ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F01B3/02 F01B9/04 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретнее к тепловым двигателям, компрессорам пневмодвигателям и насосам поршневого типа.

Известна поршневая машина, содержащая по меньшей мере один цилиндр с двумя поршнями, каждый из которых шарнирно соединен с кронштейнами, неподвижно соединенными или выполненными за одно целое со втулкой, установленной посредством подшипников на косом кривошипе силового вала двигателя. На кронштейнах имеются опорные шейки, сопряженные с возможностью поворотного движения с коромыслом, установленным посредством цапф или осей в корпусе.

Известная машина положительно отличается экономичностью и надежностью, высокими массогабаритными характеристиками. Некоторым недостатком этого устройства является низкая равномерность крутящего момента на выходном валу, обусловленная малым числом цилиндров и их синфазным действием, а также неполная реализация возможностей данной конструктивной схемы в части увеличения удельной мощности.

Цель изобретения повышение удельной мощности и равномерности крутящего момента.

Поставленная цель достигается введением в конструкцию дополнительных рабочих цилиндров, смещенных от уже имеющихся в окружном направлении на некоторый угол. Поршни этих цилиндров шарнирно сопряжены с дополнительными кронштейнами втулки, пропущенными с зазором и возможностью качательного движения в отверстиях коромысла. В частном случае при угле смещения дополнительных цилиндров на угол 90^о кронштейны расположены в осевых отверстиях цапф, которые посредством подшипников сопряжены с отверстиями коромысла.

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

Машина симметрична плоскости Е, поэтому вторая половина ее частично отсутствует на фиг.1.

Машина содержит четыре цилиндра 1,2,3,4 установленных в корпусе 5 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В каждом цилиндре расположены два оппозитных поршня 6 и 7 с двумя головками каждый, разделяющих цилиндры на центральную рабочую полость 8 с форсункой 9, впускными окнами 10 и выпускными 11 и две рабочих полости 12 с форсунками 13, впускными и выпускными окнами 14, 15. В поршнях выполнены поперечные отверстия прямоугольного сечения, подвижно сопряженные с ползунами 16, охватывающими сферическую головку, состоящую из грибовидных элементов 17, неподвижно установленных на концах кронштейнов 18, 19, 20, 21. Ползуны снабжены кольцевыми уплотнениями 22, герметизирующие полости карманов гидростатических подшипников, которые через отверстия 23 и обратные клапаны 24 соединены с источником смазки под избыточным давлением. Кронштейны жестко соединены или выполнены за одно целое с втулкой 25, установленной посредством подшипников 26 на косом кривошипе силового вала 27. Два диаметрально противоположных кронштейна 18, 20 снабжены опорными шейками, сопряженными посредством подшипников 28 с коромыслом 29, которое с возможностью качания на подшипниках 30, посредством цапф 31 установлено в проушинах 32, неподвижно закрепленных в корпусе. Цапфы выполнены в виде внутренней обоймы роликового или игольчатого подшипника качения с осевым отверстием, диаметр которого достаточно велик, чтобы в нем проходил с зазором и возможностью качательного движения дополнительный кронштейн 19. Поперечное сечение кронштейнов, сопряженных с отверстиями цапф 31, имеет овальную форму с радиусами кривизны, близкими к радиусу отверстия. Такая форма в данном случае имеет максимальный момент сопротивления W, т.е. обеспечивает наибольшую прочность кронштейнов на изгиб. Возможны варианты исполнения машины.

Минимальное число цилиндров два, оси которых смещены в окружном направлении на угол, не равный 180^о. Возможно число цилиндров, не равное четырем, например машина с тремя, шестью или восемью цилиндрами. Машина с тремя или шестью цилиндрами выполняется с обычными, без осевых отверстий, цапфами коромысел (подобно прототипу). Отверстия под кронштейны выполняются в щеках коромысла под углом к основным кронштейнам 18, 20, близкими к 60^о (в плоскости осей кронштейнов).

Машина с восемью цилиндрами содержит элементы устройства на фиг.1,2, но дополнена четырьмя кронштейнами и соответствующими отверстиями для них в коромысле, смещенными относительно кронштейнов 18,20 примерно на 45^о в окружном направлении. Предложенное исполнение применимо также к машинам с одним поршнем в каждом цилиндре с рабочими камерами типа 12.

Машина в варианте дизеля работает следующим образом. При вращении вала 27 втулки 25 с кронштейнами 18,19,20,21 совершают колебательное движение и через ползуны 16 сообщают поршням 6, 7 возвратно-поступательное движение, при этом в рабочих полостях 8, 12 реализуется рабочий процесс двигателя со сжатием воздушного заряда, впрыском и воспламенением топлива, расширением и продувкой рабочих полостей сжатым воздухом через окна 10, 11 и 14, 15. При колебаниях кронштейнов 19, 21 их части, расположенные в отверстиях цапф 31, последовательно принимают различные положения в пределах от К до С, но во всех случаях не касаются стенок цапф.

Технико-экономическая эффективность предложения обусловлена следующими факторами. Увеличение числа цилиндров в машине обеспечивает соответствующее увеличение мощности, при этом масса многих деталей, например, силового вала с косыми кривошипами, остается практически неизменной, следовательно увеличивается удельная мощность. Повышается равномерность крутящего момента на силовом валу, уменьшается масса маховика. Размещение кронштейнов втулки внутри осевых отверстий цапф обеспечивает использование отверстий в коромыслах по двойному назначению: для установки цапф и для размещения кронштейнов, позволяет уменьшить габариты и массу коромысла.

Использование: в машиностроения при проектировании поршневых машин. Сущность изобретения: машина содержит корпус, цилиндры с поршнями, шарнирно соединенными с кронштейнами. Последние неподвижно соединены или выполнены за одно целое с втулкой, установленной посредством подшипников на косом кривошипе силового вала. Коромысла шарнирно соединены с кронштейнами и посредством цапф с корпусом. Машина имеет дополнительные рабочие цилиндры, смещенные в окружном направлении. Кронштейны, связанные с поршнями этих цилиндров, пропущены через отверстия в щеках коромысла с зазором и с возможностью качательного движения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПОРШНЕВАЯ МАШИНА, содержащая корпус, силовой вал с косыми кривошипами и цилиндры с поршнями, шарнирно соединенными с кронштейнами, неподвижно соединенными с втулкой, установленной посредством подшипников на косом кривошипе силового вала, и коромысла, шарнирно соединенные с кронштейнами и посредством цапф с корпусом, отличающаяся тем, что машина снабжена дополнительными цилиндрами, смещенными от основных в окружном направлении, причем кронштейны дополнительных цилиндров с зазором и с возможностью качательного движения пропущены в отверстиях, выполненных в коромысле. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что отверстия цапф коромысла выполнены осевыми. 3. Машина по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что участки кронштейнов, расположенных в отверстиях цапф, имеют форму поперечного сечения в виде овала.