Поршневая машина Советский патент 1992 года по МПК F01B3/00 F02B75/26 

Ё

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к аксиально -пор- шневым машинам с барабанным расположением цилиндров. Целью изобретения является снижение виброактивности поршневой машины с кривошипно-карданным приводным механизмом. Поршневая машина содержит цилиндры 1, поршни 4 с шатунами 5, качаю щуюся шайбу 6, сочлененную с шатунами 3 и с крестовиной 10 карданного подвеса, шарнирно связанного с корпусом поршневой машины, балансир 14 с противовесами 16, кинематически связанный с карданным подвесом с возможностью противоположного колебательного движения относительно последнего. Снижение виброактивности поршневой машины достигается за счет уравновешивания момента сил инерции, развиваемых при качании крестовины относительно корпуса парой сил инерции противовесов на балансире. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к поршневым машинам с барабанным расположением цилиндров, и может использоваться в качестве теплового двигателя внутреннего сгорания или с внешним подводом теплоты, а также в качестве насоса или компрессора.

Известны поршневые машины барабанного типа, содержащие сферические приводные механизмы для преобразования поступательного движения поршней во вращение выходного вала. Сферические приводные механизмы могут содержать качающиеся или вращающиеся шайбы. Качающиеся шайбы совершают сферическое движение по законам регулярной процессии или дугового движения. .

Большее распространение получили поршневые машины с дуговым движением качающейся шайбы вследствие их более высокой технологичности и долговечности. Дуговое движение качающейся шайбы в поршневой машине с барабанным расположением цилиндров может быть организовано, например, при помощи карданного подвеса в корпусе двигателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой является поршневая машина, которая содержит поршни, движущиеся в цилиндрах, расположенных параллельно, коленчатому валу и вокруг него. Поршни кинематически связаны с шатунами, а шатуны также подвижно связаны с качающейся шайбой. Последняя посредством карданного подвеса подвижно сочленеXI

ю

ю о чэ

на с неподвижным корпусом .поршневой машины. Карданный подвес состоит из крестовины и двух пар цапф. Посредством одной пары цапф крестовина подвижно сочленяется с качающейся шайбой, а при помощи другой пары цапф - с неподвижным корпусом двигателя, Каждая пара цапф имеет общую продольную ось, и обе пары цапф лежат в одной плоскости, оси цапф перпендикулярны.

При работе такой поршневой машины в качестве двигателя поршни движутся в цилиндрах под действием расширяющихся продуктов сгорания топлива и при помощи шатунов передают усилия на качающуюся шайбу, которая совершает сферическое движение вокруг точки пересечения оси вала, его наклонного кривошипа и обеих пар цапф карданного подвеса. Указанное сферическое движение складывается из двух поворотов шайбы: относительно крестовины вокруг одной пары цапф и вместе с крестовиной вокруг оси другой пары цапф относительно корпуса двигателя. При сферическом движении шайбы ее точка, связан- ная с наклонным кривошипом вала, движется по окружности, вследствие чего вал приводится во вращение.

Недостатком известной машины является высокая выброактивность, обусловленная неуравновешенным моментом пары сил. инерции, возникающим при возвратно-вращательном движении крестовины карданного подвеса относительно корпуса поршневой машины, передающимся на опоры. Этот момент не может быть уравновешен противовесами, вращающимися на валу.

Цель изобретения - снижение виброактивности поршневой машины с барабанным расположением цилиндров и с дуговым движением качающейся шайбы, организуемым карданным подвесом.

Указанная цель достигается введением в состав поршневой машины балансира с двумя противовесами, установленного на оси в корпусе поршневой машины в плоскости, параллельной плоскости качания крестовина карданного подвеса и кинематически связанного с последней так, что он совершает возвратное вращательное движение относительно корпуса двигателя в каждый момент времени в сторону, противоположную направлению вращения крестовины.

На фиг.1 представлена конструктивная схема поршневой машины; на фиг.2 - принцип действия балансира.

Цилиндры 1 (фиг.1) поршневой машины расположены параллельно оси вращения

коленчатого вала 2 и вокруг него в неподвижном корпусе 3. В цилиндрах 1 движутся поршни 4, соединенные с шатунами 5 посредством, например, шаровых шарниров. 5 Шатуны 5 на противоположных концах также подвижно соединены с качающейся шайбой 6, выполненной в виде конической оболочки с проушинами 7 и втулкой 8. Втулка 8 качающейся шайбы подвижно связана

0 с наклонным кривошипом коленчатого вала 2. Посредством проушин 7 качающаяся шайба подвижно сочленена с цапфами 9 крестовины 10 карданного подвеса. Крестовина 10 посредством цапф 11 кинематически свя5 зана с неподвижным корпусом 3 поршневой машины. С крестовиной 10 неподвижно связан зубчатый сектор 12, сцепленный с зубчатым сектором 13 балансира 14, подвижно установленного на оси 15, жестко связанной

0 с корпусом 3 поршневой машины. На зубчатых секторах 13 балансира 14 неподвижно по отношению к нему установлены противовесы 16. При зацеплении зубчатого сектора 12 крестовины с зубчатым сектором 13 ба5 лансира обеспечивается передаточное отношение 1:1.

Поршневая машина в качестве двигателя работает следующим образом.

Поршни 4 (фиг.1) под действием расши0 ряющихся продуктов сгорания топлива движутся в цилиндрах 1 в сторону нижних мертвых точек и через шатуны 5 воздействуют на качающуюся шайбу 6. Последняя суммирует усилия со стороны всех поршней и,

5 будучи связана с корпусом 3 двигателя посредством карданного подвеса, совершает сферическое движение. Сферическое движение качающейся шайбы б складывается из двух вращений: относительно крестови0 ны 10 вокруг оси цапф 9, установленных на крестовине неподвижно, и вместе с крестовиной 10 относительно корпуса 3 двигателя вокруг оси цапф 11, установленных неподвижно на корпусе. При сферическом

5 движении шайбы 6 ее втулка 8, сопрягаемая с наклонным кривошипом вала 2, движется по окружности и приводит во вращение вал.

При возвратно-вращательном движе0 нии крестовины 10 жестко связанный с ней зубчатый сектор 12, находящийся в зацеплении с зубчатым сектором 13 балансира, приводит во вращение относительно корпуса поршневой машины балансир 14. Это

5 вращение балансира осуществляется вокруг осей 15, неподвижно установленных в корпусе поршневой машины.

При указанной работе механизма поршневой машины при возаратно-вращатель21ОМ Движении крестовины 10 (фиг.2)

развиваемые ею силы инерции, равнодействующая которых PJ, образуют пару сил с моментом MJ, вектор которого совпадает с осью цапф 11. Зубчатый сектор 12, сцепленный с зубчатым сектором 13 балансира, приводит балансир 14 в возвратно-вращательное движение с угловой скоростью равной и противоположно направленной по отношению к угловой скорости WK крестовины. При неравномерном вращении балансира 14 установленные на нем неподвижно противовесы 16 развивают силы инерции РУр, образующие пару с моментом Мур, равным и противоположно направленным по отношению к моменту MJ. Моменты MJ и Мур, будучи приложенными к корпусу поршневой машины, взаимно уравновешиваются и не вызывают вынужденных колебаний корпуса поршневой машины.

Расчетные исследования и выполненные проекты поршневых двигателей с кри- вошипно-карданнымприводным

механизмом показали, что по сравнению с известным предлагаемое устройство приводит к ликвидации возбудителей вибрации корпуса поршневой машины, а установка балансира практически не приводит к росту металлоемкости и габаритных размеров поршневой машины. Так, массы противове-

.7 it

юз

0

0

5

0

5

сов на балансире для двигателя мощностью 73,5 кВт равны 0,6 кг. Параллельно со снижением вибрации поршневой машины улучшаются условия работы упругой подвески на транспортном средстве и комфортабельность последнего.

Формула изобретения

Поршневая машина, содержащая неподвижный корпус, цилиндры, поршни, размещенные в цилиндрах, коленчатый вал с наклонным кривошипом, установленный параллельно осям цилиндров, карданный подвес, закрепленный на осях в корпусе с возможностью поворота относительно последних, качающуюся шайбу, установленную на наклонном кривошипе и шарнирно соединенную с карданным подвесом, и шатуны, шарнирно соединенные с поршнями и качающейся шайбой, Отличающаяся тем, что, с целью снижения вибрации, она дополнительно снабжена балансиром с двумя противовесами, установленным на оси в корпусе в плоскости, параллельной плоскости качания карданного подвеса, и кинематически связанным с карданным подвесом с возможностью противоположного колебательного движения относительно последнего.

;

15

Фиг.1

11

Фиг. 2 45

50