МЕХАНИЗМ С КАЧАЮЩЕЙСЯ ШАЙБОЙ ДЛЯ ПРИВОДА ПОРШНЕВЫХ МАШИН Российский патент 2005 года по МПК F01B3/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, и может быть использовано в многопоршневых пневмо- и гидромашинах.

Известен механизм с качающейся шайбой для привода поршневых машин, содержащий корпус, установленный в корпусе на опорах приводной вал, шарнирно связанную с валом качающуюся шайбу, жестко закрепленные в корпусе цилиндры, размещенные в цилиндрах поршни, шатуны, шарнирно связанные с качающейся шайбой и поршнями, и фиксирующее качающуюся шайбу от вращения устройство (SU №1153151 А, МПК⁴ F 16 Н 21/18, 1985).

Технический недостаток данного механизма: повышенная сложность конструкции, невозможность изменения угла наклона шайбы и, следовательно, показателей поршневой машины, недостаточно широкие эксплуатационно-технологические показатели.

Известен также механизм с качающейся шайбой для привода поршневых машин, содержащий корпус, установленный в корпусе на опорах приводной вал, шарнирно связанную с валом качающуюся шайбу, жестко закрепленные в корпусе цилиндры, размещенные в цилиндрах поршни, шатуны, шарнирно связанные с качающейся шайбой и поршнями, и фиксирующее качающуюся шайбу от вращения устройство, выполненное в виде наружного кольца, соединенного с шатунами и снабженного цапфами, смонтированными на опорах в корпусе, качающаяся шайба имеет внутреннее кольцо, связанное с валом с возможностью совместного вращения и изменения угла наклона, между внутренним и наружными кольцами помещены радиальный подшипник и промежуточное кольцо, соединенное с наружным кольцом посредством осей, перпендикулярных геометрической оси указанных цапф, при этом на валу предусмотрен шлицевой участок с фиксируемо установленным на нем ползуном, шарнирно соединенным посредством поводка с внутренним кольцом качающейся шайбы (RU №2223431 С1, МПК⁷ F 16 Н 21/18, 23/04, F 01 В 3/02, 2004).

Технический недостаток известного механизма с качающейся шайбой: движения шатунов с поршнями попарно совпадают по фазе, следовательно, имеет место повышенная неравномерность эксплуатационно-технологических показателей работы поршневой машины, повышенные габариты.

Техническая задача - повышение эксплуатационно-технологических показателей поршневой машины за счет равномерного распределения фаз работы цилиндров, снижение габаритов.

Согласно изобретению механизм снабжен второй качающейся шайбой и вторым фиксирующим качающуюся шайбу от вращения устройством, шайба шарнирно связана с приводным валом таким образом, что оси внутренних колец обеих шайб параллельны между собой, а оси цапф наружного кольца и оси между наружным и промежуточным кольцами второй шайбы перпендикулярны по отношению к соответствующим осям первой шайбы, ползун соединен с двумя оппозитно расположенными поводками, противоположные концы которых соединены с указанными внутренними кольцами, при этом цилиндры с поршнями попарно размещены между шайбами в вертикальной и горизонтальной плоскостях с возможностью перемещения шатунов и поршней в противофазе - в одной паре по отношению ко второй паре.

На чертежах, на фиг.1 изображен механизм с качающейся шайбой для привода поршневых машин, общий вид, изометрия; на фиг.2 - то же, вид сбоку, в разрезе; на фиг.3 - то же, вид сверху в разрезе; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 - выноска I из фиг.2; на фиг.6 - графики перемещений поршней и изменения давления.

Механизм с качающейся шайбой для привода поршневых машин содержит корпус 1, установленный в корпусе на опорах приводной вал 2, шарнирно связанные с валом посредством осей 3 качающиеся шайбы 4 и 5. В корпусе 1 жестко закреплены цилиндры 6, в цилиндрах размещены поршни 7, которые посредством шатунов 8 шарнирно связаны с качающимися шайбами 4 и 5. Качающиеся шайбы 4 и 5 имеют одинаковую конструкцию. Они состоят из: внутреннего кольца 9, связанного с валом 2 с возможностью совместного вращения и изменения угла наклона θ (для этого предназначены указанные оси 3), промежуточного кольца 10, радиального подшипника 11, помещенного между внутренним 9 и промежуточным 10 кольцами. Каждая из шайб имеет фиксирующее от вращения устройство, которое выполнено в виде наружного кольца 12, соединенного с указанными шатунами 8 и снабжено цапфами 13, смонтированными на опорах в корпусе 1. Наружное кольцо 12 взаимодействует с промежуточным кольцом 10 шайбы посредством ступенчатых осей 14, геометрические оси которых расположены перпендикулярно оси цапф 13. Причем фиксирующее устройство одной шайбы повернуто на 90° по отношению к фиксирующему устройству второй таким образом, что цапфы 13 находятся в одной плоскости со ступенчатыми осями 14 другой шайбы.

Таким образом, оси 3 внутренних колец 9 обеих шайб 4 и 5 параллельны между собой, а оси цапф 13 наружного кольца 12 и указанные ступенчатые оси 14 второй шайбы 5 перпендикулярны по отношению к соответствующим осям первой шайбы 4.

На приводном валу 2 предусмотрен шлицевой участок 15 с фиксируемо установленным на нем ползуном 16, шарнирно соединенным посредством оппозитно расположенных поводков 17 и 18 с внутренними кольцами 9 соответствующих шайб 4 и 5. На ползуне 16 посредством радиально-упорных подшипников 19 установлена обойма 20, фиксируемая относительно корпуса 1 (не показано). Наряду с этим цилиндры 6 с размещенными в них поршнями 7 попарно размещены между шайбами 4 и 5 в вертикальной и горизонтальной плоскостях с возможностью перемещения шатунов 8 и поршней 7 в противофазе - в одной паре по отношению ко второй паре.

Механизм с качающейся шайбой для привода поршневых машин работает следующим образом.

В нейтральном положении, когда приводной вал 2 совершает вращение, а качающиеся шайбы 4 и 5 располагаются перпендикулярно валу (θ=0), шатуны 8 с поршнями 7 остаются неподвижными (поршневая машина не задействована). Воздействуя на обойму 20, ползун 16 посредством радиально-упорных подшипников 19 перемещается по шлицевому участку 15 приводного вала 2. Вследствие этого поводки 17 и 18 отклоняют от вертикального положения внутренние кольца 9, а вместе с ним и качающиеся шайбы 4 и 5. Эту операцию можно производить как при неподвижном, так и при вращающемся приводном вале 2. В последнем случае внутренние кольца 9 качающихся шайб 4 и 5 будут совершать вращательное и сложное качательное движение одновременно, причем в одной фазе. Промежуточные кольца 10 шайб благодаря отсечению подшипником 11 вращательной составляющей сложного движения будут совершать качательные движения в пространстве, причем амплитуды качания в вертикальной и горизонтальной плоскости будут равны ±θ. Так как ступенчатые оси 14 и цапфы 13 наружного кольца 12 фиксирующего устройства одной шайбы повернуты на 90° по отношению к аналогичным деталям другой шайбы, то наружные кольца 12 будут покачиваться на цапфах 13 с одинаковой амплитудой ±θ в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Далее качательное движение наружных колец 12 посредством шатунов 8 преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней 7.

При плавном перемещении обоймы 20, когда угол θ колебания шайб 4 и 5 изменяется от нуля до заданного значения, происходит плавное и бесступенчатое нарастание производительности (запуск) поршневой машины, и амплитуда перемещений шатунов 8 и поршней 7 также плавно, без динамических перегрузок, возрастает. При перемещении обоймы 20 (вместе с ползуном 16) посредством поводков 17 и 18 возможно установить качающиеся шайбы 4 и 5 в вертикальное положение (θ=0), т.е. плавно, без перегрузок, отключить поршневую машину при вращающемся вале 2. Очевидно, что, варьируя значением угла θ можно регулировать производительность и загрузку поршневой машины при постоянной частоте вращения приводного вала 2.

Пара поршней 7, приводимых от одной шайбы, будут двигаться в противофазе по отношению к друг другу (графики перемещения а и б на фиг.6), так как их шатуны 8 взаимодействуют с диаметрально противоположными сторонами наружного кольца 12. А благодаря перпендикулярному расположению осей цапф 13 наружных колец 12 и ступенчатых осей 14 фазы движения поршней 7, приводимых от другой шайбы, будут смещены на 90° по отношению к аналогичным поршням, получающим движение от первой шайбы (графики перемещения в и г на фиг.6). Очевидно, что фазы перемещения поршней не совпадают друг с другом, тем самым сглаживается выходная характеристика поршневой машины и существенно уменьшается неравномерность изменения давления на выходе (график д на фиг.6), а расположение цилиндров 6 с поршнями 7 между шайбами 4 и 5 снижает габариты механизма. Названное значительно повышает эксплуатационно-технологические показатели поршневой машины.

Механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот и может быть использован в многопоршневых машинах. Механизм содержит цилиндры с поршнями, приводной вал и связанные с ним качающиеся шайбы, каждая из которых имеет фиксирующее от вращения устройство, выполненное в виде наружного кольца с цапфами, связанного с шатунами, Фиксирующее устройство одной шайбы повернуто так, что оси цапф перпендикулярны осям цапф другой шайбы, что обеспечивает смещение фаз движения поршней. Регулирование амплитуды качания шайб обеспечивается ползуном, установленным на валу и соединенным посредством оппозитных поводков с внутренними кольцами шайб. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационно-технических показателей, снижение габаритов. 6 ил.

Механизм с качающейся шайбой для привода поршневых машин, содержащий корпус, установленный в корпусе на опорах приводной вал, шарнирно связанную с валом качающуюся шайбу, жестко закрепленные в корпусе цилиндры, размещенные в цилиндрах поршни, шатуны, шарнирно связанные с качающейся шайбой и поршнями, и фиксирующее качающуюся шайбу от вращения устройство, выполненное в виде наружного кольца, соединенного с шатунами и снабженного цапфами, смонтированными на опорах в корпусе, качающаяся шайба имеет внутреннее кольцо, связанное с валом с возможностью совместного вращения и изменения угла наклона, между внутренним и наружным кольцами помещены радиальный подшипник и промежуточное кольцо, соединенное с наружным кольцом посредством осей, перпендикулярных геометрической оси указанных цапф, при этом на валу предусмотрен шлицевой участок с фиксируемо установленным на нем ползуном, шарнирно соединенным посредством поводка с внутренним кольцом качающейся шайбы, отличающийся тем, что механизм снабжен второй качающейся шайбой и вторым фиксирующим качающуюся шайбу от вращения устройством, шайба шарнирно связана с приводным валом таким образом, что оси внутренних колец обеих шайб параллельны между собой, а оси цапф наружного кольца и оси между наружным и промежуточным кольцами второй шайбы перпендикулярны соответствующим осям первой шайбы, ползун соединен с двумя оппозитно расположенными поводками, противоположные концы которых соединены с указанными внутренними кольцами, при этом цилиндры с поршнями попарно размещены между шайбами в вертикальной и горизонтальной плоскостях с возможностью перемещения шатунов и поршней в противофазе - в одной паре по отношению ко второй паре.