ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2002 года по МПК F01B9/00 F02B75/32 

Изобретение может быть применено в машиностроении, а более конкретно в производстве поршневых двигателей, компрессорной техники.

В настоящее время известны конструкции поршневых машин, где в качестве рабочих валов используются валы с зубчатыми секторами, которые попеременно входят в зацепление с симметрично расположенными зубчатыми рейками шатунной рамки (шатуна, ползуна). Однако они не обеспечивают исключение или снижение ударных нагрузок шатуна и сектора при преодолении "мертвых" точек (ВМТ - верхняя "мертвая" точка, НМТ - нижняя "мертвая" точка), которые возникают в результате изменения направления движения шатуна.

Наиболее близкой по технической сущности является поршневая машина (патент 2076925 автор Коцюба С.В., дата публикации 10.04.1997 года, бюлл. 10). Недостатком прототипа являются вышеописанные большие ударные нагрузки, которые приводят к быстрому износу и выходу из строя двигателя.

Данное изобретение направлено на создание конструкции двигателя, в которой ударные нагрузки снижены за счет преобразования энергии инерционного движения шатуна при приближении к "мертвым" точкам после выхода из зацепления с сектором в энергию вращательного движения вала и безударного плавного придания движения шатуну сектором в обратном направлении после преодоления "мертвых" точек. Предлагаемая конструкция будет иметь большой КПД за счет вышеописанного преобразования энергии инерционного движения шатуна.

Действие предлагаемой конструкции основано на неравномерности линейных скоростей точек окружности, осуществляющей вращательное движение, разноудаленных от ее центра при их одинаковой угловой скорости.

На фиг.1 и фиг.3 изображена поршневая машина в ВМТ и НМТ соответственно. Поршневая машина представляет собой рабочий вал 1 с зубчатым сектором 2, зубчатая нарезка которого переходит в рабочие поверхности 3, 4, разделенные "мертвой" точкой, и поршня с шатунной рамкой 5 (шатуном), имеющим зубчатые рейки 6, 7, которые в верхней части переходят в рабочие поверхности 8, 9, разделенные нижней "мертвой" точкой, а в нижней части рабочие поверхности 10, 11, разделенные "верхней" мертвой точкой. Поверхности 3, 4, 8, 9, 10, 11 имеют профиль, представляющий собой участок овала.

Рабочие поверхности 8, 10 шатунной рамки 5 (шатуна) в процессе работы двигателя взаимодействуют с рабочей поверхностью 4 сектора 2, преобразуя энергию прямолинейного инерционного движения шатуна 5 с поршнем после выхода из зубчатого зацепления с сектором 2 во вращательное движение вала 1 с сектором 2. А рабочая поверхность 3 сектора 2 осуществляет плавное безударное приведение в движение шатуна 5 с поршнем в обратном направлении, преобразуя вращательное движение вала 1 сектора 2 в прямолинейное движение шатунной рамки 5 (шатуна) с поршнем после преодоления "мертвой" точки. При этом рабочая поверхность 3 сектора 2 приводит в движение шатунную рамку 5 (шатун), взаимодействуя с поверхностью 11 шатунной рамки (шатуна) 5 при движении шатунной рамки 5 (шатуна) вниз и взаимодействуя с поверхностью 9 при движении шатунной рамки 5 (шатуна) вверх.

Для лучшего понимания устройства поршневой машины на фиг.2 представлен поперечный разрез А-А шатунной рамки 5 (шатуна) и вала 1 с сектором 2.

В результате вращения вала 1 с сектором 2 поверхность 3 сектора, вращаясь вокруг оси, взаимодействует с поверхностью 11 шатунной рамки 5 (шатуна), плавно увеличивая скорость его движения вниз. Далее, в результате взаимодействия сектора 2 и шатунной рамки 5 (шатуна), входят в зацепление их зубчатые нарезки. Под действием поршня шатунная рамка 5 (шатун) двигается вниз, а зубчатая рейка 6 шатунной рамки 5 (шатуна), вращает сектор 2 и вал 1. При приближении к нижней "мертвой" точке зубчатый сектор 2 выходит из зацепления с зубчатой рейкой 6, а энергия прямолинейного инерционного движения шатунной рамки 5 (шатуна) с поршнем поверхностью 8 через поверхность 4 сектора 2 преобразуется в энергию вращательного движения вала 1 с сектором 2. На фиг.3 изображена работа поршневой машины в данной фазе. В дальнейшем работа поршневой машины при движении шатунной рамки 5 (шатуна) от НМТ аналогична работе машины при движении шатунной рамки (шатуна) от ВМТ к НМТ
Описанная конструкция поршневой машины обеспечивает снижение ударных нагрузок шатуна и вала при преодолении "мертвых" точек и позволяет увеличить КПД машины за счет преобразования энергии инерционного движения шатуна при приближении к "мертвым" точкам в энергию вращательного движения вала.

Машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве поршневого ДВС, компрессора или насоса. Машина содержит поршень с шатуном, выполненным в виде двух зубчатых реек, рабочий вал и зубчатый сектор, установленный на валу с возможностью поочередного зацепления своим зубчатым участком с рейками; обращенные к сектору поверхности шатуна, соединяющие в верхней и нижней частях рейки, очерчены прямолинейными или овальными участками, а сектор со стороны, диаметрально противоположной его зубчатому участку, очерчен прямолинейными или овальными участками с возможностью поочередного взаимодействия с одноименными участками шатуна. Изобретение обеспечивает повышение кпд за счет снижения ударных нагрузок в зоне ВМТ и НМТ. 3 ил.

Поршневая машина, содержащая поршень с шатуном, выполненным в виде двух зубчатых реек, соединенных в верхней и нижней частях, рабочий вал и зубчатый сектор, имеющий участок с зубчатой нарезкой и установленный на валу с возможностью поочередного зацепления своим зубчатым участком с зубчатыми рейками, отличающаяся тем, что обращенные к зубчатому сектору поверхности шатуна, соединяющие в верхней и нижней частях зубчатые рейки, очерчены прямолинейными или овальными участками, а зубчатый сектор со стороны, диаметрально противоположной его зубчатому участку, очерчен прямолинейными или овальными участками с возможностью поочередного взаимодействия с одноименными участками шатуна.