Поршневая машина Советский патент 1989 года по МПК F04B25/00 

Ю

(Л

со

оо

00

ел

Изобретение относится к машиностроению, в частности к малогабаритным порш- исным машинам - компрессорам, газовым криогенным машинам, тепловым двигателям.

Цель изобретения - упрош,ение конст- 1)укции.

На фиг. 1 изображена поршневая ма- и;ина, продольный разрез; на фиг. 2 - траектория движения одного шарика; на фиг. 3 - вариант выполнения отверстия втулки с симметричным овалом; на фиг. 4 - вариант выполнения отверстия с покрытием; на фиг. 5 - вариант выполнения отверстия с несимметричным овалом.

Мап1ина содержит цилиндр 1 с порш10

плош,ади контактов смещаются в сторону относительного движения шариков 5. Так как шарики 5 при перекатывании по цилиндру 1 и поршню совершают дополнительное вращательное движение (в данном случае против часовой стрелки относительно нормали к поверхности поршня 2), перекатываясь по внутренним поверхностям овальных отверстий б (см. фиг. 3, 4, 5 - участок поверхности ABC), то за счет разницы в упомянутых площадях контактов на каждый шарик 5 при его движении действует неуравновешенный момент сил трения сопряжений «цилиндр-шарик и «шарик-юбка поршня. Этот момент действует в плоскости перпен20

нем 2 со штоком 3, втулку 4 с шариками 5, 15 дикулярной нормали к внешней поверхности

поршня 2 и приводит к смещению щариков 5 от прямолинейного движения - в данном случае влево (см. фиг. 2, траектория движения шарика при движении поршня 2 вниз показана стрелкой, направленной вниз). При обратном ходе порщня 2 неуравновешенные моменты сил трения сопряжений «цилиндр-шарик, «шарик-юбка действуют в противоположном направлении (в даннном случае вправо вследствие смены мест пло25 щадей контактов при обратном ходе поршня 2) и пытаются возвратить шарики 5 в первоначальные положения. Но за счет конструктивного исполнения внутренних поверхностей овальных отверстий 6 (см. фиг. 3, 4, 5) или самих овалов (см. фиг. 5) шарики 5

30 при перекатывании по участку овала CDA совершают меньшее число оборотов, чем при перекатывании по участку ЛВС. Поэтому отклонившись от вертикали влево при ходе поршня 2 вниз, шарики 5 не вернутся в первоначальное положение при ходе поршня 2

35 вверх, т. е. за один цикл движения поршня 2 каждый шарик 5 сместится влево на величину б (см. фиг. 2). Тела 8 качения удерживают втулку 4 от радиальных и осевых перемещений относительно поршня 2, т. е. втулка 4 при возвратно-поступательном движении поршня 2 движется вместе с ним, при этом втулка 4 может совершать только вращательные движения относительно оси порщня 2 в пределах, допускаемых овальными отверстиями 9 и установленными в них ша45 риками 5. Такая конструкция втулки 4 гарантирует несоприкосновение ее с цилиндром 1 и поршнем 2.

Перекатываясь по внутренним поверхностям овальных отверстий 6, шарики 5 приводят в знакопеременное вращательное дви50 жение втулку 4 относительно поршня 2. Возникающий при этом знакопеременный момент сил инерции втулки 4 относительно оси цилиндра 1 удерживает втулку 4 в постоянном контакте с шариками 5, обеспечивая условия для их перекатывания по внутренним поверхностям овальных отверстий 6. Конструктивное исполнение внутренних поверхностей овальных отверстий 9 или самих овалов приводит при перекатывании

установленными с натягом между цилиндром 1 и поршнем 2 в отверстиях 6, расположенных равномерно по поверхности втулки 4. Втулка 4 установлена в расточке 7 поршня 2 и снабжена телами 8 качения, установленными в желобах 9, выполненных на юрцовых поверхностях поршня 2 и втулки 4.

Втулка 4 может быть также установлена па юбке поршня 2 и опирается через тело качения 8 на опорное кольцо 10 (фиг. 1). (Отверстия 6 втулки 4 выполнены в виде ова- юв, большие оси которых ориентированы гк|д углом 4 к образующей поверхности втулки 4. Овальные отверстия 6 во втулке 4 могут oiiiTb выгшлнены как симметричными (фиг. 3) r;iK и несимметричными (фиг. 5) относительно больнюй оси овала. В первом случае внутренняя поверхность отверстия 6 (слева по чертежу от большой оси) выполнена в виде дорожки 11 качения, поперечное сечение которой (фиг. 3) представляет собой часть окружности радиусом, равным радиусу ща- рика (d/2). Указанная поверхность отверстия может быть покрыта материалом с большим коэффициентом трения, чем материал втулки, например резиной или полиуретаном 5а (фиг. 4). При использовании фрикционного материала можно ограничиться цилиндрической формой внутренней поверхности отверстий 6.

При несимметричном выполнении отверстий 6 можно их внутреннюю поверхность выполнять также цилиндрической формы с покрытием из фрикционного материала или без него в виде охватывающих шарик дорожек 11 качения с покрытием фрикционным материалом или без покрытия.

Машина работает следующим образом.

Рассмотрим ход поршня 2 вниз из верхнего «мертвого положения (фиг. 3, 4, 5 - шарики контактируют с внутренними поверхностями овалов в точке А). Вследствие разности радиусов цилиндров 1 и внешней поверхности юбки поршня 4 и разницы произведений знаков кривизны поверхностей «цилиндр-шарик и «шарик-юбка, площади контакта сопряжений «цилиндр-шарик и «шарик-юбка не одинаковы: первая всегда больше второй. При движении поршня 2

40

55

плош,ади контактов смещаются в сторону относительного движения шариков 5. Так как шарики 5 при перекатывании по цилиндру 1 и поршню совершают дополнительное вращательное движение (в данном случае против часовой стрелки относительно нормали к поверхности поршня 2), перекатываясь по внутренним поверхностям овальных отверстий б (см. фиг. 3, 4, 5 - участок поверхности ABC), то за счет разницы в упомянутых площадях контактов на каждый шарик 5 при его движении действует неуравновешенный момент сил трения сопряжений «цилиндр-шарик и «шарик-юбка поршня. Этот момент действует в плоскости перпендикулярной нормали к внешней поверхности

по ним шариков 5 к их вращению с различным числом оборотов при прямом и обратном ходе поршня 2.

На фиг. 3 внутренняя поверхность симметричного овала по левую сторону от большой оси выполнена в виде охватываюш.ей шарик 5 дорожки II качения. Это создает условия для лучшего в сравнении с противоположной цилиндрической поверхностью

взаимодействия втулки 4 с шариком 5, такгкак контакт шарика 5 с поверхностью от- ром и юбкой поршня 2. верстия б выполнен по линии. Таким образом, при перекатывании по левой стороне внутренней поверхности отверстия 6 шарик 5 имеет линейный контакт с втулкой 4, а при

меров цилиндра 1 и юбки поршня 3 можно рассчитать оптимальные геометрию овальных отверстий б, массу втулки 4, подобрать материал покрытия внутренних поверхностей отверстий б с точки зрения обеспечения стабильного заданного окружного циклового смеш,ения шариков 5 6 при работе машины. В результате можно полностью исключить повторяемость встреч уже побывав1иих з контакте поверхностей шариков 5 с ци/шндФормула изобретения

1. Поршневая машина, содержащая циперекатывании по правой стороне точечный. 15 линдро-поршневую группу с бесконтактным Последний допускает больше в сравнении с первым различного рода проскальзываний шарика 5 по поверхности отверстия б, что и приводит в конечном счете к «отставанию шарика 5 при его перекатывании по участку CDA отверстия б в сравнении с участком ABC (фиг. 3, 4, 5). Если одну из половин внутренних поверхностей от больших осей овалов покрыть материалом с большим коэффициентом трения, чем материал втулки 4, например, резиной или полиуретаном (фиг. 4), то разность «отставаний шарика 5 по числу оборотов при перекатывании по левой и правой поверхностями отверстий б увеличится, что приведет к большему в сравнении с решением, представленном на фиг. 3, значению величины циклового смешения шариков 56 (см. фиг. 2). Выполнение овальных отверстий б несимметричными относительно больших осей (фиг. 5) является непосредственным условием неравенства путей качения шариков 5 по участку овалов ABC

уплотнением, втулку, установленную с возможностью вращения относительно оси поршня, и шарики, размешенные п отверстиях втулки, распределенных ра: .мморно по ее поверхности, отличаюиш 1С 1 . -iid,

20 с целью упрощения конструкиш;, кт,;к;| установлена в выпол11е1 1к)й нл ;и1.1;ипичс- ской поверхности поршня р.- ..;, и си;(б- жена телами качения, на т, :.;,;;i;:,i поверхностях втулки и обращен;.: - к i-oii T(jpuoBi-ix

25 поверхностях поршня в.ию.); емь /ке/юба, в которых установлены тел;: ка -;сния, шарики установлены между цилшыром и поршнем с натягом, а отверстия втулки выполнены в виде овалос, болыпис осп которых ориентированы под углом к обр.ки Aiinrii поворх30 ности втулки.

2. Маншна по п. 1, отличающаяся , ч ;) внутренние поверхности овальных огверстий втулки по одну из сторон от большей оси овала выполнены в виде охватывающих Hia- рики дорожек качения, попоречное сечение

и CDA (), а значит и число оборо- 35 которых представляет собой ч.сть окружтов шариков 5 также будет различным при ходе поршня 2 вниз и вверх.

Таким образом, шарики 5, перекатываясь по цилиндру 1 и поршню 2, постоянно смещаются с прямолинейной траектории. Это приводит к тому, что в контакте находятся всегда новые, ранее не контактировавшие поверхности. Для заданных частоты движения поршня 3, величины его хода (Л), разности радиусом, равным 3. Машина по пп. 1 i

40

радиусу HiapMKa 2, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность овальных отверстий по одну из сгором от большей осп овала покрыта материалом с большим коэффициентом трения.

4. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что овальные отверстия выпо.июны не симметричными относительно больших осей.

гром и юбкой поршня 2.

меров цилиндра 1 и юбки поршня 3 можно рассчитать оптимальные геометрию овальных отверстий б, массу втулки 4, подобрать материал покрытия внутренних поверхностей отверстий б с точки зрения обеспечения стабильного заданного окружного циклового смеш,ения шариков 5 6 при работе машины. В результате можно полностью исключить повторяемость встреч уже побывав1иих з контакте поверхностей шариков 5 с ци/шндой поршня 2.

Формула изобретения

15 линдро-поршневую группу с бесконтактным

уплотнением, втулку, установленную с возможностью вращения относительно оси поршня, и шарики, размешенные п отверстиях втулки, распределенных ра: .мморно по ее поверхности, отличаюиш 1С 1 . -iid,

20 с целью упрощения конструкиш;, кт,;к;| установлена в выпол11е1 1к)й нл ;и1.1;ипичс- ской поверхности поршня р.- ..;, и си;(б- жена телами качения, на т, :.;,;;i;:,i поверхностях втулки и обращен;.: - к i-oii T(jpuoBi-ix

25 поверхностях поршня в.ию.); емь /ке/юба, в которых установлены тел;: ка -;сния, шарики установлены между цилшыром и поршнем с натягом, а отверстия втулки выполнены в виде овалос, болыпис осп которых ориентированы под углом к обр.ки Aiinrii поворх30 ности втулки.

2. Маншна по п. 1, отличающаяся , ч ;) внутренние поверхности овальных огверстий втулки по одну из сторон от большей оси овала выполнены в виде охватывающих Hia- рики дорожек качения, попоречное сечение

35 которых представляет собой ч.сть окружности радиусом, равным 3. Машина по пп. 1 i

0

радиусу HiapMKa 2, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность овальных отверстий по одну из сгором от большей осп овала покрыта материалом с большим коэффициентом трения.

4. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что овальные отверстия выпо.июны не симметричными относительно больших осей.

Изобретение позволяет упростить конструкцию поршневой машины. Втулка (В) 4 установлена с возможностью вращения относительно оси поршня (П) 2. Шарики 5 размещены в отверстиях 6 В 4 и распределены равномерно по ее поверхности. В 4 установлена в выполненной на цилиндрической поверхности П 2 расточке 7 и снабжена телами 8 качения. На торцовых поверхностях В 4 и П 2 выполнены желоба 9, в которых установлены тела 8. Шарики 5 установлены между цилиндром 1 и П 2 с натягом. Отверстия 6 выполнены в виде овалов, большие оси которых ориентированы под углом к образующей поверхности В 4. Внутренняя поверхность по одну из сторон от большой оси покрыта материалом с большим коэффициентом трения. Шарики 5, перекатываясь по цилиндру 1 и П 2, постоянно смещаются с прямолинейной траектории, что обеспечивает контакт новых поверхностей. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

Фиг.г

11

/

/

Фи2.:5

Фаг.

Фиг. 5