ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2010 года по МПК F01B1/08 F02B75/24 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателе- и компрессоростроению, и может быть использовано при изготовлении двигателей внутреннего сгорания для автомобилей, самолетов малой авиации, малогабаритного водного транспорта, а также энергетических установок.

Известна поршневая машина, содержащая, по меньшей мере, две секции, каждая из которых содержит поршень, соединенный с кривошипно-шатунным механизмом. Поршни секций попарно расположены в общих цилиндрах с общими камерами сгорания. Кривошипы кривошипно-шатунных механизмов жестко соединены с коническими шестернями, находящимися в зацеплении с двумя центральными зубчатыми колесами, закрепленными на валу отбора мощности (полезная модель РФ №3785, F02B 75/26, опубл. 16.03.97 г.).

Недостатком известного устройства является наличие большого количества кинематических пар, усложняющих конструкцию. Наличие конических зубчатых колес обусловливает возникновение в процессе работы осевой составляющей силы, в связи с чем предъявляются более жесткие требования к кинематическим опорам и подшипникам, что также усложняет конструкцию и снижает надежность устройства.

Наиболее близким предлагаемому изобретению является поршневая машина, приводящая во вращение два соосных вала пропеллеров, скомпонованная с механизмом привода винтов. Поршневая машина содержит два оппозитно расположенных модуля, каждый из которых включает две параллельно расположенные секции. Каждая секция модуля имеет цилиндр с поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом, причем кривошипы секций расположены параллельно друг другу и концентрическим валам пропеллеров. Для передачи вращающего момента концентрическим валам пропеллеров в противоположные стороны машина имеет два механизма синхронизации, кинематически связанные с концентрическими валами пропеллеров. Каждый механизм синхронизации выполнен в виде двух взаимодействующих зубчатых колес, установленных на кривошипах секций модуля. Как следует из описания, известное техническое решение позволяет регулировать положение валов пропеллеров, обеспечивая многочисленные вариации передаточного числа между коленвалами и валами пропеллеров (патент GB №544055, опубл. 25.03.1942 г.).

Недостатком известной поршневой машины является то, что она имеет большое количество взаимодействующих зубчатых пар, что усложняет конструкцию и снижает надежность устройства.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение ее надежности.

Поставленная задача решается тем, что в поршневой машине, содержащей вал отбора мощности, по меньшей мере, один модуль, включающий две секции, каждая из которых имеет цилиндр с поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом, причем кривошипы секций расположены параллельно друг другу и валу отбора мощности, по меньшей мере, один механизм синхронизации, кинематически связанный с валом отбора мощности и выполненный в виде двух взаимодействующих зубчатых колес, установленных на кривошипах секций модуля, секции модуля расположены оппозитно.

Кроме того, кривошипы каждого последующего модуля установлены соосно кривошипам предыдущего модуля и соединены с ними.

Кроме того, кинематическая связь механизма синхронизации и вала отбора мощности выполнена в виде зубчатого колеса, установленного на валу отбора мощности с возможностью взаимодействия с любым из зубчатых колес механизма синхронизации.

Расположение секций модуля оппозитно позволяет значительно сократить количество зубчатых пар, необходимых для обеспечения вращения вала отбора мощности, и тем самым упростить конструкцию машины и повысить ее надежность. Это обеспечивается тем, что зубчатые колеса механизма синхронизации, установленные на кривошипах оппозитно расположенных секций модуля и взаимодействующие между собой, позволяют синхронизировать работу секций без дополнительных кинематических пар и преобразовать их работу в работу машины. При этом передаточное число зубчатой пары механизма синхронизации является величиной постоянной.

Установка кривошипов каждого последующего модуля соосно кривошипам предыдущего модуля и их соединение позволяет обеспечивать связь модулей между собой с минимальным количеством кинематических пар за счет минимального количества механизмов синхронизации, т.е., например, позволяет обеспечить связь двух модулей посредством только одного механизма синхронизации, трех модулей - посредством одного или двух механизмов синхронизации и т.д., что упрощает конструкцию и повышает надежность машины. Кроме того, установка кривошипов последующих модулей соосно с предыдущими позволяет установить механизм синхронизации между модулями и снизить крутильные колебания валов кривошипов секций модулей за счет их минимальной длины, что повышает надежность поршневой машины.

Выполнение кинематической связи механизма синхронизации с валом отбора мощности в виде зубчатого колеса, установленного на валу отбора мощности с возможностью взаимодействия с любым из зубчатых колес механизма синхронизации, позволяет также уменьшить количество кинематических пар и упростить конструкцию машины за счет минимального количества деталей.

На фиг.1 изображен поперечный разрез модуля поршневой машины с двумя оппозитно расположенными секциями; на фиг.2 представлена кинематическая схема движения поршней и вращения кривошипно-шатунных механизмов поршневой машины, изображенной на фиг.1; на фиг.3 - кинематическая схема поршневой машины на фиг.1; на фиг.4 - кинематическая схема поршневой машины с отбором мощности непосредственно от колеса механизма синхронизации; на фиг.5 - кинематическая схема поршневой машины с двумя модулями; на фиг.6 - кинематическая схема поршневой машины с тремя модулями.

Для пояснения предлагаемого изобретения приведено описание конструкции машины, содержащей один модуль с двумя оппозитно расположенными секциями и представленной на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.

Поршневая машина имеет модуль с двумя оппозитно расположенными секциями, содержащими цилиндры 1, в которых расположены поршни 2, кинематически связанные с шатунами 3, и кривошипы 4. Цилиндры 1 имеют камеры сгорания 5 со свечами зажигания 6. Оси кривошипно-шатунных механизмов секций установлены параллельно друг другу и валу отбора мощности 7. На кривошипах 4 закреплены зубчатые колеса 8 и 9 механизма синхронизации, находящиеся в зацеплении друг с другом. Вал отбора мощности 7 кинематически связан с механизмом синхронизации посредством зубчатого колеса 10, закрепленного на валу отбора мощности и взаимодействующего с зубчатым колесом 11, установленным на кривошипе одной из секций.

Отбор мощности может быть осуществлен также зубчатым колесом 10 от любого зубчатого колеса 8 или 9 механизма синхронизации (см. фиг.4).

Работа поршневой машины осуществляется следующим образом.

Оба поршня 2 оппозитно расположенных секций модуля из нижнего крайнего положения двигаются одновременно в цилиндрах 1 в верхнее крайнее положение. Происходит такт сжатия. При этом объем в камерах сгорания 5 становится минимальным. В такте сжатия топливно-воздушная смесь воспламеняется от электрической искры свечей зажигания 6 (или от сжатия - при дизельном цикле). Далее поршни 2 двигаются в такте рабочего хода к своим крайним нижним положениям, преобразуя свое возвратно-поступательное движение во вращательное движение кривошипов 4, передаваемое при помощи шатунов 3. Кривошипы 4 передают вращение зубчатым колесам механизма синхронизации 8 и 9, от которых вращение передается зубчатыми колесами 10 и 11 валу отбора мощности 7 и далее - к потребителю.

При необходимости увеличения мощности поршневой машины возможна компоновка с любым количеством модулей и механизмов синхронизации (см. фиг.5, 6). Наиболее оптимальным конструктивным решением является использование парного количества модулей.

Машина может быть использована в двигателестроении при изготовлении двигателей внутреннего сгорания. Машина содержит, по меньшей мере, один модуль с двумя оппозитно расположенными секциями, содержащими цилиндры с камерами сгорания, в которых расположены поршни, кинематически связанные с шатунами и кривошипами. Оси кривошипно-шатунных механизмов секций установлены параллельно валу отбора мощности, кинематически связанному с механизмом синхронизации, зубчатые колеса которого закреплены на кривошипах и находятся в зацеплении друг с другом. Для упрощения конструкции кинематическая связь механизма синхронизации с валом отбора мощности может быть выполнена в виде зубчатого колеса, установленного на валу отбора мощности с возможностью взаимодействия с любым из зубчатых колес механизма синхронизации. Расположение секций модуля оппозитно, установка и соединение кривошипов каждого последующего модуля соосно кривошипам предыдущего позволяют упростить конструкцию и повысить ее надежность. 2 з.п ф-лы, 6 ил.

1. Поршневая машина, содержащая вал отбора мощности, по меньшей мере, один модуль, включающий две оппозитно расположенные секции, каждая из которых имеет цилиндр с поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом, причем кривошипы секций расположены параллельно друг другу и валу отбора мощности, по меньшей мере, один кинематически связанный с валом отбора мощности механизм синхронизации, содержащий два зубчатых колеса, установленных на кривошипах секций модуля, отличающаяся тем, что зубчатые колеса механизма синхронизации находятся в зацеплении друг с другом.

2. Поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что кривошипы каждого последующего модуля установлены соосно кривошипам предыдущего модуля и соединены с ними.

3. Поршневая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что кинематическая связь механизма синхронизации и вала отбора мощности выполнена в виде зубчатого колеса, установленного на валу отбора мощности с возможностью взаимодействия с любым из зубчатых колес механизма синхронизации.