АСИНХРОННЫЙ БЕСШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2005 года по МПК F01B9/02 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, а также во всех механизмах преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот.

Известен бесшатунный механизм, содержащий корпус, два кривошипа, между которыми установлен коленчатый вал, соединенный со штоками посредством штоковых шеек, механизм синхронизации вращения, выполненный в виде шестерен, которые закреплены на опорных шейках коленчатого вала и находятся в зацеплении с неподвижными, выполненными с внутренним зацеплением (С.С.Баландин. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1972 г., стр. 14, рис. 11(б)).

Известен также синхронный бесшатунный механизм, содержащий два кривошипа, две вращающиеся шестерни с радиусом начальной окружности, равным одной четвертой части хода поршней, установленные с возможностью взаимодействия с неподвижными шестернями внутреннего зацепления, имеющими радиус начальной окружности, равный половине хода поршней, промежуточный коленчатый вал с шестернями, которые жестко на нем установлены, при этом вал может быть выполнен с одним коленом, связанным с двумя поршневыми штоками, или с тремя коленами, расположенными в одной плоскости, при этом два крайних колена направлены в одну сторону и связаны с поршневыми штоками, а среднее колено снабжено дополнительной опорой в виде эксцентриковой втулки (п.м. № 25536, МКП 7 F 01 В 9/02, бюл. № 28, 2002 г.).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является бесшатунный механизм, содержащий два кривошипа, на которые жестко насажены вращающиеся шестерни с радиусом начальной окружности, равным одной четверти хода поршней, и взаимодействующие с неподвижными шестернями внутреннего зацепления с радиусом начальной окружности, равным половине хода поршней, а также опору с установленным в ней промежуточным валом, шарнирно связывающим вращающиеся шестерни между собой, с возможностью их перемещения в противофазе. При этом шестерни располагаются на коленах кривошипов со стороны промежуточной опоры (а.с. СССР № 1525283, Мкл.⁴ F 01 В 9/02, бюл. №44, 1989 г.).

Недостатком известного технического решения является сложность многозвенной структуры механизма в виде трех шарнирно взаимосвязанных кривошипов, что снижает надежность устройства и увеличивает его габариты.

Была поставлена задача создать надежный бесшатунный механизм с разными фазами перемещения штоков и поршней и, в частности, с перемещением их в противофазе, уменьшить его габариты и расширить его применяемость.

Поставленная задача решается за счет того, что механизм содержит два промежуточных вала, причем каждый из них шарнирно связан с одним из опорных кривошипов, а с другой стороны шарнирно соединен с общей для двух валов эксцентриковой втулкой. На боковых шейках промежуточных валов жестко установлены вращающиеся шестерни с радиусом начальной окружности, равным одной четвертой части хода поршней, находящиеся в зацеплении с неподвижными шестернями внутреннего зацепления с радиусом начальной окружности, равным половине хода поршней. При этом шестерни могут быть установлены как со стороны эксцентриковой втулки, так и со стороны опорных кривошипов. Эксцентриковая втулка, шарнирно взаимосвязанная с промежуточными валами, имеет два отверстия, расположение которых может быть диаметральным или под некоторым углом, зависимом от такта, числа цилиндров и рядности их расположения. Эксцентриситет отверстий равен плечу кривошипа, т.е. одной четвертой части хода поршня. Вращающиеся шестерни, находящиеся в зацеплении с неподвижными шестернями, обеспечивают возможность движения смещенных по фазе штоковых колен промежуточных валов и взаимосвязанных с ними штоков, в частности, и в противофазе.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображена схема асинхронного бесшатунного механизма, вариант 1;

на фиг.2 - схема асинхронного бесшатунного механизма, вариант 2;

на фиг.3 - схема асинхронного бесшатунного механизма, вариант 3;

на фиг.4 - разрез А-А;

на фиг.5 - разрез Б-Б.

Асинхронный бесшатунный механизм (фиг.1, 2, 3) содержит два промежуточных коленчатых вала 1 и 2, шарнирно связанных с опорными кривошипами и общей эксцентриковой втулкой 8, имеющей возможность вращения в опорах 7. На боковых шейках промежуточных валов жестко установлены вращающиеся шестерни 3 и 4 с радиусом начальной окружности, равным одной четвертой части хода поршней (на схемах не показано), находящиеся в зацеплении с неподвижными шестернями внутреннего зацепления 5 и 6 с радиусом начальной окружности, равным половине хода поршней. При этом шестерни 3 и 4 могут быть установлены как со стороны эксцентриковой втулки (фиг.1), так и со стороны опорных кривошипов (вариант 2, фиг.2). Эксцентриковая втулка 8 имеет два сквозных или глухих (на схеме не показано) отверстия (фиг.4 и 5), расположение которых может быть диаметральным или под углом ϕ, соответствующим такту, числу цилиндров и рядности их расположения. Эксцентриситет отверстий r равен плечу кривошипа (фиг.4 и 5), т.е. одной четвертой части хода поршня.

Вращающиеся шестерни 3 и 4, находящиеся в зацеплении с неподвижными шестернями 5 и 6, обеспечивают возможность перемещения в противофазе штоковых колен промежуточных валов 1 и 2 и взаимосвязанные с ними штоки 9, 10 (фиг.1 и 2) или со смещенными фазами (вариант 3, фиг.3).

Эксцентриковая втулка 8 позволяет повысить жесткость и уменьшить габариты механизма и расширяет его применяемость.

Асинхронный бесшатунный механизм с разнофазным перемещением поршней работает следующим образом.

По неподвижным венцам шестерен 5 и 6, вращаясь против часовой стрелки относительно своей оси, обкатываются шестерни 3 4 вместе с промежуточными коленчатыми валами 1, 2. При этом опорные кривошипы и эксцентриковая втулка 8 вращаются в своих неподвижных опорах по часовой стрелке. Установленные на промежуточных коленчатых валах, как со стороны втулки (фиг.1) или со стороны опорных кривошипов (фиг.2) шестерни 3, 4, при своем вращении обеспечивают, как противофазное возвратно-поступательное перемещение колен промежуточных валов совместно со штоками 9, 10 и поршней (на схеме не показано), так и со смещенными фазами (фиг.3).

Заявляемое техническое решение обеспечивает асинхронное разнофазное перемещение штоков и поршней с использованием второй опоры для промежуточных валов одной эксцентриковой втулки, что позволяет повысить надежность конструкции и уменьшить габаритные размеры механизма.

Асинхронный бесшатунный механизм с разнофазным перемещением поршней найдет широкое применение в конструкциях двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, в устройствах преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с использованием современных технологий.

Механизм может быть использован для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение и наоборот. Механизм содержит два промежуточных вала, шарнирно связанных каждый с опорным кривошипом и с общей для них эксцентриковой втулкой. На валах установлены вращающиеся шестерни с радиусом начальной окружности, равным одной четвертой части хода поршней, находящиеся в зацеплении с неподвижными шестернями внутреннего зацепления с радиусом начальной окружности, равным половине хода поршней. При этом шестерни могут быть установлены как со стороны эксцентриковой втулки, так и со стороны опорных кривошипов. Эксцентриковая втулка имеет два отверстия, которые могут быть как глухими, так и сквозными и расположение которых может быть диаметральным или под некоторым углом, в зависимости от такта, числа цилиндров и рядности их расположения. Изобретение обеспечивает надежность, уменьшение габаритов. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Асинхронный бесшатунный механизм, содержащий два промежуточных вала, на которых жестко насажены вращающиеся шестерни с радиусом начальной окружности, равным одной четверти хода поршней, находящиеся во взаимодействии с парой неподвижных шестерен внутреннего зацепления, имеющих радиус начальной окружности, равный половине хода поршней, отличающийся тем, что механизм снабжен общей опорой для двух промежуточных валов, выполненной в виде эксцентриковой втулки с двумя отверстиями, эксцентриситет которой равен одной четвертой части хода поршня, при этом колена промежуточных валов связаны с поршневыми штоками и установлены в соответствии с заданными фазами движения и, в частности, с возможностью перемещения их в противофазе.2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что вращающиеся шестерни могут быть установлены на промежуточных валах как со стороны эксцентриковой втулки, так и со стороны опорных кривошипов.3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что эксцентриковая втулка может иметь два отверстия, расположенных на радиусе, равном одной четвертой части хода поршня под различным углом в соответствии с тактом, числом цилиндров и их рядностью, в частности, отверстия могут располагаться диаметрально.4. Механизм по п.1, отличающийся тем, что отверстия в эксцентриковой втулке могут быть как глухими, так и сквозными.