Поршневая волновая машина

 

Машина предназначена для использования в двигателе- и компрессоростроении. Машина содержит по меньшей мере один цилиндр, размещенный в нем поршень с шатуном, выходной вал и механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала, включающий синхронизирующие шестерни, кулачки, установленные на валу и имеющие профилированные направляющие пазы, звездочки, охваченные цепью, причем на нижней головке шатуна закреплен палец с возможностью взаимодействия с пазами кулачков и цепью звездочек. Нижняя головка шатуна снабжена роликами, расположенными в пазах кулачков, и соединительным звеном, посредством которого палец шатуна связан с цепью, расположенной с возможностью деформации звездочками. Изобретение повышает КПД и улучшает динамические характеристики при упрощении конструкции и уменьшении габаритов. 7 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению, касается преобразования вращательного движения коренного вала в возвратно-поступательное движение рабочего органа и наоборот, и может быть использовано в двигателестроении и компрессоростроении.

Наиболее близким к изобретению является поршневая машина, содержащая по меньшей мере один цилиндр, размещенный в нем поршень с шатуном, выходной вал и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение вала, включающий синхронизирующие шестерни, кулачки, установленные на валу и имеющие профилированные направляющие пазы, звездочки, охваченные цепью, причем на нижней головке шатуна закреплен палец с возможностью взаимодействия с пазами кулачков и цепью звездочек (US, патент 4363299, кл. F 02 B 75/32, опубл. 1982).

Недостатками этой машины являются невысокие КПД и динамические характеристики, сложная конструкция, большие габариты и вес.

Задачей изобретения является повышение КПД, улучшение динамических характеристик, упрощение конструкции, уменьшение габаритов и веса.

Поставленная задача решается за счет того, что в поршневой машине, содержащей по меньшей мере один цилиндр, размещенный в нем поршень с шатуном, выходной вал и механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала, включающий синхронизирующие шестерни, кулачки, установленные на валу и имеющие профилированные направляющие пазы, звездочки, охваченные цепью, причем на нижней головке шатуна закреплен палец с возможностью взаимодействия с пазами кулачков и цепью звездочек, нижняя головка шатуна снабжена роликами, расположенными в пазах кулачков, и соединительным звеном, посредством которого палец шатуна связан с цепью, расположенной с возможностью деформации звездочками.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 изображены кинематические схемы вариантов выполнения машины; на фиг. 3 - машина, продольный разрез; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг.3; на фиг. 5-7 - кинематические схемы, поясняющие работу машины.

Машина содержит корпус 1, цилиндры (цилиндровые втулки) 2, поршни 3 с пальцами шатунов 4 и роликов 5 с подшипниками, соединительное звено 6 с пальцами 7 и 8, профилированные направляющие (пазы) 9, 10 кулачков, подшипниковые узлы 11, вал 12, звездочки 13, шестерню 14, колесо 15, клин 16 и винты 17 и 18 натяжного устройства, направляющие 19, коренной (входной) вал 20 со стойкой 21, зубчатую цепь 22, штифты 23, 24, фиксирующие взаимное расположение деталей. Штифты 23, кроме того, служат еще и для передачи крутящего момента. Машина содержит также штифт 27, устанавливаемый после регулировки зазора в зацеплении зубчатых пар, и подшипники 25, 26 коренного (кулачкового) вала 20.

Поршневая машина работает следующим образом. В результате действия давления газов, образовавшихся после сгорания топлива, на поршень 3 на шатуне 4 возникает усилие , передаваемое на ролики 5, находящиеся в пазах, образованных профилями 9, 10, и зубчатую цепь 22. В результате чего на коренном (кулачковом) валу 20 возникает крутящий момент. Величина реакций определяется из векторного уравнения где реакция кулачка; реакция цепи.

В зависимости от направления вращения кулачкового вала момент равен где h₁ - плечо силы относительно точки O, h₂ - плечо силы относительно точки O при приведении ее к центру O₁, r - плечо силы относительно точки O₁, z₁ - число зубьев шестерни 14, z₂ - число зубьев колеса 15.

Участие силы натяжения цепи в создании крутящего момента повышает эффективный КПД машины. Симметрично расположенные шатунно-поршневые группы относительно коренного вала 20 полностью уравновешивают машину без дополнительных противовесов, снимают поперечные нагрузки с коренного вала, оставляя на нем только крутящий момент. Поворотом колеса 15 в ту или иную сторону смещается максимум деформации точки закрепления нижней головки шатуна 4 на цепи 22 относительно оси цилиндровой втулки 2, изменяется величина хода поршня 3, а значит и изменяется степень сжатия двигателя. Причем это можно производить на работающем двигателе. Соединительное звено 6 с пальцами 7, 8 служит для закрепления нижней головки шатуна 4 на цепи 22. Снятие с цепи 22 поперечных нагрузок дает возможность свободно перемещаться звездочке 13 при натяжении. Натяжение цепи осуществляется перемещением клина 16 винтам 18. Винтом 17 подшипниковый узел 11 стопорится. Во время натяжения цепи 22 подшипниковый узел 11 скользит по направляющим 19.

Описанные усовершенствования позволят улучшить динамические характеристики двигателей, создать полностью уравновешенную машину, за счет получения дополнительного крутящего момента от работы сил натяжения гибкой цепи и поддержания требуемой степени сжатия в процессе работы двигателя значительно повысить эффективный КПД тепловой машины, значительно снизить габариты и вес ДВС с любым номинальным числом оборотов.

Формула изобретения

Поршневая машина, содержащая по меньшей мере один цилиндр, размещенный в нем поршень с шатуном, выходной вал и механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала, включающий синхронизирующие шестерни, кулачки, установленные на валу и имеющие профилированные направляющие пазы, звездочки, охваченные цепью, причем на нижней головке шатуна закреплен палец с возможностью взаимодействия с пазами кулачков и цепью звездочек, отличающаяся тем, что нижняя головка шатуна снабжена роликами, расположенными в пазах кулачков, и соединительным звеном, посредством которого палец шатуна связан с цепью, расположенной с возможностью деформации звездочками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7