Гибкий шток Советский патент 1993 года по МПК F16J7/00 

Изобретение относится к поршневым машинам, преимущественно аксиально- поршневым компрессорам.

Механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное в таких машинах включает наклонную шайбу, совершающую прецессионное движение. При этом точки к которым прицеплены штоки поршней на наклонной шайбе, совершают сложное движение в трех координатах (включая рабочий ход). Поэтому с двух сторон штока он цилиндрические или шаровые шарниры, один для соединения с плунжером, а другой для соединения с шайбой.

Для предотвращения вращения шайбы применяются стабилизирующие устройства разных типов.

Учитывая, что боковые перемещения точек шайбы, к которым крепятся шарниры, сравнительно невелики, не более 5-10% от рабочего хода, есть конструкции с цилиндрическими шарнирами в сбединении шток- шайбы и плунжерами, движущимися вдоль оси вала вместе со штоком.

Недостатком такой конструкции является необходимость применять направляющие для штоков поршней, что ведет к значительному увеличению потерь на трение от боковых сил, вызванных перекосами, неточностью сборки, снижает надежность, и долговечность. Для частичного устранения потерь по авт. свид. № 798350 внутри полого штока размещен гибкий стержень с утолщением, связанный неподвижное плунжером.

Наружная часть штока препятствует изгибу стержня.

Но и такая конструкция несвободна от недостатков, т.к. усложнены штоки и сохранились направляющие.

Цель изобретения состоит в упрощении конструкции штока. Эта цель достигается за счет того, что гибкий участок штока выполнен по крайней мере из двух плоских элементов/расположенных вдоль оси штока под углом друг к другу.

На чертеже дан вид устройства в плоскости оси вала.

Аксиально-поршневая машина содержит корпус 1, размещенную в нем качающуюся шайбу 2, шарнирно соединенную с гибкими штоками 3. Гибкие штоки 3 неподвижно соединены с плунжерами (поршнями) 4. Плунжеры 4 размещены в цилиндрах 5, штоки 3 со стороны плунжеров имеют плоские гибкие участки 6 и 7.Плоскости этих участков параллельны оси штока и расположены под углом 90° друг к другу, при этом между ними выполнено утолщение 8. На

чертеже показана одна поршневая группа, т.к. остальные по конструкции аналогичны. При работе машины пространственное движение (прецессия) качающейся шайбы 2

сообщает штоку 3 и сцепленному с ним плунжеру возвратно-поступательное движение. При этом точки шайбы 2, на которых закреплены шарниры штоков, перемещаются в общей плоскости осей плунжера и вала

(плоскость чертежа) перпендикулярно движению штока и в обе стороны от этой пло- скости.

Благодаря гибкости участков б и 7 каждый из них позволяет при небольших усилиях (моментах) совершать эти отклонения.

При этом изгибные напряжения невелики из-за гибкости этих участков, а продольный изгиб они выдерживают благодаря их небольшой длине.

Для доказательства преимуществ такого решения необходимо рассмотреть основные зависимости, описывающие картину сил, перемещений и напряжений.

Условиями сравнения должны быть одинаковость длины штока а, поперечной силы Р и силы сжатия F (поршневой), FKp - критическая продольная сила, вызывающая продольный изгиб.

Сравним два штока, имеющих длину а,

один из которых имеет постоянное сечение и другой - утонченную часть со стороны плунжера длиной когда 1«а при одинаковых Ркр(Ркр..2)

FKp.i KEIi/a2; Ркр.2 КЕ12/12,

где Е - модуль упругости; К - коэффициент; h,2 момент инерции сечения. По условию i I2

5

0

5

В первом случае (5i

поперечное перемещение

PaJ ЗЕН шарнира штока,

где 6i Ра3 а

.).

А га- а /.. i Eh t (1 2 а)

DJg2J

В втором случае & -рт- (1 тр

Отсюда .

Значит, при том же усилии Р в первом случае перемещение будет более чем втрое меньше. Фактически эта разница несколько меньше, т.к. мы пренебрегли комплексом (К/2а)2.. .

Уменьшение будет ограничено уменьшением 12 из условий прочности на изгиб при знакопеременном цикле нагружения.

Сравним два штока длиной а, один из которых постоянного сечения, а другой состоит из двух плоских участков прямоугольного сечения длиной , расположенных под углом друг к другу с корО7ким промежуточным утолщением.

При FKp..2; (5i

PaJ ЗЕН

Pa

8 PaJ

h --Г 3. 02 2EI2 ( 4/9

Eli

Таким образом dz втрое больше (индекс 1 относится к первому штоку, индекс 2 - к второму).

Смысл предложенного решения состоит в том. что если на стержне постоянного сечения сделать посередине короткое утолщение (при отсутствии наружного ограничителя), то это не скажется на его продольной устойчивости. Если же взять два участка стержня плоского прямоугольного сечения и расположить их через утолщение вдоль оси под углом, например 90°, то каждое из них может быть неустойчивым только в одной плоскости, что дает сокращение длины при расчете на устойчивость вдвое.

В вышеуказанной второй модели стержня выигрыш в гибкости будет только в од0

5

0

5

ной плоскости, примыкающей к плунжеру. Для того, чтобы он был в двух плоскостях, т.е. в любом направлении (т.к. любое, направление можно разложить на два перпендикулярных друг другу) надо не менее двух плоских участков стержня расположить под углом вдоль оси стержня на его части около плунжера.

Получить такую конструкцию можно не только механической обработкой, но и путем скручивания плоского участка штока под углом вдоль оси в отпущенном (отожженном) состоянии с последующей закалкой.

Формула изобретения

Гибкий шток преимущественно аксиально-поршневой машины, содержащий гибкий участок и соединенный.неподвижно с поршнем и шарнирно с приводом, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, гибкий участок штока выполнен по меньшей мере из двух плоских элементов, расположенных последовательно вдоль оси штока под углом друг к другу.

Применение: поршневые машины, пре- . имущественно аксиально-поршневые компрессоры. Сущность изобретения: в корпусе 1 размещена качающаяся шайба 2, шарнир- но соединенная с гибкими штоками 3, неподвижно соединеннымй с плу нжегр э 1й (поршнями) 4, Последние размещены в цилиндрах 5. Штоки 3 со стороны плунжеров имеют плоские, гибкие участки 6 и 7, Плоскости этих участков параллельны оси штока и расположены под углом 90° друг к другу. Между ними выполнено утолщение 8. 1 ил.