Оппозитный кривошипно-шатунный механизм Российский патент 2024 года по МПК F16H21/54 F16H21/50 F16H21/52 F01B9/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для конструирования поршневых машин двойного действия.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.

Известен кривошипно-шатунный механизм по патенту РФ №2613748, содержащий ведомое звено, которое может быть выполнено в виде ползуна или коромысла, шарнирно соединенный с ним шатун и кривошип, образующий шарнирную пару со вторым шатуном, составляющим шарнирный трехзвенник с шатуном и коромыслом-шатуном, имеющим шарнирную опору, отличающийся тем, что в нем опора имеет возможность перемещения по направляющей, траектория которой находится в пределах зоны, определяемой окружностями, центры которых совпадают с осью вращения кривошипа, при этом радиус одной равен длине коромысла-шатуна за вычетом из нее разницы длин второго шатуна и кривошипа, а радиус второй - длине коромысла-шатуна плюс разница длин второго шатуна и кривошипа. В данном механизме траектория направляющей опоры коромысла-шатуна выполнена по форме окружности, радиус которой равен длине коромысла-шатуна, при этом центр ее находится в зоне, определяемой окружностями, радиус одной из которых равен сумме длин второго шатуна и кривошипа, а радиус второй - их разнице.

В этом известном решении расширение технических возможностей известного кривошипно-шатунного механизма заключается в увеличении диапазона изменения величины перемещения шарнира шатун-ведомого звена и, как следствие, диапазона изменения скорости его движения, а также в возможности изменения скорости перемещения шарнира шатун-ведомого звена во времени.

Известен кривошипно-шатунный механизм со смещенной шатунной шейкой по патенту №2597703, содержащий рабочий цилиндр, шарнирно связанные между собой поршень с поршневым пальцем, шатун и кривошип коленчатого вала, отличающийся тем, что ось кривошипной головки жестко связана с кривошипом, смещена от оси поршня и оси симметрии кривошипа на угол, равный 10°. Техническим результатом данного изобретения является повышение ресурса КШМ, вращающего момента на валу двигателя и упрощение конструкции механизма.

Из известных источников информации кривошипно-шатунных механизмов с оппозитным относительно коренного вала расположением шатуна с осью качания в корпусе, не выявлено.

Недостатками всех известных кривошипно-шатунных механизмов, которые устраняются заявленным техническим решением, являются:

- невозможность использования в поршневых машинах с цилиндрами двойного действия;

- возникновение боковой силы, оказываемой поршнем на гильзу цилиндра, приводящей к эллиптическому износу тронковых двигателей;

- недостаточные нагрузочные способности, приводящие в частности, к невозможности повышения давления наддува в дизелях;

- недостаточный механический КПД, лимитированный радиусом кривошипа.

- невозможность устранения реактивного опрокидывающего момента;

- необходимость уравновешивания двигателей, противодействуя ударно-вибрационным нагрузкам;

- невозможность реализовать моменты пары сил.

Задачей заявляемого изобретения является создание оппозитного кривошипно-шатунного механизма, в котором устранены вышеперечисленные недостатки.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для получения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению заявленный оппозитный кривошипно-шатунный механизм, включающий цилиндр с поршнем и штоком, отличается тем, что поршень жестко закреплен с вильчатым штоком, рожки вильчатого штока соединены с коаксиальными осями, имеющими возможность совершать сложное поступательно-вращательное движение, коаксиальные оси имеют по два диаметрально противоположно направленных кривошипа, разнесенных в осевых направлениях, причем срединные кривошипы соединены шатунной шейкой, шатун с осью качания в корпусе оппозитно расположен в противоположную рабочему цилиндру сторону от оси коренного вала, ось шатуна в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке находится на продолжении прямой линии оси цилиндра, кривошипы коренного вала соединены осями вращения с кривошипами коаксиальных осей, а длина шатуна превосходит радиус кривошипа коренного вала более чем в два раза.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается во взаимном преобразовании вращательного и возвратно-поступательного движения, требуемого для осуществления рабочих процессов в поршневых машинах с цилиндрами двойного действия, в которых поршень со штоком является одним звеном, имеющим одну обобщенную координату, соответствующую поступательному движению. Это достигается за счет оппозитного расположение шатуна с осью качания в корпусе в противоположную рабочему цилиндру сторону от оси коренного вала, формирования моментов пары сил и образования самоустанавливающегося механизма, приводящего к уравновешиванию механизма в целом, а также к возрастанию нагрузочных способностей за счет опор на корпус оси шатуна и опорных цапф коренного вала.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена кинематическая схема заявленного механизма.

Оппозитный кривошипно-шатунный механизм (ОКШМ) конструктивно состоит из поршня 1, жестко закрепленного с вильчатым штоком 2, проходящим через сальник крышки цилиндра 3. Рожки 4 и 5 вильчатого штока 2 закреплены с наружными кольцами двух подшипников, установленных параллельно оси коренного вала. Внутренние кольца подшипников в осевом направлении имеют два диаметрально противоположных кривошипа 6 и 7, образующих вместе с внутренними кольцами подшипников одну цельнолитую деталь. Установленные в средней части механизма кривошипы 7 соединены шатунной шейкой 8. Шатун 9 установлен оппозитно с осью качания 10 в корпусе поршневой машины, снабженной механизмом заявленной конструкции. Ось шатуна 9 в верхней мертвой точке (ВМТ) и нижней мертвой точке (НМТ) находится на продолжении прямой линии оси рабочего цилиндра 3 оппозитно по другую сторону от оси коренного вала. Длина шатуна 9 превосходит радиус кривошипа коренного вала более чем в два раза. Кривошипы 6 и 7, установленные диаметрально противоположно срединным кривошипам, образующим шатунную шейку коленчатого вала 12, консольно соединены подшипниками тел скольжения с кривошипами коленчатого вала в оба осевых направления от плоскости качания шатуна 9. Уравновешивание коленчатого вала 12 корректирующими массами противовесов 11 выполнено известным из уровня техники образом.

Заявленный оппозитный кривошипно-шатунный механизм работает следующим образом.

При вращении коленчатого вала 12 его вращательное движение кривошипами 13 передается через вращательную кинематическую пару на кривошипы 6. При этом ось вращения кривошипов 6 и 7, образующих моменты пары сил, совершает сложное поступательно-вращательное движение, чему способствует качательные движения шатуна 9 по дуге окружности с радиусом, равным длине шатуна.

Таким образом, вращательные движения коленчатого вала 12, сложное поступательно-вращательное движение оси диаметрально противоположных, разнесенных в осевом направлении кривошипов, и качательные движения шатуна следует считать одним движением.

Этим обеспечивается достижение следующих преимуществ перед известными техническими решениями:

- повышается механический КПД, эксплуатационный ресурс за счет формирования моментов пары сил и образования самоустанавливающегося механизма, приводящего к уравновешиванию механизма в целом;

- ударно-вибрационные воздействия снижаются и демпфируются совокупно кривошипным коленчатым валом и оппозитно установленным шатуном с осью качания в корпусе машины, находящейся на продолжении прямой линии оси цилиндра по другую сторону от точки пересечения этой прямой линии с перпендикулярной ей линией оси коренного вала. Одновременно устраняются крутильные колебания и снижается реактивный опрокидывающий момент;

- снижаются масса и габариты поршневой машины благодаря уменьшению радиальных размеров, массы деталей ОКШМ, совершающих поступательное движение. Указанные преимущества заявленного механизма обеспечивают возможность его эффективной работы в поршневых машинах с цилиндрами двойного действия, в тронковых двигателях и других кривошипно-шатунных механизмах.

Заявленное технического решения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, может быть промышленным образом реализовано с использованием известного оборудования, технических и технологических средств.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к механизмам передачи движения. Оппозитный кривошипно-шатунный механизм содержит цилиндр с поршнем и штоком. Поршень жестко закреплен с вильчатым штоком. Рожки вильчатого штока соединены с коаксиальными осями, имеющими возможность совершать сложное поступательно-вращательное движение. Коаксиальные оси имеют по два диаметрально противоположно направленных кривошипа, разнесенных в осевых направлениях. Срединные кривошипы соединены шатунной шейкой. Шатун с осью качания в корпусе оппозитно расположен в противоположную рабочему цилиндру сторону от оси коренного вала. Ось шатуна в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке находится на продолжении прямой линии оси цилиндра. Кривошипы коренного вала соединены осями вращения с кривошипами коаксиальных осей, а длина шатуна превосходит радиус кривошипа коренного вала более чем в два раза. Достигается взаимное преобразование вращательного и возвратно-поступательного движения. 1 ил.

Оппозитный кривошипно-шатунный механизм, включающий цилиндр с поршнем и штоком, отличающийся тем, что поршень жестко закреплен с вильчатым штоком, рожки вильчатого штока соединены с коаксиальными осями, имеющими возможность совершать сложное поступательно-вращательное движение, коаксиальные оси имеют по два диаметрально противоположно направленных кривошипа, разнесенных в осевых направлениях, причем срединные кривошипы соединены шатунной шейкой, шатун с осью качания в корпусе оппозитно расположен в противоположную рабочему цилиндру сторону от оси коренного вала, ось шатуна в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке находится на продолжении прямой линии оси цилиндра, кривошипы коренного вала соединены осями вращения с кривошипами коаксиальных осей, а длина шатуна превосходит радиус кривошипа коренного вала более чем в два раза.