал 2.

На валу 2 жестко закреплены под углом 90 градусов между собой кулачки с наружной рабочей поверхностью 3. В корпусе закреплены направляющие 4, по которым свободно перемещаются ползуны 5 с роликами 6.

Кулачки с внутренней рабочей поверхностью 7 установлены на подвижных кольцах дифференцированных потоков мощности 8, на которых закреплено по две лопасти 12.

На кольцах дифференцированных потоков мощности 8 закреплены эпициклические шестерни 9 симметричного дифференциального редуктора.

Симметричный дифференциальный редуктор представляет собой планетарный механизм, в котором потоки мощности передаются с каждой стороны через симметричные эпициклические шестерни 9 на симметричные сателлитные шестерни 11, по 3 с каждой стороны на свой поток мощности. Сателлитные шестерни разных потоков мощности соединены попарно через наружное зубчатое зацепление и закреплены на осях, которые закреплены в едином водиле 10, с которого суммированный поток мощности передается на общий вал 2.

Кинематическая схема синхронизатора 

Механизм для преобразования движения обеспечивает возможность осуществления за один оборот общего вала двукратной попеременной блокировки каждого из потоков мощности при одновременном чистом преобразовании второго потока мощности с обеспечением стабильного положения останавливаемых при этом элементов относительно корпуса механизма. За один полный оборот общего вала происходит по одному полному обороту каждой пары лопастей.

Синхронизация движения лопастей достигается за счет взаимодействия кулачков между собой через ролики на ползунах.

 Алгоритм синхронизации определяется формой рабочих поверхностей кулачков.

Для получения эквидистант, определяющих профиль кулачков для предложенного конструктивного исполнения механизма, в патенте представлен метод расчета и формулы для построения базовой кривой и производных первого и второго порядка от базовой замкнутой кривой.

Ниже показано состояние синхронизатора, при котором левая сторона обеспечивает вращение своей пары лопастей со снятием полезной нагрузки через редуктор, при этом правая сторона обеспечивает блокировку своей пары лопастей.

Синхронизацию и снятие потоков мощности обеспечивает совместная работа кулачкового механизма и планетарного редуктора . 

На следующей иллюстрации параметрически отображено сравнение эффективности разных схем синхронизации..

В верхнем ряду отображены 2 графика, относящиеся к рычажно-кулачковому принципу синхронизации. В принципе, сюда относятся все циклоидальные схемы (зубчатый механизм с эллиптическими шестернями, с планетарным механизмом, рычажный механизм с вращающимися рычагами, рычажно-кулачковый восьмизвенный механизм и рычажно-кулачковый четырехзвенный механизм и т.д.), при которых взаимоперемещения лопастей происходят с изменением их скоростей относительно угла поворота по синусоидальному закону.
В среднем ряду отображены 2 графика, относящиеся к планетарно-кривошипному принципу синхронизации. Такие синхронизаторы были применены в РЛД Ё-мобиля, двигателях Моргадо, Кауэрца, первенце Иванова (Вигриянова) и т.д. Особенность этих конструкций в том, что зависимости скоростей от времени течения цикла у них тоже синусоидальные, но в зависимостях скоростей от угла поворота вала появляются петли, выливающиеся в ударные нагрузки, возникающие в механизмах синхронизации.
В нижнем ряду – графики, применимые к нашей конструкции.
На графиках красным цветом закрашены периоды избыточного времени взаимопередачи инерционных сил между останавливающимися и разгоняющимися лопастями.
Наш синхронизатор с дифференциально-кулачковым механизмом призван обеспечивать максимальное сокращение периодов работы двигателя с воздействием паразитных нагрузок. При этом,  имеется возможность расчетным методом задать такие профили кулачков задающего механизма синхронизатора, что при узком диапазоне оборотов двигателя паразитные нагрузки будут минимальны.
Чем больше будет диапазон рабочих оборотов двигателя, тем больше начнут проявляться паразитные силы, но их все-таки будет несоизмеримо меньше, чем в других типах конструкций.
При создании двигателя, работающего на фиксированных оборотах, задающий механизм можно сделать номинальным.

Российский патент

Заявка в USPTO