Поршневая машина Советский патент 1993 года по МПК F01B1/08 

00

ю

00

Ч

00

со

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к поршневым машинам и может быть использовано для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот в различных приводах.

Целью изобретения является повышение надежности и КПД поршневой машины за счет усовершенствования кинематической схемы.

На фиг. 1 показан общий вид поршневой машины; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1; на фиг. 3 - вращающиеся части поршневой машины в изометрической проекции; на фиг. 4 - кинематическая схема взаимного расположения шарниров, сочлененных со штоками; на фиг, 5 - диаграмма движения поршневой машины.

Поршневая машина состоит из корпуса (на чертеже не показано) четырех цилинд- ров 1, 2, 3 и 4 установленных попарно: парные цилиндры 1, 3 и 2, 4, соответственно, закреплены неподвижно корпусами (на чертеже не показаны) в параллельных плоскостях (на чертеже не обозначены), Линия пересечения плоскости, проходящей через оси цилиндров 1,2с фронтальной плоскостью обозначено индексом U, а линия пересечения плоскости, проходящей через оси цилиндров 3 и 4 с фронтальной плоскостью, обозначена индексом У(фиг. 2). При этом угол а. сдвига между плоскостями цилиндров 1-4, т.е. между осями U и V равен 0 а 180. Цилиндры 1, 2, 3 и 4 имеют штоки 5, 6, 7 и 8, соответственно, жестко сочлененные с поршнями (на чертеже не обозначены) каждого из цилиндров 1, 2, 3 и 4. При этом штоки 5,6.7 и 8 с другой стороны подвижно соединены с шейками 9, 10, 11 и 12 коленчатых валов 13 и 14, соответственно. Для этого цилиндры 1-4 установлены вдоль шеек 9-12 с соответствующим шагом (фиг, 1). Шейки 9 и 11 жестко соединены с коленом 15, а шейки 10 и 12 с коленом 16. Концы шеек 9 и 11 жестко закреплены на торцевых поверхностях (на чертеже не обозначены) дисков 17 и 18, соответственно, а концы шеек 10 и 12 жестко закреплены на торце- вых поверхностях (на чертеже не обозначены) дисков 19 и 20. В свою очередь, диск 17 установлен с возможностью вращения вокруг своей оси на колене 21 выходного одноколейного коленвала 22, а диск 18 установлен с возможностью вращения вокруг своей оси на колене 23 промежуточного двухколенного коленчатого вала 24, диск 19 установлен с возможностью вращения вокруг своей оси на колене 25 промежуточного коленвала 24, а диск 20 установлен с возможностью вращения вокруг своей оси на колене 26 выходного одноколейного вала 27, Коленчатые валы 13 и 14 с шейками 9,11 и 10, 12, соответственно. Промежуточный двухколенчатый вал 24 и два выходных одноколейных вала 22 и 27, связанных соответствующим образом с парными дисками

17,18 и 19, 20, образуют механический преобразователь (на чертеже не обозначен) возвратно-поступательного движения во вращательное. Пара дисков 17 и 18 расположена соосно и диаметрально противоположно паре дисков 19 и 20, также соосных друг с другом, Центры вращения дисков 17,

18,19 и 20 расположены по окружности (на чертеже не показана), диаметр которой равен половине хода поршней, а центр этой окружности совпадает с точкой пересечения осей U и V, т.е. с осью вращения валов 22 24 и 27. Центры мест (на чертеже не обозначены) крепления концов шеек 9 и 11 коленвала 13с дисками 17 и 18 расположены по окружности (на чертеже не показана), диаметр которой равен половине хода штоков 5 и 7, центр ее совпадает с центром вращения дисков 17 и 18, а сама окружность касается оси, проходящей через центры валов 22,24 и 27. Аналогично, центры мест (на чертеже не обозначены) крепления шеек 10 и 12 также расположены на окружности (на чертеже не показана), диаметр которой равен половине хода штоков 6 и 8, центр ее совпадает с осью вращения дисков 19 и 20, а сама окружность касается оси, проходящей через центры валов 22, 24 и 27. Оси валов механического преобразователя 22, 24 и 27 имеют опоры вращения (подшипниковые) 28,29 и 30, соответственно. При этом угол между коленами 15 и 16 и линией, соединяющей центр окружности дисков 17, 18 или 19, 20 и центр шейки 9 или 10, соответственно, равен 90 - а.

Окружность 31, обозначенная на фиг. 2, имеет диаметр, равный полному ходу штока с центром, совпадающим с осью вращения валов 22, 24 и 27.

На имеющейся на фиг. 3 изометрической проекции изображены вращающиеся части поршневой машины, соединяющей коленчатые валы 13 и 14, колена 15 и 16, диски 17, 18, 19 и 20, выходные одноколен- чатые валы 22 и 27, колена 25 и 26, что дает более наглядное представление об устройстве поршневой машины,

Кинематическая схема на фиг. 4 показывает взаимное расположение центров шеек 9 и 11, находящихся на окружности 32, центр которой совпадаете центром пересечения осей U и V. Окружность 32 имеет диаметр, равный, половине хода штока, ее центр

совпадает с центром дисков 17 и 18. Рассмотрено положение центров шеек 9 и 10 и окружности 32 в моменты времени ц и t2. На фиг. 4 показана координатная схема, состоящая из осей х и у, в прямоугольной координатной системе. Ось совпадает с осью х, а угол между осями v и у равен 90 - а. При этом, окружность 62 в момент времени находится в крайнем нижнем положении и изображена сплошной линией. Эта же окружность, не сместившаяся к моменту времени в новое положение, обозначена той же цифрой, но со штрихом, т.е. 32, соответствующее ей расположение центров шеек 9 и 11 также помечено штрихом, т.е. 9 и 11.

На диаграмме (фиг. 5) представлены функции перемещения штоков 5-8 з зависимости от времени t. Графики имеют обозначение 33 - для штока 5, 34 - для штока б, 35 - для штока 7 и 36 - для штока 8. При этом, показаны определенные положения штоков, соответствующие моментам времени ti и t2 и положениям окружности 32 (фиг. 4) для тех же моментов времени. Сплошной линией обозначен активный ход штоков под воздействием рабочего теЛа, поступающего в цилиндры, а пунктиром - пас- сивный ход поршней, при котором происходит выброс отработанного рабочего тела из полости цилиндров, осуществляющийся за счет активной работы других цилиндров. Сдвиг фазы движения штоков 7 и 8 по отношению к фазам движения штоков 5 и 6 равен углу а , Сдвиг фаз движения штоков 6 и 8 по отношению к фазам движения штоков 5 и 7, соответствен но, составляет 180°.

Поршневая машина работает следующим образом. Поршни цилиндров 1-4 и, соответственно, штоки 5, б, 7 и 8 совершают возвратно-поступательное движение, подчиняясь синусоидальному закону (фиг. 5). Пусть в рассматриваемый момент времени выходные одноколенчатые валы 22 и 27 - расположатся так, что диски 17 и 18 будут находиться в крайнем нижнем положении (фиг. 1, 2, 3), а диски 19 и 20 в крайнем верхнем положении. Центры шеек 9 и 10 диаметрально противоположны и находятся в крайних точках на оси х (фиг. 2). Шток 5 цилиндра 1 находится в максимально выдвинутом состоянии, а шток б цилиндра 2 находится в максимально втянутом состоянии. В этот момент времени (ti на фиг. 5) начнется активное движение штока 6, под воздействием рабочего тела в цилиндре 2, и давящего на шейку 10. В этот же момент времени продолжается активный ход штока 7, движущегося под воздействием рабочего

тела в полости цилиндра 3 и давящего на шейку 11 коленчатого вала 13. Под взаимным воздействием штоков 6 и 7 образуется пара сил, заставляющая повернуться выход- 5 ные одноколенчатые валы 22 и 27 пе часовой стрелке. Пара дисков 19 и 20, а также пара дисков 17 и 18, вращаясь вокруг своей оси, будут передавать усилие через колена 25,26 и 21, 23, соответственно, на установленные

0 на опорах 28,29одноко/генчатые валы 22,27 и двухколенчатые вал 24. При этом штоки 5 и 8, связанные с шейками 9 и 1i, будут пассивно втягиваться внутрь цилиндров 1 и 4, соответственно, подготавливая рабочий

5 ход. В момент времени, когда шток 7 окажется в максимально выдвинутом состоянии, его рабочий ход завершится, в то же время шток 8 займет крайнее втянутое положение, и начнется его активное воздейст0 вне на вращающуюся систему через шейку , 12. Далее вступит в активное состояние процесс в цилиндре 1, выдвигающий шток 5 и т.д. При этом шейки 9 и 10 перемещаются по оси U, а шейки 11 и 12 по оси V. Штоки 5, 6,

5 7 и 8 совершают строго возвратно-посгупа- тёльное движение. В каждый момент времени имеет место активное движение штоков в двух цилиндрах, что обеспечивает равномерное вращение выходных одноколенча0 тых валов 22 и 27. Коленчатые валы 13 и 14 совершают сложное движение, вращаясь относительно осей соответствующих пар дисков 17, 18 и 19, 20. Диски 17, 18,19 и 20, вращаясь вокруг своей оси, заставляют вра5 щаться соответствующие одноколенчатые валы 22 и 27. Колено 15, связывающее центры шеек 9, 11, будет совершать сложное движение, вращаясь по двум окружностям с диаметрами R и 2R.

0 Таким образом, при строго возвратно- поступательном движении штоков, выходной вал будет совершать вращательное движение в направлении, определяемом очередностью движения штоков. Для ревер5 сирования необходимо изменить направление чередования фаз движения штоков в цилиндрах, расположенных на разных осях. К выходному валу машины будет приложен постоянный крутящий момент, а отсутствие

0 шатунов в механической системе позволяет свести к минимуму гармонические составляющие и следовательно уменьшить шум, вибрацию, паразитные моменты и, в конечном итоге, повысить КПД установки в целом.

5 Если вращать вал от постороннего источника, то штоки будут совершать движение с синусоидальным циклом и со сдвигом на угол а. Предложенная поршневая машина может работать и при двухстороннем рабочем ходе штоков в цилиндрах. При этом

мощность, развиваемая машиной, будет в два раза больше.

Технико-экономические преимущества изобретения заключаются в следующем: повышена надежность машины, т.к. колена ко- ленвала выполнены более жестко, а их количество между опорами сокращено до двух; повышен КПД поршневой машины за счет того, что на выходной вал усилие передается равномерно во все время работы ма- шины, т.е. холостые движения отсутствуют; более высокая плавность хода вращающихся частей благодаря отсутствию холостого движения.

Формулаизобретения

Поршневая машина, содержащая корпус, коленчатый вал, неподвижно закрепленные цилиндры, продольные оси которых расположены под углом одна к другой, установленные в цилиндрах поршни со штока- ми, шарнирно закрепленными- на коленчатом валу, два выходных одноколен- чатых вала и два диска, расположенных на одноколенчатых валах и соединенных с крайними шейками коленчатого вала, при- чем последние расположены по окружности, диаметр которой равен половине хода

%А

15

поршней, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в работе и КПД, машина снабжена дополнительным цилиндром с установленным в нем поршнем со штоком, двумя дополнительными дисками, промежуточным и дополнительным коленчатыми валами и опорами, при этом цилиндры попарно установлены на основном и дополнительном коленчатых валах, промежуточный коленчатый вал и выходные одноколенчатые валы установлены в опорах с возможностью вращения «соосно друг с другом, дополнительные диски закреплены диаметрально противоположно на концах промежуточного коленчатого вала и попарно соединены с дисками одноколенчатых валов посредством основного и дополнительного коленчатых валов, центры креплений пар дисков расположены на окружности с центром, совпадающим с осью вращения выходных одноколенчатых валов, диаметр которой равен половине хода поршней, а угол смещения продольных осей цилиндров одной пары равен углу смещения продольных осей цилиндров другой пары и лежит в пределах 0° а 180°.

21

18

II

Использование: в поршневых машинах, преобразующих возвратно-поступательное движение во вращательное и наоборот, в различных приводах. Сущность изобретения: машина содержит две пары цилиндров 1, 3 и 2, 4 соответственно, корпуса которых неподвижно закреплены с образованием двух рядов с цилиндрами 1, 2 и 3, 4, имеющими относительное угловое смещение осей равное 0° а 180°. Парные цилиндры 1,3 и 2,4 связаны своими штоками 5, 6 и 7, 8 с шейками 9, 11 и 10, 12 соответствующих коленчатых валов 13 и 14, две пары дисков 17, 18 и 19, 20, установленные диа- , метрально противоположно и на торцах с концом соответствующей шейки 9,10, 11 и 12 и вращающиеся на соответствующих коленах 21, 26 одноколенчатых валов 22 и 27, соответственно и промежуточного вала 24, валы 22, 24 it 27 соосны между собой и установлены на опорах 28,29,30 вращения. При работе поршневой машины поршни в цилиндрах 1,2,3 и 4 совершают возвратно- поступательное движение под воздействием рабочей среды и воздействуют своими штоками 5, 6. 7 и 8 попарно и попеременно на соответствующие шейки 9, 10, 11 и 12 коленчатых валов 15,16, посредством которых затем вращательное движение через пары дисков 17, 18 и 19, 20 передается на выходные коленчатые валы 22 и 27. 5 ил.

Фиг.З.

32

II

м,

31

.- U

32

Фиг.4