БЕСШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F16H21/18 F02B75/24 F02B75/32 F01B1/08 F01B9/02 

Изобретение относится к поршневым машинам. Может быть использовано для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и насосов.

Известен механизм, где предусмотрены две взаимно перекрещивающиеся пары опозитно расположенных поршней, каждая с общим штоком, средняя часть которых шарнирно соединена с соответствующей цапфой внутренней цилиндрической шестерни, входящей в зацепление с внутренним венцом солнечной шестерни, внешний венец которой входит в зацепление с ведомой шестерней.

Данная конструкция не может обеспечить высокой жесткости механизма, и поэтому требуются крейцкопфные механизмы для поршневых штоков, т.к. под действием силовых нагрузок на цапфы происходит перекос в зацеплении двух колес.

Для обеспечения высокой жесткости механизма, уменьшения количества передаточных звеньев при съеме мощности с поршневых штоков, устранения бокового трения и как следствие крейцкопфных механизмов предназначено изобретение.

Сущность изобретения заключается в следующем. В корпусе 1 расположены две пары опозитно расположенных цилиндров, оси которых скрещиваются под углом 90^o. Внутри цилиндров расположены две пары поршней 5, связанные общим штоком. Штоки имеют шарнирное соединение с эксцентриками 3, которые могут вращаться внутри штоков. Внутри корпуса 1 расположена солнечная шестерня 4, которая жестко закреплена внутри корпуса. Центр делительной окружности совпадает с осью кривошипного вала 2, эксцентриситет которого равен 1/4 диаметра делительной окружности солнечной шестерни. На шейке кривошипного вала 2 шарнирно закреплен планетарный вал-шестерня 6, диаметр делительной окружности которого равен 1/2 диаметра солнечной шестерни. На планетарном вале-шестерне 6 на противоположных сторонах диска диаметрально расположены эксцентрики 3, центры которых находятся на делительной окружности и являются частью этой шестерни, могут свободно вращаться на шейке кривошипного вала 2.

При синхронной поочередной работе поршней 5 сообщается вращение валу-шестерне 6, который, обегая по внутреннему венцу солнечной шестерни 4, приводит во вращение кривошипный вал 2.

Конструкция имеет определенные достоинства: нет дополнительных передаточных звеньев, мощность, снимаемая с поршней, передается только через одну пару шестерен; обеспечена высокая жесткость механизма, отсутствует боковое трение и отпадает необходимость в направляющих для штоков поршней; имеется возможность наращивания мощности машины за счет увеличения числа шеек кривошипного вала, который будет являться коленчатым валам, и кратного увеличения числа цилиндров.

На фиг. 1, 2 представлена конструкция механизма; на фиг. 3 - теоретическое обоснование работы механизма.

Возможность создания предлагаемого механизма подтверждает теоетическое рассмотрение этого вопроса.

На фиг. 3 показана окружность радиуса r, которая катится без скольжения по окружности радиуса R; OO₁ - эксцентриситет кривошипного вала.

При повороте кривошипного вала OO₁ на угол ϕ окружность радиуса r пробежит дугу , в то же время точка A, находящаяся на окружности радиуса r, займет положение с координатами (X; Y). Найдем эти координаты.

Рассмотрим ΔOO₁A :

Сторона OA по теореме косинусов равна:

По теореме синусов:


Найдем координату Y точки A.

При ρ = r получим следующее выражение:

Произведя преобразования, получим:

При R = 2r получим:

Отсюда следует вывод: точка A окружности радиуса r при эксцентриситете кривошипного вала ρ = r и при радиусе внешней окружности R = 2r будет строго двигаться по диаметру окружности радиуса R при любом повороте кривошипного вала.

Найдем координату X при указанных условиях:

Расстояние H, найденное точкой A по диаметру окружности радиуса R, найдем следующим образом:
H = R-R•cosϕ = R(1-cosϕ)
Для создания механизма, показанного на фиг. 1, 2, необходимо:
1. Шестеренное эвольвентное зацепление, только оно может обеспечить жесткую связь между углом поворота кривошипного вала 2 и длиной дуги, пробегаемой планетарной шестерней 6.

2. Необходимость строго линейного движения штоков требует:
центры эксцентриков 3 шестерни 6 должны находится на делительной окружности этой шестерни;
диаметр делительной окружности солнечной шестерни 4 в 2 раза больше диаметра шестерни 6. Отсюда следует, что число зубьев солнечной шестерни в два раза больше числа зубьев малой шестерни 6;
эксцентриситет кривошипного вала должен быть равен радиусу планетарной шестерни 6.

Использование: механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и насосов. В корпусе находятся две пары оппозитно расположенных цилиндров, оси которых скрещиваются под углом 90^o. Внутри цилиндров расположены две пары поршней, связанные общим штоком. Середины штоков имеют шарнирное соединение с эксцентриками, центры которых находятся на делительной окружности планетарной шестерни. Вал-шестерня расположен на шейке кривошипного вала. Эксцентриситет кривошипного вала равен 1/2 диаметра делительной окружности вала-шестерни. Вал-шестерня находится в постоянном зацеплении с венцом солнечной шестерни, соотношение диаметров их делительных окружностей 1 : 2. При синхронной поочередной работе поршней сообщается вращение валу-шестерне, который, обегая по внутреннему венцу солнечной шестерни, приводит во вращение кривошипный вал. 3 ил.

Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, содержащий корпус, сдвоенные оппозитно расположенные поршни с общим штоком, отличающийся тем, что внутри корпуса имеется жестко закрепленная солнечная шестерня, находящаяся в зацеплении с планетарной шестерней, соотношение диаметров делительных окружностей 2/1, для снятия мощности с поршневых штоков применяется кривошипный вал, расположенный перпендикулярно плоскости солнечной шестерни, ось которого проходит через центр ее делительной окружности, на шейке вала, имеющего эксцентриситет, равный 1/4 диаметра делительной окружности этой шестерни, расположена планетарная шестерня, имеющая шарнирное соединение с шейкой кривошипного вала, на противоположных плоскостях которой диаметрально расположены два эксцентрика, центры которых находятся на диаметре делительной окружности этой шестерни, эксцентрики имеют шарнирное соединение с серединой каждой пары поршневых штоков.