Роторный двигатель своими руками

Для начала рассмотрим принцип действия роторного двигателя на рисунке 1 (или см. более подробно на странице «Принцип работы роторного двигателя»).

Рис. 1. Принцип действия (I—IV) и кинематическая схема (справа снизу) роторного двигателя. Обозначения позиций на схеме — см. рис. 2.

Для любителей-катеростроителей представит большой интерес возможность изготовления своими руками роторного двигателя данной конструкции в условиях небольшого завода или даже мастерских, имеющих лишь токарный, долбежный, фрезерный и сверлильный станки. Рассмотрим технологию изготовления деталей и сборки роторного двигателя.

Технология изготовления роторного двигателя упрощенной конструкции мощностью до 49 л. с.

Рис. 2. Конструктивная схема роторного двигателя: поперечный разрез (показан вариант с водяным охлаждением) и продольный разрез (вариант с воздушным охлаждением): 1 — корпус двигателя (см. рис. 4); 2 — ротор (см. рис. 6); 3 — продольные уплотнения — лопасти ротора (см. рис. 7, а); 4 — боковые (торцевые) уплотнения (см. рис. 7, б); 5 — медно-графитовый подшипник скольжения (Б на рис, 6); 6 — неподвижная центральная шестерня (см. рис. 8), связанная с ротором внутренним зацеплением 7; 8 — правый эксцентрик (см. рис. 9); 9 — левый эксцентрик (см. рис. 11) с валом; 10 — балансиры (см. рис. 10, а и б); 11 — стакан прерывателя (см. рис. 13, б); 12 — правый фланец (см. рис. 12, а); 13 — крышка-фланец (см. рис. 12, б), в которой закреплен вал неподвижной шестерни; 14 — втулка (см. рис, 10, в); 15 — стяжная шпилька между эксцентриками (см. рис. 10, г); 16 — левый фланец (см. рис. 13, а); 17 — маховик-вентилятор (см. рис, 14); 18 — кожух маховика-вентилятора (см. рис. 15). А — место свечи; Б — выхлоп; В — место карбюратора; Г — окно всасывания; Д — распределительный кулачок зажигания; Е — место магнето; Ж — подача масла от маслонасоса; И — место маслонасоса и бензонасоса; К — поток воздуха.

На двигатель можно надеть рубашку под водяное охлаждение, а на вал маслонасоса установить центробежный насос для подачи воды охлаждения.

В двигателе всего две основные детали, трудоемкие и сложные в изготовлении: это корпус и ротор двигателя.

Корпус. Корпус роторного двигателя можно изготовить не только литым, но и сварным. От шлифованной трубы Ø184 отрезаем две заготовки длиной по 240 мм, прихватываем и привариваем к ним с обоих концов фланцы, а затем на токарном станке торцуем эти фланцы вместе с корпусом точно в размер. На наружных поверхностях фланцев проводим риску по окружности Ø206 для сверления отверстий под болты и штифты.

Рис. 3. Изготовление корпуса роторного двигателя: а — половина корпуса, обработанная в размер; б — корпус, подготовленный для испытания.

Затем заготовки с торцованными фланцами обрезаем вдоль трубы фрезой (параллельно шлифованной поверхности трубы с допуском ±0,05) в размер 119 мм, после чего половинки корпуса (рис. 3, а) стыкуем и привариваем одну к другой. Для возможности гидравлического испытания корпуса ставим заглушки по торцам, в одну из которых вварена труба (рис. 3, б) для подачи воды.

По окончании испытаний привариваем наружные ребра охлаждения (рассматривается вариант с воздушным охлаждением), нижнюю прямостенную часть патрубка под выхлопную трубу и стаканы под свечи зажигания. По окончании сварки фрезеруем три выхлопных окна в патрубке и сверлим отверстия под свечи зажигания. Острые кромки необходимо закруглить под радиус 2 мм (кроме больших фланцев, где все углы должны быть острыми).

Рис. 4. Корпус с выхлопным патрубком: 1 — стакан под свечу; 2 — ребра воздушного охлаждения; 3 — прямостенная нижняя часть выхлопного патрубка; 4 — конусная часть выхлопного патрубка.

На рис. 4 приведен чертеж корпуса роторного двигателя и отдельно — конусного патрубка с фланцем крепления выхлопной трубы, привариваемого после фрезеровки окон.

Ротор. Ротор двигателя сварной. Основой его служит точеный стакан длиной 205 мм с внутренним отверстием Ø80 и наружным диаметром 111 мм. К этому стакану привариваем три продольные планки-ребра (рис. 5, а) с углом между их осями 120°.

Рис. 5. Детали ротора: а — продольные планки, образующие ребра ротора (3 шт.); б — боковые планки, образующие стенки ротора (6 шт.).

После этого устанавливаем на свои места и прихватываем боковые основные планки (рис. 5, б; 6 шт.), каждая пара которых образует одну стенку (грань) ротора. Боковые планки привариваем к продольным ребрам и к стакану (по торцам), а также свариваем каждую пару между собой.

По окончании сварки ротор отжигаем в печи и только после полного его охлаждения приступаем к чистовой обработке. Расточим чисто отверстие Ø80 на Ø84^+0,005; затем одеваем ротор на оправку в центрах и ведем обработку с шлифовкой торцов и места посадки скользящего медно-графитового подшипника (Б на рис. 6) Ø100^-0,05 длиной 20 мм.

Рис. 6. Ротор в сборе (без уплотнений): А — отверстия под пружины (3 шт. в одну сторону и 3 шт. в другую — на каждом ребре); Б — скользящий подшипник; В — шаблон для чистовой обработки ротора в сборе.

Зубья шестерни с внутренним зацеплением (m=3; z=30; р_о=90) долбим на долбежном станке (допустимо — на поперечно-строгальном).

Наружные поверхности ротора обрабатываем по шаблону (В на рис. 6) желательно — на долбежном станке с одной установки, как и шестерню. Размеры шаблона приведены на рис. 6. Для построения на окружности диаметром 120 мм откладываем хорды по 5 мм. Проводим радиусы указанной на рисунке величины R; полученные точки соединяем лекалом и точно обрабатываем. Наложив шаблон на отверстие Ø100, вычерчиваем на торце заготовки линии «треугольника», по которым и обрабатываем поверхности ротора.

В отверстие Ø100 по концам ротора запрессовываем медно-графитовые скользящие подшипники (можно заменить их подшипниками из латуни). При латунных подшипниках — прессовая посадка, а при медно-графитовых втулках — тугая.

Рис. 7. Уплотнения ротора: а — продольные пластины по ребрам ротора: I — чугунные (всего 6 шт.); II — латунные (всего 6 шт.); III — чугунные (6 шт.) — вариант без пружин. б — боковые (торцовые) пластины из латуни (6 шт.); в — пружина.

Уплотнения трех ребер ротора состоят каждое из четырех пластин (рис. 7, а) — двух чугунных и двух латунных, которые тремя пружинами (рис. 7, в) отжимаются вверх и влево (две пластины) и вверх и вправо (другие две пластины). Чугунные уплотнительные пластины лучше всего изготовить из белого (отбеленного) чугуна или из чугуна для центробежной отливки. На рис. 7, а приведены два варианта конструкции чугунных пластин. Боковые (торцевые) уплотнения (рис. 7, б) ротора состоят только из латунных пластин, прижимающихся к стенкам пружинами.

Изготовление остальных деталей и сборка роторного двигателя

Сварной ротор вращается вокруг неподвижной центральной шестерни (m=3; z=20; D_o=60), показанной на рис. 8.

Рис. 8. Центральная неподвижная шестерня: А — места посадки подшипника № 204; Б — 4 отв. Ø6 для смазки.

Справа на вал шестерни (Ø20^+0,03) надет подшипник № 204, на который ставится правый эксцентрик с восемью шлицами, показанный на рис. 9.

Рис. 9. Правый эксцентрик, надеваемым на вал неподвижной центральной шестерни. Эксцентрицитет 15 мм. А — место посадки подшипника № 204; Б — поверхность работы медно-графитового подшипника; В — по окружности сверлить 8 отв. Ø6 для смазки; Г — отверстия под болты со втулками.

На шлицы правого эксцентрика ставится правый балансир (рис. 10, а), имеющий шестерню для передачи вращения.

Рис. 10. Детали роторного двигателя: а — правый балансир ротора; б — левый балансир ротора; в — втулка на валу шестерни; г — стяжная шпилька-втулка между эксцентриками (3 шт.); д — балансировочный болт; е — втулка. А — посадка подшипника № 204; Б — зубчатое колесо: m=2; z=30; ро=60; В — торцевать с одной установки с нарезкой резьбы.

Для упора подшипников № 204 между ними на вал Ø20 неподвижной шестерни (под правым эксцентриком) надевается втулка (рис. 10, в). Слева в неподвижную шестерню запрессовывается подшипник, в который входит конец вала с левым эксцентриком, показанного на рис. 11.

Рис. 11. Вал ротора с левым эксцентриком. Эксцентрицитет 15 мм. Обработка кр. Δ6. А — шпоночная канавка (10 мм, l = 30, глубина 12 мм) с двух сторон; Б — с двух сторон глубиной 4 мм; В — поверхность работы медно-графитового подшипника; Г — подшипник № 204; Д — подшипник № 207; Е — 16 отв. Ø6 для смазки; Ж — 7 отв. Ø16 для облегчения.

Для скрепления левого и правого эксцентриков между собой соединяем их тремя стяжными шпильками-втулками (рис. 10, г), в концы которых ввинчиваются винты М10.

Сварной ротор, полностью собранный с эксцентриками и балансирами, скрепляется специально изготовляемым балансировочным болтом с втулкой (рис. 10, д, е) и балансируется на специальном балансирном станке или вручную на двух рейках-ножах. После точной балансировки производится сборка ротора с корпусом; ротор должен легко проворачиваться от руки.

Сварные фланцы (рис. 12, а и 13, а) после сварки должны пройти отжиг в печи.

Рис. 12. Правый сварной фланец (а) и его крышка-фланец (б). А — отверстия с двух сторон сверлить точно ±0,003; Б — всасывающее окно.

Рис. 13. Левый фланец (а) и вставляемый в него стакан (6) катушки зажигания и прерывателя. А — приварить патрубок карбюратора; Б — при сборке сверлить отверстия Ø16; В — отверстия вентилятора; Г — отверстия крепления фланца; Д — прерыватель; Е — конденсатор; Ж — от мотопилы «Дружба».

Шлифуем рабочие поверхности фланцев с расточкой отверстия и шлифовкой по торцу, а также наносим риски для сверления крепежных отверстий. Восемь отверстий правого фланца необходимо сверлить по указанным диаметрам с допуском ±0,003 мм. Деталь следует обрабатывать с одной установки с шлифовкой торцевой стороны.

Между фланцами и корпусом роторного двигателя ставится латунная прокладка толщиной 0,2—0,1 мм.

Правый фланец с наружной стороны закрывается крышкой-фланцем (рис. 12, б), к которой крепится на шпонках неподвижная центральная шестерня. После этого снаружи можно ставить магнето, маслонасос, стартер или пусковое приспособление, а также бензонасос. Магнето можно использовать от пускового двигателя трактора «ДТ-54».

На вал с левым эксцентриком производим посадку шарикоподшипника № 207, на который садится левый фланец (рис. 13, а). На этот же вал устанавливаем левый балансир (рис. 10, б), а затем стакан (рис. 13, б), к которому крепятся катушки зажигания и прерыватель. Для опережения зажигания стакан может поворачиваться. От катушек зажигания наружу выходит один высоковольтный провод к свече зажигания.

Катушка зажигания состоит из прерывателя и трех катушек с тремя сердечниками из трансформаторного железа, набранных в пакет, соединенных заклепками и обработанных на токарном станке.

Рис. 14. Маховик-вентилятор. А — кулачки прерывателя; Б — магниты; В — трансформаторное железо; Г — лопасти вентилятора.

Маховик-вентилятор (рис. 14) можно изготовить из дуралюмина или алюминия с заливкой в маховик пластинчатых магнитов с пакетами из трансформаторного железа. Кулачки прерывателя изготовлены совместно с маховиком. В данный маховик устанавливается шесть магнитов.

После маховика устанавливается его кожух (рис. 15) с шарикоподшипником № 207. Этот шарикоподшипник зажимается конической шестерней с коренной гайкой.

Рис. 15. Кожух маховика-вентилятора. А — ребро.

После полной сборки и прокручивания ротора от руки двигатель ставится на стенд и в холодную вращается 24 часа с подливкой масла во всасывающее окно.

Карбюратор (от машины «Москвич-400») крепится на патрубок левого фланца (см. А на рис. 13, а). Смесь бензина, масла и воздуха из камеры левого балансира устремляется через окна внутрь сварного ротора и охлаждает его, а затем попадает в камеру правого балансира, откуда через всасывающее окно поступает в рабочий цилиндр.

Заключение

Данный двигатель с рабочим объемом 247 см³ и степенью сжатия 7 был изготовлен в ноябре 1963 года. Его ротор был изготовлен из стали 18ХНЗА, а корпус отлит из алюминиево-магниевого сплава под давлением.

Этот двигатель работал на бензине Б-90 с маслом МС, но для улучшения охлаждения в топливо добавлялся бензол и метиловый спирт. Двигатель развил мощность 49 л. с. при 18000 об/мин и температуре выхлопных газов 980° С.

В другом варианте роторного двигателя при том же рабочем объеме 247 м³ степень сжатия была повышена вдвое — до 14; это дало возможность получить большую мощность — 57 л. с. при 21240 об/мин и температуре выхлопных газов 1120 °С. Этот двигатель работал на смеси из метилового спирта (70%) и бензола (30%); для смазки применялось касторовое масло. При этом были расширены фазы газораспределения.

Испытания нового роторного двигателя продолжаются. Ведутся исследования его работоспособности и долговечности; производится замена уплотнительных пластин с применением различных материалов.

Данный роторный двигатель проработал 80 часов в полете (на малом ранцевом вертолете на одного человека).

Н. Н. Мельник, «Катера и яхты», 1965 г.

В раздел «Лодочные моторы»

Наш Telegram-канал: https://t.me/motolodki_katera. Подписывайтесь!

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

добавить страницу в избранное