ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ Российский патент 1997 года по МПК F02G1/53 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, занимающемся двигателями с внешним подводом теплоты.

Известен двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий два вала с синхронным вращением, связанных при помощи шестерен и снабженных кривошипами, каждый из которых связан через шатуны с пальцами траверс соосных поршней, рабочего и поршня-вытеснителя, смещенных по фазовому углу (Двигатели Стирлигна. Под. ред. М. Г. Круглова. М. Машиностроение, 1977, с. 55, рис. 1).

Известным двигателям присущи повышенные механические потери, связанные с тем, что при работе двигателя в определенный момент времени давление под поршнем становится выше давления над поршнем и крутящий момент меняет свой знак. Шестерня одного из коленчатых валов, не связанная с зубчатым колесом вала отбора мощности, поворачивается в сторону, противоположную его вращению, выбирая зазор между зубчатыми колесами на коленчатых валах. Шестерня, связанная с валом отбора мощности, остается в прежнем положении за счет инерции маховиков. При этом произойдет перекос траверс, вызывая повышенное трение в узлах ДВПТ, тем самым снижая механический КПД.

Кроме того, известные двигатели обладают сравнительно низким ресурсом работы в связи с неодинаковым износом шестерен на коленчатых валах, так как одно из них дополнительно входит в зацепление с зубчатым колесом вала отбора мощности, при этом сила, передаваемая в зацеплении, вдвое превышает силу между шестернями на коленчатых валах.

Известен также двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий привод поршня и привод вытеснителя, включающие два вала с установленными на них шестернями, связанными с промежуточным зубчатым колесом, причем привод вытеснителя выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков, взаимодействующих с подпружиненными к ним опорными пластинами, которые посредством коромысла связаны со штоком вытеснителя. (Устройство по авт.св. СССР N 1016552, взятое в качестве прототипа).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции кулачков механизма привода вытеснителя, недостаточная надежность опорных пластин и коромысла, наличие жесткого контакта между штоком вытеснителя и коромыслом не обеспечивает равномерного распределения нагрузка на кулачки, что вызывает повышенный износ трущихся пар, перекос штока, а также повышает уровень шума.

Целью изобретения является упрощение конструкции кулачков, увеличение долговечности, повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в двигателе с внешним подводом теплоты, содержащим привод поршня и привод вытеснителя, включающие два вала с установленными на них шестернями, связанными с промежуточным зубчатым колесом, а привод вытеснителя выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков, взаимодействующих с подпружиненными к ним опорными пластинами, которые посредством коромысла связаны со штоком вытеснителя, опорные пластины выполнены в виде желобов, в пазах которых размещены профильные поверхности кулачков, а коромысло опорных пластин соединено со штоком вытеснителя посредством упругого элемента, который выполнен в виде размещенных между штоком вытеснителя и коромыслом двух ступенчатых втулок из эластичного материала с возможностью изменения жесткости путем сжатия их винтовой парой. Коромысло соединено с опорными пластинами при помощи сварки или, еще проще, может быть выполнено заодно с опорными пластинами в виде отштампованной Z-образной детали из листового материала.

Проведенный анализ уровня техники известных технических решений показал, что существенные отличительные признаки предлагаемого устройства в других технических решениях не обнаружены, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию существенные отличия.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого двигателя; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1.

Двигатель состоит из цилиндра I, в котором размещены поршень 2 и вытеснитель 3. Привод содержит валы 4 и 5, на которых жестко закреплены шестерни 6 и 7, а также кулачки 8 и 9. Валы 4 и 5снабжены кривошипами 10 и 11, каждый из которых связан через шатуны 12 и 13 с траверсой 14 и штоком 15 поршня 2. Шестерни 6 и 7 находятся в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом 16, выполненным с двумя зубчатыми венцами, внутренним и внешним, причем внутренний венец связан с шестерней 6, а внешний с шестерней 7. Зубчатое колесо 16 установлено на валу отбора мощности 17. С кулачками 8 и 9 взаимодействуют опорные пластины 18 и 19, жестко соединенные с коромыслом 20, которое соединено со штоком 21 вытеснителя 3 посредством упругого элемента 22, выполненного в виде двух ступенчатых втулок из эластичного материала, которые через шайбы 23 закреплены гайками 24. Опорные пластины 18 и 19 выполнены в виде желобов, пазы которых подпружинены к профильным поверхностям кулачков 8 и 9 посредством пружины 25, установленной между упорным кронштейном 26 и коромыслом 20, также имеющим желобчатую форму. Валы 4,5 и 17 размещены в подшипниковых опорах 27.

Двигатель работает следующим образом.

При расширении нагретого газа поршень 2 и вытеснитель 3 движутся вниз, причем работу совершает только поршень 2, так как давление газа с обеих сторон вытеснителя приблизительно одинаково. Возвратно-поступательное движение поршня 2 преобразуется через траверсу 14, шатуны 12 и 13, кривошипы 10 и 11 во вращательное движение валов 4 и 5, которые через шестерни 6 и 7 и промежуточное зубчатое колесо 16 передает вращение валу отбора мощности 17. Во время такта сжатия газа поршень 2 будет перемещаться вверх, при этом соответствующие движения будут совершать соединенные с ним перечисленные выше звенья. Необходимый оптимальный закон изменения объема горячей полости цилиндра обеспечивается кулачковым механизмом, поскольку вытеснитель 3 через шток 21 связан с коромыслом 20 опорных пластин 18 и 19, контактирующих с профильными поверхностями кулачков 8 и 9, задающих необходимый закон движения вытеснителя 3.

Размещение профильных поверхностей кулачков 8 и 9 в пазах желобов опорных пластин 18 и 19 исключает возможность соскальзывания и нарушения ориентации опорных пластин на кулачках и по сравнению с прототипом значительно упрощает технологию изготовления кулачков, поскольку отпадает необходимость в ограничительных буртиках. Кроме того, желобчатая форма опорных пластин 18 и 19 и коромысла 20 повышает жесткость этого опорного блока, что немаловажно, поскольку точки приложения нагрузок находятся на значительных расстояниях и действуют в различных вертикальных плоскостях. Соединение коромысла 20 опорных пластин 18 и 19 со штоком 21 посредством упругого элемента 22 позволяет пластинам самоустанавливаться в любой плоскости на кулачках 8 и 9, обеспечивая постоянный контакт пазов желобов с профильными поверхностями кулачков, а также равномерный минимальный износ кулачков и пазов опорных пластин. Кроме того, отсутствие непосредственного жесткого контакта между штоком вытеснителя и коромыслом опорных пластин значительно снижает уровень шума, а также исключает перекос штока вытеснителя, упрощает регулировку, обслуживание и ремонт устройства. Указанные преимущества позволяют упростить конструкцию, увеличить долговечность, повысить надежность и улучшить эксплуатационные характеристики двигателя в целом.

Сущность изобретения: в двигателе с внешним подводом теплоты приводы поршня 2 и вытеснителя 3 включают два вала 4 и 5 с установленными на них шестернями 6 и 7, связанными с промежуточным зубчатым колесом 16. Привод вытеснителя 3 выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков 8 и 9, взаимодействующих с подпружиненными опорными пластинами 18 и 19. Последние посредством коромысла 20 связаны со штоком 21 вытеснителя 3, при этом опорные пластины 18 и 19 выполнены в виде желобов, в пазах которых размещены профильные поверхности кулачков 8 и 9, а коромысло 20 опорных пластин 18 и 19 соединено со штоком 21 вытеснителя 3 посредством упругого элемента. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий приводы поршня и вытеснителя, включающие два вала с установленными на них шестернями, связанными с промежуточным зубчатым колесом, причем привод вытеснителя выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков, взаимодействующих с подпружиненными к ним опорными пластинами, которые посредством коромысла связаны со штоком вытеснителя, отличающийся тем, что опорные пластины выполнены в виде желобов, в пазах которых размещены профильные поверхности кулачков, а коромысло опорных пластин соединено со штоком вытеснителя посредством упругого элемента. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде размещенных между штоком вытеснителя и коромыслом двух ступенчатых втулок из эластичного материала.