ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1994 года по МПК F01B13/04 

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение при создании насосов, компрессоров, поршневых машин.

Известна поршневая машина, содержащая корпус в виде двух элементов, на каждом из которых размещена пара оппозитных цилиндров с поршнями, связанными попарно при помощи витков, расположенных взаимно перпендикулярно и соединенных между собой с образованием крестовины, каждый из элементов связан с одним из валов, размещенных в опорах рамы.

Недостатком известной поршневой машины является низкий механический КПД, обусловленный боковым давлением поршней на стенки цилиндров, и, следовательно, трением между поршнями и цилиндрами.

Целью изобретения является повышение КПД путем снижения трения поршней о стенки цилиндров.

Цель достигается тем, что известная машина, содержащая раму с опорами, разъемный корпус в виде двух элементов, на каждом из которых размещена пара оппозитных цилиндров с поршнями, связанными попарно при помощи штоков, расположенных взаимно перпендикулярно и соединенных между собой с образованием крестовины, согласно изобретению снабжена валом отбора мощности с эксцентриком и механизмом синхронизации, при этом крестовина расположена на эксцентрике вала с возможностью вращения, вал отбора мощности и элементы корпуса установлены в опорах рамы и кинематически связаны между собой посредством механизма синхронизации, выполненного в виде системы шестерен с передаточным отношением 2 : 1.

При этом наибольший эффект будет достигнут, если элементы корпуса выполнить в виде прямоугольный арок, опоры - в виде сдвоенных эксцентриков. Вал отбора мощности можно кинематически связать с центром крестовины посредством дополнительных шестерен, а штоки поршней соединить с центром крестовины шарнирно.

Благодаря кинематической связи между валом отбора мощности, двумя элементами корпуса и крестовиной при помощи шестерен обеспечивается синхронизация вращения элементов корпуса и крестовины, что приводит к тому, что крутящий момент от вала отбора мощности к элементам корпуса передается не через крестовину и штоки с поршнями, а через синхронизиpующие шестеренки. В предлагаемой машине все вращающиеся детали синхронизированы между собой: элементы корпуса, вал отбора мощности, крестовина. Полная синхронизация позволила отказаться от жесткого соединения штоков поршней с образованием крестовины. Теперь штоки поршней можно соединить шарнирно с крестовиной, выполненной в виде подшипника эксцентрика вала отбора мощности, что позволяет устранить неточности изготовления и компенсирует люфты шестерен синхронизации.

Синхронизирующие шестеренки имеют следующие передаточные соотношения: вал отбора мощности соединен с элементами корпуса шестеренками, позволяющими вращаться валу в два раза быстрее элементов корпуса, центр крестовины движется на эксцентрике вала отбора мощности по окружности диаметром, равным расстоянию смещения элементов корпуса, одновременно поворачиваясь, центр крестовины, проходя полностью по окружности, поворачивается на 180^о, т. е. вал сделал один оборот, а крестовина повернулась на половину оборота. Все эти движения синхронизированы при помощи неподвижной шестеренки корпуса, шестеренки центра крестовины и эксцентрика вала отбора мощности. Шестерня корпуса имеет передаточное отношение к шестеренке крестовины 1:2, а центр вращения крестовины смещен от центра вращения вала на половину расстояния смещения центров вращения элементов корпуса, т.е. осей сдвоенных эксцентриков рамы поршневой машины.

На фиг.1 показана принципиальная схема машины; на фиг.2 - то же, продольный разрез (система синхронизирующих шестерен).

Устройство содержит элементы 1 и 2 корпуса в виде прямоугольных арок с оппозитными цилиндрами 3 и 4 соответственно. Поршни 5 и 6 цилиндров соединены штоками с крестовиной 7 с помощью пальцев 8 и 9. Крестовина 7 на подшипнике 10 вращается на эксцентрике 11 вала 12 отбора мощности, установленного на подшипниках 13 - 15 рамы 16 поршневой машины. Вал 12 отбора мощности проходит через сдвоенные эксцентрики 17 и 18, на которых на подшипниках 19 - 22 установлены элементы 1 и 2 корпуса. Вращение элемента 1 корпуса синхронизировано с вращением вала 12 отбора мощности при помощи шестерен 23 - 26. Вращение элемента 2 корпуса синхронизировано с вращением вала 12 отбора мощности при помощи шестерен 27 - 30.

Синхронизация центра крестовины 7 осуществлена при помощи неподвижной шестерни 31 корпуса, шестерни внутреннего зацепления 32, закрепленной неподвижно на крестовине. Вал 12 отбора мощности проходит через неподвижную шестерню 31 и имеет два противовеса 34 и 33, уравновешивающие центробежные нагрузки от перемещения поршней, штоков, эксцентрика вала отбора мощности.

Элемент 1 корпуса поршневой машины вращается по оси А, элемент 2 - по оси Д, ось М - это ось вращения вала отбора мощности 12, АМ-МД. Эксцентриситет вала 12 равен АМ.

Поршневая машина работает следующим образом.

При вращении вала 12 отбора мощности через шестерни 27 - 30, 23 - 26 вращаются элементы 1 и 2 корпуса, а центр крестовины 7 движется по окружности, обкатываясь вокруг неподвижной шестерни 31, закрепленной на раме, шестерней 32 центра крестовины. Отношение шестерен 1:2, центр крестовины вращается на подшипнике 10 эксцентрика 11 вала отбора мощности 12. Эксцентриситет эксцентрика вала отбора мощности равен половине радиуса неподвижной шестерни 32.

Полная синхронизация вращения вала отбора мощности с элементами корпуса и с вращением крестовины полностью ликвидирует боковое давление поршней на стенки цилиндров, позволяет соединить штоки поршней с крестовиной шарнирно, что в свою очередь компенсирует неточности изготовления и люфты в шестеренках. Устранение бокового давления поршней на стенки цилиндров уменьшает трение, а следовательно, повышает механический КПД машины.

Использование: в машиностроении, а именно при проектировании поршневых насосов, компрессоров, двигателей. Сущность изобретения: машина содержит раму 16 с опорами, разъемный корпус в виде двух элементов 1, 2, на каждом из которых размещена пара оппозитных цилиндров 3, 4 с поршнями 5, 6, связанными штоками, причем продольные оси штоков взаимно перпендикулярны и соединены с образованием крестовины 7. Машина дополнительно содержит вал 12 отбора мощности с эксцентриком 11, на котором с возможностью вращения расположена крестовина 7. Элементы 1, 2 корпуса выполнены в виде прямоугольных арок и установлены в опорах рамы 16. Последние выполнены в виде сдвоенных эксцентриков 17, 18, через них проходит вал 12 отбора мощности, который в свою очередь кинематически связан с центром крестовины 7 посредством дополнительных шестерен 31, 32. 4 з.п. ф-лы, 2 ил. ил.

1. ПОРШНЕВАЯ МАШИНА, содержащая раму с опорами, разъемный корпус в виде двух элементов, на каждом из которых размещена пара оппозитных цилиндров с поршнями, связанными попарно при помощи штоков, расположенных взаимно перпендикулярно к соединенных между собой с образованием крестовины, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения трения поршней о стенки цилиндров, машина снабжена валом отбора мощности с эксцентриком и механизмом синхронизации, при этом крестовина расположена на эксцентрике вала с возможностью вращения, вал отбора мощности и элементы корпуса установлены в опорах рамы и кинематически связаны между собой посредством механизма синхронизации, выполненного в виде системы шестерен с передаточным отношением 2:1. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что элементы корпуса выполнены в виде прямоугольных арок. 3. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что опоры выполнены в виде сдвоенных эксцентриков. 4. Машина по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными шестернями, а вал отбора мощности кинематически связан с центром крестовины посредством этих шестерен. 5. Машина по п. 1, или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что штоки поршней соединены с центром крестовины шарнирно.