Рассмотрим движение двух равных сил по окружности от 0 до π (рис.1), при чем одна из сил постоянно направлена по касательной к окружности вращения, другая сила направлена вертикально вверх или вертикально вниз. Некоторые промежуточные преобразования ввиду их элементарности мной пропущены.
-
Aa-работа силы действующей по касательной к окружности:
Aa = ωMa
Ma = FaR
Aa = πRFa (1.1)
Где: ω — угол поворота от 0 до π
Ma — крутящий момент от касательной силы
R — радиус окружности
Fa — сила действующая по касательной
Ar-работа силы действующей по вертикали:
Mr = Frsinφ
Ar = 2RFr (1.2)
Где:Mr — крутящий момент от вертикальной силы
Fr — сила действующая по вертикали
φ — угол поворота
Из этого преобразования следует, что при равенстве сил возникает неравенство действия крутящих моментов создаваемых этими силами.
Эти уравнения рассматриваются мной по причине того, что именно так действуют силы в роторно-поршневом планетарном передаточном механизме. Давление жидкости через преобразование в планетарной передаче всегда направлено по касательной к окружности вращения, а выталкивающая сила, либо сила тяжести, в жидкости всегда направлена по вертикали. В дальнейшем все преобразования будут производится по отношению к выталкивающей силе действующей в жидкости. Действие силы тяжести отличается от действия выталкивающей силы только противоположным направлением векторов действия этих сил.
-
Для определения сил воспользуемся известным утверждением: действие сил тяжести зависит от высоты, по которой происходит движение, и не зависит от траектории движения. Рассмотрим равномерное движение цилиндра с поршнем в жидкости по высоте равной диаметру поршневого ротора передаточного механизма (рис.2). В этом случае на поршень будет действовать давление жидкости, а на цилиндр будет действовать выталкивающая сила вызванная наличием воздушной пробки в цилиндре. При этом подразумевается, что обратный конец цилиндра не заливается жидкостью, а воздух имеет возможность выходить из цилиндра при нормальном давлении. Движение происходит вертикально сверху вниз, давление при этом будет равномерно возрастать, а действие выталкивающей силы, по мере движения поршня будет равномерно убывать. Работа, совершаемая поршнем (Aa) в данном случае описывается следующими уравнениями:
Aa = PсрL
Pср = RSpg
Aa = πR²Spg (2.1)
Где: Pср — суммарное давление на поршень
L= πR-длина поршня
S — площадь поршня
p — плотность жидкости
g — ускорение свободного падения
Выталкивающая сила (Fr) и работа выталкивающей силы (Ar) описывается следующими уравнениями:
Fr = LSpg
Ar = πR²Spg (2.2)
Таким образом работа совершаемая поршнем внутри цилиндра и работа выталкивающей силы действующей на цилиндр по высоте передаточного механизма равны между собой.
-
Значение силы действующей на поршень (Fa) и выталкивающей силы действующей на цилиндр (Fr) определяем по формуле:
Fa = Fr = A/h = πR²Spg/2R = 1/2πRSpg (3.1)
Где: A = Aa = Ar
h = 2R — высота движения
-
Подставляя полученные значения в формулы 1.1 и 1.2 соответственно, получаем следующие результаты, для работы давления жидкости действующего на поршень по окружности:
Aa = πRFa = 1/2π²R²Spg (4.1)
Для работы выталкивающей силы действующей на цилиндр по окружности:
Ar = 2RFr = πR²Spg (4.2)
Разница действия этих сил рассчитывается по формуле:
dA = Aa-Ar = 0,57πR²Spg (4.3)
Эта формула является формулой движения роторно-поршневого передаточного механизма, на основе данного неравенства можно проектировать двигатели преобразующие разницу давления в жидкости действующей по высоте поршневого ротора передаточного механизма.
Наряду с этим, мною рассчитан еще один способ создания неравенства действия давления жидкости и выталкивающей силы. Он заключается в изменении радиуса вектора действия выталкивающей силы, которое достигается за счет изменения геометрических параметров поршневого ротора передаточного механизма. Но это преобразование будет приведено несколько позднее.