ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F01B13/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании роторно-поршневых бесшатунных насосов, компрессоров, двигателей, поршневых машин.

Известны устройства и машины аналогичного назначения. Например, известна бесшатунная поршневая машина [1], содержащая два параллельных вала, соединенных со штоком двух пар поршней и взаимодействующих с помощью корпуса с двумя парами смонтированных оппозитно расположенных цилиндров.

Однако машина имеет недостаточно высокие динамические свойства (неуравновешенность инерционных масс, значительное боковое давление поршней на цилиндры).

Наиболее близкой к предлагаемому является поршневая машина [2], содержащая два параллельных вала и два дугообразных элемента на них со смонтированными двумя парами оппозитно расположенных цилиндров.

Взаимодействие происходит посредством крестовины, образуемой двумя парами взаимно перпендикулярных штоков с поршнями.

К недостаткам машины следует отнести ее недостаточные динамические свойства. Наиболее массивные подвижные части машины по предложенной схеме необходимо располагать удаленно от мгновенных осей вращения, из-за чего и возникают значительные инерционные силы. Это в свою очередь сказывается на необходимость увеличения габаритов машины, а также на ее недостаточной компактности, на недостаточной компактности подводящих рабочую среду системы.

Целью изобретения является более рациональное расположение подвижных частей машины, уменьшение воздействия инерционных сил, повышение ее динамических качеств, повышение надежности работы, увеличение компактности всего оборудования.

Это достигается тем, что применены два дугообразных элемента, смонтированных с возможностью вращения около параллельных осей со смещением, а на них смонтированы штоки с поршнями, образующие две соосные пары. Поршни находятся в четырех цилиндрах, образующих жесткую крестовину из двух пар соосных с взаимно перпендикулярными осями цилиндров. На крестовине смонтирован вал с осью, перпендикулярной осям крестовины - осям цилиндров. Вал содержит зубчатое колесо, которое вместе с другим зубчатым колесом и валом в подшипнике на стойке смонтировано с возможностью находиться в постоянном зацеплении при циклическом движении вала вместе с крестовиной, получаемом от вращения двух дугообразных элементов.

Вал на крестовине снабжен опорной поверхностью, применен по крайней мере один подшипник качения, смонтированный на опоре, кинематически связанной со стойкой с возможностью контактного воздействия на опорную поверхность вала в течение всего цикла пространственного перемещения вала вместе с крестовиной.

Расположение цилиндров с образованием жесткой крестовины позволяет уменьшить расстояние от наиболее массивных частей до мгновенных осей вращения и тем самым уменьшить габариты машины.

Подвод (отвод) энергии прямо к крестовине позволяет в два раза уменьшить обороты машины в насосно-компрессорном варианте и снизить момент вращения вала, уменьшая тем самым боковое давление поршней при двигательном варианте машины.

Применение опорной поверхности на валу и опорных подшипников сечения снижает уровень паразитных колебаний крестовины - цилиндров, приближает их геометрию движения к закономерной и приводит к общей динамике машины.

На фиг. 1 изображена поршневая машина, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Поршневая машина содержит смонтированный на корпусе шарнир 1, одно из звеньев которого с помощью рычага 2 фиксирует ось 3, параллельную оси шарнира 1. Ось 3 и подвижный второй элемент шарнира 1 соединены с возможностью вращения с дугообразными элементами 4 и 5, на которых смонтированы штоки 6-9 с поршнями 10-13, образующие соосные пары с взаимно перпендикулярными осями. Вращающие поршни цилиндры 14-17 образуют соосные пары оппозитно расположенных цилиндров с взаимно перпендикулярными и образующие жестким соединением крестовину 18.

На крестовине смонтирован вал 19 с осью, перпендикулярной осям крестовины (цилиндров). На валу 19 жестко смонтировано зубчатое колесо 20, находящееся при его циклических перемещениях вместе с крестовиной 18 и валком 19 в постоянном закреплении с зубчатым колесом 21, жестко соединенным с валом 22 в подшипнике 23. Вал 19 содержит цилиндрический опорный элемент 24, находящийся в постоянном контакте при цилиндрических перемещениях вала 19 с подшипником 25, смонтированным в корпусе 26.

Поршневая машина работает следующим образом.

При вращении подвижного элемента шарнира 1 с закрепленным на нем дугообразным элементом 4 вместе со штоками 6 и 7 и поршнями 10 и 11 движение передается цилиндрам 14 и 15 и всей крестовине 18 и цилиндрам 16, 17, а от них - поршням 12, 13, штокам 8, 9 и дугообразному элементу 5. При перемещении и вращении крестовины 18 вместе с валом 19 посредством зубчатых колес 20 и 21 передается вращательное движение валу 22 в подшипнике 23. Вал 19, находясь в постоянном контакте опорным элементом 24 с подшипником 25, смонтированным в корпусе 26, улучшает динамические свойства машины.

Использование: в машиностроении при проектировании поршневых насосов, компрессоров и двигателей. Сущность изобретения: машина содержит выходной и входной валы, цилиндры 14 - 17 с поршнями 10 - 13 и штоками 6 - 9. Цилиндры 14 - 17 соединены с образованием крестовины 18, снабженной промежуточным валом 19 с зубчатым колесом 20, образующим зубчатую передачу с колесом 21 выходного вала 22. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПОРШНЕВАЯ МАШИНА, содержащая входной и выходной валы, две пары оппозитно расположенных цилиндров с поршнями с взаимно перпендикулярными осями и два дугообразных элемента, смонтированных с возможностью вращения вокруг параллельных осей и кинематически связанных с цилиндрами и поршнями с возможностью относительного перемещения поршней и цилиндров, отличающаяся тем, что цилиндры жестко соединены с образованием крестовины, на крстовине жестко закреплен промежуточный вал, расположенный перпендикулярно осям цлиндров и лучами крестовины и снабженный первым зубчатым колесом, на выходном валу установлено второе зубчатое колесо с возможностью постоянного зацепления с первым колесом при его циклическом пространственном перемещении вместе с промежуточным валом и крестовиной, а штоки с поршнями смонтированы на дугообразных элементах. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что промежуточный вал снабжен опорной поверхностью и по крайней мере одним подшипником качения, кинематически связанным со стойкой с возможностью контакта с опорной поверхностью промежуточного вала в течение всего цикла пространственного перемещения его вместе с крестовиной.