Роторний двигун своїми руками
Для початку розглянемо принцип дії роторного двигуна на малюнку 1 (або см. Докладніше на сторінці «Принцип роботи роторного двигуна»).
Мал. 1. Принцип дії (I-IV) і кінематична схема (праворуч знизу) роторного двигуна.
Позначення позицій на схемі - см. Рис. 2.
Для любителів-катеростроітелей представить великий інтерес можливість виготовлення своїми руками роторного двигуна даної конструкції в умовах невеликого заводу або навіть майстерень, що мають лише токарний, довбальний, фрезерний і свердлильний верстати. Розглянемо технологію виготовлення деталей і збірки роторного двигуна.
Технологія виготовлення роторного двигуна спрощеної конструкції потужністю до 49 л. с.
Мал. 2. Конструктивна схема роторного двигуна. поперечний розріз (показаний варіант з водяним охолодженням) і поздовжній розріз (варіант з повітряним охолодженням):
1 - корпус двигуна (див. Рис. 4); 2 - ротор (див. Рис. 6); 3 - поздовжні ущільнення - лопаті ротора (див. Рис. 7, а); 4 - бічні (торцеві) ущільнення (див. Рис. 7, б); 5 - мідно-графітовий підшипник ковзання (Б на рис, 6); 6 - нерухома центральна шестерня (див. Рис. 8), пов'язана з ротором внутрішнім зачепленням 7; 8 - правий ексцентрик (див. Рис. 9); 9 - лівий ексцентрик (див. Рис. 11) з валом; 10 - балансири (див. Рис. 10, а і б); 11 - стакан переривника (див. Рис. 13, б); 12 - правий фланець (див. Рис. 12, а); 13 - кришка-фланець (див. Рис. 12, б), в якій закріплений вал нерухомою шестерні; 14 - втулка (див. Рис, 10, в); 15 - стяжна шпилька між ексцентриками (див. Рис. 10, г); 16 - лівий фланець (див. Рис. 13, а); 17 - маховик-вентилятор (див. Рис, 14); 18 - кожух маховика-вентилятора (див. Рис. 15).
А - місце свічки; Б - вихлоп; В - місце карбюратора; Г - вікно всмоктування; Д - розподільний кулачок запалювання; Е - місце магнето; Ж - подача масла від маслонасоса; І - місце маслонасоса і бензонасоса; К - потік повітря.
На двигун можна надіти сорочку під водяне охолодження, а на вал маслонасоса встановити відцентровий насос для подачі води охолодження.
У двигуні всього дві основні деталі, трудомісткі і складні у виготовленні: це корпус і ротор двигуна.
Корпус. Корпус роторного двигуна можна виготовити не тільки литим, а й звареним. Від шліфованої труби Ø184 відрізаємо дві заготовки довжиною по 240 мм, прихоплює і приварюють до них з обох кінців фланці, а потім на токарному верстаті торцуем ці фланці разом з корпусом точно в розмір. На зовнішніх поверхнях фланців проводимо ризику по колу Ø206 для свердління отворів під болти і штифти.
Мал. 3. Виготовлення корпусу роторного двигуна:
а - половина корпусу, оброблена в розмір; б - корпус, підготовлений для випробування.
Потім заготовки з торцованная фланцями обрізаємо уздовж труби фрезою (паралельно шліфованої поверхні труби з допуском ± 0,05) в розмір 119 мм, після чого половинки корпусу (рис. 3, а) стикуємося і приварюють одну до іншої. Для можливості гідравлічного випробування корпусу ставимо заглушки на торцях, в одну з яких уварена труба (рис. 3, б) для подачі води.
Після закінчення випробувань приварюють зовнішні ребра охолодження (розглядається варіант з повітряним охолодженням), нижню Прямостінні частина патрубка під вихлопну трубу і стакани під свічки запалювання. Після закінчення зварювання фрезеруя три вихлопних вікна в патрубку і свердлимо отвори під свічки запалювання. Гострі кромки необхідно закруглити під радіус 2 мм (крім великих фланців, де всі кути повинні бути гострими).
Мал. 4. Корпус з вихлопних патрубком:
1 - стакан під свічку; 2 - ребра повітряного охолодження; 3 - Прямостінні нижня частина вихлопного патрубка; 4 - конусна частина вихлопного патрубка.
На рис. 4 приведене креслення корпусу роторного двигуна і окремо - конусного патрубка з фланцем кріплення вихлопної труби, приварюється після фрезерування вікон.
Ротор. Ротор двигуна зварений. Основою його служить точений стакан довжиною 205 мм з внутрішнім отвором Ø80 і зовнішнім діаметром 111 мм. До цього склянці приварюють три поздовжні планки-ребра (рис. 5, а) з кутом між їх осями 120 °.
Мал. 5. Деталі ротора:
а - поздовжні планки, що утворюють ребра ротора (3 шт.); б - бічні планки, що утворюють стінки ротора (6 шт.).
Після цього встановлюємо на свої місця і прихоплює бічні основні планки (рис. 5, б; 6 шт.), Кожна пара яких утворює одну стінку (грань) ротора. Бічні планки приварюють до поздовжніх ребрах і до склянки (по торцях), а також зварює кожну пару між собою.
Після закінчення зварювання ротор Отжигают в печі і тільки після повного його охолодження приступаємо до чистової обробки. Розточчя чисто отвір Ø80 на Ø84 +0,005; потім одягаємо ротор на оправлення в центрах і ведемо обробку з шліфуванням торців і місця посадки змінного мідно-графітового підшипника (Б на рис. 6) Ø100 -0,05 довжиною 20 мм.
Мал. 6. Ротор в зборі (без ущільнень):
А - отвори під пружини (3 шт. В одну сторону і 3 шт. В іншу - на кожному ребрі);
Б - ковзний підшипник; В - шаблон для чистової обробки ротора в зборі.
Зуби шестерні з внутрішнім зачепленням (m = 3; z = 30; ро = 90) довбаємо на Довбальні верстати (допустимо - на поперечно-стругальні).
Зовнішні поверхні ротора обробляємо за шаблоном (В на рис. 6) бажано - на Довбальні верстати з однієї установки, як і шестерню. Розміри шаблону наведено на рис. 6. Для побудови на окружності діаметром 120 мм відкладаємо хорди по 5 мм. Проводимо радіуси зазначеної на малюнку величини R; отримані точки з'єднуємо лекалом і точно обробляємо. Наклавши шаблон на отвір Ø100, викреслює на торці заготовки лінії «трикутника», за якими і обробляємо поверхні ротора.
В отвір Ø100 по кінцях ротора запресовувати мідно-графітові ковзаючі підшипники (можна замінити їх підшипниками з латуні). При латунних підшипниках - пресова посадка, а при мідно-графітових втулках - туга.
Мал. 7. Ущільнення ротора:
а - поздовжні пластини по ребрах ротора: I - чавунні (всього 6 шт.); II - латунні (всього 6 шт.); III - чавунні (6 шт.) - варіант без пружин. б - бічні (торцеві) пластини з латуні (6 шт.); в - пружина.
Ущільнення трьох ребер ротора складаються кожне з чотирьох пластин (рис. 7, а) - двох чавунних і двох латунних, які трьома пружинами (рис. 7, в) віджимаються вгору і вліво (дві пластини) і вгору і вправо (інші дві пластини) . Чавунні ущільнювальні пластини найкраще виготовити з білого (вибіленого) чавуну або з чавуну для відцентрової виливки. На рис. 7, а наведені два варіанти конструкції чавунних пластин. Бічні (торцеві) ущільнення (рис. 7, б) ротора складаються тільки з латунних пластин, притискали до стіни пружинами.
Виготовлення інших деталей і збірка роторного двигуна
Зварений ротор обертається навколо нерухомої центральної шестерні (m = 3; z = 20; Do = 60), показаної на рис. 8.
Мал. 8. Центральна нерухома шестерня:
А - місця посадки підшипника № 204; Б - 4 відп. Ø6 для змащення.
Справа на вал шестерні (Ø20 +0,03) надітий підшипник № 204, на який ставиться правий ексцентрик з вісьмома шлицами, показаний на рис. 9.
Мал. 9. Правий ексцентрик, що надягають на вал нерухомою центральної шестерні.
Ексцентріцітет 15 мм. А - місце посадки підшипника № 204; Б - поверхня роботи мідно-графітового підшипника; В - по колу свердлити 8 відп. Ø6 для змащення; Г - отвори під болти з втулками.
На шліци правого ексцентрика ставиться правий балансир (рис. 10, а), що має шестерню для передачі обертання.
Мал. 10. Деталі роторного двигуна:
а - правий балансир ротора; б - лівий балансир ротора; в - втулка на валу шестерні;
г - стяжна шпилька-втулка між ексцентриками (3 шт.); д - балансування болт;
е - втулка. А - посадка підшипника № 204; Б - зубчасте колесо: m = 2; z = 30; ро = 60;
В - торцевать з однієї установки з нарізкою різьблення.
Для упору підшипників № 204 між ними на вал Ø20 нерухомою шестерні (під правим ексцентриком) надівається втулка (рис. 10, в). Зліва в нерухому шестерню запресовується підшипник, в який входить кінець вала з лівим ексцентриком, показаного на рис. 11.
Мал. 11. Вал ротора з лівим ексцентриком.
Ексцентріцітет 15 мм. Обробка кр. # 916; 6. А - шпонкова канавка (10 мм, l = 30, глибина 12 мм) з двох сторін; Б - з двох сторін глибиною 4 мм; В - поверхня роботи мідно-графітового підшипника; Г - підшипник № 204; Д - підшипник № 207; Е - 16 відп. Ø6 для змащення;
Ж - 7 відп. Ø16 для полегшення.
Для скріплення лівого і правого ексцентриків між собою з'єднуємо їх трьома стяжними шпильками-втулками (рис. 10, г), в кінці яких вгвинчуються гвинти М10.
Зварений ротор, повністю зібраний з ексцентриками і балансирами, скріплюється спеціально виготовленим балансувальним болтом з втулкою (рис. 10, д, е) і балансується на спеціальному балансирними верстаті або вручну на двох рейках-ножах. Після точного балансування здійснюється складання ротора з корпусом; ротор повинен легко провертатися від руки.
Зварні фланці (рис. 12, а і 13, а) після зварювання повинні пройти отжиг в печі.
Мал. 12. Правий зварений фланець (а) і його кришка-фланець (б).
А - отвори з двох сторін свердлити точно ± 0,003; Б - всмоктувальне вікно.
Мал. 13. Лівий фланець (а) і вставляється в нього стакан (6) котушки запалювання і переривника.
А - приварити патрубок карбюратора; Б - при складанні свердлити отвори Ø16; В - отвори вентилятора; Г - отвори кріплення фланця; Д - переривник; Е - конденсатор;
Ж - від мотопилки «Дружба».
Шліфуємо робочі поверхні фланців з расточкой отвори і шліфуванням по торця, а також наносимо ризики для свердління отворів для кріплення. Вісім отворів правого фланця необхідно свердлити за вказаними діаметрами з допуском ± 0,003 мм. Деталь слід обробляти з однієї установки з шліфуванням торцевого боку.
Між фланцями і корпусом роторного двигуна ставиться латунна прокладка товщиною 0,2-0,1 мм.
Правий фланець із зовнішнього боку закривається кришкою-фланцем (рис. 12, б), до якої кріпиться на шпонках нерухома центральна шестерня. Після цього зовні можна ставити магнето, маслонасосів, стартер або пусковий пристрій, а також бензонасос. Магнето можна використовувати від пускового двигуна трактора «ДТ-54».
На вал з лівим ексцентриком виробляємо посадку шарикопідшипника № 207, на який сідає лівий фланець (рис. 13, а). На цей же вал встановлюємо лівий балансир (рис. 10, б), а потім стакан (рис. 13, б), до якого кріпляться котушки запалювання і переривач. Для випередження запалювання стакан може повертатися. Від котушок запалювання назовні виходить один високовольтний провід до свічі запалювання.
Котушка запалювання складається з переривника і трьох котушок з трьома сердечниками з трансформаторного заліза, набраних в пакет, з'єднаних заклепками і оброблених на токарному верстаті.
Мал. 14. Маховик-вентилятор.
А - кулачки переривника; Б - магніти; В - трансформаторне залізо; Г - лопаті вентилятора.
Маховик-вентилятор (рис. 14) можна виготовити з дуралюмина або алюмінію з заливкою в маховик пластинчастих магнітів з пакетами з трансформаторного заліза. Кулачки переривника виготовлені спільно з маховиком. В даний маховик встановлюється шість магнітів.
Після маховика встановлюється його кожух (рис. 15) з шарикопідшипником № 207. Цей шарикопідшипник затискається конічної шестернею з корінний гайкою.
Мал. 15. Кожух маховика-вентилятора.
А - ребро.
Після повного складання і прокручування ротора від руки двигун ставиться на стенд і в холодну обертається 24 години з підливою масла у всмоктувальне вікно.
Карбюратор (від машини «Москвич-400») кріпиться на патрубок лівого фланця (див. А на рис. 13, а). Суміш бензину, масла і повітря з камери лівого балансира спрямовується через вікна всередину звареного ротора і охолоджує його, а потім потрапляє в камеру правого балансира, звідки через всмоктувальний вікно надходить в робочий циліндр.
висновок
Цей двигун працював на бензині Б-90 з маслом МС, але для поліпшення охолодження в паливо додавався бензол і метиловий спирт. Двигун розвинув потужність 49 л. с. при 18000 об / хв і температурі вихлопних газів 980 ° С.
В іншому варіанті роторного двигуна при тому ж робочому обсязі 247 м³ ступінь стиснення була підвищена вдвічі - до 14; це дало можливість отримати більшу потужність - 57 л. с. при 21240 об / хв і температурі вихлопних газів 1120 ° С. Цей двигун працював на суміші з метилового спирту (70%) і бензолу (30%); для змащення застосовувалося рицинова олія. При цьому були розширені фази газорозподілу.
Випробування нового роторного двигуна тривають. Ведуться дослідження його працездатності і довговічності; проводиться заміна ущільнювачів пластин із застосуванням різних матеріалів.
Даний роторний двигун пропрацював 80 годин в польоті (на малому ранцеві вертольоті на одну людину).
Н. Н. Мельник, «Катери і яхти», 1965 р