Ротаційна ґвинтова машина об’ємного типу і спосіб перетворення руху в об’ємній ґвинтовій машині

1. Ротаційна ґвинтова машина об'ємного типу, яка містить корпус (30), що має основну вісь X, два елементи, що складаються з охоплюваного елемента (10, 110, 500, 600, 700) і елемента, що о хоплює (20, 120, 600, 700, 800), який оточує охоплюваний елемент, в якій зовнішня поверхня охоплюваного елемента (10, 110, 500, 600, 700) визначає охоплювану поверхню (12, 112), а внутрішня поверхня елемента, що охоплює, визначає поверхню, що охоплює (22, 122), при цьому охоплювана (12, 112) і та, що охоплює (22, 122), поверхні являють собою спіральні поверхні, які мають відповідні осі Хm і Xf , які є рівнобіжними і віддалені одна від одної на довжину Е, причому охоплювана (12, 112) і та, що охоплює (22, 122), поверхні утворюють принаймні одну робочу камеру (11) шляхом формування лінійних контактів (А1, A2, А3) охоплюваної (12, 112) і поверхні, що охоплює (22, 122), і відносного переміщення охоплюваного (10, 110, 500, 600, 700) і елемента, що охоплює (20, 120, 600, 700, 800), при цьому охоплювана поверхня (12, 112) і поверхня, що охоплює (22, 122), крім того, утворені навколо осей Хm і Xf за допомогою номінального профілю у поперечному перерізі механізму, причому профіль охоплюваної поверхні (12, 112), що визначає охоплюваний профіль (14, 114, 514, 614, 714), має порядок симетрії Nm відносно центра Оm, розташованого на осі Хm охоплюваного елемента, а профіль поверхні, що охоплює (22, 122), який визначає профіль, що охоплює (24, 124, 624, 724, 824), має порядок симетрії N f відносно центра Of, розташованого на осі Xf елемента, 2 (19) 1 3 83802 7. Машина за п.5, яка відрізняється тим, що вона додатково містить обертальний передавальний засіб (31, 131), приєднаний до кривошипного пристрою (32, 34, 48, 59) і до одного охоплюваного елемента (10, 110, 500, 600, 700) або елемента, що о хоплює (20, 120, 600, 700, 800). 8. Ма шина за п.1, яка відрізняється тим, що синхронізатор додатково має кінематичний з'єднувальний механізм (40, 36, 38, 44, 46, 48) обох елементів (10, 500, 600, 700, 20, 600, 700, 800) один з одним, при цьому кінематичний з'єднувальний механізм має принаймні один з'єднувальний пристрій (36, 46), який шарнірно встановлений у корпусі (30). 9. Машина за п.8, яка відрізняється тим, що кінематичний з'єднувальний механізм має шестеренну передачу (40, 36, 38, 44, 46, 48). 10. Машина за п.1, яка відрізняється тим, що синхронізатор має планетарну передачу (54, 56). 11. Машина за п.1, яка відрізняється тим, що синхронізатор має інвертор (58). 12. Машина за п.1, яка відрізняється тим, що синхронізатор має кулісний механізм (59, 60, 61). 13. Машина за п.1, яка відрізняється тим, що вона, крім того, містить принаймні по одному додатковому охоплюваному елементу і елементу, що охоплює (500, 600, 700, 600, 700, 800), осі яких розташовані рівнобіжно з осями згаданих охоплюваного елемента і елемента, що о хоплює. 14. Машина за п.1, яка відрізняється тим, що вона додатково містить принаймні третій елемент, який розташований всередині або оточує згадані охоплюваний елемент і елемент, що о хоплює (500, 600, 700, 600, 700, 800), таким чином, що їхні поверхні перебувають у механічному контакті для формування додаткових камер (11). 15. Машина за п.1, яка відрізняється тим, що порядок симетрії Nf елемента, що охоплює, дорівнює Nm-1. 16. Машина за п.1, яка відрізняється тим, що порядок симетрії Nf елемента, що охоплює, дорівнює Nm+1. 17. Спосіб перетворення руху в об'ємній ґвинтовій машині, в якій ґвинтові сполучені елементи у формі охоплюваного елемента й елемента, що охоплює, синхронізують за допомогою з'єднувальних ланок, причому зазначені ґвинтові сполучені елементи визначають робочі камери машини, які рухаються вздовж її осі під час відносного обертання ґвинтових сполучених елементів з перетворенням механічної енергії в енергією робочої речовини і навпаки, при цьому перший зі згаданих охоплюваних елементів (10, 110, 500, 600, 700) і елемент, що о хоплює (20, 120, 600, 700, 800), обертають відносно його фіксованої осі (Xm, Xf), обертають другий зі згаданих охоплюваних елементів (10, 110, 500, 600, 700) і елемент, що о хоплює (20, 120, 600, 700, 800), так, що вісь (Xf, Xm) згаданого другого елемента обертається навколо фіксованої осі (Xm, Xf) зазначеного першого елемента, здійснюючи планетарний рух з двома механічними ступе 4 нями свободи обертання, один з яких є незалежний ступінь свободи відносно фіксованої центральної осі іншого елемента, причому зазначені ґвинтові сполучені елементи синхронізовані кривошипоподібним механізмом (32, 34, 48, 59) так, що охоплювана поверхня (12, 112) і поверхня, що о хоплює (22, 122), входять у зачеплення одна з одною, і передають потоки перетворюваної енергії за допомогою незалежного ступеня свободи механічного обертання машини. 18. Спосіб за п.17, який відрізняється тим, що рух охоплюваного елемента і елемента, що охоплює, диференційно зв'язують з'єднувальною ланкою, що синхронізує другий незалежний ступінь свободи обертового руху, та передають потік перетворюваної позитивної енергії у формі двох потоків через дві незалежні з'єднувальні ланки, що відповідають двом незалежним ступеням свободи. 19. Спосіб за п.17, який відрізняється тим, що додатково включає синхронізацію принаймні одного ступеня свободи обертового руху всередині зазначеної машини з'єднувальною ланкою, використовуючи частин у потоку перетворюваної енергії, зменшуючи при цьому кількість незалежних ступенів свободи на одиницю. 20. Спосіб за п.17, який відрізняється тим, що кутові швидкості згаданих елементів визначають згідно з таким виразом: k1w1 + k 2 w2 + w3 = 0, де: w1, w2 - кутова швидкість сполучених елементів навколо їхньої осі, w 3 - кутова швидкість ланки синхронізуючого з'єднання, k1,k 2 - постійні коефіцієнти з'єднання, при цьому значення кутових швидкостей обертання сполучених елементів визначають з такого виразу: (z - 1)w1 - zw2 + w0 = 0 ' де: w1 - кутова швидкість навколо своєї осі елемента, огинальна поверхня якого має форму криволінійної поверхні, w 2 - кутова швидкість обертання навколо своєї осі елемента, огинальна поверхня якого має форму внутрішньої або зовнішньої обвідної сімейства поверхонь, утворених згаданою криволінійною поверхнею, w 0 - кутова швидкість орбітального повертання осі елемента, що здійснює планетарний рух, z - ціле число, zñ1 . 21. Спосіб за п.17, який відрізняється тим, що синхронізують будь-які два з трьох обертань одне відносно одного в групі, що включає обертання одного з ґвинтових сполучених елементів навколо своєї фіксованої осі, обертання осі елемента, який здійснює планетарний рух із ланкою синхронізуючого з'єднання, і обертальний рух елемента з рухомою віссю. 5 83802 Один з аспектів винаходу відноситься до ротаційної ґвинтової машини об'ємного типу, яка має корпус, два елементи, що являють собою охоплюваний елемент і елемент, що о хоплює, який оточує о хоплюваний елемент, при цьому зовнішня поверхня охоплюваного елемента утворює охоплювану поверхню, а внутрішня поверхня елемента, що охоплює, утворює поверхню, що о хоплює, причому охоплювана і та, що охоплює, поверхні являють собою спіральні поверхні, які мають відповідні осі Хm і Xf, які рівнобіжні і відстоять одна від одної на довжину E, при цьому охоплювана і та, що о хоплює, поверхні утворюють принаймні одну робочу камеру шля хом створення лінійних контактів охоплюваної і тієї, що о хоплює, поверхонь і відносного переміщення охоплюваного і того, що охоплює, елементів, причому охоплювана і та, що охоплює, поверхні, крім того, визначені навкруг осей Хm і Xf номінальним профілем у поперечному перерізі механізму, при цьому профіль охоплюваної поверхні визначає охоплюваний профіль, що має порядок симетрії Nm відносно центра Оm, що розташований на осі Хm охоплюваної поверхні, а профіль поверхні, що о хоплює, визначає профіль, що охоплює, який має порядок симетрії Nf відносно центра Of, розташованого на осі Xf поверхні, що охоплює, причому ротаційна ґвинтова машина додатково має кривошипоподібний механізм, який утворює ексцентриситет E між основною віссю X і однією з осей Хm або Xf . Така ротаційна ґвинтова машина об'ємного типу відома як перетворювач енергії робочих речовин (середовищ), газу або рідини, шляхом розширення, витиснення і стискування таких робочих середовищ, у механічну енергію у випадку двигунів і навпаки у випадку компресорів, насосів тощо. Така ротаційна Ґвинтова машина трирозмірного типу відома з [патенту США 5439359] і в ній охоплюваний елемент, оточений фіксованим пристроєм, що охоплює, здійснює планетарний рух відносно елемента, що охоплює, зовнішня поверхня охоплюваного елемента визначає охоплювану поверхню, а внутрішня поверхня елемента, що охоплює, визначає поверхню, що охоплює, при цьому охоплювана і та, що охоплює, поверхні мають рівнобіжні осі, які відстоять одна від одної на довжину E (ексцентриситет). Перший компонент згаданого планетарного руху забезпечує таке переміщення осі охоплюваної поверхні, що вона описує навкруг осі поверхні, що о хоплює, циліндр обертання, який має радіус E, що відповідає орбітальному руху обертання. Другий компонент цього планетарного руху викликає обертання охоплюваного елемента навкруг осі його охоплюваної поверхні. Цей другий компонент (периферійне обертання) в усьому подальшому тексті називатиметься поворотним рухом. Ця відома ротаційна Ґвинтова машина має лише два ступеня свободи і тільки один з них є незалежним, наприклад, якщо незалежний ступінь свободи являє собою перший компонент, орбітальне повертання охоплюваного елемента, то залежний ступінь свободи являє собою поворотний 6 рух охоплюваного елемента, оскільки надання напрямку останньому при його поворотному русі забезпечує контакт між охоплюваною і тією, що охоплює, поверхнями, і навпаки. Отже, ця ротаційна ґвинтова машина має обмежений технічний потенціал, а також їй властиві істотні теплові втрати. Мета цього винаходу полягає у створенні ротаційної ґвинтової машини, в якій розширені технічний і функціональний потенціали, у зменшенні кутової довжини термодинамічних циклів, у підвищенні коефіцієнта корисної дії і у зменшенні загальних теплових втрат машини. У винаході створена ротаційна ґвинтова машина, в якій перший з охоплюваного і того, що охоплює, елементів шарнірно встановлений у корпусі і сам здатний обертатись навкруг своєї фіксованої осі відповідно до обертального руху, в якій кривошипний пристрій приєднаний (шарнірно) до другого з охоплюваного і того, що охоплює, елементів, аби забезпечити можливість обертання осі другого елемента навкруг фіксованої осі першого елемента відповідно до орбітального руху з довжиною E як радіус, і яка має синхронізатор для синхронізації поворотного руху і орбітального руху обертання, одного відносно іншого, так що охоплювана і та, що охоплює, поверхні входять у зачеплення одна з одною. В усьому тексті, коли мова йде про те, що ось елемента здійснює рух по круговій орбіті навкруг нерухомої осі іншого елемента, такий рух називатиметься повертанням осі, а процес орбітального обертання осі елемента по колу навкруг нерухомої осі іншого елемента називатиметься повертанням. У процесі повертання, коли рухомий елемент обертається навкруг своєї осі, що р ухається по орбіті, такий рух називатиметься поворотом елемента, а сам процес периферійного обертання елемента навкруг своєї осі, що пересувається по орбіті, називатиметься поворотом. Таким чином, планетарний рух являє собою суму повертання і повороту. Коли поворот дорівнює нулю, а повертання не дорівнює нулю, планетарний рух стає поступальним круговим рухом. Кривошипним пристроєм і першим з охоплюваного і того, що о хоплює, елементів можна керувати незалежним чином, що призводить до незалежності обертального руху і орбітального руху повертання. Отже, ротаційна ґвинтова машина має два незалежних ступеня свободи. Згідно з кращим варіантом здійснення конструкції ротаційна ґвинтова машина додатково має одноканальний обертальний передавальний засіб, приєднаний до кривошипного пристрою або до першого елемента, або двоканальний обертальний передавальний засіб, приєднаний до кривошипного пристрою або до першого елемента. У цьому випадку кривошипному пристрою і першому елементу буде надано руху спільно з обертальним передавальним засобом, причому з незалежним вибором швидкості руху. У кращому варіанті здійснення конструкції охоплювану і ту, що охоплює, поверхні приводять 7 83802 у механічний контакт, формуючи кінематичну пару, що забезпечує передавання руху між першим і другим елементами. Така ротаційна ґвинтова машина має три ступені свободи, два з яких є незалежними, що дозволяє ввести додатковий обертальний рух першого елемента. Вісь другого елемента може здійснювати повертання навкруг осі першого елемента, а сам другий елемент може здійснювати поворот навкруг своєї р ухомої осі завдяки самозачепленню охоплюваної і тієї, що охоплює, поверхонь, що призводить до планетарного руху другого елемента відносно осі першого елемента, при цьому сам перший елемент може здійснювати обертання навкруг своєї нерухомої осі. Зокрема, коли кількість формуючих дуг профілю, що о хоплює, більше кількості формуючих дуг охоплюваного профілю, синхронізацію буде забезпечено самозачепленням елементів, тобто без застосування спеціальних синхронізуючих механізмів. Згідно з кращим варіантом здійснення конструкції, коли механічні контакти небажані або нелегко забезпечити, або трохи поліпшити надання руху др угому елементу, ротаційна ґвинтова машина, крім того, має додатковий синхронізатор, який пов'язаний з корпусом і забезпечує можливість повороту друго го елемента навкруг своєї осі. Відповідно до типу додаткового синхронізатора, наприклад, планетарної передачі, швидкість поворотного руху другого елемента є пропорційною (краще збільшена, тобто має коефіцієнт пропорційності, більший за одиницю) швидкості поворотного руху першого елемента. Згідно з кращим варіантом здійснення конструкції ротаційна ґвинтова машина додатково має обертальний передавальний засіб, приєднаний до кривошипного пристрою і до одного з охоплюваних або того, що о хоплює, елементів. Перший і другий елементи здійснюють як обертальний, так і поворотний рух, при цьому обертальний передавальний засіб може бути з'єднаний з першим та/або другим елементом та/або з кривошипом відповідно до визначеного компонування елементів, що складають ротаційну ґвинтову машину. Таким чином, першому елементу може бути наданий рух др угим елементом, який у цьому разі являє собою рушійний елемент і який сам по собі приєднаний до обертального передавального засобу, і навпаки. У кращому варіанті здійснення конструкції синхронізатор додатково має кінематичний механізм з'єднання обох елементів один з одним, при цьому кінематичний єднальний механізм має принаймні один єднальний пристрій, який шарнірно встановлений у корпусі. Таким чином, як кривошипному пристрою, так і рушійному елементу, або кривошипному пристрою, або рушійному елементу, може бути надано руху за допомогою обертального передавального засобу, так що їхні р ухи можуть бути однаковими або різними відносно один одного. Зв'язок між їхніми рухами встановлює тип вибраних єднальних пристроїв. 8 У кращому варіанті здійснення конструкції кінематичний єднальний механізм має планетарну передачу, розташування якої між кривошипним пристроєм і рушійним елементом може викликати прискорення або уповільнення елемента, якому надається рух планетарною передачею, відносно елемента, приєднаного до обертального передавального засобу. У кращому варіанті здійснення конструкції синхронізатор має планетарну передачу або інвертор, або кулісний механізм. Інвертор використовують для зміни на зворотній напрямку обертального руху осі другого елемента відносно обертального руху першого елемента. Відповідно до розташування планетарної передачі відносно другого елемента обидва згаданих рухи можуть відбуватись в одному і тому самому напрямку, або у різних напрямках. Таким чином, інвертор може бути використаний у додаток до планетарної передачі, або для її заміни. Коефіцієнт корисної дії ґвинтової машини є пропорційним швидкості циклів, що полягають у відкритті і закритті камер, утворених між першою і другою поверхнями, причому він завжди є більш високим, оскільки у русі перебувають як перший, так і другий елементи. Проте найкращий результат одержують у тому випадку, якщо швидкість обертального руху першого елемента дорівнює швидкості обертального руху осі другого елемента, але при протилежному напрямку обертання. У цьому разі механічні зусилля, що додаються першим і другим елементами до корпусу, є рівними та протилежними, так що результуючий імпульс сили практично дорівнюватиме нулю. Машини цього типу використовують у ти х випадках, коли слід уникати вібрації або вібрація має бути значною мірою обмежена. Загалом, два або більше обертових елемента ротаційних ґвинтових машин (включаючи елементи, які протилежно обертаються) можуть бути з'єднані за допомогою передавальних механізмів з обертовими елементами зовнішніх вузлів або механізмів. З'єднання цього типу може бути здійснено, наприклад, при комбінованій роботі об'ємної машини з протилежним обертанням у режимі двигуна із зовнішніми контрроторними пристроями, такими як контрроторна турбіна, контрроторний компресор або контрроторна електрична машина, контрроторні крила повітряних або морських транспортних засобів, контрроторні ріжучі інструменти тощо. Коефіцієнт корисної дії ротаційної ґвинтової машини також може бути підви щений шляхом збільшення кількості перших і др уги х елементів. Таким чином, згідно з кращим варіантом здійснення конструкції ротаційна ґвинтова машина додатково має або принаймні один додатковий охоплюваний і той, що охоплює, елементи, розташовані у лінію зі згаданими охоплюваним і тим, що охоплює, елементами, або принаймні третій елемент, який розташований всередині або оточує о хоплюваний і той, що охоплює, елементи, причому у такий спосіб, що їхні поверхні перебувають у механічному контакті, аби сформувати додаткові камери. 9 83802 У кращому варіанті здійснення конструкції порядок симетрії Nf частини, що охоплює, дорівнює Nm-1, або Nm+1. Для більш легкого здійснення як охоплюваного, так і того, що о хоплює, елементів вони можуть бути виконані у вигляді збірки великої кількості ідентичних елементів, що мають спеціальний профіль і орієнтовані відносно один одного таким чином, аби визначити принаймні одну робочу камеру, яка проходить в осьовому напрямку. Кутова відстань між двома послідовними елементами безпосереднім чином пов'язана із кількістю вибраних елементів. Коли кількість елементів обмежена, робоче середовище, з яким машина здійснює обмін енергією, може бути допущене крізь поперечний переріз з одного кінця механізму, і може уходити крізь інший його кінець. У кращому варіанті здійснення конструкції охоплювана і та, що о хоплює, поверхні можуть перероджуватись у циліндричні поверхні. Ще один аспект винаходу відноситься до способу перетворення руху в об'ємній ґвинтовій машині. Винахід відноситься до способу перетворення руху в об'ємній ґвинтовій машині із внутрішнім сполученням ґвинтових елементів та з примусовим витисненням об'ємів робочих камер трирозмірного типу (3-D), які сформовані суміжними оточуючими (що охоплюють) і що оточуються (охоплюваними) ґвинтовими елементами. Способи перетворення руху використовують для перетворення механічної енергії руху і енергії робочої речовини у робочих камерах ґвинтової машини та для передавання потоку позитивної енергії при її перетворенні. Важливим є те, що перетворення і передавання потоку перетворюваної позитивної енергії являють собою оборотний процес. Способи базуються на створенні взаємопов'язаних відносних рухів синхронізуючих ланок і ґвинтових, сполучених о хоплюваного і того, що охоплює, елементів, які формують своїми внутрішньою і зовнішньою гелікоїдальними поверхнями робочі камери, які в процесі перетворення руху переміщуються в осьовому напрямку. Відомі способи перетворення руху в об'ємних ґвинтових машинах при перетворенні позитивної енергії містять: передавання потоку перетворюваної позитивної енергії крізь кінематичний канал механічного обертання, утворений незалежним ступенем свободи елементів, що здійснюють планетарний рух; надання одному з охоплюваного або того, що о хоплює, елементів планетарного руху з двома ступенями свободи механічного обертання, з яких один являє собою незалежний ступінь свободи відносно фіксованої центральної осі іншого елемента. З одного боку, зовнішня обвідниця охоплюваного профілю може являти собою початкову трохоїду з порядком симетрії Nm, тоді внутрішній сполучуваний профіль, що охоплює, являє собою зовнішню обвідницю із сімейства трохоїд з порядком симетрії Nf=Nm+1, і обидва профілі постійно мають Nm+1 точки контакту. 10 З іншого боку, зовнішня обвідниця охоплюваного профілю може бути виконана у вигляді внутрішньої обвідниці з вищезгаданого трохоїдального сімейства з порядком симетрії Nm, а профіль, що охоплює, у цьому разі являє собою трохоїду з порядком симетрії Nf=Nm-1, і обидва профілі постійно мають Nm точки контакту. В обох випадках точки контакту являють собою точки зламу однієї з обвідниць і забезпечують можливість поступової ізоляції робочих камер шляхом контакту між тією, що охоплює, і охоплюваною поверхнями. Внутрішня поверхня, що охоплює, і зовнішня охоплювана поверхня являють собою ґвинтові поверхні з рівнобіжними осями, причому деякі з них можуть бути р ухомими і відстоять на відстані, що позначена як ексцентриситет E. У випадку відомих способів перетворення руху в об'ємних ґвинтових машинах забезпечують координований рух елементів з кроками (періодами) Рm і Pf крутіння розрахункових профілів кінцевих ділянок елементів. Початкове крутіння виконують у парі суміжних елементів у площинах, які є нормальними до головної поздовжньої осі ґвинтових елементів, при цьому воно являє собою біротативний процес повороту кінцевих ділянок навкруг їхньої центральної осі. Взаємозв'язок кроків тієї, що охоплює, і охоплюваної поверхонь визначається зв'язком порядків симетрії згаданих профілів відповідно до такої залежності: Pf N +1 = m Pm Nm У відомих машинах із внутрішньою обвідницею кількість робочих камер дорівнює Nm, а осьовий крок кожної робочої камери дорівнює Рm, в той час як у відомих машинах із зовнішньою обвідницею кількість робочих камер дорівнює Nm+1, а осьовий крок кожної робочої камери дорівнює Pf. У випадку кінцевих величин Рm і Pf у процесі перетворення руху елементів за допомогою синхронізуючих єднальних ланок (або за допомогою самосинхронізації у машинах із зовнішньою обвідницею) можна встановити планетарний рух якогось одного з елементів (охоплюваного або того, що охоплює) відносно іншого (фіксованого) елемента з двома ступенями свободи, один з яких являє собою незалежний ступінь свободи механічного обертання. Усі відомі способи перетворення руху в об'ємних Ґвинтових машинах із внутрішнім сполученням зведені до двох наступних способів: ротаційного (що частіше називають біротативним) і планетарного способів. Згідно з першим способом обертання (обертання елемента навкруг своєї нерухомої осі) в одному напрямку навкруг нерухомої рівнобіжної осі одночасно переходить у взаємопов'язане обертання двох ланок - того, що охоплює, і охоплюваного елементів із початковими і сполученими Ґвинтовими профілями. Згідно з другим способом одному елементу передають планетарний рух (технічно краще передавати планетарний рух о хоплюваному елементу), так що його центр переміщується по колу на 11 83802 вкруг центра другого елемента, у даному разі фіксованого елемента (елемента, що охоплює). Звичайно за допомогою синхронізуючих єднальних ланок (або за допомогою самосинхронізації у машинах із зовнішньою обвідницею) можна встановити планетарний рух якогось одного з елементів (охоплюваного або того, що о хоплює) відносно іншого, фіксованого елемента, з двома ступенями свободи, один з яких є незалежним. У випадку відомих способів фіксований елемент, що охоплює, загалом, задає планетарний рух охоплюваного елемента відносно фіксованої центральної осі елемента, що охоплює, і оточує його. Як було вказано вище, планетарний рух може бути поданий у вигляді суми двох компонентів обертання - обертання і повороту. Перший компонент обертання цього планетарного руху забезпечує окреслення віссю охоплюваної поверхні циліндра з радіусом E навкруг центральної осі фіксованої поверхні, що охоплює, при цьому вісь планетарного елемента повертається по орбіті з радіусом E з умовною швидкістю w. Другим компонентом цього планетарного руху є поворотний рух, тобто периферійне обертання охоплюваного елемента навкруг його рухомої осі зі швидкістю ± w N (мінус, коли охоплюваний елемент трохоїдальний, а плюс, коли охоплюваний елемент являє собою внутрішню обвідницю). Коефіцієнт корисної дії способу перетворення руху у конкретній ґвинтовій машині визначається інтенсивністю термодинамічних процесів, що відбуваються у машині, і відрізняється узагальненим параметром "кутовий цикл". Цикл дорівнює куту повороту будь-якого обертального елемента (охоплюваної, тієї, що охоплює, або синхронізуючої ланки), вибраного як елемент із незалежним ступенем свободи. У випадку відомих способів функцію кінематичного каналу для підведення і відведення позитивної енергії при її перетворенні може виконувати вихідний вал синхронізуючої ланки, наприклад, кривошипний вал охоплюваного елемента тощо. Куто вий цикл дорівнює куту повороту елемента із незалежним ступенем свободи, при якому відбувається повний період зміни площі поперечного перерізу (або повного відкриття та закриття) робочої камери, утвореної тим, що охоплює, і охоплюваним елементами, а також осьовий рух робочої камери за один період Рm у машинах із внутрішньою обвідницею або за один період Pf у машинах із зовнішньою обвідницею. При перетворенні планетарного руху елемента, що охоплює, виконаного у вигляді зовнішньої обвідниці, рух обертання осі охоплюваного елемента може бути вибрано як незалежне обертання, а поворот охоплюваного елемента являє собою залежне обертання. При цьому кутовий цикл визначається кутом обертання осі охоплюваного елемента, який дорівнює: pNm g= Nm - 1 12 Цей кут дорівнює куту повороту кривошипного вала синхронізуючої ланки (з якою елемент, що охоплює, шарнірно встановлений на кривошипі, виконує поворотний рух у процесі планетарного руху), коли позитивну механічну енергію підводять за допомогою кінематичного кривошипа - каналу з незалежним ступенем свободи. При підведенні позитивної енергії механічного обертання безпосередньо до елемента, що охоплює, поворотний рух о хоплюваного елемента вибирають як незалежне обертання, а повертання осі охоплюваного елемента як залежне обертання. Поворот охоплюваного елемента з незалежним ступенем свободи навкруг своєї рухомої осі шляхом самосинхронізуючої конфігурації того, що о хоплює, і охоплюваного елементів викликає повертання осі (залежний ступінь свободи) по орбіті із радіусом E навкруг фіксованої осі елемента, що охоплює. У цьому випадку кутовий цикл дорівнює: g= p Nm - 1 Відомі способи перетворення руху використовують, зокрема, у свердловинних двигунах при нафтовому, газовому або геотермальному свердлінні [так, як описано у французькому патенті FRA-997957 і в патенті США 3975120]. Перетворення руху, що використовується у двигуна х, описане [V.Tiraspolskyi ("Гідравлічні свердловинні двигуни для свердління", курс зі свердління, стор.258-259, опубліковано у виданні Technip, Париж 15е]. Подібне перетворення руху в цих двигунах звичайно здійснюють із фіксованим елементом, яким є елемент, що охоплює, при цьому планетарний рух охоплюваного елемента відносно елемента, що охоплює, відповідно зветься його абсолютним рухом. Відомі способи перетворення руху в об'ємних Ґвинтових машинах зі сполученими елементами криволінійної форми, що реалізуються у подібних об'ємних машинах, мають такі недоліки: обмежений технічний потенціал через недоскональний процес організації руху, який не дозволяє збільшити кількість кутови х циклів за один оборот рушійного елемента із незалежним ступенем свободи; обмежена питома потужність подібних ґвинтових машин; обмежений коефіцієнт корисної дії; вплив реактивних сил на нерухомий корпус машини. Винахід спрямований на вирішення проблеми розширення технічних і функціональних потенційних можливостей способу перетворення руху у ґвинтових машинах шляхом створення додаткового кінематичного каналу для позитивної енергії перетворення з незалежним ступенем свободи руху, тобто шляхом збільшення загальної кількості ступенів свободи обертального руху до трьох, з яких три є незалежними. При цьому буде забезпечене збільшення коефіцієнта корисної дії способу і збільшення кількості кутових циклів зміни об'єму витискальних камер на один оборот рушійного вала, в результаті чого відбувається інтенсифікація процесу перетворення позитивної енергії і зме 13 83802 ншення (аж до нуля) механічних реактивних сил, що діють на опори об'ємної ґвинтової машини. Згідно з другим аспектом винаходу до перетворення руху о хоплюваного і того, що охоплює, елементів, а також ланок синхронізуючого з'єднання, введений другий незалежний ступінь свободи. При перетворенні планетарний рух елемента, вісь якого збігається із центральною фіксованою віссю, виконують у вигляді обертального руху навкруг фіксованої осі з незалежним ступенем свободи обертального руху. З цією метою частину позитивної перетворюваної енергії передають шляхом другого незалежного ступеня свободи механічного обертання елемента, що виконує обертальний рух навкруг фіксованої центральної осі. У випадку способу згідно з винаходом будуть виконані різні взаємопов'язані обертальні рухи ланки синхронізуючого з'єднання, а також охоплюваного і того, що о хоплює, елементів. Якісь два обертання з трьох (обертання, повертання і поворот) вибирають як незалежні ступені свободи обертального руху, а третє обертання являє собою залежну диференційну функцію двох незалежних обертань, при цьому повертання осі планетарного елемента навкруг центральної фіксованої осі по радіусу E створюють одночасно із поворотом цього елемента та обертанням іншого суміжного елемента навкруг його центральної фіксованої осі. Спосіб перетворення руху в об'ємній ґвинтовій машині згідно з винаходом містить створення взаємопов'язаних рухів ґвинтови х сполучених елементів у формі охоплюваного і того, що охоплює, елементів і ланок синхронізуючого з'єднання за допомогою перетворених позитивних потоків механічної енергії та енергії робочої речовини у робочих камерах об'ємної ґвинтової машини, забезпечуючи надання одному з охоплюваного або того, що охоплює, елементів планетарного руху з двома ступенями свободи механічного обертання, один з яких являє собою незалежний ступінь свободи, з передаванням при цьому потоку перетворюваної позитивної енергії шляхом незалежного ступеня свободи механічного обертання машини. У кращому варіанті здійснення конструкції спосіб забезпечує створення диференційно пов'язаного руху охоплюваного і того, що о хоплює, елементів і ланок синхронізуючого з'єднання з другим незалежним ступенем свободи обертального руху, і передавання потоку перетворюваної позитивної енергії у формі двох потоків за допомогою двох незалежних ступенів свободи механічного обертання машини. Крім того, згідно зі ще одним варіантом здійснення конструкції у процесі перетворення руху охоплюваного і того, що охоплює, елементів і ланок синхронізуючого з'єднання може бути створений принаймні один залежний ступінь свободи обертального руху, і частина потоку перетворюваної позитивної енергії всередині машини може бути використана при перетворенні руху за допомогою додаткового залежного ступеня свободи механічного обертання машини зі зменшенням при цьому кількості незалежних ступенів свободи на одиницю. 14 Згідно зі ще одним варіантом здійснення конструкції кутові швидкості згаданих елементів, як диференційно зв'язані одна з одною, можуть бути визначені відповідно до такої залежності: k1w1+k 2w2+w3=0, де: w1, w2 - кутова швидкість суміжних елементів навкруг їхньої осі; w3 - кутова швидкість ланки синхронізуючого з'єднання; k1, k 2 - постійні коефіцієнти з'єднання; при цьому величини кутових швидкостей обертання сполучених елементів визначають з такої залежності: (z-1)w1-zw2+w 0=0, де: w1 - кутова швидкість навкруг своєї осі елемента, огинальна поверхня якого має форму криволінійної поверхні; w2 - кутова швидкість обертання навкруг своєї осі елемента, згинальна поверхня якого має форму внутрішньої або зовнішньої обвідниці сімейства поверхонь, утворених згаданою криволінійною поверхнею; w0 - кутова швидкість орбітального обертання осі елемента, що здійснює планетарний рух; z - ціле число, z>1. Крім того, згідно зі ще одним варіантом здійснення способу можуть бути синхронізовані відносно один одного будь-які два з трьох обертань, а саме, обертання одного з суміжних елементів навкруг своєї фіксованої осі, повертання осі елемента, що здійснює планетарний рух з ланкою синхронізуючого з'єднання, і повороту елемента з рухомою віссю. Ротаційна ґвинтова машина згідно з цим винаходом буде більш зрозумілою при розгляді фігур, що додаються, на яких показані приклади, які не накладають будь-яких обмежень. На Фіг.1 поданий поздовжній перетин ротаційної ґвинтової об'ємної машини з обертальним рухом елемента, що охоплює, і з круговим поступальним рухом охоплюваного елемента, із внутрішньою обвідницею, при цьому Nf=Nm-1. На Фіг.2 поданий поперечний переріз по лінії llIl на Фіг.1. На Фіг.3 поданий поздовжній перетин ротаційної ґвинтової об'ємної машини, виконаної із забезпеченням обертального руху елемента, що охоплює, і з круговим поступальним рухом охоплюваного елемента, із зовнішньою обвідницею, при цьому Nf=Nm+1. На Фіг.4 поданий поперечний переріз по лінії lV-lV на Фіг.3. На Фіг.5 поданий поздовжній перетин ґвинтової об'ємної машини, виконаної із забезпеченням обертання елемента, що охоплює, із зовнішньою обвідницею, при цьому Nf=Nm+1, і з круговим поступальним рухом охоплюваного елемента. На Фіг.6 поданий поперечний переріз по лінії Vl-Vl на Фіг.5. На Фіг.7 поданий поздовжній перетин ще одного варіанта здійснення конструкції ротаційної ґвинтової об'ємної машини з обертальним рухом охоплюваного елемента та з круговим поступальним рухом елемента, що охоплює, при цьому Nf=Nm-1. 15 83802 На Фіг.8 поданий поперечний переріз по лінії Vlll-Vlll на Фіг.7. На Фіг.9 поданий поздовжній перетин ґвинтової об'ємної машини з протилежним обертанням, з двоканальним обертальним передавальним засобом, з планетарним рухом охоплюваного елемента і з обертальним рухом елемента, що охоплює, при цьому Nf=Nm-1. На Фіг.10 поданий поперечний переріз по лінії X-X на Фіг.9. На Фіг.11 поданий поздовжній перетин ротаційної ґвинтової об'ємної машини з протилежним обертанням, з одноканальним обертальним засобом, з планетарним рухом охоплюваного елемента і з обертальним рухом елемента, що охоплює, при цьому Nf=Nm-1. На Фіг.12 поданий поперечний переріз по лінії Хll-Хll на Фіг.11. На Фіг.13 поданий поздовжній перетин ґвинтової об'ємної машини з протилежним обертанням, з одним незалежним ступенем свободи обертання елемента, що охоплює, при цьому Nf=Nm-1. На Фіг.14 поданий поперечний переріз по лінії ХlУ-Хl\/ на Фіг.13. На Фіг.15 поданий поздовжній перетин ґвинтової об'ємної машини з протилежним обертанням, з двома незалежними ступенями свободи повертання кривошипа, що проходить крізь вісь охоплюваного елемента, і з обертанням елемента, що охоплює, при цьому Nf=Nm+1. На Фіг.16 поданий поперечний переріз по лінії XVl-XVl на Фіг.15. На Фіг.17 поданий поздовжній перетин ґвинтової об'ємної машини з протилежним обертанням, з планетарним рухом охоплюваного елемента і обертальним рухом елемента, що о хоплює, при цьому Nf=Nm+1. На Фіг.18 поданий поперечний переріз по лінії XVlll-XVlll на Фіг.17. На Фіг.19 поданий схематичний вигляд у перспективі ротаційної ґвинтової об'ємної машини з кулісним механізмом і з планетарним рухом охоплюваного елемента, при цьому Nf=Nm+1. На Фіг.20 поданий поперечний переріз робочих камер ротаційної ґвинтової об'ємної машини з додатковими охоплюваним і тим, що охоплює, елементами, розташованими співвісно. На Фіг.21 поданий рознесений вигляд у перспективі, що пояснює спосіб перетворення руху у ротаційній ґвинтовій об'ємній трирозмірній машині і принцип формування огинальних криволінійних поверхонь охоплюваного і того, що охоплює, елементів. На Фіг.22 подана схема, що пояснює спосіб перетворення руху в об'ємній ґвинтовій машині з протилежним обертанням і з планетарним рухом елемента, що охоплює, при цьому Nf=Nm-1. Ротаційна об'ємна ґвинтова трирозмірна машина згідно з Фіг.1 забезпечує круговий поступальний рух о хоплюваного елемента 10, тобто вісь охоплюваного елемента 10 може виконувати тільки орбітальний рух обертання, а поворотний рух елемента 10 відсутній, в той час як сам по собі елемент, що о хоплює, 20 може здійснювати обертання. 16 Круговий поступальний рух о хоплюваного елемента 10, вісь якого Xm повертається по орбіті з радіусом E навкруг фіксованої осі Xf елемента, що охоплює, 20, відрізняється тим, що пряма лінія, що з'єднує будь-які дві точки охоплюваного елемента 10, переміщується рівнобіжно її первісному напрямку. Коли о хоплюваний елемент 10 переміщуються, здійснюючи круговий поступальний рух, його периферійна швидкість навкруг рухомої осі Хm дорівнює нулю, тобто відсутній його поворотний рух. У машині, що виконана згідно з Фіг.1, охоплюваний елемент утворений із зовнішньою поверхнею 12 (Nm=3), яка має тридугову ґвинтову форму, в той час як елемент, що охоплює, має внутрішню поверхню 22 (Nf=2) з дводуговою формою. Зовнішня поверхня охоплюваного елемента 10 утворює охоплювану поверхню 12, а внутрішня поверхня елемента, що охоплює, 20 утворює внутрішню поверхню, що охоплює, 22. Охоплювана 12 і та, що охоплює, 22 поверхні являють собою спіральні поверхні, які мають рівнобіжні осі Хm і Xf, що відстоять одна від одної на довжину E. Охоплювана 12 і та, що о хоплює, 22 поверхні утворюють принаймні одну робочу камеру 11 шляхом розвитку лінійних контактів A1, A2, A3 охоплюваної 12 і тієї, що о хоплює, 22 поверхонь і відносного переміщення охоплюваного 10 і того, що охоплює, 20 елементів. Номінальний профіль 14 охоплюваного елемента 10, що має порядок симетрії Nm=3 відносно центра Оm, розташованого на осі Xm охоплюваного елемента, представлений у поперечному перерізі ротаційної ґвинтової об'ємної трирозмірної машини, поданому на Фіг.2. Таким же чином номінальний профіль 24 елемента, що охоплює, 20 має порядок симетрії Nf=2 відносно центра Of, розташованого на осі Xf елемента, що охоплює, при цьому Nf=Nm-1. Як показано на Фіг.2, охоплюваний профіль 14 складається з трьох ідентичних виступів, які охоплюють однаковий кутовий сектор з кутом вершини Om, що дорівнює 120°. Те саме стосується двох виступів профілю, що о хоплює, 24, які є діаметрально протилежними. Кількість таких виступів визначає порядок симетрії. Елемент, що о хоплює, 20 шарнірно встановлений у стаціонарному основному корпусі 30, який має основну вісь X, і механічно з'єднаний з одноканальним передавальним засобом 31 у поворотній ланці, так щоб він міг сам по собі обертатись навкруг цієї основної осі X, яка у цьому випадку збігається із віссю Xf елемента, що о хоплює. Ротаційна ґвинтова об'ємна машина додатково містить кривошипоподібний механізм, що має кривошипний пристрій 32, який шарнірно з'єднує основний корпус 30 і охоплюваний елемент 10, і має ексцентриситет, що дорівнює E. Фактично кривошипний пристрій 32 складається з першого валоподібного кінця 32', шарнірно встановленого в основному корпусі 30, і другого валоподібного кінця 32", який є рівнобіжним першому валоподібному кінцю 32', але відстоїть від нього на відстані E. Таким чином, перший валоподібний кінець 32' збігається з віссю X, яка відповідає рушійній осі кри 17 83802 вошипного пристрою 32, а другий валоподібний кінець 32" збігається з рушійною віссю кривошипного пристрою 32, яка є співвісною з віссю Хm і при цьому зміщена на відстань E відносно основної осі X. Охоплюваний елемент 10 шарнірно встановлений на цьому другому кривошипоподібному кінці 32", так що др угий кривошипоподібний кінець 32" може повертатись навкруг фіксованої осі Xf елемента, що охоплює, тобто його центр Оm може описувати круг з радіусом E і центром Of. Отже, вісь Xm охоплюваного елемента 10 здійснює орбітальний рух повертання навкруг осі Xf елемента, що о хоплює, яка збігається з основною віссю X, в той час як сам елемент, що охоплює, 20 здійснює обертання навкруг основної осі X стаціонарного корпусу 30. Щоб забезпечити два незалежних ступеня свободи охоплюваного елемента 10, кривошипний пристрій 32 і елемент, що о хоплює, 20 можуть здійснювати незалежний рух. При використанні як двигун об'ємна ротаційна Ґвинтова машина перетворює енергію, одержувану при об'ємному витисненні робочого середовища, на механічну енергію, в той час як при її використанні, наприклад, як насос, вона перетворює механічну енергію засобу 31, далі одержувану внаслідок руху кривошипного пристрою 32, на об'ємне витиснення робочого середовища. Щоб збільшити коефіцієнт корисної дії такої об'ємної машини, обертальний рух можуть виконувати як кривошипний орган 32, так і елемент, що охоплює, 20. Ґвинтова об'ємна машина додатково має основну синхронізуючу єднальну ланку у формі кривошипного пристрою 32 і додатковий механізм синхронізації у формі кривошипного пристрою 34, рівнобіжного пристрою 32, і шестерні 36, 38, 40. Кінематичний зв'язок між елементом, що охоплює, 20 і кривошипним пристроєм 32 забезпечує рух повертання кривошипного пристрою 32 при обертанні елемента, що о хоплює, 20, якому надається рух за допомогою передачі одноканальним обертальним передавальним засобом 31. Проте, оскільки порядок симетрії Nf становить Nm-1, синхронізація не буде здійснена шляхом самозачеплення елементів; необхідно забезпечити кінематичний зв'язок, який може бути вибраний у формі знижувального або того, що підвищує, шестеренного рушія. Тому ротаційна ґвинтова машина має кінематичний зв'язок між елементом, що охоплює, 20 і кривошипним пристроєм 32, аби забезпечити рух кривошипного пристрою 32 при обертанні елемента, що о хоплює, 20. Як показано на Фіг.1, кінематичний зв'язок може мати принаймні один єднальний пристрій 36, наприклад, зубчасте колесо, шарнірно встановлене у поворотній ланці в корпусі 30, яке може входити у зачеплення, з одного боку, із внутрішньою кільцевою шестернею 38, встановленою на елементі, що охоплює, 20, та, з іншого боку, з шестернею 40, встановленою на кривошипному пристрої 32. Трохоїдальна машина, крім того, має додатковий кривошип 34, який забезпечує можливість кру 18 гового поступального руху о хоплюваного елемента 10 і повертання осі Хm охоплюваного елемента навкруг осі Xf елемента, що охоплює. Кожний кривошип 32, 34 має перший кривошипоподібний кінець 32', відповідно 34', і другий кривошипоподібний кінець 32", відповідно 34". Перший кривошипоподібний кінець 32' взаємодіє із шестернею 40, відповідно кривошипоподібний кінець 34' взаємодіє із корпусом 30, а другий кривошипоподібний кінець 32", відповідно 34", шарнірно встановлений в елементі, що охоплює, 10 і є рівнобіжним першому кривошипоподібному кінцю 32', 34', але відстоїть від нього на відстані E. Охоплюваний елемент 10 взаємодіє з обома кривошипоподібними кінцями 32" і 34", так що охоплюваний елемент 10 може здійснювати круговий поступальний рух, тобто вісь Хm може описувати круг, що має радіус E і центр Of. Ексцентриситети E кривошипного пристрою 32 і кривошипного пристрою 34 є рівними. Єднальний пристрій 36, 38 і 40, і кривошипний вал 34 формують синхронізатор, який забезпечує синхронізацію поворотного руху о хоплюваного елемента і обертального руху елемента, що охоплює. Передавальне відношення між кривошипним пристроєм 32 і елементом, що охоплює, 20 визначається шестеренними колесами 36, 38 і 40, та, зокрема, кількістю зубів Z38 і Z40 шестерней 38 і 40. Кутовий цикл буде виконано за 180 градусів обертання елемента 20, коли: Z38 =2 Z40 При використанні як двигун ґвинтова об'ємна машина згідно з Фіг.1 перетворює енергію робочої речовини на механічну енергію, що передається до засобу 31. Навпаки, коли машину використовують, наприклад, як насос, вона перетворює механічну енергію, що надходить від засобу 31, на енергію робочої речовини. На Фіг.3 поданий варіант трирозмірної об'ємної ротаційної ґвинтової машини з круговим поступальним рухом охоплюваного елемента 110, яка діє подібно до машини, показаної на Фіг.1, але з іншим відношенням чисел симетрії охоплюваної і тієї, що охоплює, поверхонь. У цьому разі зовнішня поверхня 112 охоплюваного елемента 110 має форму дводугової трохоїди 114 (Nm=2) у поперечному перерізу (див. Фіг.4), у той час як внутрішня поверхня 122 елемента, що охоплює, 120 виконана у формі тридугової зовнішньої обвідниці 124 (Nf=3) у поперечному перерізі (див. Фіг.4). У цьому разі знову охоплюваний елемент 110 взаємодіє з кривошипним пристроєм 32 і кривошипом 34 для виконання кругового поступального руху, тобто вісь Хm о хоплюваного елемента 110 може здійснювати орбітальний рух повертання, в той час як сам елемент, що охоплює, 120, шарнірно встановлений у поворотній ланці в стаціонарному корпусі 30, може здійснювати обертання. Проте у цьому разі внаслідок того, що кількість формоутворюючих дуг є більшою для поверхні, що охоплює, 124 (Nm+1), ніж для охоплюваної поверхні 122, той, що охоплює, 120 і охоплюваний 110 19 83802 елементи формують кінематичну пару, яка забезпечує самосинхронізацію. Об'ємна машина згідно з Фіг.3 діє наступним чином. При поворотному русі кривошипного пристрою 32 (Фіг.3) внаслідок взаємодії з кривошипом 34 охоплюваний елемент 110 здійснює круговий поступальний рух, вісь Хm описує циліндр, що має радіус E відносно осі Xf елемента, що о хоплює, проте сам охоплюваний елемент не здійснює поворотного руху. У результаті руху о хоплюваного елемента 110 відбувається самозачеплення охоплюваної поверхні 112 із внутрішньою поверхнею 122 елемента, що охоплює, 120, що призводить таким чином до обертання у тому самому напрямку, що й обертання кривошипного пристрою 32, самого елемента, що охоплює, 120 навкруг його осі Xf, яка збігається з основною віссю X корпусу 30. На Фіг.5 поданий варіант трирозмірної об'ємної ґвинтової машини з круговим поступальним рухом охоплюваного елемента 110, а на Фіг.6 поданий поперечний переріз по лінії Vl-Vl на Фіг.5, при цьому машина діє подібно до машини, що показана на Фіг.3 (Nm=2, a Nf=3), але з іншим з'єднанням одноканального обертального засобу 31 та з двома рівнобіжними кривошипами 34 замість лише одного. З одного боку, у цьому разі знову охоплюваний елемент 110 взаємодіє принаймні з двома рівнобіжними кривошипами 34, аби здійснити круговий поступальний рух. З іншого боку, у цьому разі відсутній кривошипний пристрій 32, а елемент, що охоплює, 120 шарнірно встановлений у поворотній ланці у стаціонарному корпусі 30, при цьому він може обертатись з наданням йому руху за допомогою одноканального передавального засобу 31. Кожний кривошип 34 має кривошипоподібний кінець 34', шарнірно встановлений у корпусі 30, і кривошипоподібний кінець 34", шарнірно встановлений в охоплюваному елементі 110. Кривошипи 34 рівнобіжні один одному, і між кривошипоподібними кінцями 34' і 34" є відстань E. Охоплюваний елемент 110 взаємодіє з двома кривошипоподібними кінцями 34" для можливості здійснення кругового поступального руху о хоплюваного елемента 110, коли вісь Хm обертається по кругу з радіусом E і центром Of. У цьому разі ексцентриситети кривошипів 34 вибирають такими, що дорівнюють E. Елементу, що охоплює, 120 безпосереднім чином надають руху за допомогою одноканального засобу 31, при цьому немає необхідності у визначеному кривошипному пристрої 32, який описаний стосовно Фіг.3. Фактично, у цьому разі кривошипи 34 діють як кривошипоподібний механізм. Об'ємна ротаційна машина згідно з Фіг.5 діє наступним чином. Коли засіб 31 обертає елемент, що охоплює, 120 з кутовою швидкістю сої навкруг його осі Xf, яка збігається з основною віссю X корпусу 30, вн утрішня поверхня 122 елемента, що охоплює, 120 взаємодіє із зовнішньою поверхнею 112 охоплюваного елемента 110, а це призводить до кругового поступального руху о хоплюваного 20 елемента 110 у тому самому напрямку, що й напрямок елемента, що охоплює, 120, на рівнобіжних кривошипах 34. Коли охоплюваний елемент 110 здійснює круговий поступальний рух, вісь Хm охоплюваного елемента описує круг, що має радіус E і центр Of, з кутовою швидкістю w0 повертання, проте охоплюваний елемент 110 нe здійснює поворотного руху (w2 =0). У цьому разі w0/w1=3, w0=0, а кутовий цикл, виміряний по обертанню (елемент 120), дорівнює 180°. На Фіг.7 поданий ще один варіант здійснення конструкції трирозмірної об'ємної ротаційної ґвинтової машини з двома ступенями свободи, один з яких є незалежним. У цьому разі, як і на Фіг.1, елемент, що о хоплює, 20, може здійснювати круговий поступальний рух, в той час як охоплюваний елемент 10, приєднаний до одноканального обертального засобу 31, може сам здійснювати обертання по осі Хm, яка збігається із основною віссю X. У цьому разі знову, оскільки кількість формоутворюючих дуг профілю, що о хоплює, 24 є меншою, ніж їхня кількість у охоплюваного профілю 14 (Nf=2, a Nm=3, див. Фіг.8), необхідно забезпечити кінематичний зв'язок між охоплюваною 12 і тією, що о хоплює, 22 поверхнями. Від одного кінця охоплюваного елемента 10 проходить вал 42, на якому механічно закріплена зовнішня кільцева шестерня 44. Інший кінець охоплюваного елемента 10 шарнірно встановлений в основному корпусі 30 за допомогою поворотної ланки, так щоб він міг обертатись навкруг основної осі X. Зовнішня кільцева шестерня 44 постійно перебуває у зачепленні з великою кількістю шестерней 46, шарнірно встановлених в основному корпусі 30 у поворотній ланці, так щоб надавати самим цим шестерням 46 обертального руху. Кількість зубів Z44 і Z46 шестерней 44 і 46 вибирають таким чином, що: Z 44 =3 Z 46 Кожна шестерня 46 забезпечена кривошипним валом 48, який зміщений від осі 46' кожної шестерні 46 на довжину, що дорівнює E. Рівнобіжні кривошипні вали 48 розташовані у поворотній ланці в елементі, що охоплює, 20. Елементи 42, 44 і 46 слід порівняти з кривошипним пристроєм 32, шестернею 30, шестернями 36 і внутрішньою кільцевою шестернею 38 машини згідно з Фіг.1. Робота об'ємної машини, показаної на Фіг.7, відбувається з виконанням кругового поступального руху елемента, що охоплює, 20. У цій машині, коли охоплюваному елементу 10 надано руху за допомогою обертального засобу 31, він обертає шестеренні колеса 44 і 46, й у такий спосіб надає обертання кривошипним валам 48. Завдяки обертанню кривошипних валів 48 вісь Xf елемента, що охоплює, 20 здійснює орбітальне обертання навкруг осі Хm о хоплюваного елемента, тобто центр Of елемента, що охоплює, описує круг с радіусом E і центром Om, у тому самому напрямку, що й охоплюваний елемент 10. 21 83802 У вищезгаданих варіантах здійснення конструкції машини вибір ексцентриситету E не впливає на значення діаметрів синхронізуючих зубчастих коліс 36, 38, 40 згідно з Фіг.1 і коліс 44,46 згідно з Фіг.7. На Фіг.9 подана об'ємна ротаційна ґвинтова машина, подібна до ротаційної ґвинтової машини згідно з Фіг.1, але з трьома ступенями свободи, два з яких є незалежними. Ця об'ємна ротаційна ґвинтова машина має елемент, що охоплює, 20 ґвинтової форми (дві дуги), тридуговий охоплюваний елемент 10 (див. Фіг.10), стаціонарний корпус 30, а також кривошипоподібний механізм, який має кривошипний пристрій 32, шарнірно встановлений за допомогою поворотної ланки в основному корпусі 30, що має основну вісь X, так що вісь Хm охоплюваного елемента 10 може обертатись навкруг осі Xf елемента, що охоплює, яка збігається з основною віссю X, а елемент, що о хоплює, 20 може обертатись обертальним засобом 131 навкруг основної осі X. Внаслідок того, що порядок симетрії Nf дорівнює Nm-1, синхронізація не виконується самозачепленням елементів; необхідно забезпечити кінематичний зв'язок між охоплюваним і тим, що охоплює, елементами. Отже, кривошипний пристрій 32 і елемент, що охоплює, 20 можуть бути зв'язані з двоканальним передавальним засобом 131. Елемент, що охоплює, 20 приєднаний до одного з двох каналів обертального передавального засобу, в той час як кривошипний пристрій 32 з'єднаний з іншим з двох каналів обертального передавального засобу. При двоканальних з'єднаннях засобів машини з двома незалежними ступенями свободи можуть бути встановлені будь-які дві кутові швидкості обертання елемента, що охоплює, 20 або кривошипного пристрою 32 (незалежні ступені свободи), в той час як третю кутову швидкість поворотного руху охоплюваного елемента 10 (залежний ступінь свободи) задають у машині як диференційну функцію двох незалежних швидкостей. У цьому разі немає необхідності у додатковому синхронізуючому засобі. Навпаки, при одноканальному передавальному засобі 31 (див. Фіг.11) з'єднання з машиною було б виконано за допомогою одного каналу з незалежним ступенем свободи, а додатковий синхронізуючий засіб мав би бути введеним у машину для з'єднання будь-яких двох з трьох елементів машини (охоплюваного елемента 10, елемента, що о хоплює, 20 або кривошипного пристрою 32) з можливим зменшенням кількості незалежних ступенів свободи машини на одиницю. Додатковим ступенем свободи є поворотний рух елемента, що охоплює, 20. Наприклад, як подано на Фіг.9, охоплюваний елемент 10 має на одному кінці внутрішню кільцеву шестерню 50, яка входить у зачеплення з шестернею 52, що жорстко закріплена на елементі, що охоплює, 20 і шарнірно встановлена в основному корпусі 30, щоб мати можливість обертання із засобом 131. Планетарна передача 50 і 52 відповідно механічно з'єднує охоплюваний елемент 10 і елемент, що охоплює, 20, в той час як кривошип 22 ний пристрій 32 і елемент, що о хоплює, 20 приєднані до двоканального обертального засобу 131. Завдяки різним шестерням, коли кривошипний пристрій 32 обертається у визначеному напрямку, охоплюваний елемент 10 здійснює орбітальне повертання у подібному напрямку, тобто вісь Хm охоплюваного елемента описує круг з центром Of у тому самому напрямку обертання, що й напрямок обертання кривошипного пристрою 32, в той час як сам охоплюваний елемент 10 здійснює поворотний рух у протилежному напрямку обертання. Фактично, орбітальне обертання осі Хm охоплюваного елемента і поворотний рух охоплюваного елемента 10 відбуваються у протилежних напрямках. Для одержання ротаційної ґвинтової трирозмірної об'ємної машини з протилежним обертанням, тобто в якій швидкість обертання елемента, що охоплює, 20 і швидкість орбітального повертання кривошипа 32 і осі Xm охоплюваного елемента є рівними, але мають протилежний напрямок, наприклад так, як зазначено далі, можуть бути вибрані різні шестерні. Внутрішня кільцева шестерня 50 має внутрішній радіус, що дорівнює трьом E, 3´Е, а зовнішня шестерня 52 має зовнішній діаметр, що дорівнює 2´Е. Таким чином, відношення кількості зубів Z50 і Z52 кожної з шестерней 50 і 52 вибирають так, що: Z 50 3 = Z 52 2 Робота ротаційної ґвинтової трирозмірної об'ємної машини з протилежним обертанням, поданої на Фіг.9, відбувається наступним чином. За допомогою обертального засобу 131, коли відбувається обертання кривошипного пристрою 32 і одночасно елемента, що охоплює, 20, з одного боку, завдяки кривошипному пристрою 32 вісь Хm охоплюваного елемента здійснює орбітальне обертання навкруг осі X та, з іншого боку, завдяки взаємодії внутрішньої кільцевої шестерні 50 охоплюваного елемента 10 із зовнішньою шестернею 52, яка приєднана до елемента, що о хоплює, 20, сам охоплюваний елемент 10 здійснює поворотний рух. Сполучення обох рухів, поворотного руху і орбітального повертання осі Хm охоплюваного елемента, забезпечує планетарний рух о хоплюваного елемента 10. Коефіцієнт корисної дії ґвинтової машини, що є пропорційним швидкості процесів відкривання і закривання камер між суміжними поверхнями охоплюваного і того, що охоплює, елементів, визначається тривалістю кутового циклу машини. У цій машині, поданій на Фіг.9, кутовий цикл дорівнює 270 градусам, що вдвічі менше, ніж у відомих машинах цього типу, оскільки його виконують, коли два елементи, що формують робочі камери, перебувають в одночасному відносному р усі. Проте найкращий результат для машини згідно з Фіг.9 одержують тоді, коли швидкість повертання осі елемента 10 дорівнює швидкості обертання елемента 20 і має протилежний напрямок. У цьому разі механічні сили, що утворюються на основному корпусі 30 при обертанні елемента, що охоплює, 20 і повертанні кривошипа 32 з охоплюваним елементом 10, є рівними і протилежними, 23 83802 так що одержуваний у результаті імпульс сили практично дорівнює нулю. Ці типи машин використовують у ти х випадках, коли намагаються уникати вібрації або її значною мірою обмежують. На Фіг.11 подана об'ємна ротаційна ґвинтова машина, подібна до ротаційної ґвинтової машини згідно з Фіг.9, але з трьома ступенями свободи, один з яких є незалежним, та з одноканальним обертальним засобом 31. Об'ємна ротаційна ґвинтова машина має елемент, що охоплює, 20 ґвинтової форми (дві дуги), тридуговий охоплюваний елемент 10 (див. Фіг.12), стаціонарний корпус 30, а також кривошипоподібний механізм, що має кривошипний пристрій 32, шарнірно встановлений за допомогою поворотної ланки в основному корпусі 30, що має основну вісь X, так що вісь Хm охоплюваного елемента 10 може здійснювати повертання навкруг осі Xf елемента, що охоплює, яка збігається із основною віссю X, а сам елемент, що охоплює, 20 може здійснювати обертання навкруг основної осі X. Щоб уникнути наявності обертального засобу, з'єднаного як з кривошипним пристроєм 32, так і з елементом, що о хоплює, 20, то оскільки кількість формоутворюючих дуг профілю, що охоплює, 24 менша за їхню кількість в охоплюваному профілі 22, ротаційна ґвинтова машина має планетарну передачу. Відповідно до розташування внутрішнього/зовнішнього шестеренного зачеплення планетарна передача 50, 52 надає руху елементу, що охоплює, 20 у тому самому напрямку або у протилежному напрямку відносно руху кривошипного пристрою. Щоб створити цей додатковий рух, ротаційна ґвинтова машина містить додатковий синхронізатор, який має планетарну передачу. Також можна створити додатковий синхронізатор у формі кулісного механізму з обертовою або фіксованою кулісою, або інвертор напрямку руху. Наприклад, як показано на Фіг.11, охоплюваний елемент 10 має на одному кінці внутрішню кільцеву шестерню 50, яка входить у зачеплення з шестернею 52, яка жорстко закріплена на елементі, що о хоплює, 20 і шарнірно встановлена в основному корпусі 30. Для синхронізації різних рухів о хоплюваного елемента 10 і елемента, що о хоплює, 20 ротаційна ґвинтова машина додатково має синхронізатор. Наприклад, на іншому кінці охоплюваного елемента 10 встановлена шестерня 54, яка входить у зачеплення із внутрішньою кільцевою шестернею 56, закріпленою в основному корпусі 30. Завдяки різним шестерням, коли кривошипний пристрій 32 обертається у визначеному напрямку, вісь Хm охоплюваного елемента 10 обертається у подібному напрямку, тобто вісь Хm охоплюваного елемента описує круг з центром Of у тому самому напрямку обертання, що й напрямок обертання кривошипного пристрою 32, в той час як сам охоплюваний елемент 10 здійснює поворотний рух у протилежному напрямку обертання. Фактично орбітальне повертання осі Хm охоплюваного елемента і поворотні рухи охоплюваного елемента 10 відбуваються у протилежних напрямках. 24 Для одержання ґвинтової трирозмірної об'ємної машини з протилежним обертанням, тобто коли швидкість обертання елемента, що о хоплює, 20 і орбітальна швидкість повертання осі Хm о хоплюваного елемента є рівними, але мають протилежний напрямок, різні шестерні можуть бути вибрані, наприклад, наступним чином. Внутрішня кільцева шестерня 50 має внутрішній радіус, що дорівнює трьом E, 3´Е, а зовнішня шестерня 52 має зовнішній радіус, що дорівнює 2´Е. Таким чином, відношення зубів Z50 і Z52 кожної шестерні 50 і 52 вибирають так, що: Z 50 3 = Z 52 2 Внутрішня кільцева шестерня 56 має внутрішній радіус 4´Е, а зовнішня шестерня 54 охоплюваного елемента 10 має зовнішній радіус, що дорівнює 3´Е. Таким чином, відношення кількості зубів Z56 і Z54 кожної шестерні 56 і 54 вибирають так, що: Z56 4 = Z54 3 Робота ґвинтової трирозмірної об'ємної машини з протилежним обертанням відбувається наступним чином. При обертанні кривошипного пристрою 32 (крізь одноканальний обертальний засіб 31), з одного боку, вісь Хm охоплюваного елемента здійснює орбітальне обертання навкруг основної осі X та, з др угого боку, шестерня 54 охоплюваного елемента 10 здійснює котіння по внутрішній поверхні стаціонарної внутрішньої кільцевої шестерні 56 і таким чином призводить до того, що охоплюваний елемент 10 сам по собі здійснює поворотний рух. Поєднання обох рухів, поворотного руху й орбітального руху повертання, призводить до планетарного руху охоплюваного елемента 10. Крім того, внутрішня кільцева шестерня 50 обертає шестерню 52 елемента, що охоплює, 20, яка здійснює протилежне обертання відповідно до напрямку кривошипного пристрою. На Фіг.13 поданий поздовжній перетин об'ємної ґвинтової машини з протилежним обертанням з одним незалежним ступенем свободи обертання елемента, що охоплює, 20, при цьому Nf=Nm-1, а на Фіг.14 поданий поперечний переріз по лінії XlVXl V на Фіг.13, подібний до ґвинтової машини згідно з Фіг.11 (Nf=2, a Nm=3), але з іншим приєднанням одноканального обертального засобу 31. Охоплюваний елемент 10 може здійснювати планетарний рух навкруг осі Xf елемента, що о хоплює, яка збігається з основною віссю X, а елемент, що охоплює, 20 може обертатись навкруг основної осі X і механічно з'єднаний з одноканальним передавальним засобом 31. Елемент, що охоплює, 20 має профіль 24, а охоплюваний елемент 10 має профіль 14. Ґвинтова машина має таку саму планетарну передачу 54, 56, яка описана стосовно Фіг.11, але вищезгадану планетарну передачу 50, 52 замінює інша планетарна передача 150,152. Відповідно до розташування як внутрішнього, так і зовнішнього сполучення шестерней, планетарна передача 150, 152 має співвідношення 25 Z150 Z152 = 3 2 83802 , де Z150 і Z152 відповідно являють собою кількість зубів шестерней 150, 152. Відповідно, у цьому разі шестерня 152 (зовнішнє сполучення) розташована на елементі, що охоплює, 20 і з'єднана з одноканальним засобом 31, а шестерня 150 (внутрішнє сполучення) розташована на охоплюваному елементі 10. Незалежний ступінь свободи являє собою обертання елемента, що охоплює, 20, а залежні ступені свободи являють собою рух о хоплюваного елемента 10 (поворотний рух елемента і повертання його осі Хm). Для створення цих двох залежних рухів машина має додатковий синхронізатор із вищезгаданою планетарною передачею 54, 56. Наприклад, планетарна передача 54, 56 має співвідношення Z56 Z54 = 4 3 , де Z56 і Z54 позначають від повідну кількість зубів шестерней 56, 54. Завдяки згаданим шестерням вісь Xm охоплюваного елемента 10 здійснює рух повертання у напрямку, протилежному напрямку поворотного руху охоплюваного елемента 10 навкруг його осі Хm, і описує круг, що має радіус E і центр Of. Елемент, що охоплює, 20 здійснює обертання навкруг фіксованої осі Xf у напрямку, протилежному напрямку повертання осі Xm охоплюваного елемента. Швидкість елемента, що о хоплює, 20 і швидкість обертання осі Хm охоплюваного елемента є рівними, але мають протилежний напрямок. Різні шестерні можуть бути вибрані, наприклад, наступним чином. Внутрішня кільцева шестерня 150 має внутрішній радіус, що дорівнює 3´Е (три E), а зовнішня шестерня 152 має зовнішній радіус, що дорівнює 2´Е. Внутрішня кільцева шестерня 56 має внутрішній радіус, що дорівнює 4´Е, а зовнішня шестерня 54 охоплюваного елемента 10 має зовнішній радіус, що дорівнює 3хЕ. Робота ґвинтової трирозмірної об'ємної машини відбувається наступним чином. Коли елемент, що охоплює, 20 і шестерня 152 здійснюють обертання, то завдяки їх з'єднанню з одноканальним обертальним засобом 31 охоплюваний елемент 10 і шестерні 150 і 54 здійснюють планетарний рух навкруг основної осі Xf. Коли шестерня 54 охоплюваного елемента 10 здійснює котіння по внутрішній поверхні закріпленої внутрішньої кільцевої шестерні 56, охоплюваний елемент 10 здійснює поворот навкруг своєї осі Хm, а його вісь Хm здійснює повертання навкруг осі X. Крім того, внутрішня кільцева шестерня 152 обертає шестерню 150 охоплюваного елемента 10, викликаючи повертання його осі Хm з кутовою швидкістю, яка дорівнює швидкості елемента, що охоплює, 20, але у протилежному напрямку. Куто вий цикл машини, описаної стосовно цієї Фіг.13, дорівнює 270° кутового повороту елемента, що о хоплює, 20. На Фіг.15 поданий поздовжній перетин ще одного варіанта здійснення конструкції обертальної Ґвинтової трирозмірної об'ємної машини з протилежним обертанням і з трьома ступенями свободи та двоканальним обертальним засобом 131. Фак 26 тично цю машину слід порівняти з вищезгаданою машиною (Фіг.9), причому у ній охоплюваний елемент 110 здійснює планетарний рух, а сам елемент, що охоплює, 120 здійснює обертання, але тепер охоплюваний елемент 110 має номінальний профіль 114, що складається з двох дуг, а елемент, що охоплює, 120 має номінальний профіль 124, що складається з трьох дуг (див. Фіг.16). У цьому разі завдяки тому, що кількість формоутворюючих дуг більша у профілю, що охоплює, 124 (Nf=Nm+1), ніж у охоплюваного профілю 114, елемент, що охоплює, 120 і охоплюваний елемент 110 утворюють кінематичну пару, яка забезпечує самосинхронізацію, і у синхронізуючому з'єднанні між елементом, що охоплює, 120 і охоплюваним елементом 110, такому як кінематичне з'єднання шестеренних коліс 50 і 52 згідно з Фіг.9, немає необхідності. Два виходи двоканального передавального засобу 131 відповідним чином з'єднані з елементом, що охоплює, 120 і кривошипом 32, аби створити обертання (перша незалежна швидкість) елемента, що охоплює, 20 навкруг його фіксованої осі Xf і повертання (друга незалежна швидкість) осі Хm охоплюваного елемента навкруг основної осі X, і утворити машину з протилежним обертанням, в якій результуючий імпульс сили майже дорівнює нулю. Ця машина діє подібно до машини, показаної на Фіг.9. Охоплюваний елемент 110 шарнірно встановлений на кривошипі 32 і здійснює поворот навкруг своєї осі Хm, коли кривошипний пристрій 32 здійснює обертання, а елемент, що о хоплює, 120, шарнірно встановлений у корпусі 30, може обертатись навкруг основної осі X. Двоканальний обертальний засіб 131 створює дві незалежні швидкості обертання елемента, що охоплює, 120 і повертання кривошипного пристрою 32, які дорівнюють одна одній, але мають протилежні напрямки. Таким чином, коли кривошип 32 здійснює обертання, охоплюваний елемент 110 здійснює планетарний рух, у процесі якого завдяки синхронізації охоплюваний профіль 114 взаємодіє з профілем, що о хоплює, 124, і тоді охоплюваний елемент 110 здійснює поворотний рух (третя залежна швидкість) навкруг рухомої осі Хm. Охоплюваний елемент 110 здійснює поворотний рух у тому самому напрямку, що й елемент, що охоплює, 120. Кутовий цикл машини згідно з Фіг.15 дорівнює 180° повороту охоплюваного елемента або кривошипного пристрою 32. У машинах, описаних стосовно фігур 9 і 15, є три ступеня свободи, з яких два є незалежними, і передавання позитивної енергії при її перетворенні здійснює двоканальний засіб 131 крізь два механічних канали незалежного обертання або повертання. Будь-які дві кутові швидкості рухів зі згаданих трьох рухів (обертання, повертання або поворотний рух охоплюваного елемента, або елемента, що о хоплює, або синхронізуючої єднальної ланки) можуть бути визначені як незалежні одна від одної. Початкова фаза і напрямок кожного обертання 27 83802 задані, а величини кутових швидкостей вибирають відповідно до рівняння: k1w1+k 2w2+w3=0, де: w1, w2 - кутова швидкість суміжних елементів навкруг їхньої осі; w3 - кутова швидкість ланки синхронізуючого з'єднання; k1, k 2 - постійні коефіцієнти з'єднання. При цьому величини кутових швидкостей обертання суміжних елементів визначають із відношення (z-1)w1-zw2+w0=0, де: w1 - кутова швидкість навкруг своєї осі елемента, огинальна поверхня якого має форму криволінійної поверхні; w2 - кутова швидкість обертання навкруг своєї осі елемента, огинальна поверхня якого має форму внутрішньої або зовнішньої обвідниці сімейства поверхонь, утворених згаданою криволінійною поверхнею; w0 - кутова швидкість орбітального обертання осі елемента, що здійснює планетарний рух; z - ціле число, z>1. На Фіг.17 поданий поздовжній перетин ще одного варіанта здійснення конструкції ротаційного гвинта трирозмірної об'ємної машини з протилежним обертанням, з трьома ступенями свободи і одноканальним обертальним засобом 31. Фактично цю машину слід порівняти із вищезгаданою машиною згідно з Фіг.11, в якій охоплюваний елемент 10 здійснює планетарний рух, а сам елемент, що охоплює, 20 здійснює обертання, але тепер охоплюваний елемент 110 має номінальний профіль 114, який складається з двох дуг, а елемент, що о хоплює, 120 має номінальний профіль 124, який складається з трьох дуг (див. Фіг.18). Між елементом, що охоплює, 120 і кривошипним пристроєм 32 може бути розташований інвертор 58, щоб змінювати напрямок обертального руху самого елемента, що охоплює, 20 і орбітального повертання осі Хm о хоплюваного елемента навкруг основної осі X для одержання машини з протилежним обертанням, в якій результуючий імпульс сили майже дорівнює нулю. Ця машина діє подібно до машини, показаної на Фіг.11. Охоплюваний елемент 110 взаємодіє із кривошипним пристроєм 32 і здійснює планетарний рух навкруг основної осі X, а елемент, що охоплює, 120 шарнірно встановлений у корпусі 30 і сам він може здійснювати обертання навкруг основної осі X. Елемент, що охоплює, 120 за допомогою інвертора 58 напрямку руху механічно з'єднаний із кривошипним пристроєм 32. Інвертор 58 призводить до одержання однієї і тієї самої швидкості елемента, що охоплює, 120 і кривошипного пристрою 32, тобто орбітального повертання осі Хm о хоплюваного елемента, але два рухи відбуваються у протилежному напрямку. Коли відбувається обертання кривошипного пристрою 32 (за допомогою одноканального обертального засобу 31), охоплюваний елемент 110 здійснює планетарний рух; оскільки відбувається синхронізація, то коли охоплюваний профіль 114 взаємодіє з профілем, що охоплює, 124, сам по собі елемент, що охоплює, здійснює поворотний рух. Обертання кривошипного пристрою 32 за до 28 помогою інвертора 58 викликає обертання елемента, що о хоплює, 120 з тією самою кутовою швидкістю, що й швидкість обертання згаданого кривошипного пристрою 32, але у протилежному напрямку. Охоплюваний елемент 110 здійснює поворотний рух у тому самому напрямку, в якому обертається елемент, що охоплює, 120. На Фіг.19 поданий варіант трирозмірної об'ємної ротаційної ґвинтової машини з планетарним рухом охоплюваного елемента 110, яка діє подібно до машини, показаної на Фіг.9, але з іншим співвідношенням швидкостей. Згідно з Фіг.19 є один незалежний ступінь свободи, тобто обертання елемента, що о хоплює, 120. Поворотний рух і повертання охоплюваного елемента 110 являють собою залежні рухи. Кутова швидкість поворотного руху охоплюваного елемента 110 дорівнює -3 умовним одиницям, а кутова швидкість повертання його осі Хm дорівнює +3 умовним одиницям, тобто вони є рівними за величиною, але протилежними за напрямком. Кутова швидкість обертання елемента, що охоплює, 120 навкруг його фіксованої осі Xf дорівнює -1 умовній одиниці. У цьому разі зовнішня поверхня 112 охоплюваного елемента 110 має форму дводугової трохоїди (Nm=2) у поперечному перерізі, в той час як внутрішня поверхня 122 елемента, що охоплює, 120 має форму тридугової зовнішньої обвідниці (Nf=Nm+1=3). У цьому випадку знову охоплюваний елемент 110 механічно жорстко приєднаний до кривошипного пристрою 59, основний кривошип 59" якого механічно жорстко приєднаний до охоплюваного елемента 110 у точці 62. Точка 62 має координати (О; Е), коли за початкове положення системи координат взятий центр Оm охоплюваного елемента. Кривошипний палець 59' кривошипного пристрою 59 проходить на відстані 2Е від основного кривошипа 59" і розташований уздовж осі Xf елемента, що о хоплює. Два повзуни 60 шарнірно встановлені на основному кривошипі 59" і на пальці 59' кривошипа з можливістю ковзання у прямокутних канавках, наприклад, у двох кулісах 61, встановлених у фіксованому корпусі 30. Поздовжні осі цих куліс 61 є перпендикулярними. Кривошипний пристрій 59, повзуни 60 і куліси 61 у поєднанні формують завершений кулісний механізм, призначений для виконання планетарного руху кривошипного пристрою 59 спільно з охоплюваним елементом 110 відносно корпусу 30 навкруг фіксованої осі Xf елемента, що охоплює. Елемент, що о хоплює, 120 шарнірно встановлений у корпусі 30 і механічно з'єднаний з одноканальним передавальним засобом 31, при цьому він може обертатись за допомогою цього засобу навкруг своєї фіксованої осі Xf. Проте у цьому випадку завдяки тому, що кількість формоутворюючих дуг є більшою у поверхні, що охоплює, 122, ніж у охоплюваної поверхні 112 (Nf=Nm+1), елемент, що охоплює, 120 і охоплюваний елемент 110 формують кінематичну пару з самосинхронізацією лише для можливості забезпечення кулісним механізмом 59, 60, 61 планетарного руху охоплюваного елемента 110. 29 83802 Ротаційна об'ємна ґвинтова машина згідно з Фіг.19 діє наступним чином. Коли одноканальний обертальний засіб 31 обертає елемент, що охоплює, 120 навкруг його фіксованої осі Xf, то завдяки взаємодії криволінійних поверхонь 122 і 112, а також взаємодії кривошипного пристрою 59, повзунів 60 і куліс 61, охоплюваний елемент 110 здійснює планетарний рух, тобто вісь Хm о хоплюваного елемента здійснює повертання по кругу, що має радіус E і центр Of, а повзуни 60 здійснюють зворотно-поступальний рух з амплітудою 4Е у кулісах 61. У результаті і поворотного руху і повертання охоплюваного елемента 110 з одними і тими самими швидкостями відбувається самозачеплення охоплюваної поверхні 112 з внутрішньою поверхнею 122 елемента, що охоплює, 20, що призводить до того самого напрямку поворотного руху охоплюваного елемента 110 навкруг його рухомої осі Хm і до обертання елемента, що охоплює, 120 навкруг його фіксованої осі Xf, яка збігається із основною віссю X корпусу 30. Куто вий цикл машини згідно з Фіг.19 дорівнює 90 градусам повороту елемента, що охоплює, 120. Для підвищення коефіцієнта корисної дії трирозмірної ротаційної ґвинтової машини такого типу можна збільшити кількість охоплюваних і ти х, що охоплюють, елементів, які можуть бути пов'язані один з одним механічно або за допомогою робочого середовища. Додаткові охоплювані і ті, що о хоплюють, елементи можуть бути розташовані по лінії зі згаданими охоплюваним і тим, що охоплює, елементами або можуть бути розташовані співвісно всередині згаданих охоплюваного і того, що охоплює, елементів, як показано на Фіг.20, причому таким чином, що їх поверхні перебуватимуть у стані механічного контакту, так щоб сформува ти додаткові камери. На Фіг.20, наприклад, показані чотири елементи 500, 600, 700 і 800, що перебувають у зачепленні один з одним. Перший дводуговий елемент 500 (охоплюваний) перебуває у зачепленні у внутрішньому тридуговому профілі 624 (зовнішня обвідниця сімейства) першого тридугового елемента 600. Цей перший тридуговий елемент 600 являє собою елемент, що охоплює, для першого дводугового елемента 500, але є охоплюваним елементом для другого дводугового елемента 700, у внутрішньому профілі 724 якого перебуває у зачепленні зовнішній профіль 614 (внутрішня обвідниця сімейства) першого елемента, що о хоплює, 600. Те саме можна сказати відносно другого дводугового елемента 700, який також є охоплюваним і тим, що охоплює, і зовнішній профіль 714 якого (дводуго ва початкова трохоїда) перебуває у зачепленні у внутрішньому тридуговому профілі 824 (зовнішня обвідниця сімейства) останнього тридугового елемента 800. У цьому конкретному випадку елемент 700 може бути механічно з'єднаний з елементом 500, а елемент 600 з елементом 800, при цьому кількість робочих камер 11 збільшено від трьох до дев'яти. Об'ємна трирозмірна ротаційна ґвинтова машина може мати принаймні один додатковий охоплюваний і той, що охоплює, елементи, розташовані по лінії (не показано) і жорстко механічно 30 з'єднані з основним охоплюваним і тим, що охоплює, елементами, формуючи спільно з ними додаткові робочі камери. Крім того, усі описані вище об'ємні трирозмірні ротаційні ґвинтові машини можуть мати охоплювані і ті, що о хоплюють, поверхні, які перероджуються у циліндричні поверхні. Далі буде пояснено, як відбувається витиснення середовища у робочих камерах такої трирозмірної об'ємної ротаційної Ґвинтової машини. Відбувається взаємопов'язаний обертальний рух ланки синхронізуючого з'єднання і принаймні двох гр уп тих, що о хоплюють, і охоплюваних сполучених елементів. У початковій стадії елементи груп повертаються навкруг їхньої спільної фіксованої осі відносно один одного, причому з можливістю формування групи об'ємів між охоплюваними і тими, що охоплюють, елементами, які спільно формують повні робочі камери. Ці об'єми обмежені поверхнями, виконаними у формі синусоїди або трохоїди, або у формі фрагментів цих поверхонь, які спільно формують робочі (витискальні) камери. Два рухи з трьох (поворотний рух і повертання охоплюваного елемента, і обертання елемента, що о хоплює) є незалежними один від одного. На Фіг.21, наприклад, показані сім ланок 10n, прикріплених одна до одної, аби сформувати тридуговий о хоплюваний елемент 10 згідно з Фіг.11 з вершинами A1, A2, А3, при цьому охоплюваний профіль 12 виконаний у формі зовнішньої поверхні (Nm=3). Сім ланок 20n також спільно формують елемент, що охоплює, 20, який утворює внутрішню поверхню. Кожна ланка елемента, що охоплює, 20 має поперечний переріз, який обмежений у радіальному напрямку циліндричною поверхнею, що має порядок симетрії Nf, навкруг осі Xf елемента, що охоплює (наприклад, у формі дводугової епітрохоїди, Nf=Nm-1=2). Кількість точок перетинання внутрішніх і зовнішніх поверхонь Z дорівнює трьом (Z=3). Осі Хm і Xf відстоять одна від одної на відстані E (ексцентриситет). На Фіг.21 також схематично подані сім кутови х положень а, b, с, d, e, f і g семи ланок, що складають кожний з охоплюваного елемента 10 або елемента, що охоплює, 20, відповідно до довжини L машини. Охоплювані й ті, що охоплюють, ланки повернуті навкруг своєї осі, відповідно Хm і Xf, в одному напрямку. Період Рm, поданий як b-f, це період, за який одержана повна робоча камера, тобто згадана ділянка являє собою період повної зміни площі кінцевого перетину робочої камери, тобто він відповідає повному відкриттю і закриттю робочої камери. Відношення періодів біротативного повороту охоплюваних і тих, що охоплюють, ланок сполучених груп дорівнює Nm/Nf=3/2. Охоплювані й ті, що охоплюють, ланки формують три повних робочі камери і визначають три площі SA1A2 , SA2A3, S A3A1, кінцеві перетини яких змінюються внаслідок просторового зміщення Рm/3. Відношення кутів повороту ланок за період b-f повороту або осьовий період повних об'ємів вибирають пропорційно до відношення порядків симетрії формоутворюючи х дуг профілів 14 і 24, так що при Z поворотах елемента, що о хоплює, 20 (тро хо 31 83802 їда) було б Z-1 поворотів охоплюваного елемента 10 (внутрішня обвідниця) з можливістю формування повних витискальних робочих камер із замкненими площами SA1A2, SA2A3, SA3A1, взятими у поперечному перерізі. У положенні b, взятому за початкове положення, замкнена площа SA2A3 має мінімальну величину. У положенні с ланки 10n охоплюваного елемента 10 повернені навкруг їхньої осі Хm у напрямку за годинниковою стрілкою на кут j m=90°, а ланки 20n елемента, що охоплює, 20 повернені навкруг осі Xf на кут jf=135°. Відношення кутів повороту (jf/j m дорівнює 3/2. У положенні d кути повороту відносно початкового положення b дорівнюють 180° для охоплюваного елемента 10 і 270° для елемента, що охоплює, 20, і т.д. Наприклад, замкнена площа SA2A3 має максимальну величину у положенні d. Коли охоплюваний елемент 10 і елемент, що охоплює, 20 здійснюють вищезгадані повороти, усі ланки охоплюваного і того, що охоплює, елементів, взяті у поєднанні при кожному повороті, а також у зв'язку з їх характерною товщиною і положенням поблизу одна від одної, формують результуючі робочі камери з деякою ступінчастою трирозмірною зміною об'ємів і з можливістю осьового руху об'ємів робочих камер. При збільшенні до безкінечності кількості ланок і зменшенні до нуля їхньої товщини в осьовому напрямку, що визначає криволінійні суміжні поверхні, трирозмірні зміни вздовж осі об'ємів результуючих робочих камер між охоплюваним елементом 10 і елементом, що охоплює, 20 відбуватимуться плавно. Відповідно до кількості ланок, кількості дуг, а також до швидкості і напрямку обертального руху змінюватиметься осьовий період результуючих об'ємів. Сполучена пара з охоплюваної 10n і тієї, що охоплює, 20n ланок є самодостатньою. Процес осьового руху від камери до камери забезпечує виконання різних термодинамічних перетворень (стиск, розширення тощо) різних робочих середовищ; ось чому процес осьового руху об'ємів від однієї робочої камери 11 до іншої робочої камери може бути виконаний без використання торцевих стінок, додаткових корпусів, елементів для розподілу газ у, клапанів тощо. На Фіг.21 показані три з таких об'ємів, а просторовий фазовий зсув між ними дорівнює 120°. Схема згідно з Фіг.22 пояснює спосіб перетворення руху в об'ємній ротаційній ґвинтовій машині, в якій охоплюваний елемент 10 здійснює планетарний рух в елементі, що охоплює, 20, який обертається навкруг основної осі машини. Охоплюваний елемент 10, що має порядок симетрії Nm, здійснює рух повертання, тобто вісь Хm описує частковий циліндр, який має радіус, що дорівнює E, з кутовою швидкістю w0=+w на кут q навкруг осі Xf елемента, що охоплює. Крім того, при нерухомому елементі, що охоплює, 20 охоплюваний елемент 10 сам здійснює поворотний рух з кутовою швидкістю +w/3 навкруг своєї осі Хm у тому самому напрямку, що і його орбітальний рух повертання, так що три вершини A1, A2 і A3 ковза 32 ють на епітрохоїдальному профілі 24 елемента, що охоплює, 20 у безперервному контакті з ним. Внутрішня поверхня елемента, що охоплює, 20 обмежена у радіальному напрямку циліндричною поверхнею, що має порядок симетрії Nm-1 (наприклад, дводуговою епітрохоїдою). При планетарному русі охоплюваного елемента 10, коли елемент, що охоплює, 20 є нерухомим, робочі об'єми, якщо розглядати їх у поперечному перерізі, описують круг, при цьому одержувані робочі об'єми здійснюють осьовий рух вздовж поздовжніх осей елементів. У початковому положенні охоплюваний елемент 10 має період b-f(Pm) ґвинтового повороту навкруг осі Хm, а елемент, що охоплює, 20 має період Рm=3/2 обертання навкруг осі Xf. Згідно з Фіг.21 період b-f дорівнює періоду повного відкриття і закриття робочої камери. Коли елемент, що охоплює, 20 фіксований, кутова швидкість повертання осі Хm о хоплюваного елемента дорівнює w0=w, a кутова швидкість поворотного руху охоплюваного елемента 10 навкруг його рухомої осі Хm дорівнює: w w w2 = 0 = 3 3 Згідно з винаходом, коли незалежні рухи будьяких двох з трьох р ухів охоплюваного і того, що охоплює, елементів, і синхронізуючої єднальної ланки можуть бути задані, можна визначити виконуване при протилежному обертанні повертання осі Xm охоплюваного елемента 10 (здійснюване кривошипним механізмом, який на Фіг.21 не показаний) з w0=+w, і додаткове обертання елемента, що охоплює, 20 навкруг нерухомої осі Xf з w1=-w, тобто повертання кривошипного механізму навкруг осі Xf і осі Xm о хоплюваного елемента 10 з +w відбуваються одночасно. Залежна кутова швидкість сог характеризує поворот охоплюваного елемента 10 навкруг рухомої осі Хm і визначається рівнянням, згаданим вище, (при Z=3): (3-1)(-w)-3w2+w=0, звідки: w w2 = 3 Куто вий цикл осьового руху одного закритого об'єму між охоплюваним і тим, що охоплює, елементами при планетарному способі передавання руху з фіксованим елементом, що охоплює, 20 відбувається за 540° повертання осі Хm охоплюваного елемента навкруг осі Xf елемента, що охоплює, 20. Згідно з винаходом кутовий цикл, виміряний по обертанню (елемента 20) або повертанню (кривошипа) складає q=270°, а кутовий цикл, виміряний по повороту (елемента 10), складає: y= q = 90 ° Nm Можна бачити, що коли відбуваються три обертальних рухи, два з яких вибрані незалежними, буде одержаний додатковий незалежний ступінь свободи обертального руху ланок, що охоплюють. Визначають початкову фаз у і напрямок кожного обертання, а величини кутови х швидкостей обертання згаданих груп сполучених ланок вибирають відповідно до рівнянь: 33 83802 ìk1w1 + k 2 w2 + w3 = 0 í î(z - 1)w1 - zw2 + w0 = 0 де: w1,w 2- швидкості обертання самих охоплюваного і того, що о хоплює, елементів навкруг їхніх осей; w3 - швидкість обертання синхронізуючої єднальної ланки; K1,k2- постійні коефіцієнти з'єднання; w0 - кутова швидкість руху повертання осі Хm охоплюваного елемента, що обертається навкруг осі Xf елемента, що о хоплює; z - кількість точок перетинання A1, A2, A3 і т.д. внутрішньої і зовнішньої обвідниць охоплюваної і тієї, що охоплює, поверхонь, яка може являти собою ціле число, що складає більше за одиницю. Будь-які дві з кутових незалежних швидкостей можуть бути вибрані довільним шляхом, а коефіцієнти і третю незалежну швидкість визначають за наведеними вище рівняннями. Після визначення величин двох незалежних швидкостей і величини z вони мають бути підставлені у згадані вище рівняння, аби отримати значення залежної швидкості і постійних коефіцієнтів. Для забезпечення додаткового незалежного ступеня свободи обертального руху сполучених ланок вводять додатковий біротативний рух обох елементів. Як показано на Фіг.22, охоплюваний елемент 10 і елемент, що охоплює, 20 додатково обертаються навкруг своїх центрів О m і Of в одному напрямку (протилежно до обертання осі охоплюваного елемента) з кутовими швидкостями 2/Зсо для охоплюваного елемента 10 і w1=-w для елемента, що охоплює, 20. У цьому випадку охоплюваний елемент 10 одержує повну швидкість свого периферійного поворотного руху навкруг центра Оm, яка дорівнює w2 = w 2 w - w= , з кутом повороту y = - q на3 3 3 Nm вкруг осі Of (кут у на Фіг.22 позначає периферійний поворот або обертання осі Хm, що перетинає центр Оm охоплюваного елемента, а кут q позначає кут повороту елемента, що охоплює, 20 навкруг фіксованої осі Xf, яка перетинає центр елемента, що о хоплює). Центр Оm о хоплюваного елемента зберігає швидкість свого орбітального руху по кругу w0=+w і кут q, а елементу, що охоплює, 20 буде передана швидкість w1=-w. Це говорить про те, що у даному разі вершини А1, A2, A3 трикутного охоплюваного елемента описуватимуть гіпотрохоїду і в той же час ковзатимуть вздовж епітрохоїди елемента, що охоплює, яка обертається навкруг свого центра Of з кутовою швидкістю -w. Можливі й інші варіанти перетворення руху з іншими поєднаннями обертального, планетарного і кругового поступального рухів. Для варіанта з протилежним обертанням задають w0=+1, w1=-1 і охоплюваний елемент із внутрішньою обвідницею, для якої Z=3. Отже, підстановка цих величин у згадані рівняння призводить до отримання k=-1, w2=-1/3. На Фіг.22 показано, що кутовий цикл зменшений до -270° кута повороту елемента, що охоплює, 34 навкруг його осі Xf. Це говорить про те, що кутова тривалість циклу зменшується на половину порівняно з відомим найближчим аналогом планетарного способу перетворення руху зі стаціонарною епітрохоїдою елемента, що охоплює, та з охоплюваним елементом з трьома вершинами; таким чином, кількість циклів, що виконується для цієї кількості оборотів, збільшується вдвічі, а це також забезпечує інтенсифікацію термодинамічних циклів об'ємних машин. Крім того, осі охоплюваного елемента 10 і елемента, що охоплює, 20, як показано на Фіг.22, обертаються у протилежному напрямку з рівними кутовими швидкостями, тобто з протилежним обертанням, забезпечуючи значне зменшення (аж до нуля) сукупного моменту кількості рухів і реактивного моменту на опорах машини. Планетарний рух охоплюваного елемента 10 може бути описаний таким виразом: 1 es , Z де: eRV і es - одиничні вектори швидкості поeRV + вертання і поворотного руху охоплюваного елемента. Біротацію охоплюваного і того, що охоплює, елементів можна описати таким виразом: k eRO + k ( z - 1) es , z де eRO - одиничний вектор швидкості кутового обертання елемента, що о хоплює, 20. При доданні біротативного руху і планетарного руху одержуємо: k eRO + [k( z - 1) + 1] es + eRV z З попередніх рівнянь випливає, що при виконанні профілю кінцевих ділянок елемента, який здійснює планетарний рух, у формі внутрішньої або зовнішньої обвідниці сімейства кривих, і профілю елемента, який здійснює обертання навкруг своєї фіксованої осі, у формі початкової кривої, відношення кутової швидкості обертання останньої до кутової швидкості обертання осі елемента, який здійснює планетарний рух, дорівнює k, а відношення кутової швидкості поворотного руху планетарного елемента до кутової швидкості повертання його осі дорівнює: [k ( z - 1) + 1] z Отже, якщо, наприклад, z=3, то при планетарному русі о хоплюваного елемента з внутрішньою обвідницею і з додатковим обертанням епітрохоїди елемента, що охоплює, і охоплюваного елемента навкруг своєї осі одержуємо: 1) q=45°, k=-5, k1=-5 і k2=-3, а кутовий цикл дорівнює g=90° обертання осі охоплюваного елемента навкруг центра Of елемента, що охоплює. 2) q=135°, k=-1, k1=-1 і k2=-1/3, а кутовий цикл дорівнює g=90° повороту охоплюваного елемента навкруг його центра Оm. Можливі наведені нижче варіанти перетворення руху у цьому механізмі: 1) без перетворення руху між тим, що охоплює, і охоплюваним елементами; у цьому разі їх 35 83802 рухи визначаються ланками синхронізації без кінематичної взаємодії сполучених елементів; 2) з перетворенням обертання шляхом взаємодії суміжних елементів; у цьому разі криволінійні поверхні того, що охоплює, і охоплюваного елементів приводять у механічний контакт, формуючи кінематичну пару, і виконують цією парою перетворення руху між тим, що охоплює, і охоплюваним елементами. 36 Можливе кінематичне сполучення будь-якої кількості додаткових ти х, що о хоплюють, і охоплюваних елементів, які встановлюють у додаткових засобах синхронізації із забезпеченням обертального і планетарного рухів, причому у даному разі основні та додаткові елементи можуть бути поміщені поблизу один від одного або у порожнинах один одного. 37 83802 38 39 83802 40 41 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 83802 Підписне 42 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601