A metodologia de projeto do mecanismo de trabalho de satélite da máquina de deslocamento positivo

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 13685 (2022) Citar este artigo

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Neste trabalho é descrita uma metodologia de projeto de mecanismo de satélite composto por duas engrenagens não circulares (rotor dentado externamente e curvatura dentada internamente) e engrenagens circulares (satélites). Na metodologia apresentada assume-se que a linha de passo do rotor é conhecida, sendo necessário designar a linha de passo da curvatura. A metodologia apresentada aplica-se a mecanismos para os quais o número de lombas de curvatura é pelo menos um maior que o número de lombas do rotor. A seleção do número de engrenagens e número de dentes na engrenagem e rotor e curvatura também é apresentada. É apresentada a metodologia de cálculo da posição do centro do satélite e o ângulo de sua rotação para moldar os dentes no rotor e a curvatura. O artigo também mostra diferentes tipos de mecanismos de satélite - mecanismos de satélite com diferentes números de saliências no rotor e curvatura. Também são apresentados os parâmetros técnicos do mecanismo para a linha de passo do rotor descrito pela função cosseno.

Nos sistemas de acionamento hidrostático, as máquinas de deslocamento positivo são bombas e motores hidráulicos. Devido às altas pressões de operação, as bombas de pistão e os motores de pistão dominam os sistemas hidrostáticos1,2,3,4,5. Outras construções de máquinas de deslocamento positivo, como engrenagens6,7,8,9,10, gerotor11 ou máquinas de palhetas12, também são usadas. Os últimos anos foram um período de intenso desenvolvimento de máquinas de deslocamento positivo, especialmente motores hidráulicos, nos quais o mecanismo de trabalho é um conjunto especial de engrenagens não circulares. Este artigo é dedicado a essas máquinas.

A ideia de engrenagens não circulares não é nova. Engrenagens não circulares foram usadas em muitos dispositivos para fornecer movimento irregular, que é a transferência (geralmente) de velocidade de entrada estável em várias velocidades de saída. Um exemplo de tais dispositivos são mecanismos de relojoaria, dispositivos astronômicos, sistemas eletromecânicos para controlar e acionar potenciômetros não lineares, máquinas têxteis13, prensas mecânicas14,15,16 e também brinquedos mecânicos. Além disso, a partir do século XVIII, as engrenagens não circulares passaram a ser comumente utilizadas em máquinas de deslocamento positivo como em bombas e em medidores de vazão (Fig. 1)17. Tanto as transmissões de engrenagens quanto as máquinas hidráulicas de deslocamento positivo (Fig. 1) são construídas com engrenagens não circulares com distância constante entre os eixos dessas rodas. Os métodos de projetar tais transmissões de engrenagem são amplamente descritos na literatura13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23.

Engrenagens não circulares em máquinas de deslocamento positivo17.

Já no final do século XIX foi construído o primeiro motor hidráulico com engrenagens não circulares24,25,26. Este motor foi chamado de motor satélite (Fig. 2).

O mecanismo de trabalho do primeiro motor satélite (tipo 3 × 4): 1—rotor, 2—curvatura, 3—satélite24,25,26.

A concepção do mecanismo de trabalho do motor satélite é baseada na cooperação mútua da roda não circular dentada externa (chamada rotor) com a roda não circular dentada interna (chamada curvatura) através das engrenagens redondas (chamadas satélites) entre elas. Os satélites desempenham o papel de divisórias móveis entre as câmaras. Simultaneamente, o satélite funciona como divisor de entrada e saída quando a câmara de trabalho passa da fase de enchimento para a fase de extrusão26.

Por tipo de mecanismo de satélite deve ser entendido sua característica, que é o número nR de saliências no rotor e o número nE de saliências na curvatura. Assim, o tipo de mecanismo será marcado como "nR x nE".

Atualmente são fabricados motores hidráulicos com quatro tipos de mecanismos satélites (Figs. 2, 3i, 4).

Mecanismos de satélite: tipo 4 × 6 (esquerda) e tipo 6 × 8 (direita): 1—rotor, 2—curvatura, 3—satélite26,28,29,30,31,32,33,34.