Механизм с косой шайбой аксиального двигателя Российский патент 2019 года по МПК F02B75/26 F01B3/00 

Изобретение относится к машиностроению, а в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано в качестве привода транспортных средств, механизмов и оборудования.

Известны различные конструкции ДВС в основе которых используется кривошипно-шатунный механизм (КШМ), механизм с косой шайбой, роторно-поршневой, роторно-лопастной и другие механизмы, не нашедшие своего применения. Классический двигатель с КШМ при всех имеющихся недостатках, выпускается на протяжении 160 лет без особых конструктивных изменений и является на сегодняшний день самым массовым, а в отдельных случаях своего применения, и единственным. К основным недостаткам классических ДВС можно отнести достаточно большую удельную массу, обусловленную значительными массами элементов КШМ, высокую стоимость, сформировавшуюся из достаточно дорогих высокотехнологичных компонентов КШМ, достаточно большими габаритами, конструктивно сложившимися из пространственных связей элементов КШМ. Техническим решением, направленным на снижение масса-габаритных и стоимостных показателей ДВС может служить аксиальное размещение поршней с механизмом косой шайбы. Конструкций аксиальных двигателей с механизмом косой шайбы известно достаточно много, но ни одна из них не нашла своего применения в двигателях выпускаемых массово. Причиной тому низкая надежность предлагаемых конструкций механизма с косой шайбой являющейся следствием применения шарнирных соединений шатунов с качающимся узлом, а также вследствие возникновения достаточно больших инерционных сил качающихся элементов косой шайбы и элементов шатунно-поршневой группы.

Предлагаемая конструкция механизма с косой шайбой не имеет указанных недостатков и может обеспечить бесшатунное соединение поршня с качающимся узлом. Основная задача при определении конструктива механизма с косой шайбой для заявленного изобретения состояла в минимизации массы элементов при обеспечении передачи достаточно больших переменных нагрузок и выбор конструктива кинематических связей элементов обеспечивающих высокую надежность. Известных аксиальных двигателей с косой шайбой имеющих схожие конструктивные решения с заявленным механизмом обнаружить не удалось.

Описание чертежей

На фиг. 1 изображен продольный разрез механизма косой шайбы.

На фиг. 2 изображен разрез в сечении А-А по фиг. 1 механизма косой шайбы.

В корпусе 1 с крышкой 2 через конические подшипники 3 на валу 4 зафиксированные шпонками 5 и гайкой 6 установлены две косые шайбы 7 с противовесами 8 фиксирующие через конические подшипники 9 ступицу 10 с двуплечими рычагами 11 имеющими втулки 12 с пальцами крестовины 13 закрепленными через поршневые пальцы 14 с поршнями 15 в гильзах 16.

Осуществление изобретения

Вал 4 установлен в корпусе 1 через конические подшипники 3 с возможностью регулирования посредством крышки 2 установленной в корпусе на резьбе. Между двумя косыми шайбами 7 с противовесами 8 посаженными на вал посредством шлицов или через шпонки 5 в конических подшипниках 9 с возможностью их регулировки гайкой 6 установлена ступица 10 выполненная в форме втулки с буртами на которые с внешних сторон в упор установлены внутренние кольца конических подшипников 9, а с внутренней стороны бурты упираются по меньшей мере в два двуплечих рычага 11 имеющих на концах втулки 12 с упорными фланцами в которых установлены пальцы крестовины 13 выполненные с увеличенной центральной ступенью имеющими отверстие, в которые радиально валу установлены с возможностью поступательного и вращательного движения поршневые пальцы 14 зафиксированные в бобышках поршней 15, причем юбка поршней и тело гильзы 16 имеют двухсторонние проточки под движение двуплечих рычагов, а зазор между бобышками поршней, имеющими поступательное движение по хорде и пальцем крестовины, производящему движение по дуге, должен быть не меньше высоты сегмента образованного хордой и дугой.

Работает механизм косой шайбы за счет имеющегося эксцентриситета между центром конических подшипников 9 и осью вращения вала, причем точка на пересечении оси вала с линией соединяющей центры конических подшипников является центром качания ступицы. При вращении вала центр конических подшипников описывает круг вокруг оси вала, а поскольку кинематические связи двуплечих рычагов 11 с поршнем, имеющим только поступательное движение, ограничивают вращение ступицы вокруг собственной оси, появляется действующая на ступицу, со стороны конических подшипников, радиально направленная к оси вала сила приложенная на определенном расстоянии от центра качания ступицы, что создает крутящий момент относительно центра качания ступицы в плоскости перемещения двуплечих рычагов, заставляя поршень, через имеющиеся кинематические связи, выполнять возвратно поступательные движения. Противодействие создаваемому крутящему моменту на валу, вызванному инерционными силами движущихся масс поршней в сборе со ступицей и двуплечими рычагами оказывает имеющий противоположное направление крутящий момент, создаваемый на валу противовесами.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в конструктиве качающего узла выполненного в виде ступицы с двуплечими рычагами и конструктиве кинематической связи двуплечих рычагов с поршнем, что обеспечивает:

- размещение подшипников ступицы на достаточно большом расстоянии от центра качания ступицы позволяет уменьшить осевую составляющую и увеличить радиальную составляющую действующих сил на подшипники ступицы и вала.

- применение двуплечих рычагов позволяет при минимальной массе обеспечить передачу переменного по направлению крутящего момента в плоскости их качения.

- соединение пальца крестовины через отверстие с поршневым пальцем позволяет обеспечить качание двуплечих рычагов вокруг своей оси, обеспечивает передачу сил от прямолинейно движущегося поршневого пальца на палец крестовины движущегося по дуге, минимизирует величину радиальной составляющей силы, действующей на цилиндр со стороны поршня, обеспечивает высокую надежность соединения.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в качестве привода транспортных средств, механизмов и оборудования. Предлагаемая конструкция механизма с косой шайбой обеспечивает бесшатунное соединение поршня с качающимся узлом. Механизм с косой шайбой аксиального двигателя, содержащий две косые шайбы, выполненные с противовесами и закрепленные на валу через шпонки или шлицы, имеют между собой установленную через конические подшипники ступицу с двумя или более двуплечими рычагами, на концах которых во втулках имеются пальцы крестовины с отверстиями, куда установлены поршневые пальцы, закрепленные на поршнях двигателя. 2 ил.

Механизм с косой шайбой аксиального двигателя, содержащий две косые шайбы, выполненные с противовесами и закрепленные на валу через шпонки или шлицы, имеют между собой установленную через конические подшипники ступицу с двумя или более двуплечими рычагами, на концах которых во втулках имеются пальцы крестовины с отверстиями, куда установлены поршневые пальцы, закрепленные на поршнях двигателя.