ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2005 года по МПК F02B75/18 F01B9/06 

Область техники.

Изобретение может быть использовано в механизмах для превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, относится к области машиностроения, а именно к поршневым машинам с вращающимся коренным валом, иным, чем коленчатый, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания.

Уровень техники.

Широко известны двигатели внутреннего сгорания, используемые в автомобиле- и судостроении, содержащие корпус, размещенные в цилиндрах поршни, связанные шатунами с кривошипами коленчатого вала [1]. (Кане А.Б. “Судовые двигатели внутреннего сгорания”. Учебник. Л.: “Судостроение”, 1982). К недостаткам двигателей внутреннего сгорания относятся сложность и значительная стоимость изготовления коленчатого вала, высокий коэффициент трения поршней в цилиндрах и вибрация от неуровновешенных сил инерции движущихся масс.

Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус с цилиндром, вал и закрепленный на нем диск с криволинейной опорной поверхностью, поршень, размещенный в цилиндре и взаимодействующий с опорной поверхностью через ролики, сочлененные с поршнем [2]. (Авторское свидетельство №918449, кл. F 01 В 9/06, 1982 год.) К недостаткам указанного двигателя относится сложность компоновки при изготовлении многоцилиндрового варианта двигателя.

Сущность изобретения.

Целью изобретения является упрощение конструкции коренного вала многоцилиндровой поршневой машины, снижение коэффициента трения поршней о стенки цилиндров и снижение вибрации.

Указанная цель достигается тем, что в поршневой машине с четным количеством цилиндров поршни с шатунами расположены в цилиндрах с возможностью движения шатунов в плоскости, образованной осями цилиндров и осью коренного вала, при этом шатуны выполнены раздвоенными в нижней части на величину, достаточную для свободного прохождения коренного вала в вырез шатуна при положении поршней в нижней мертвой точке; рядом расположенные шатуны попарно соединены нижними головками шарнирно с объемными двуплечими коромыслами (близкими по форме полусфере), каждое из которых оснащено диаметрально противоположными опорами для шарнирного крепления коромысла на корпусе, при этом ось качания коромысла пересекает ось вращения коренного вала и перпендикулярна плоскости образованной осями цилиндров, а также в местах крепления с раздвоенными шатунами коромысло имеет вырезы для свободного прохождения в них коренного вала при положении поршней в верхней мертвой точке; кроме того, каждое коромысло оснащено поворотным механизмом, ось поворота которого соосна оси симметрии коромысла, пересекает ось вращения коренного вала и перпендикулярна оси качания коромысла, при этом поворотный механизм оснащен роликовыми толкателями с возможностью лобового взаимодействия с опорными поверхностями диска, жестко закрепленного наклонно на коренном валу в точке, равноудаленной от осей смежных цилиндров, при этом угол наклона оси симметрии диска к оси вращения коренного вала равен половине угла поворота коромысла за один ход поршня, а каждый следующий по коренному валу наклонный диск установлен с поворотом вокруг оси коренного вала относительно предыдущего диска на угол: 180° в четырехцилиндровой, 120° в шестицилиндровой и 90° в восьмицилиндровой поршневой машине.

Перечень фигур чертежей.

На фиг.1 изображена предлагаемая поршневая машина, продольный разрез;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1;

на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1;

на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Поршневая машина содержит корпус 1, размещенные в цилиндрах 2 поршни 3 с шатунами 4, попарно соединенными шарнирно коромыслами 5, закрепленными шарнирно на корпусе 1, и каждое коромысло оснащено поворотным механизмом 6, взаимодействующим через роликовые толкатели 7 с опорными поверхностями 8 диска 9, наклонно закрепленного на коренном валу 10.

Поршневая машина работает следующим образом.

При движении поршня 3 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке шатун 4 взаимодействует своей нижней головкой через шарнир с коромыслом 5 и поворачивает его вокруг оси крепления с корпусом 1 и передает усилие через поворотный механизм 6 и роликовые толкатели 7 на опорную поверхность 8 наклонного диска 9, приводя его во вращение вместе с коренным валом 10; одновременно коромысло 5 через шатун 4 воздействует на другой парный поршень 3 и перемещает его вверх. Следующий по коренному валу 10 наклонно закрепленный диск 9, вращаясь, воздействует опорной поверхностью 8 через роликовые толкатели 7 и поворотный механизм 6 на коромысло 5, заставляя его поворачиваться вокруг оси крепления на корпусе 1 и через шатуны 4 перемещать один из пары поршней 3 вниз, а другой - вверх.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение конструкции коренного вала путем замены коленчатого на прямолинейный вал с наклонно закрепленными на нем дисками, снижение коэффициента трения поршней о стенки цилиндров за счет уменьшения амплитуды отклонений шатунов при их движении и снижение вибрации уравновешиванием сил инерции движущихся масс.

Машина предназначена для использования в машиностроении, преимущественно при проектировании двигателей внутреннего сгорания. Машина содержит корпус, цилиндры, поршни с шатунами; шатуны выполнены раздвоенными в нижней части для прохождения вала при положении поршней в НМТ; рядом расположенные шатуны попарно соединены с двуплечими коромыслами, имеющими опоры для крепления на корпусе; оси качания коромысел пересекают ось вращения вала и перпендикулярны плоскости осей цилиндров; коромысла имеют вырезы для прохождения вала при положении поршней в ВМТ. Кроме того, каждое коромысло имеет поворотный механизм, оснащенный роликовыми толкателями для взаимодействия с опорными поверхностями диска, наклонно закрепленного на валу в точке, равноудаленной от осей цилиндров; угол наклона оси симметрии диска к оси вращения вала равен половине угла поворота коромысла за один ход поршня, а каждый следующий по коренному валу диск установлен с поворотом вокруг оси вала относительно предыдущего диска на угол 180° в четырехцилиндровой, 120° в шестицилиндровой и 90° в восьмицилиндровой машине. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, снижение трения и вибраций. 5 ил.

Поршневая машина, содержащая корпус, размещенные в цилиндрах поршни с шатунами, коренной вал и закрепленный на нем диск с опорными поверхностями, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции коренного вала, снижения коэффициента трения поршней о стенки цилиндров, снижения вибрации и повышения надежности, поршни с шатунами расположены в цилиндрах с возможностью движения шатунов в плоскости, образованной осями цилиндров и осью коренного вала, при этом шатуны выполнены раздвоенными в нижней части на величину, достаточную для свободного прохождения коренного вала в вырез шатуна при положении поршней в нижней мертвой точке; рядом расположенные шатуны попарно соединены нижними головками шарнирно с объемными двуплечими коромыслами (близкими по форме полусфере), каждое из которых оснащено диаметрально противоположными опорами для шарнирного крепления коромысла на корпусе, при этом ось качания коромысла пересекает ось вращения коренного вала и перпендикулярна плоскости, образованной осями цилиндров, а также в местах крепления с раздвоенными шатунами коромысло имеет вырезы для свободного прохождения в них коренного вала при положении поршней в верхней мертвой точке, кроме того, каждое коромысло оснащено поворотным механизмом, ось поворота которого соосна оси симметрии коромысла, пересекает ось вращения коренного вала и перпендикулярна оси качения коромысла, при этом поворотный механизм оснащен роликовыми толкателями с возможностью лобового взаимодействия с опорными поверхностями диска, жестко закрепленного наклонно на коренном валу в точке, равноудаленной от осей смежных цилиндров, при этом угол наклона оси симметрии диска к оси вращения коренного вала равен половине угла поворота коромысла за один ход поршня, а следующий по коренному валу наклонный диск установлен с поворотом вокруг оси коренного вала относительно предыдущего диска на углы поворота: 180° в четырехцилиндровой, 120° в шестицилиндровой и 90° в восьмицилиндровой поршневой машине.