ПЛАНЕТАРНО-ПОЛЗУННЫЙ МЕХАНИЗМ КАРПЕЕВА Российский патент 1997 года по МПК F16H21/18 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и может найти широкое применение в качестве объемных машин двигателей, компрессоров и насосов.

Известен планетарно-ползунный механизм, содержащий корпус с двумя группами зубчатых элементов внутреннего зацепления, водило с двумя эксцентрично-противоположными отверстиями, размещенные в соответствующих отверстиях водила сателлиты с зубьями, предназначенными для взаимодействия с соответствующими группами зубчатых элементов корпуса, и два ползуна, каждый из которых связан с соответствующим сателлитом.

Недостатками данного механизма являются большие габариты и малые возможности механизма по передаче крутящего момента.

Целью данного изобретения является уменьшение габаритов и повышение допустимых нагрузок, передаваемых механизмом.

Поставленная цель достигается тем, что в известном планетарно-ползунном механизме каждая группа зубчатых элементов корпуса выполнена в виде расположенных противоположно друг другу двух секторов с дугами 60^oC100 градусов, в ползунах выполнены поперечные отверстия, каждый сателлит выполнен в виде кривошипа, состоящего из двух шеек, одна из которых размещена в отверстии соответствующего ползуна, другая в соответствующем отверстии водила, и щеки между ними, имеющей зубья на дуге 120^oC200 градусов, а радиусы кривошипных сателлитов, радиусы делительных окружностей зубчатых секторов кривошипных сателлитов и радиусы делительных окружностей зубчатых секторов корпуса относятся к эксцентриситету водила соответственно как 1:1, 1:1 и 2:1.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез предложенного механизма в исполнении поршневой машины; на фиг. 2 то же, продольный разрез; на фиг. 3 и 4 изображено распределение сил на различных участках по ходу ползуна.

Основными элементами планетарно-ползунного механизма являются корпус 1 (см. фиг.1), два ползуна 2, водило 3, два кривошипных сателлита 4 и выходной вал 5. Корпус 1 состоит из двух секций 6 и 7 (см. фиг.2) с разъемом в поперечной плоскости, двух опор 8, 9 и двух крышек 10 (фиг.1). Ползун 2 выполнен в виде двухстороннего поршня с двумя днищами 11 и центральным поперечным отверстием 12. Водило 3 имеет центральный зубчатый венец 13 (фиг. 2), две опорные шейки 14 и два эксцентрично-противоположных отверстия 15. Сателлит 4 выполнен в виде кривошипа с двумя шейками, одна из которых 16 установлена в отверстии ползуна 2, другая 17 в отверстии водила 3, и имеет промежуточную щеку 18 с зубчатым сектором 19. Радиус кривошипного сателлита 4 равен эксцентриситету r расположения отверстий 15 водила 3. Водило 3 посажено в отверстиях опор 8, 9, установленных на шести шпильках 20. Опоры 8 и 9 имеют зубчатые сектора 21 и 22, противолежащие друг другу на вертикальной линии. Радиусы делительных окружностей зубчатых секторов 19 кривошипных сателлитов и зубчатых секторов 21, 22 опор относятся к эксцентриситету r соответственно как 1:1 и 2:1. Зубчатый сектор кривошипного сателлита может быть выполнен на дуге 120^oC200 градусов, оптимальный угол 180 градусов, а зубчатые сектора 21 и 22 опор могут быть выполнены на дуге 60^oC100 градусов, оптимальный угол 90 градусов. Выходной вал 5 имеет зубчатый венец 23, сопрягаемый с зубчатым венцом 13 водила 3, и два балансировочных противовеса 24, установленных в противофазе с ползунами своих секций (то есть при движении ползунов в одну сторону их противовесы движутся в другую сторону). Выходной вал 5 посажен опорными шейками в опорных отверстиях секций 6, 7 и опор 8, 9.

Работает планетарно-ползунный механизм следующим образом.

Например, в исполнении двигателя, при циклическом воздействии газов на ползуны-поршни 2 (фиг. 1) они совершают возвратно-поступательные движения, водило 3 вращается в отверстиях опор 8, 9, а кривошипные сателлиты 4 вращаются в отверстиях 15 водила 3 водила в противоположную сторону.

На участке движения ползуна от крайней мертвой точки до 1/4 его хода (см. фиг.3) преобразование осуществляется простым взаимодействием поршня 2 с водилом 3 через сателлит 4 без участия зубьев. На этом участке сила Р сила давления газов на днище ползуна, в сопряжении ползуна 2 с кривошипным сателлитом 4 (точка О₃) раскладывается на продольно-кривошипную К и поперечно-кривошипную N составляющие, причем составляющая К действует вдоль линии О₂ О₃ кривошипного сателлита 4 и превалирует над составляющей N. В сопряжении кривошипного сателлита 4 с водилом 3 (точка О₂) сила К раскладывается на касательную Т и радиальную Z составляющие, причем касательная Т действует перпендикулярно эксцентриситету водила 3 (линия О₁-О₂) и создает крутящий момент водила 3, передаваемый выходному валу 5.

На участке от 1/4 до 3/4 хода ползуна (см. фиг.4) преобразование простым взаимодействием становится неэффективным, поскольку сила N начинает превалировать над силой К с неограниченным увеличением силы бокового давления ползуна на стенки корпуса и уменьшения крутящего момента. Поэтому на этом участке осуществляется планетарно-кривошипное преобразование. Зубья 19 сателлита 4 входят в зацепление с зубьями 21 или 22 корпуса и преобразование начинает осуществляться путем планетарного вращения кривошипного сателлита 4 силой N с возникновением реакции Q в сопряжении зубьев и крутящего момента М. Составляющая N превалирует над составляющей К и растет по мере приближения ползуна к центральному положению, следовательно, с возрастанием крутящего момента М и уменьшением силы бокового давления ползуна на стенки корпуса.

Таким образом осуществляется эстафетное преобразование движения на различных участках различными способами, причем оптимальным образом. Переход между участками является плавным, поскольку обоими способами осуществляется преобразование по одному и тому же синусоидальному закону.

Так как ползуны-поршни установлены в противофазе между собой и в противофазе с противовесами, то силы инерции противоположно движущихся масс взаимокомпенсируются в центре масс. В восьмицилиндровом исполнении поршневой машины с двумя планетарно-ползунными механизмами в одном корпусе, расположенными один сверху, другой снизу от выходного вала 5 и работающими в противофазе, система полностью уравновешивается без дополнительных противовесов. Такое исполнение наиболее эффективно.

Машина в равной степени осуществляет и обратное преобразование движения, то есть вращение выходного вала в возвратно-поступательное движение ползунов.

Применение предложенного механизма в двигателе- и компрессоростроении позволяет уменьшить габариты изделий на 30^oC40% и массу на 10^oC15%

Сущность изобретения: в корпусе (1) выполнены расположенные противоположно друг другу две пары зубчатых секторов (21, 22) с дугами 60^oC100 градусов. Каждый кривошипный сателлит (4) состоит из двух шеек (16, 17) и щеки (18) между ними с зубчатым сектором (19) на дуге 120^oC200 градусов. Шейки (16) размещены в отверстиях (12) ползунов (2). Шейки (17) размещены в эксцентрично-противоположных отверстиях (15) водила (3). Радиусы кривошипных сателлитов (4), радиусы делительных окружностей зубчатых секторов (19) и (21, 22) относятся к эксцентриситету водила (3) соответственно как 1:1, 1:1 и 2: 1. Возвратно-поступательное движение ползунов (2) преобразуется во вращательное движение выходного вала (5). 4 ил.

Планетарно-ползунный механизм, содержащий корпус с двумя группами зубчатых элементов внутреннего зацепления, водило с двумя эксцентрично-противоположными отверстиями, размещенные в соответствующих отверстиях водила сателлиты с зубьями, предназначенными для взаимодействия с соответствующими группами зубчатых элементов корпуса, и два ползуна, каждый из которых связан с соответствующим сателлитом, отличающийся тем, что каждая группа зубчатых элементов корпуса выполнена в виде расположенных противоположно друг другу двух секторов с дугами 60 100 ^o, в ползунах выполнены поперечные отверстия, каждый сателлит выполнен в виде кривошипа, состоящего из двух шеек, одна из которых размещена в отверстии соответствующего ползуна, другая в соответствующем отверстии водила, и щеки между шейками, имеющей зубья на дуге 120 200^o, а радиусы кривошипных сателлитов, радиусы делительных окружностей зубчатых секторов кривошипных сателлитов и радиусы делительных окружностей зубчатых секторов корпуса относятся к эксцентриситету водила соответственно как 1:1, 1:1 и 2:1.