Поршневая машина
Машина предназначена для использования в компрессорах и двигателях внутреннего сгорания. Машина содержит корпус, зубчатый планетарный механизм преобразования с фигурной зубчатой рейкой, зубчатое колесо, цилиндр и размещенный в нем поршень с гибким шатуном, присоединенным к дальней от поршня стороне рейки; в корпусе выполнены внешние и внутренняя направляющие поверхности, а на дальней от поршня дуге рейки имеются две опоры, перемещающиеся по внешним направляющим корпуса, и опора, расположенная дальше первых двух и контактирующая с внутренней направляющей корпуса. На гибком шатуне имеются рычаг и распорка, установленная с возможностью контакта с профильной поверхностью рычага и изменения прогиба шатуна; зубчатое колесо имеет цилиндрическую опорную поверхность, а фигурная рейка - контактирующую с ней профильную опорную поверхность. Изобретение обеспечивает повышение КПД, упрощение конструкции, уменьшение габаритов и веса. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Поршневая машина предназначена для использования в машиностроении в качестве компрессора или двигателя внутреннего сгорания с устройствами, преобразующими вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршня и наоборот.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является поршневая машина, содержащая корпус, зубчатый планетарный механизм преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот с фигурной зубчатой рейкой, ведущее зубчатое колесо, взаимодействующее с рейкой, цилиндр и размещенный в нем поршень с шатуном, соединенным с рейкой (US 4803964 А, МПК F02B 75/32, опубл. 14.02.1989).
Недостатками этой машины являются сложная конструкция и значительные габариты и вес.
Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия, упрощение конструкции, уменьшение габаритов и веса, оптимизация режима работы.
Поставленная задача решается за счет того, что в поршневой машине, содержащей корпус, зубчатый планетарный механизм преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот с фигурной зубчатой рейкой, ведущее зубчатое колесо, взаимодействующее с рейкой, цилиндр и размещенный в нем поршень с шатуном, соединенным с рейкой, шатун выполнен гибким с возможностью прогиба в зависимости от давления на поршень и присоединен к дальней от поршня стороне рейки.
В корпусе поршневой машины выполнены внешние направляющие поверхности и внутренняя направляющая поверхность, а на дуге фигурной рейки, дальней от поршня, расположены две опоры с возможностью перемещения вместе с рейкой по внешним направляющим поверхностям и еще одна опора, расположенная дальше первых двух опор с возможностью контакта с внутренней направляющей поверхностью.
На гибком шатуне со стороны, дальней от поршня, имеется рычаг с профильной поверхностью, и распорка между профильной поверхностью рычага и поверхностью фигурной рейки установлена с возможностью контакта с профильной поверхностью рычага шатуна и с возможностью изменения прогиба последнего.
При этом ведущее зубчатое колесо имеет дополнительную внешнюю цилиндрическую опорную поверхность, а фигурная рейка зубчатого планетарного механизма - контактирующую с ней дополнительную внутреннюю профильную опорную поверхность.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид поршневой машины с зубчатым планетарным механизмом преобразования; на фиг.2 - сравнительные графики движения поршня с кривошипом и с механизмом преобразования; на фиг.3 - фрагмент шатуна с элементами, меняющими его жесткость; на фиг.4 - фрагмент шатуна и рейки с деталью, изменяющей прогиб шатуна; на фиг.5 - рейка и ведущее колесо с дополнительными поверхностями.
Поршневая машина состоит из корпуса 9 с цилиндром 1, поршня 2, гибкого шатуна 3 и зубчатого планетарного механизма преобразования, включающего фигурную зубчатую рейку 5 с опорами 6, 10 и 12 и ведущее зубчатое колесо 4. В корпусе 9 выполнены внешние направляющие поверхности 7, 11 и внутренняя направляющая поверхность 8.
Причем опоры 6 и 10 рейки 5 расположены с возможностью перемещения вместе с нею по внешним направляющим поверхностям 7 и 11 корпуса 9, а опора 12, расположенная дальше первых двух опор 6 и 10, имеет возможность контакта с внутренней направляющей поверхностью 8 (фиг.1).
На гибком шатуне 3 со стороны, дальней от поршня 2, имеется рычаг 15 с профильной поверхностью 16; имеется распорка 17, установленная с возможностью контакта с профильной поверхностью 16 рычага 15 шатуна 3 и с возможностью изменения прогиба последнего (фиг.4).
Ведущее зубчатое колесо 4 имеет кольцо 18 с образованием дополнительной внешней цилиндрической опорной поверхности 19, контактирующей с дополнительной внутренней профильной опорной поверхностью 20 рейки 5 (фиг.5).
Поршневая машина с зубчатым планетарным механизмом преобразования работает следующим образом.
При вращении ведущего зубчатого колеса 4 рейка 5 вместе с гибким шатуном 3 и поршнем 2 перемещается в продольном направлении и при движении к верхней мертвой точке сжимает газ в цилиндре 1 (фиг.1). Благодаря планетарному зацеплению ведущего зубчатого колеса 4 и рейки 5 на дугообразных участках при равномерном вращении ведущего зубчатого колеса 4 поршень 2 двигается вблизи верхней мертвой точки со скоростью, большей, чем кривошип при равномерном вращении вала (графики на фиг.2). Давление сжатого газа на поршень 2 прогибает гибкий шатун 3 и прижимает его профильную поверхность 13 к ответной профильной поверхности 14 рейки 5, обеспечивая их жесткую связь. Опоры 6, 10 перемещаются вместе с рейкой 5 по внешним направляющим поверхностям 7, 11, а опора 12 - по внутренней направляющей поверхности 8 (фиг.3).
Все вместе опоры 6, 10 и 12 удерживают ведущее колесо 4 и рейку 5 в зацеплении в течение всего времени движения рейки 5 благодаря тому, что опора 12 расположена дальше опор 6, 10 относительно поршня 2. Такое расположение опор 6, 10, 12 уравновешивает давление зубьев ведущего колеса 4 на зубья рейки 5 на всех участках движения рейки 5.
Изменение начального положения поршня 2 в цилиндре 1 обеспечивает деталь - распорка 17, которая изменяет прогиб шатуна 3 и тем самым изменяет положение поршня 2 (фиг.1, 4).
Оптимальную работу зубчатого зацепления колесо 4 - рейка 5 обеспечивает кольцо 18 на ведущем зубчатом колесе 4, внешняя поверхность 19 которого, взаимодействуя с внутренней поверхностью 20 рейки 5, препятствуя опасному сближению зубьев рейки 5 и зубьев ведущего зубчатого колеса 4 (фиг.5).
Описанные усовершенствования обеспечивают повышение коэффициента полезного действия, упрощение конструкции, уменьшение габаритов и веса, оптимизацию режима работы.
1. Поршневая машина, содержащая корпус, зубчатый планетарный механизм преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот с фигурной зубчатой рейкой, ведущее зубчатое колесо, взаимодействующее с рейкой, цилиндр и размещенный в нем поршень с шатуном, соединенным с рейкой, отличающаяся тем, что шатун выполнен гибким с возможностью прогиба в зависимости от давления на поршень и присоединен к дальней от поршня стороне рейки.
2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что в корпусе выполнены внешние направляющие поверхности и внутренняя направляющая поверхность, а на дуге фигурной рейки, дальней от поршня, расположены две опоры с возможностью перемещения вместе с рейкой по внешним направляющим поверхностям и еще одна опора, расположенная дальше первых двух опор с возможностью контакта с внутренней направляющей поверхностью.
3. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что на гибком шатуне со стороны, дальней от поршня, имеется рычаг с профильной поверхностью и распорка между профильной поверхностью рычага и поверхностью фигурной рейки установлена с возможностью контакта с профильной поверхностью рычага шатуна и с возможностью изменения прогиба последнего.
4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что ведущее зубчатое колесо имеет дополнительную внешнюю цилиндрическую опорную поверхность, а фигурная рейка зубчатого планетарного механизма - контактирующую с ней дополнительную внутреннюю профильную опорную поверхность.
