ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1994 года по МПК F01B1/08 

Изобретение относится к поршневым машинам и может быть использовано при конструировании пневмо(гидро)двигателей, ДВС, компрессоров, насосов.

Известна поршневая машина, содержащая крестообразно расположенные цилиндры с поршнями, вал отбора мощности и кривошипный механизм, посредством которого поршни кинематически связаны с валом. Однако данная машина имеет значительные габариты.

Цель изобретения - уменьшение габаритов поршневой машины.

Указанная цель достигается тем, что в поршневой машине, содержащей крестообразно расположенные цилиндры с поршнями, вал отбора мощности и кривошипный механизм, посредством которого поршни кинематически связаны с валом, кривошипный механизм снабжен подшипниковым узлом, выполненным в виде обоймы и установленного в ней пальца, и осями, поршни снабжены боковыми приливами с осевыми отверстиями и выполнены полыми, на внутренних поверхностях поршней выполнены шлицевые канавки с установленными в них шариками, вал отбора мощности установлен в полости одного из поршней с возможностью взаимодействия с последним посредством шарико-шлицевого сопряжения, причем поршни установлены с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения и попарно жестко связаны между собой, одна пара - посредством пальца, расположенного в отверстиях их приливов, а другая пара - посредством осей, расположенных в отверстиях их приливов, и обоймы, размещенной между осями.

Благодаря этому поршневая машина получается компактной - ее габариты уменьшаются.

На фиг. 1 показана машина в разрезе; на фиг. 2 - второй вариант выполнения машины; на фиг. 3 - третий подвариант выполнения машины; на фиг. 4 - вид по стрелке А-А на фиг. 3.

Поршневая машина (см. фиг. 1) состоит из корпуса 1, в котором крестообразно расположены четыре цилиндра. Оси этих цилиндров расположены в одной плоскости и они пересекаются в одной точке. В цилиндрах установлены поршни 2, 3, 4, 5. Каждый из этих поршней имеет прилив 6, в котором выполнены отверстия, параллельные оси поршня. Центральная ось отверстия каждого поршня находится на расстоянии R = S/2 от центральной оси поршня (цилиндра), где S - ход поршня(ней). Поршни 2 и 4 жестко связаны между собой пальцем 7, который запрессован в отверстиях приливов 6 этих поршней. На пальце 7 одета подшипниковая обойма 8, являющаяся подшипником скольжения (или качения), на которой выполнены две оси 9, расположенные с возможностью вращения в отверстиях приливов поршней 3 и 5. Своими концами оси 9 упираются в упорные подшипники 10. Этот механизм (дет. 6-10) и образует новый кривошипный механизм передачи возвратно-поступательного движения поршней и их вращения, что и является отличительным признаком данного технического решения.

Выполнение машины может быть таким, когда гильза 11 может вращаться в подшипнике 12 и подшипнике, установленном в крышке 13 (как показана гильза поршня 2), или когда гильзы стационарны в цилиндрах (гильзы поршней 3, 4, 5).

Передача вращения поршней во вращение вала 14 отбора мощности осуществляется при помощи шарико-шлицевого сопряжения, для чего на валу 14 и в отверстии поршня 4 выполнены шлицевые канавки 15, 16 сферического сечения, а в них заложены шарики (шлицевых канавок по окружности вала и отверстия поршня много штук - в зависимости от прочностного расчета). Поршневую машину на фиг. 1 можно выполнить небольшой мощности, к примеру, в качестве пневмодвигателя.

На фиг. 2 показано выполнение машины в качестве ДВС. В этой машине поршни установлены не только внутри гильзы, но еще и в отверстиях шестерен. Или, как показано на фиг. 2, шестерни выполнены за одно целое с гильзами. Причем шестерня 17 находится в зацеплении с шестерней 18, а шестерня 19 - с шестерней 20. Их передаточное отношение 1: 1. Шестерни 17 и 20 кинематически между собой связаны, к примеру, при помощи цилиндрических шестерен, как показано на фиг. 4.

На фиг. 2 поршни с коническими шестернями связаны при помощи шарико-шлицевых сопряжений (по аналогии с фиг. 1). Ход поршней в зависимости от их диаметров, в отличии от выполнения приливов 6 на фиг. 1 будет больше, что гарантирует специальное выполнение приливов 6. На фиг. 2 позицией 8 показан вкладыш подшипника.

Для отвода отработанных газов в гильзах шестерен 17-20 выполнены окна 21, а в корпусе 1 - окно 22. Для подачи рабочей смеси в гильзах шестерен 17-20 выполнены окна 23, а в крышке 13 - окно 24. А чтобы газы не давили по оси на гильзы шестерен, дно этих гильз выполнено как показано на фиг. 2 и установлена стационарная шайба 25.

На фиг. 3, 4 показана машина, в которой оси цилиндров перекрещиваются не под прямым углом, как в машине на фиг. 1, 2, а под углом α. Такое выполнение позволяет при одном и том же R увеличивать S. При повороте поршней 2, 4 на 180^о точка 0 придет в точку 0₂, значит S= .

На фиг. 3, 4 показано, что на ступицах конических шестерен жестко закреплены цилиндрические шестерни 26, которые через шестерни 27 связаны с валом 28 отбора мощности и тем самым все конические шестерни, а значит и все поршни, взаимосвязаны между собой в своем повороте.

На фиг. 4 дополнительно показан еще один подвариант клапанного управления газообмена (к примеру, в четырехтактном ДВС) - для этого на вале отбора мощности жестко закреплена шестерня 29, находящаяся в зацеплении с шестерней 30 i= = 1/2. На торце шестерни 30 выполнены кулачки 31, которые управляют впускным клапаном 33, установленным подпружиненно (не показано) в отверстиях крышки 34.

Машина, к примеру в качестве ДВС на фиг. 2, работает следующим образом (ДВС - двухтактный). Проследим работу начиная с положения, показанного на фиг. 2: поршень 2 находится в крайнем правом положении - в цилиндре происходит выпуск отработанных газов; поршень 4 находится тоже в самом крайнем правом положении - в цилиндре произошло сжатие смеси и произошло ее зажигание: в цилиндре поршня 5 аналогично - выпуск отработанных газов; в цилиндре поршня 3 произошло зажигание рабочей смеси. Далее поршни 3 и 4 совершают рабочий ход, при этом поршень 4, двигаясь, поворачивает поршни 3 и 5 вокруг их оси, а поршень 3 поворачивает поршни 2 и 4 вокруг своей оси. Значит все поршни и двигаются и поворачиваются вокруг оси. Вращение поршней через шарико-шлицевые сопряжения передается на конические шестерни 17-20, а т. к. они находятся в зацеплении с i = 1: 1, то это вращение синхронными шестернями и сохраняется; затем это вращение поршней передается и на вал 28 отбора мощности (см. фиг. 4). При таком движении точка пересечения центральных линий пальцев 7 и 9 будет описывать кривую в плоскости, расположенной под углом 45^о к центральным линиям цилиндров, и эта плоскость перпендикулярна к плоскости, в которой расположены центральные линии цилиндров. В дальнейшем уже поршни 2 и 5 будут совершать рабочие хода и поворачивать и себя и поршни 3 и 4, и т. д.

Технико-экономический эффект будет достигаться за счет экономии материалов. (56) Баландин С. С. Бесшатунные поршневые ДВС, М. : Машиностроение, 1968 г. , с. 6, рис. 1.

Использование: в поршневых машинах, а именно при конструировании пневмо(гидро)-двигателей, ДВС, компрессоров и насосов. Сущность изобретения: машина содержит корпус 1, крестообразно расположенные цилиндры с поршнями 2,3,4,5, вал отбора мощности 14 и кривошипный механизм, посредством которого поршни 2,3,4,5 кинематически связаны с валом, при этом кривошипный механизм снабжен подшипниковым узлом, выполненным в виде обоймы 8 и установленного в ней пальца 7, и осями, поршни 2,3,4,5 снабжены боковыми приливами 6 с осевыми отверстиями и выполнены полыми, на внутренних поверхностях поршней 2,3,4,5 выполнены шлицевые канавки 15, 16 с установленными в них шариками, вал отбора мощности 14 установлен в полости одного из поршней с возможностью взаимодействия с последним посредством шарико-шлицевого сопряжения, причем поршни 2,3,4,5 установлены с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения и попарно жестко связаны между собой, одна пара - посредством пальца 7, расположенного в отверстиях их приливов 6, а другая пара - посредством осей, расположенных в отверстиях их приливов 6, и обоймы 8 размещенной между осями. Кроме того, машина содержит конические шестерни, установленные с возможностью взаимодействия друг с другом, а поршни 2,3,4,5 размещены в ступицах шестерен, кроме того, машина снабжена основными и дополнительными цилиндрическими шестернями, причем основные шестерни установлены на ступицах конических шестерен, а дополнительные - на валу с возможностью взаимодействия друг с другом. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ПОРШНЕВАЯ МАШИНА, содержащая крестообразно расположенные цилиндры с поршнями, вал отбора мощности и кривошипный механизм, посредством которого поршни кинематически связаны с валом, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов, кривошипный механизм снабжен подшипниковым узлом, выполненным в виде обоймы и установленного в ней пальца, и осями, поршни снабжены боковыми приливами с осевыми отверстиями и выполнены полыми, на внутренних поверхностях поршней выполнены шлицевые канавки с установленными в них шариками, вал отбора мощности установлен в полости одного из поршней с возможностью взаимодействия с последним посредством шарикошлицевого сопряжения, причем поршни установлены с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения и попарно жестко связаны между собой, одна пара- посредством пальца, расположенного в отверстиях их приливов, а другая пара - посредством осей, расположенных в отверстиях их приливов, и обоймы, размещенной между осями. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена коническими шестернями, установленными с возможностью взаимодействия одна с другой, а поршни размещены в ступицах шестерен. 3. Машина по п. 1 и 2, отличающаяся тем, что продольные оси цилиндров расположены под углом, отличным от прямого. 4. Машина по п. 2, отличающаяся тем, что она снабжена основными и дополнительными цилиндрическими шестернями, причем основные шестерни установлены на ступицах конических шестерен, а дополнительные - на валу с возможностью взаимодействия одна с другой.