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

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 13685 (2022) Citar este artigo

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Neste artigo é descrita uma metodologia de projeto de mecanismo 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 do passo do rotor é conhecida, sendo necessário designar a linha do passo da curvatura. A metodologia apresentada aplica-se a mecanismos para os quais o número de lombadas de curvatura é pelo menos um maior que o número de lombadas do rotor. A seleção do número de engrenagens e do número de dentes da engrenagem e do rotor e da curvatura também é apresentada. É apresentada a metodologia de cálculo da posição do centro do satélite e do ângulo de sua rotação para moldar os dentes do 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 da linha de passo do rotor descrito pela função cosseno.

Em sistemas de acionamento hidrostático, as máquinas de deslocamento positivo são bombas e motores hidráulicos. Devido às altas pressões operacionais, 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 utilizadas. Os últimos anos têm sido 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 para várias velocidades de saída. Exemplos de tais dispositivos são relógios, 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 eram comumente utilizadas em máquinas de deslocamento positivo, como em bombas e em medidores de vazão (Fig. 1)17. Tanto as transmissões por 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 projeto de tais transmissões de engrenagens são amplamente descritos na literatura13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23.

Engrenagens não circulares em máquinas de deslocamento positivo17.

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

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

A concepção do mecanismo de funcionamento 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 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.

Pelo tipo de mecanismo do satélite deve ser entendido seu traço característico, que é o número nR de lombadas no rotor e o número nE de lombadas 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.