ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК F01B1/08 F01B7/06 F01B9/00 F02B75/24 F02B75/32 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в производстве двигателей, компрессоров и насосов поршневого типа.

Известны поршневые машины, содержащие цилиндр, размещенный в нем поршень, кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленвала и наоборот. Машины такой конструкции до настоящего времени имеют широкое применение в машиностроении.

Однако такие машины обладают рядом существенных недостатков. Одним из них является наличие бокового давления на стенки цилиндра, что значительно снижает КПД и увеличивает износ трущихся поверхностей поршня и цилиндра. К другому недостатку относится наличие поперечной силы, действующей на коленвал, что в случае многоцилиндрового варианта исполнения машины вынуждает прибегать к установке дорогостоящих коренных подшипников. К недостаткам существующих поршневых машин относится также отсутствие возможности простого конструктивного регулирования степени сжатия и повышенная вибрация.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является поршневая машина, содержащая цилиндр с размещенными в нем двумя поршнями и синхронизирующий шестеренный механизм, включающий три параллельных вала, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, и оканчивающихся закрепленными на них и взаимодействующими между собой тремя шестернями.

Видоизменяя кинематику обычной поршневой машины, это техническое решение устраняет боковое давление поршня на стенки цилиндра, но не избавляя машину от остальных недостатков, оно в то же время делает ее малопригодной для практической реализации, если учесть плоскопараллельное вращение цилиндра.

Задачей настоящего изобретения является комплексное устранение всех перечисленных выше недостатков.

Поставленная задача достигается тем, что в поршневой машине, состоящей из цилиндра с двумя размещенными в нем поршнями и шестеренного механизма, включающего ряд валов с параллельными осями, лежащими в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра и оканчивающихся взаимодействующими между собой закрепленными на них шестернями, два крайних вала выполняют коленчатыми и располагают по обе стороны цилиндра. Остальные валы, число которых должно быть четное, прямые, при этом каждый из поршней посредством T-образного штока либо стержня и траверсы и двух шатунов, имеющих возможность изменять свою длину, соединен с рядом расположенными и развернутыми под углом 180^o коленами обоих коленвалов.

На фиг. 1 схематично изображена поршневая машина; на фиг. 2 вариант выполнения T-образного штока.

Поршневая машина содержит цилиндр 1 с двумя поршнями 2, которые посредством T-образного штока 3 и двух шатунов 4 кинематически связаны с рядом расположенными и развернутыми друг относительно друга под углом 180^o коленами двух коленчатых валов 5, оси которых параллельны и лежат по обе стороны цилиндра в плоскости, перпендикулярной оси последнего. На концах коленвалов 5 неподвижно закреплены шестерни 6, сцепленные с шестернями 7, закрепленными на концах промежуточных прямых валов 8, оси которых лежат в плоскости коленвалов 5 и параллельны их осям. Муфты 9 позволяют изменять длины шатунов 4, что обеспечивает конструктивное регулирование степени сжатия. Другой вариант регулирования степени сжатия поясняется фиг. 2, где изображен стержень 10, который свободно перемещается в траверсе 11 и в нужном положении крепится фиксатором 12, например гайкой.

Работает машина следующим образом.

Возвратно-поступательное движение поршня 2 при работе машины в качестве двигателя через кинематическую связь: T-образный шток 3 (либо стержень-траверса) и шатуны 4 преобразуется во вращательное движение коленвалов 5. Движение коленвалов 5 при этом синхронизируется промежуточными шестернями 7. Возникающий крутящий момент на любом из промежуточных валов 8 будет являться двигательным моментом машины. При работе машины в качестве компрессора происходит обратное преобразование вращательного движения валов 5, 8 в возвратно-поступательное движение поршней 2.

Из описания кинематической схемы и работы машины видно, что симметричность и уравновешенность сил, возникающих при действии машины, исключает боковое давление поршней на стенки цилиндра и снижает вибрацию. Видно также, что коленчатые валы машины нагружены только крутящим моментом, а степень сжатия конструктивно регулируется изменением длины шатунов либо перемещением стержня в траверсе.

Использование: в машиностроении, в частности в компрессоро- и двигателестроении. Сущность изобретения: в поршневой машине, состоящей из цилиндра с двумя размещенными в нем поршнями, а также шестеренного механизма, включающего валы с параллельными осями, лежащими в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, и оканчивающихся взаимодействующими между собой, закрепленными на них шестернями, два крайних вала выполнены коленчатыми и расположены по обе стороны цилиндра, средние же валы, число которых четное, выполнены прямыми. Поршни посредством T-образного штока либо траверсы и прямого стержня и двух шатунов, имеющих возможность изменять свою длину, связаны с рядом расположенными и развернутыми друг относительно друга под углом 180^o коленами коленвалов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Поршневя машина, содержащая цилиндр с размещенными в нем двумя поршнями и шестеренный механизм, включающий ряд параллельных валов, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, и оканчивающихся закрепленными на них и взаимодействующими между собой шестернями, отличающаяся тем, что коленчатыми являются два крайних вала, между ними находится четное число прямых валов, а каждый из поршней посредством Т-образного штока и двух шарнирно соединенных с последним шатунов связан с соседними развернутыми друг относительно друга на 180^o коленами обоих коленчатых валов. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что Т-образный шток выполнен в виде траверсы и прямого стержня, ось которого перпендикулярна оси траверсы в ее середине, причем стержень и траверса установлены с возможностью перемещения относительно друг друга и фиксирования в выбранном положении с помощью какого-либо фиксатора, например гаек. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что шатуны выполнены с возможностью изменения своей длины, например, с помощью муфт. 4. Машина по п.2 или 3, отличающаяся тем, что снабжена дополнительными цилиндрами, последние установлены в ряд, а число соседних, развернутых друг относительно друга на 180^o колен двух коленвалов, кинематически связанных с поршнями, равно числу цилиндров.