БЕСШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ И НАОБОРОТ Российский патент 1997 года по МПК F16H21/40 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение валов в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, гидропневмомоторах и т.д.

В качестве аналога можно указать бесшатунный механизм, содержащий корпус и размещенные в нем крестообразно по крайней мере два штока с оппозитно расположенными поршнями и с ползунами, опирающимися на корпус с возможностью перемещения по направляющим. Штоки соединены с кривошипными шейками коленчатого вала, который опорными шейками установлен в кривошипах. Каждый из кривошипов снабжен шестернями с одинаковыми диаметрами делительных окружностей, входящими в зацепление с шестернями соединительного вала, ось которого параллельна оси кривошипов [1]
Недостатком данного механизма является низкий КПД за счет применения ползунов, перемещающихся по направляющим скольжения.

Наиболее близким аналогом является бесшатунный механизм, содержащий корпус, размещенный в нем по крайней мере один шток с поршнем, два кривошипа, соединенный со штоком посредством штоковой шейки коленчатый вал, опорные шейки которого установлены в подшипниках соответствующих кривошипов, и механизм синхронизации вращения, выполненный в виде шестерен, одна из которых закреплена на опорной шейке коленчатого вала, а другая выполнена с внутренним зацеплением и предназначена для взаимодействия с первой [2]
Недостатком данного механизма является низкая надежность, обусловленная тем, что через шестерни коленчатого вала с диаметрами делительных окружностей, равными половине хода поршня, передается крутящий момент с коленчатого вала к другим деталям механизма.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности путем снижения контактных давлений зубчатого зацепления шестерни коленчатого вала с ответной шестерней за счет большого его диаметра.

Указанный результат достигается тем, что бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное или, наоборот, содержащий корпус, размещенные в нем по крайнее мере один шток с поршнем, два кривошипа, соединенные со штоком посредством штоковой шейки коленчатый вал, опорные шейки которого установлены в подшипниках соответствующих кривошипов, и механизм синхронизации вращения, выполненный в виде шестерен, одна из которых закреплена на опорной шейке коленчатого вала, а другая выполнена с внутренним зацеплением и предназначена для взаимодействия с первой, он снабжен установленными на соответствующих кривошипах шестернями с одинаковым диаметром делительных окружностей, одна из которых расположена между штоковой шейкой коленчатого вала и шестерней, установленной на опорной шейке коленчатого вала, установленным в корпусе с возможностью вращения и параллельно оси вращения кривошипов соединительным валом с закрепленными на нем шестернями, предназначенными для взаимодействия с соответствующими шестернями кривошипов, выходным валом, установленным в корпусе соосно осям кривошипов со стороны шестерни коленчатого вала, и дополнительной шестерней внутреннего зацепления, установленной на торце выходного вала, обращенного к шестерне коленчатого вала и предназначенной для взаимодействия с одной из шестерен соединительного вала, а шестерня внутреннего зацепления механизма синхронизации вращения установлена на упомянутом торце выходного звена.

На чертеже представлена схема бесшатунного механизма для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.

Бесшатунный механизм содержит корпус 1 и размещенные в нем шток 2 с оппозитно расположенными поршнями 3 и 4, соединенный с ним посредством штоковой шейки 5 коленчатый вал 6, опорные шейки 7 и 8 которого установлены в подшипниках 9 и 10 кривошипов 11 и 12, на которых установлены шестерни 13 и 14 с одинаковыми диаметрами делительных окружностей, входящие в зацепление с шестернями 15 и 16, закрепленными на соединительном валу 17.

В корпусе 1 соосно кривошипам 11 и 12 установлен выходной вал 18 с размещенными на нем двумя шестернями внутреннего зацепления 19 и 20, причем шестерня внутреннего зацепления 19 входит в зацепление с шестерней 21, установленной на опорной шейке коленчатого вала 8, а шестерня внутреннего зацепление 20 входит в зацепление с шестерней 13 кривошипа 11, установленной между шестерней 21 и штоковой шейкой 5 коленчатого вала 6, через шестерню 15 соединительного вала 17.

Бесшатунный механизм работает следующим образом.

Поступательное движение поршней 3 и 4 в корпусе 1 вызывает перемещение штока 2 и связанной с ним штоковой шейки 5, что приводит к вращению коленчатого вала 6 и кривошипов 11 и 12 в противоположных направлениях, причем коленчатый вал 6 с опорными шейками 7 и 8 вращается в подшипниках кривошипов 9 и 10 в два раза быстрее, чем кривошипы 11 и 12. Посредством шестерен 13, и 14 кривошип 11 и 12, через шестерни 15 и 16 соединительного вала 17 обеспечивается синхронное вращение кривошипов 11 и 12.

Шестерня 21, установленная на опорной шейке 8 коленчатого вала 6, взаимодействует с шестерней внутреннего зацепления 19. Вращение шестерни 21, установленной на опорной шейке 8, совместно с коленчатым валом 6 приводит во вращение шестерню внутреннего зацепления 19; одновременно вращение шестерни 15 соединительного вала 17 приводит во вращение шестерню внутреннего зацепления 20. Благодаря взаимодействию шестерен внутреннего зацепления 19 и 20, совместно установленных на выходном валу 18, с шестернями 21 и 15 обеспечивается синхронное вращение коленчатого вала 6 и кривошипов 11 и 12, причем выходной вал 18 вращается в сторону, противоположную направлению вращения кривошипов 11 и 12 с меньшей скоростью.

Коэффициент трансформации оборотов выходного вала и диаметры делительных окружностей шестерен механизма могут быть подобраны из соотношений

D₃ D₁ + 2D₂

где
R величина смещения оси кривошипа от оси опорных шеек коленчатого вала;
i передаточное отношение от кривошипов к выходному валу;
D₁ диаметр делительной окружности шестерен кривошипов;
D₂ диаметр делительной окружности шестерен соединительного вала;
D₃ диаметр делительной окружности шестерни внутреннего зацепления, связанной с шестерней соединительного вала;
D₄ диаметр делительной окружности шестерни коленчатого вала;
D₅ диаметр делительной окружности шестерни внутреннего зацепления, предназначенной для взаимодействия с шестерней коленчатого вала.

Использование: машиностроение и может быть использовано для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение валов в двигателях внутреннего сгорания. Сущность: механизм снабжен установленными на соответствующих кривошипах 11,12 шестернями 12,14 с одинаковым диаметром делительных окружностей, одна из которых 11 расположена между штоковой шейкой 5 коленчатого вала и шестерней 21, установленной на опорной шейке 7 коленчатого вала, установленными в корпусе с возможностью вращения параллельно оси вращения кривошипов соединительным валом 17 с закрепленными на нем шестернями 15 и 16, предназначенными для взаимодействия с соответствующими шестернями 13,14 кривошипов 11,12 и выходным валом 18, дополнительной шестерней 20 внутреннего зацепления, предназначенной для взаимодействия с одной из шестерен соединительного вала. Предложенный механизм позволяет реализовать на выходном валу скорость вращения, меньшую скорости вращения кривошипов при направлении вращения, обратном направлению вращения кривошипов. 1 ил.

Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, содержащий корпус, размещенные в нем по крайней мере один шток с поршнем, два кривошипа, соединенный со штоком посредством штоковой шейки коленчатый вал, опорные шейки которого установлены в подшипниках соответствующих кривошипов, и механизм синхронизации вращения, выполненный в виде шестерен, одна из которых закреплена на опорной шейке коленчатого вала, а другая выполнена с внутренним зацеплением и предназначена для взаимодействия с первой, отличающийся тем, что механизм снабжен установленными на соответствующих кривошипах шестернями с одинаковыми диаметрами делительных окружностей, одна из которых расположена между штоковой шейкой коленчатого вала и шестерней, установленной на опорной шейке коленчатого вала, установленным в корпусе с возможностью вращения параллельно оси вращения кривошипов соединительным валом с закрепленными на нем шестернями, предназначенными для взаимодействия с соответствующими шестернями кривошипов, выходным валом, установленным в корпусе соосно с осями кривошипов со стороны шестерни коленчатого вала, и дополнительной шестерней внутреннего зацепления, установленной на торце выходного вала, обращенного к шестерне коленчатого вала, и предназначенной для взаимодействия с одной из шестерен соединительного вала, а шестерня внутреннего зацепления механизма синхронизации вращения установлена на упомянутом торце выходного вала.