ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2000 года по МПК F01B9/04 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к объемным поршневым машинам, таким как двигатели, насосы, компрессоры.

Известна поршневая машина, содержащая корпус с расположенными в нем цилиндрами, в которых установлены поршни со штоками, выполненными за одно целое с крейцкопфами, установленными в направляющих (авт. свид. СССР N 1830105, F 01 B 9/04 опубл. 23.07.93 г.). В осевом отверстии сдвоенного эксцентрика размещен стержень, жестко скрепленный через полувалы с коренными шейками выходного вала.

Известная поршневая машина не имеет шатунов, вследствие чего ее поршни разгружены от боковых нагрузок при наличии зазора между внутренней поверхностью цилиндра и боковой поверхностью поршня, что снижает трение поршня о стенки цилиндра и повышает КПД машины.

Однако, при неточностях изготовления машины и отсутствии указанного зазора в трущихся парах возникает повышенное трение, что может привести к заклиниванию механизма.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и совокупности существенных признаков является принятая за прототип поршневая машина, описанная в авт. свид. СССР N 1823913, F 01 В 9/04, опубл. 23.06.93 г. Поршневая машина содержит корпус, цилиндр, поршень со штоком, ползун, установленный в направляющих, планетарный эксцентрик и выходной эксцентриковый вал. На шейке выходного вала установлена эксцентриковая втулка, вставленная в планетарный эксцентрик. Шейка выходного вала в продольном сечении имеет форму овала, что обеспечивает возможность самоустанавливания деталей в процессе сборки поршневой машины при наличии неточностей изготовления кривошипа или планетарного эксцентрика по длине.

Недостаток поршневой машины - прототипа состоит в том, что при ее работе возникает раскачивание эксцентриковой втулки на овальной шейке выходного вала вследствие консольного приложения нагрузки от поршней относительно точки, контакта эксцентриковой втулки с шейкой. Раскачивание эксцентриковой втулки приводит к возникновению поперечных колебаний и вибрации планетарного эксцентрика, штоков и поршней, что повышает трение в трущихся парах, снижает работоспособность и КПД машины. В случае использования двух и более пар цилиндров, расположенных в разных плоскостях, эксцентриковая втулка нагружается чередующимися разнонаправленными силами относительно точки ее контакта с овальной шейкой. При этом возникают сложные пространственные колебания, которые дополнительно снижают работоспособность и КПД поршневой машины.

Задача изобретения состоит в обеспечении высокой работоспособности и высокого КПД поршневой машины в случае низкой точности ее изготовления или ремонта.

Поставленная задача решается тем, что поршневая машина, содержащая корпус, цилиндр, поршень со штоком, ползун, установленный в направляющих, планетарный эксцентрик и выходной вал, согласно изобретению имеет также сферическую пяту, сферический подпятник, муфту и сферический паз. Сферический подпятник и муфта подвижно установлены на планетарном эксцентрике. Сферический паз размещен между сферическим подпятником и муфтой. Сферическая пята закреплена на штоке и вставлена в сферический паз. Шток установлен с возможностью свободного изменения угла наклона относительно оси вращения планетарного эксцентрика.

Образующая поверхность поршня выполнена бочкообразной.

Сферический кольцевой паз и сферическая пята, вставленная в паз, обеспечивают возможность изменения угла наклона штока относительно оси вращения планетарного эксцентрика без расцепления штока с планетарным эксцентриком.

За счет свободного изменения угла наклона штока обеспечено самоустанавливание поршня в цилиндре при неточном изготовлении поршневой машины, например, при неточном изготовлении посадочных элементов для установки цилиндров, смещении цилиндра от его расчетного положения, угловом отклонении оси цилиндра в любом направлении от его расчетного положения, неточной установке выходного вала и планетарного эксцентрика.

Сферический кольцевой подпятник и муфта обеспечивают технологическую простоту изготовления сферического паза.

Муфта и ползун могут быть выполнены в виде отдельных самостоятельных деталей или функционально совмещены друг с другом и выполнены за одно целое.

Бочкообразная образующая поверхность поршня позволяет расширить диапазон допустимого изменения угла наклона штока к оси вращения планетарного эксцентрика без увеличения трения поршня о стенки цилиндра при обеспечении надежной герметичности рабочей полости машины в процессе ее длительной эксплуатации.

Пример выполнения поршневой машины представлен на чертеже, где на фиг. 1 изображена поршневая машина в разрезе, на фиг. 2 - сечение А-А, на фиг. 3 - сечение Б-Б, на фиг. 4 - сечение В-В.

Поршневая машина содержит корпус 1, цилиндры 2 с фланцами 3, поршни 4, соединенные штоками 5 с планетарным эксцентриком 6, и выходной эксцентриковый вал 7. Планетарный эксцентрик 6 выполнен разборным из двух частей, скрепленных между собой болтами 8. На планетарном эксцентрике 6 подвижно установлены вертикальный ползун 9, контактирующий с вертикальными направляющими 10, горизонтальный ползун 11, контактирующий с горизонтальными направляющими 12, кольцевой подпятник 13 и сборная муфта 14. Между подпятником 13 и муфтой 14 расположен сферический паз 15, в который вставлена сферическая пята 16, закрепленная на штоке 5. Образующая поверхность 17 поршня 4 выполнена бочкообразной.

Работает поршневая машина следующим образом.

При неточном изготовлении деталей поршневой машины или неточной ее сборке цилиндры 2 могут сместиться от своих расчетных положений на величину S или отклониться на угол α , как это изображено на фиг. 1. Смещения и отклонения цилиндров 2 возникают, например, в случае неточного выполнения посадочных элементов для установки цилиндров 2, неправильной ориентировки фланца 3 по отношению к оси цилиндра 2, неточного изготовления других деталей поршневой машины, неправильной ее сборки, изменения размеров деталей в результате ремонтных операций, некачественной эксплуатации и т.п. При смещении цилиндра 2 на величину S или отклонении на угол α в любом направлении шток 5 поворачивается относительно подпятника 13 и занимает положение, соответствующее фактическому положению, занятому цилиндром 2. Сферическая пята 16 свободно перемещается в сферическом пазу 15, занимая свое рабочее положение с сохранением поверхностного контакта между пятой 16 и подпятником 13, а также между пятой 16 и муфтой 14. С изменением угла между штоком 5 и осью цилиндра 2 соответственно поворачивается и поршень 4. Бочкообразная поверхность 17 поршня 4 предотвращает увеличение трения поршня 4 о внутреннюю поверхность цилиндра 2 при его значительном смещении или отклонении, сохраняя полную герметичность рабочей полости машины.

Поршневая машина обладает высокой работоспособностью и высоким КПД в случае низкой точности ее изготовления, ремонта или некачественной эксплуатации. Ее можно изготавливать на простом технологическом оборудовании с низкими требованиями к точности сборки.

Машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве двигателя, насоса или компрессора. Машина содержит корпус, цилиндр, поршень со штоком, ползун, установленный в направляющих, планетарный эксцентрик и выходной эксцентриковый вал. Согласно изобретению машина имеет также сферическую пяту, сферический подпятник, муфту и сферический паз. Сферический подпятник и муфта подвижно установлены на планетарном эксцентрике. Сферический паз размещен между сферическим подпятником и муфтой. Сферическая пята закреплена на штоке и вставлена в сферический паз. Шток установлен с возможностью свободного изменения угла наклона относительно оси вращения планетарного эксцентрика. Машина обладает высокой работоспособностью и высоким КПД. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Поршневая машина, содержащая корпус, цилиндр, поршень со штоком, ползун, установленный в направляющих, планетарный эксцентрик и выходной эксцентриковый вал, отличающаяся тем, что имеет сферическую пяту, сферический подпятник, муфту и сферический паз, причем сферический подпятник и муфта подвижно установлены на планетарном эксцентрике, сферический паз размещен между сферическим подпятником и муфтой, сферическая пята закреплена на штоке и вставлена в сферический паз, а шток установлен с возможностью свободного изменения угла наклона относительно оси вращения планетарного эксцентрика. 2. Поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что образующая поверхность поршня выполнена бочкообразной.