АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F02B75/26 F02B75/32 F01B3/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к поршневым двигателям с коаксиальным расположением вала.

Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий закрепленные на корпусе рабочие цилиндры, в которых размещены поршни, Z-образный коленчатый вал, и установленную на нем наклонную шайбу, связанную с поршнями (1).

Недостатками аналога являются значительные нагрузки в механизме преобразования движения, в частности в соединении шайбы с валом, а также жесткие условия компоновки из-за невозможности изменения расположения оси вала относительно осей цилиндров в конкретной конструкции двигателя.

Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус, закрепленные на нем рабочие цилиндры со втулками и головками, поршни, размещенные во втулках цилиндров с образованием камер переменного объема, коленчатый вал с расположенной параллельной его оси шатунной шейкой, на которой установлен шатун, и механизм преобразования, выполненный в виде двуплечего треугольного рычага, размещенного в плоскости цилиндра и вала, причем одна из вершин рычага свободно установлена на оси в корпусе, первое его плечо связано кинематически с поршнем, а второе с шатуном (2).

Недостатком прототипа является большие радиальные габариты из-за невозможности уменьшения расстояния между осями вала и цилиндров.

Целью изобретения является уменьшение поперечных габаритов двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что предложенный двигатель снабжен установленным в корпусе синхронизирующим рычагом и шарнирной тягой со сферическими шарнирами, плечи синхронизирующего рычага расположены в параллельных плоскостях качания, перпендикулярных плоскости качания треугольного рычага, первое плечо синхронизирующего рычага соединено при помощи шарнирной тяги со вторым плечом треугольного рычага, а второе плечо синхронизирующего рычага с шатуном.

Цель достигается также тем, что он может быть снабжен установленным на оси качания треугольного рычага дополнительным треугольным рычагом и дополнительной шарнирной тягой со сферическими шарнирами, синхронизирующий рычаг снабжен третьим плечом, расположенным в плоскости качания его первого плеча, а втулка цилиндра выполнена подвижной и скреплена с головкой, причем первое плечо дополнительного рычага связано со втулкой, а второе его плечо посредством дополнительной шарнирной тяги с третьим плечом синхронизирующего рычага.

Цель достигается тем, что дополнительный треугольный рычаг может быть снабжен третьим плечом, связанным со втулкой и расположенным в плоскости качания, симметричной плоскости качания первого и второго плеч дополнительного рычага относительно плоскости качания первого треугольного рычага.

Цель достигается тем, что коленчатый вал и цилиндр могут быть расположены соосно.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема двигателя; на фиг. 2 то же, двигателя с подвижной головкой; на фиг. 3 то же, с вильчатым дополнительным рычагом; на фиг. 4 то же, схема варианта фиг. 3 в изометрии.

Предлагаемый двигатель содержит корпус 1, закрепленный на нем рабочий цилиндр 2 со втулкой 3 и головкой 4, поршень 5, размещенный во втулке 3 цилиндра с образованием камеры 6 переменного объема, коленчатый вал 7 с расположенной параллельно его оси шатунной шейкой 8, на которой установлен шатун 9. Механизм преобразования, выполненный в виде двуплечего треугольного рычага 10 свободно установлена на оси 11 в корпусе 1, первое его плечо 12 связано кинематически, например при помощи шатунной тяги 13 с поршнем 5, а втрое его плечо 14 с шатуном 9. Двигатель снабжен также установленным в корпусе 1 синхронизирующим рычагом 15 и шарнирной тягой 16 со сферическими шарнирами 17, а коленчатый вал 7 расположен, например, соосно с рабочим цилиндром 2, при этом плечи 18 и 19 синхронизирующего рычага 15 расположены в параллельных плоскостях качания, перпендикулярных плоскости качания треугольного рычага 10, первое плечо 18 синхронизирующего рычага 15 соединено при помощи шарнирной тяги 16 со вторым плечом 14 треугольного рычага 10, а второе плечо 19 синхронизирующего рычага 15 с шатуном 9.

Двигатель в выполнении его с подвижной головкой 4 снабжен установленным на оси 11 качания треугольного рычага 10 дополнительным треугольным рычагом 20 и дополнительной шарнирной тягой 21 со сферическими шарнирами 22, синхронизирующий рычаг 15 снабжен третьим плечом 23, расположенным в плоскости качания его первого плеча 18, а втулка 3 цилиндра 2 выполнена подвижной и скреплена с головкой 4, причем первое плечо 24 дополнительного рычага 20 связано со втулкой 3, а второе его плечо 25 посредством дополнительной шарнирной тяги 21 с третьим плечом 23 синхронизирующего рычага 15.

Дополнительный треугольный рычаг 20 может быть выполнен вильчатым и снабжен третьим плечом 26, связанным со втулкой 3 и расположенным в плоскости качания, симметричной плоскости качания первого 24 и второго 25 плеч дополнительного рычага 20 относительно плоскости качания первого треугольного рычага 10.

Двигатель работает следующим образом. Во время рабочего хода поршень 5 перемещается во втулке 3 цилиндра 2 от верхней мертвой точки к нижней. При этом рычаг 10 поворачивается против часовой стрелки (фиг. 1). Его плечо 14 посредством шарнирной тяги 16 со сферическими шарнирами 17 поворачивает плечо 18 синхронизирующего рычага 15, которое тянет за собой в том же направлении его второе плечо 19, преобразующее в свою очередь собственное качание во вращение коленчатого вала 7 при помощи шатуна 9.

В варианте выполнения двигателя с подвижными втулкой 3 и связанной с ней головкой 4 движение последних в противофазе с поршнем преобразуется в качание дополнительного рычага 20, установленного на той же оси 11, что и рычаг 10. При этом качание плеча 25 рычага 20 передается третьему плечу 23 синхронизирующего рычага 15.

Для симметрирования нагрузки в цилиндро-поршневой группе дополнительный рычаг 20 выполнен вильчатым, при этом движение втулки 3 преобразуется двумя плечами 24 и 26 рычага 20, расположенными симметрично, относительно плоскости качания рычага 10.

Наличие в двигателе синхронизирующего рычага 15 позволяет располагать ось коленчатого вала 7 в любой плоскости, в том числе и соосно с цилиндром, заменить сферические шарниры в шатунной группе на цилиндрические, что повышает надежность работы механизма, а также осуществить работу двигателя со встречным движением рабочих органов: поршня и головки, что позволяет уменьшить их линейные перемещения при неизменном рабочем объеме и угловые перемещения в шарнирах.

Таким образом предлагаемое изобретение позволяет уменьшить поперечные габариты двигателя за счет размещения вала, например, в границах его поперечного сечения.

Использование: двигатели преимущественно внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус 1, закрепленный на нем рабочий цилиндр 2 со втулкой 3 и головкой 4, поршень 5, размещенный во втулке 3 цилиндра с образованием камеры 4 переменного объема, коленчатый вал 7 с расположенной параллельно его оси шатунной шейкой 8, на которой установлен шатун 9. Механизм преобразования выполнен в виде двуплечего рычага 10, размещенного в плоскости цилиндра 2 и вала 7, причем одна из вершин рычага 10 свободно установлена на оси 11 в корпусе 1, первое его плечо 12 связано при помощи шатунной тяги 13 с поршнем 5, а второе его плечо 14 - с шатуном 9. В корпусе 1 установлен также синхронизирующий рычаг 15, плечи 18 и 19 которого расположены в параллельных плоскостях качания, перпендикулярных плоскости качания треугольного рычага 10. Плечо 18 рычага 15 соединено с плечом 14 рычага 10 при помощи шарнирной тяги 16 со сферическими шарнирами 17, а плечо 19 рычага 15 - с шатуном 9. Возвратно-поступательное движение поршня 5 преобразуется посредством рычагов 10, 15 и шатуна 9 во вращение коленчатого вала 7, который может быть установлен соосно с цилиндром 2. Такая компоновка двигателя позволяет уменьшить поперечные его габариты, что особенно актуально в авиационном двигателестроении. 3 з.п. ф-лы. 4 ил.

1. Аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус, закрепленный на нем по меньшей мере один рабочий цилиндр со втулкой и головкой, поршень, размещенный во втулке цилиндра с образованием камеры переменного объема, коленчатый вал с расположенной параллельно его оси шатунной шейкой, на которой установлен шатун, и механизм преобразования, выполненный в виде двуплечего треугольного рычага, размещенного в плоскости цилиндра и вала, причем одна из вершин рычага свободно установлена на оси в корпусе, первое его плечо кинематически связано с поршнем, а второе с шатуном, отличающийся тем, что он снабжен установленным в корпусе синхронизирующим рычагом и шарнирной тягой со сферическими шарнирами, плечи синхронизирующего рычага расположены в параллельных плоскостях качания, перпендикулярных плоскости качания треугольного рычага, первое плечо синхронизирующего рычага соединено при помощи шарнирной тяги со вторым плечом треугольного рычага, а второе плечо синхронизирующего рычага с шатуном. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен установленным на оси качания треугольного рычага дополнительным треугольным рычагом и дополнительной шарнирной тягой со сферическими шарнирами, синхронизирующий рычаг снабжен третьим плечом, расположенным в плоскости качания его первого плеча, а втулка цилиндра выполнена подвижной и скреплена с головкой, причем первое плечо дополнительного рычага связано с втулкой, а второе его плечо - посредством дополнительной шарнирной тяги с третьим плечом синхронизирующего рычага. 3. Двигатель по пп. 1 3, отличающийся тем, что дополнительный треугольный рычаг снабжен третьим плечом, связанным с втулкой и расположенным в плоскости качания, симметричной плоскости качания первого и второго плеч дополнительного рычага относительно плоскости качания первого треугольного рычага. 4. Двигатель по пп. 1 3, отличающийся тем, что коленчатый вал и цилиндр расположены соосно.