МЕХАНИЗМ ПРИВОДА НАСОСА Российский патент 1995 года по МПК F04B9/02 F04B13/00 

Изобретение относится к технике насосостроения и может быть использовано в приводе насосов с возвратно-поступательным движением рабочих органов, в частности в поршневых насосах с регулируемой производительностью.

Известно, что гипоциклоида при определенном соотношении основной и образующей окружностей, а именно при соотношении этих окружностей, равном 2, вырождается в прямую линию (так называемые круги Кардана, см. Кожевников С. Н. и др. Механизмы. М. Машиностроение, 1965, с. 180).

Известен также планетарно-кривошипный механизм [1] реализующий указанное свойство вырожденной гипоциклоиды, содержащий корпус, установленный в его расточке планетарно-кривошипный механизм, состоящий из статорного диска с зубчатым венцом внутреннего зацепления, ведущего диска, сателлита, кривошипа и двух пар подшипников, а также приводной вал, установленный в отдельной расточке корпуса в подшипниках, кулисное или кривошипно-шатунное устройство, кинематически связывающее рабочий орган насоса, например плунжер, с кривошипом, эксцентриситет которого равен радиусу делительной окружности сателлита, а зубчатый венец статорного диска и зубчатый венец сателлита расположены с образованием зубчатой пары внутреннего зацепления, делительные окружности которой выполнены с образованием кругов Кардана. Такой механизм может быть использован для возвратно-поступательного привода рабочего органа насоса.

Однако практическая реализация упомянутого выше планетарно-кривошипного механизма сталкивается со значительными трудностями ввиду невозможности размещения в ограниченном пространстве, определяемом геометрией кругов Кардана, силовых опор вращения сателлитов, несущая способность которых была бы эквивалентна допускаемым нагрузкам передачи внутреннего зацепления.

Дополнительные трудности возникают также как результат сложной схемы установки кривошипа в виде двойной консоли, что в значительной мере ухудшает условия работы зубьев передачи внутреннего зацепления. Поэтому рассмотренный выше механизм не нашел применения в силовых приводах, в том числе в приводах поршневых насосов.

Цель изобретения состоит в том, чтобы в рамках теоретической модели, определяемой кругами Кардана, создать планетарно-кривошипный механизм с равнопрочными элементами по всей цепи передачи сил от приводного вала к кривошипу с одновременным устранением двойной консоли в схеме нагружения кривошипа.

Цель достигается за счет того, что механизм снабжен кривошипным валом, сателлит и кривошип расположены с разных его сторон, а центральная часть кривошипного вала выполнена в виде соосного с сателлитом опорного цилиндра, на ведущем диске выполнены опорные поверхности с эксцентричной расточкой внутри них, причем наружные кольца одной из пар подшипников установлены в эксцентричной расточке, а внутренние кольца выполнены охватывающими опорный цилиндр кривошипного вала, внутренние кольца второй пары подшипников установлены на опорных поверхностях ведущего диска, а его наружные кольца зафиксированы в корпусе, на наружной поверхности ведущего диска выполнен зубчатый венец, приводной вал снабжен шестерней, размещенной на нем и входящей в зацепление с зубчатым венцом ведущего диска.

Для обеспечения изменяемой при регулировании длины хода рабочих органов насоса механизм может быть снабжен подшипниками вращения в которых установлен статорный диск, на наружной поверхности которого выполнен зубчатый венец, и установленным на дополнительной расточке, выполненной в корпусе, регулирующим валом с шестерней, входящей в зацепление с зубчатым венцом статорного диска.

Для увеличения нагрузочной способности механизма привода он может быть снабжен дополнительным планетарно-кривошипным механизмом, расположенным зеркально-симметрично основному, при этом их кривошипные валы объединены в один коленчатый вал, а ведущий и регулирующий валы снабжены дополнительными шестернями. Для устранения консольного расположения сателлитов ведущие диски механизма могут быть расположены на периферии.

На фиг.1 показан механизм привода насоса; на фиг.2 вариант конструктивного выполнения механизма привода насоса с изменяемой длиной хода рабочих органов насоса; на фиг.3 и 4 варианты конструктивного выполнения механизма привода насоса увеличенной нагрузочной способности.

Механизм привода насоса (см. фиг.1) содержит корпус 1 с расточкой 2, статорный диск 3 с зубчатым венцом 4 внутреннего зацепления, ведущий диск 5 с зубчатым венцом 6 наружного зацепления, опорными поверхностями 7 и с эксцентричной расточкой 8, расположенной внутри опорных поверхностей 7, кривошипный вал 9 с кривошипом 10, сателлитом 11 и опорным цилиндром 12, приводной вал 13 с шестерней 14. Подшипники 15 охватывают своими внутренними кольцами опорный цилиндр 12 кривошипного вала 9, а наружными кольцами зафиксированы в эксцентричной расточке 8 ведущего диска 5. Подшипники 16 охватывают своими внутренними кольцами опорные поверхности 7 ведущего диска 5, а наружными кольцами зафиксированы в расточке 2 корпуса 1. Эксцентриситет кривошипа 10 равен радиусу делительной окружности сателлита 11, сателлит 11 и зубчатый венец 4 внутреннего зацепления статорного диска 3 образуют совместно зубчатую передачу внутреннего зацепления с передаточным отношением 1:2 и межцентровым расстоянием, равным эксцентриситету расточки 8, а зубчатый венец 6 наружного зацепления ведущего диска 5 образует совместно с шестерней 14 приводного вала 13 зубчатую передачу наружного зацепления. Кривошип 10 кинематически связан кулисным или кривошипно-шатунным устройством 17 с рабочим органом насоса, например плунжером 18.

Пример конструктивного устройства механизма привода насоса, представленный на фиг.2, отличается тем, что статорный диск 3 установлен в подшипниках 19 вращения, на наружной поверхности статорного диска 3 выполнен зубчатый венец 20, а в дополнительной расточке корпуса 21 установлен регулирующий вал 22 с шестерней 23, входящей в зацепление с зубчатым венцом 20 статорного диска 3.

Пример конструктивного устройства механизма привода насоса, представленный на фиг.3, отличается тем, что в корпусе 1 зеркально расположено два планетарно-кривошипных механизма, при этом их кривошипные валы объединены в один коленчатый вал 24, а на приводном 13 и регулирующем 22 валах расположены по две шестерни 14 и 23 соответственно.

Пример конструктивного устройства механизма привода насоса, представленный на фиг.4, отличается тем, что в корпусе 1 зеркально расположено два планетарно-кривошипных механизма, при этом их ведущие диски 5 расположены на периферии.

Механизм привода насоса работает следующим образом.

Вращательное движение от приводного вала 13 шестерней 141 передается на ведущий диск 5, который вращается в подшипниках 16. В результате вращения ведущего диска 5 кривошипный вал 9, установленный в эксцентричной расточке 8 ведущего диска 5, совершает переносное движение вокруг центральной оси зубчатого венца 4 статорного диска 3. Сателлит 11 кривошипного вала 9, входящий в зацепление с зубчатым венцом 4 статорного диска 3, обеспечивает планетарное движение кривошипного вала 9 вокруг его центральной оси. Результирующая траектория движения кривошипа 10, которая является суммарной переносного и планетарного движения, представляет собой гипоциклоиду, которая при определенном геометрическом соотношении зубчатых венцов 4, 6, эксцентриситета расточки 8 и эксцентриситета кривошипа 10, соответствующем кругам Кардана, вырождается в прямую линию. Кулисное или кривошипно-шатунное устройство 17 кинематически связывает кривошип 10 и рабочий орган насоса, например плунжер 18, что обеспечивает возвратно-поступательное движение последнего. Опорные поверхности 7 выполнены на ведущем диске 5 с таким расчетом, что позволяют разместить на нем внутри опорных поверхностей 7 такую эксцентричную расточку 8, диаметр которой обеспечивает установку подшипников 15 любого необходимого габарита. Сателлит 11 и кривошип 10 расположены с разных сторон опорного цилиндра 12 кривошипного вала 9, что, как это видно из фиг.1, устраняет двойную консоль в схеме нагружения кривошипа.

Изменение длины хода рабочих органов насоса, например плунжеров 18, может быть осуществлено поворотом статорного диска 3 в подшипниках 19 путем вращения регулирующего вала 22 с шестерней 23 (см. фиг.2). Такой поворот статорного диска 3 приводит к изменению траектории движения кривошипа 10, что выражается в изменении угла наклона вырожденной гипоциклоиды к центральной оси плунжера 18. Так как длина хода плунжера 18 равна величине проекции траектории движения кривошипа 10 на центральную ось плунжера 18, поворот статорного диска 3 изменяет величину этой проекции, т.е. длину хода плунжера 18.

Существенное дополнительное увеличение нагрузочной способности механизма привода насоса может быть достигнуто при зеркально-симметричной установке двух планетарно-кривошипных механизмов в общей расточке 2 корпуса 1 (см. фиг.3). При такой конструкции механизма привода рабочая нагрузка от плунжера 18 через кривошипно-шатунное устройство 17 воспринимается симметричным коленчатым валом 24 и распределяется равномерно на подшипники 15, т.е. отсутствуют паразитные силы, возникающие при консольной схеме нагружения кривошипного вала 9 рабочей нагрузкой, как это имеет место в конструкциях, изображенных на фиг.1 и 2.

Дополнительное увеличение нагрузочной способности механизма привода насоса может быть достигнуто в том случае, когда приводные диски 5 установлены на периферии привода (см. фиг.4). Такая конструкция механизма привода позволяет устранить консоль в схеме нагружения сателлитов 1, что улучшает условия работы зубчатых передач внутреннего зацепления.

Использование: в поршневых насосах с регулируемой производительностью. Сущность изобретения: планетарно - кривошипный механизм снабжен кривошипным валом. Сателлит и кривошип расположены с разных его сторон. Центральная часть вала выполнена в виде соосного с сателлитом опорного цилиндра. На ведущем диске выполнены опорные поверхности с эксцентричной расточкой внутри них. Наружные кольца одной пары подшипников установлены в эксцентричной расточке. Внутренние кольца выполнены охватывающими опорный цилиндр кривошипного вала. Внутренние кольца второй пары подшипников установлены на опорных поверхностях ведущего диска, его наружные кольца зафиксированы в корпусе. На наружной поверхности диска выполнен зубчатый венец. Приводной вал снабжен шестерней, размещенной на нем и входящей в зацепление с зубчатым венцом диска. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. МЕХАНИЗМ ПРИВОДА НАСОСА, содержащий корпус, установленный в его расточке планетарно-кривошипный механизм, состоящий из статорного диска с зубчатым венцом внутреннего зацепления, ведущего диска, сателлита, кривошипа и двух пар подшипников, а также приводной вал, установленный в отдельной расточке корпуса в подшипниках, кулисное или кривошипно-шатунное устройство, кинематически связывающее рабочий орган насоса, например плунжер, с кривошипом, эксцентриситет которого равен радиусу делительной окружности сателлита, а зубчатый венец статорного диска и зубчатый венец сателлита расположены с образованием зубчатой пары внутреннего зацепления, делительные окружности которой выполнены с образованием кругов Кардана, отличающийся тем, что механизм снабжен кривошипным валом, сателлит и кривошип расположены с разных его сторон, а центральная часть кривошипного вала выполнена в виде соосного с сателлитом опорного цилиндра, на ведущем диске выполнены опорные поверхности с эксцентричной расточкой внутри них, причем наружные кольца одной из пар подшипников установлены в эксцентричной расточке, а внутренние кольца выполнены охватывающими опорный цилиндр кривошипного вала, внутренние кольца второй пары подшипников установлены на опорных поверхностях ведущего диска, а его наружные кольца зафиксированы в корпусе, на наружной поверхности ведущего диска выполнен зубчатый венец, приводной вал снабжен шестерней, размещенной на нем и входящей в зацепление с зубчатым венцом ведущего диска. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что механизм снабжен подшипниками вращения, в которых установлен статорный диск, на наружной поверхности которого выполнен зубчатый венец, и установленным в дополнительной расточке, выполненной в корпусе, регулирующим валом с шестерней, входящей в зацепление с зубчатым венцом статорного диска. 3. Механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным планетарно-кривошипным механизмом, расположенным зеркально-симметрично основному, при этом их кривошипные валы объединены в один коленчатый вал, а ведущий и регулирующий валы снабжены дополнительными шестернями. 4. Механизм по пп.1 3, отличающийся тем, что ведущие диски расположены на периферии.