ПОРШНЕВАЯ МАШИНА

ПОРШНЕВАЯ МАШИНА


RU (11) 2115805 (13) C1

(51) 6 F01B9/02, F02B75/32, F16H21/18 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1998.07.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 96116239/06 
(22) Дата подачи заявки: 1996.08.06 
(45) Опубликовано: 1998.07.20 
(56) Аналоги изобретения: 1. Изобретатель и рационализатор, 1994, N 5, с.28. 2. За рулем, 1991, N2, с.4 - 5. 3. Болтинский В.Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. - М.: Издательство сельскохозяйственной литературы, 1962, с.117 - 128. 
(71) Имя заявителя: Ткаченко Юрий Сергеевич 
(72) Имя изобретателя: Ткаченко Юрий Сергеевич 
(73) Имя патентообладателя: Ткаченко Юрий Сергеевич 

(54) ПОРШНЕВАЯ МАШИНА 
Машина может быть использована в качестве привода насосов и компрессоров и в качестве двигателя. Коренной вал расположен в подшипниковых опорах качающейся люльки картера, смещен относительно оси ее поворота и кинематически связан с валом отбора мощности поршневой машины. При этом кривошипы коренного вала выполнены с переменной величиной радиуса вращения, а сам коренной вал выполнен в виде валов-дисков с кривошипными коленчатыми валами, снабженными синхронным механизмом их разворота и фиксации относительно валов-дисков с кривошипными отверстиями. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, повышение механического КПД, изменение рабочего объема с постоянной степенью сжатия, создание удобств при обслуживании. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно, к поршневым машинам и в частности, к механизмам поршневого привода. Устройство может быть использовано в насосах, компрессорах и двигателях внутреннего сгорания.
Известны аксиально-поршневые машины, используемые в качестве двигателей внутреннего сгорания, способные осуществлять изменение рабочего объема в цилиндрах с наличием постоянной либо регулируемой степени сжатия. Регулирование рабочего объема в цилиндрах машины осуществляется за счет изменения угла наклона качающейся шайбы, а поддержание постоянной либо регулируемой степени сжатия достигается реверсивным осевым перемещением центрально опоры с качающейся шайбой (1, 2).
Основным недостатком данной категории поршневых машин является сложность их конструкции, неудобство компоновки цилиндров для обслуживания и отсутствие преемственности традиционных поршневых машин, используемых в качестве двигателей внутреннего сгорания.
Известно устройство поршневой машины с изменяемым рабочим объемом, содержащее блок цилиндра с размещенными в них поршнями с шатунами, шарнирно связанными с ползунами, снабженными направляющими, разворачивающимися в картере. Устройство содержит коренной вал, состоящий из совокупности двухкривошипного коленчатого вала, кинематически связанного с шатунами поршней и с валами-дисками с кривошипными отверстиями, снабженными шестеренчатым механизмом синхронизации (3).
К недостаткам данного устройства поршневой машины относится сложность ее конструкции, переменность степени сжатия при изменении рабочего объема и низкий механический КПД вследствие постоянного трения ползунов о направляющие при работе.
Звездообразная компоновка цилиндров машины создает неудобство в обслуживании во время эксплуатации при использовании поршневой машины в качестве двигателя внутреннего сгорания для наземных транспортных средств.
Главной задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение механического КПД, изменение рабочего объема с постоянной степенью сжатия и создание удобств при обслуживании.
Сущность изобретения заключается в том, что валы-диски с кривошипными отверстиями, являющиеся неотъемлемой частью коренного вала, снабжены шестеренчатым механизмом синхронизации, установлены в подшипниковых опорах качающейся люльки картера и кинематически связаны с валом его отбора мощности. При этом валы-диски с кривошипными отверстиями попарно связаны кинематически однокривошипными коленчатыми валами, снабженными синхронным механизмом их разворота и фиксации относительно валов-дисков с кривошипными отверстиями, общая ось вращения которых смещена относительно оси поворота люльки. Качающаяся люлька, установленная в коренных подшипниковых опорах картера, снабжена управляемым механизмом углового ее поворота.
Дополнительной задачей изобретения является создание упрощенной конструкции синхронного механизма разворота и фиксации однокривошипных коленчатых валов коренного вала относительно валов-дисков с кривошипными отверстиями.
Предлагается два варианта решения дополнительной задачи.
Сущность первого варианта решения дополнительной задачи заключается в том, что синхронный механизм разворота и фиксации однокривошипных коленчатых валов относительно валов-дисков с кривошипными отверстиями выполнен в виде планетарных передач, центральные колеса которых снабжены зубчатым венцом с внутренним и наружным зацеплением и свободно установлены на валах-дисках с кривошипными отверстиями, а сателлиты, взаимодействующие с внутренними зубьями центральных колес, жестко связаны с однокривошипными коленчатыми валами. Механизм синхронизации планетарных передач выполнен в виде общего вала с жестко установленными на нем зубчатыми колесами, находящимися в зацеплении с наружными зубьями центральных колес планетарных передач. При этом шестеренчатый механизм синхронизации планетарных передач и шестеренчатый механизм синхронизации валов-дисков с кривошипными отверстиями выполнены с одинаковым передаточным отношением и связаны между собой устройством относительного реверсивного углового смещения их зубчатых колес.
Устройство реверсивного относительного углового смещения зубчатых колес двух механизмов синхронизации коренного вала машины выполнено в виде аксиально-подвижного косозубого зубчатого колеса, установленного на шлицевом валу одного из механизмов синхронизации и находящегося в зацеплении с широковенцовым косозубым зубчатым колесом второго механизма синхронизации.
Второй вариант решения дополнительной задачи отличается от первого тем, что валы-диски с кривошипными отверстиями коренного вала вместо планетарных передач снабжены свободно-подвижными венцовыми зубчатыми колесами с шестеренчатым механизмом синхронизации и связаны с однокривошипными коленчатыми валами кривошипно-шатунными механизмами.
На фиг. 1 изображена развернутая кинематическая схема поршневой машины с изменяемым рабочим объемом и постоянной степенью ее сжатия; на фиг. 2 - кинематическая схема, поперечный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - развернутая кинематическая схема 2-го варианта качающейся люльки машины; на фиг. 4 - кинематическая схема, поперечный разрез Б-Б на фиг. 3.
Поршневая машина с регулируемым рабочим объемом и постоянной степенью сжатия, представленная на фиг. 1, 2, содержит картер 1 с цилиндрами 2, несущими поршни 3 с шатунами 4. В коренных подшипниковых опорах картера 1 установлена качающаяся люлька 5, в подшипниковых опорах которой расположены выходные 6 и промежуточные 7 валы-диски с кривошипными отверстиями коренного вала. При этом ось вращения выходных 6 и промежуточных 7 валов-дисков с кривошипными отверстиями смещена относительно оси поворота качающейся люльки 5 на величину r. На выходных 6 и промежуточных 7 валах-дисках с кривошипными отверстиями установлены подвижно центральные колеса 7 планетарных передач с зубчатым венцом внутреннего и наружного зацепления. Выходные 6 и промежуточные 7 валы-диски с кривошипными отверстиями попарно связаны кинематически однокривошипными коленчатыми валами 9, а промежуточные 7 валы-диски с кривошипными отверстиями попарно связаны кинематически однокривошипным коленчатым валом 10. На коренных шейках однокривошипных кривошипных коленчатых валов 9 и 10 жестко установлены сателлиты 11, находящиеся в зацеплении с подвижными центральными колесами 8 планетарных передач выходных и промежуточных 6, 7 валов-дисков с кривошипными отверстиями. Шатунные шейки однокривошипных коленчатых валов 9 и 10 кинематически связаны с шатунами 4. Зубчатые венцы 12 жестко установлены на выходных 6 и промежуточных 7 валах-дисках с кривошипными отверстиями, синхронная связь между которыми обеспечивается взаимодействием зубчатых венцов 12 с общим валом 14 посредством зубчатых колес 15. Синхронная связь между однокривошипными коленчатыми валами 9 и 10 обеспечивается посредством планетарных передач, центральных их зубчатых колес 8, взаимодействующих внешними зубьями с зубчатыми колесами 15 общего вала 16, используя промежуточные свободно-вращающиеся на валу 13 сдвоенные блоки шестерен 17. Таким образом выходные 6 и промежуточные 7 валы-диски с кривошипными отверстиями и однокривошипные коленчатые валы 9 и 10 качающейся люльки 5 снабжены шестеренчатыми механизмами синхронизации с одинаковыми передаточными отношениями. Механизм реверсивного относительного углового смещения общих валов 13 и 16 выполнен в виде аксиально-подвижного косозубого зубчатого колеса 18, установленного на шлицах общего вала 16 и находящегося в зацеплении с широковенцовым косозубым зубчатым колесом 19, жестко связанным с общим валом 13. Механизм перемещения аксиально-подвижного косозубого зубчатого колеса 18 по шлицам общего вала 16 на схеме не показан. Поворот люльки 5 в коренных подшипниковых опорах картера 1 осуществляется гидроцилиндром 20 посредством кривошипно-шатунного механизма 21. В подшипниковых опорах картера 1 соосно оси качания люльки 5 установлен вал отбора мощности 22 с зубчатым колесом внутреннего зацепления 23, кинематически связанным с шестерней 24, установленной на выходном валу-диске 6 с кривошипными отверстиями. Как следует из фиг.2, радиус вращения R шатунных шеек однокривошипых коленчатых валов 9 и 10 изменяется в зависимости от угла поворота их кривошипов относительно выходных и промежуточных валов-дисков 6 и 7 с кривошипными отверстиями. Максимальный радиус вращения R шатунных шеек однокривошипных коленчатых валов 9 и 10 достигается при = 0 , что соответствует максимальному рабочему ходу поршней 3, а при = 180 рабочий ход поршней 3 становится минимальным. Постоянство степени сжатия при изменении рабочего объема обеспечивается изменением угла качания люльки 5 относительно оси цилиндров поршневой машины.
Отличие кинематической схемы качающейся люльки, изображенной на фиг. 3, 4, от качающейся люльки 5, представленной на фиг. 1, 2, в составе поршневой машины заключается в том, что вместо планетарных передач на выходных и промежуточных валах-дисках колеса 25 с возможностью их относительного углового поворота. Венцовые зубчатые колеса 25 кинематически связаны с кривошипами однокривошипных коленчатых валов 9 шатунами 26. Однокривошипные коленчатые валы 10 связаны с венцовыми зубчатыми колесами 25 шатунами 26 с использованием дополнительных кривошипов 27.
Поршневая машина, представленная на фиг. 1, 2, работает следующим образом.
Одно из крайних положений аксиально-подвижного косозубого зубчатого колеса 18 фиксирует положение однокривошипных коленчатых валов 9 и 10 относительно выходных 6 и промежуточных 7 валов-дисков с кривошипными отверстиями, устанавливая максимальную величину радиуса вращения R шатунных шеек коренного вала машины. Максимальной величине радиуса вращения R шатунных шеек коренного вала соответствует определенный максимальный угол наклона качающейся люльки 5. При этом поршневая машина работает как традиционная многоцилиндровая с кривошипно-шатунным механизмом, реализующая максимальный рабочий объем цилиндров с установленной степенью сжатия. Изменение рабочего объема поршневой машины осуществляется смещением аксиально-подвижного косозубого зубчатого колеса 18 механизмом перемещения, а стабилизация заданной степени сжатия обеспечивается уменьшением угла наклона качающейся люльки 5 гидроцилиндром 20 с использованием кривошипно-шатунного механизма 21. Поршневая машина снабжена командаппаратом /на схеме не показан/ управления относительными перемещениями исполнительного механизма аксиально-подвижного колеса 18 и исполнительного штока гидроцилиндра 20. Закономерная связь между ними позволяет выдерживать заданную степень сжатия постоянной во всем интервале регулирования рабочего объема машины. Осевое перемещение аксиально-подвижного косозубого зубчатого колеса 18 приводит к относительному угловому смещению колес 14, 15, передавая его зубчатым венцам 12 и подвижным центральным зубчатым колесам 8 посредством общих валов 13, 16, зубчатых колес 14, 15 и промежуточных сдвоенных блоков шестерен 17. Относительное угловое смещение центральных зубчатых колес 8 и зубчатых венцов 12 преобразуется во вращательное движение сателлитов 11, разворачивающее относительно выходных 6 и промежуточных 7 валов-дисков с кривошипными отверстиями однокривошипные коленчатые валы 9 и 10, уменьшая радиус вращения шатунных шеек коренного вала. Уменьшение радиуса вращения шатунных шеек коренного вала приводит к уменьшению рабочего объема, сохранение заданной степени сжатия которого требует уменьшения угла наклона качающейся люльки 5.
Работа поршневой машины с качающейся люлькой, представленной на фиг. 3, 4, ничем не отличается от описанной выше, изображенной на фиг. 1, 2. Однако, в работе синхронного механизма поворота и фиксации однокривошипных коленчатых валов коренного вала качающейся люльки 5 /см. фиг. 3, 4/ имеются серьезные отличия. Отличием является то, что при осевом смещении аксиально-подвижного колеса 18 разворот однокривошипных коленчатых валов 9 осуществляется при непосредственном участии их кривошипов, взаимодействующих посредством шатунов 26 с венцовыми зубчатыми колесами 25. Разворот однокривошипных коленчатых валов 10 производится посредством венцовых зубчатых колес 25 шатунов 26 и дополнительных кривошипов 27.
Источники информации:

1. Журнал "Изобретатель и рационализатор" N 5, 1994, с. 28.
2. Журнал "За рулем", 1991, с. 4 - 5.
3. В.Н. Болтинский "Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей", изд. сельскохозяйственной литературы, М, 1962, с. 117 - 128. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Поршневая машина, содержащая блок-картер с рядным расположением цилиндров, размещенные в цилиндрах поршни с шатунами, механизм регулирования хода поршней и коренной вал, снабженный валами-дисками с кривошипными отверстиями, оснащенными шестеренчатым механизмом их синхронизации и кинематически связанным с шатунами поршней посредством коленчатого вала, отличающаяся тем, что валы-диски с кривошипными отверстиями расположены в подшипниковых опорах качающейся люльки и кинематически связаны с валом отбора мощности, размещенным в блоке-картере, а качающаяся люлька установлена в коренных подшипниковых опорах блока-картера и снабжена управляемым механизмом углового ее поворота, при этом общая ось вращения валов-дисков с кривошипными отверстиями смещена относительно оси поворота качающейся люльки, причем валы-диски с кривошипными отверстиями качающейся люльки попарно кинематически соединены однокривошипными коленчатыми валами, снабженными механизмами из разворота и связанными между собой шестеренчатым механизмом синхронизации, передаточное отношение которого равно передаточному отношению механизма синхронизации валов-дисков с кривошипными отверстиями, а механизм регулирования ходка поршней выполнен в виде устройства реверсивного относительного фиксированного углового смещения валов шестеренчатых механизмов синхронизации валов-дисков с кривошипными отверстиями и механизмов разворота однокривошипных коленчатых валов.
2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что механизмы разворота однокривошипных коленчатых валов выполнены в виде однорядных планетарных передач, содержащих центральные зубчатые колеса внутреннего зацепления, свободно установленные на валах-дисках с кривошипными отверстиями, а взаимодействующие с центральными зубчатыми колесами сателлиты жестко установлены на коренных шейках однокривошипных коленчатых валов.
3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что механизмы разворота однокривошипных коленчатых валов выполнены в виде кривошипно-шатунных механизмов с кривошипами, жестко установленными на однокривошипных коленчатых валах, и с шатунами, шарнирно связанными с венцовыми зубчатыми колесами, свободно установленными на валах-дисках с кривошипными отверстиями.
4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что устройство реверсивного относительного фиксированного углового смещения валов шестеренчатых механизмов синхронизации выполнено в виде аксиально-подвижной двухвенцовой вал-шестерни, один из зубчатых венцов которой находится в зацеплении с зубчатым колесом механизма синхронизации механизмов разворота однокривошипных коленчатых валов, а второй зубчатый венец вал-шестерни находится в зацеплении с зубчатым колесом механизма синхронизации валов-дисков с кривошипными отверстиями, при этом как минимум один из венцов двухвенцовой вал-шестерни выполнен косозубым.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru