Бесшатунный механизм роторно-поршневой машины

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в насосах, компрессорах и двигателях внутреннего сгорания. На опорах, которые закреплены на жесткой раме, на подшипниках вращается ротор, на нем установлены две оппозитно расположенные цилиндропоршневые пары. Оси поршневых штоков скрещиваются под углом 90°. Параллельно оси ротора расположен коленчатый вал, коренная шейка которого выполнена в виде шестерни. Ось вращения коленчатого вала проходит через центр делительной окружности этой шестерни. Шестерня находится в постоянном зацеплении с колесом, жестко закрепленным внутри ротора, центр делительной окружности его находится на оси вращения ротора. Отношение диаметров делительных окружностей колеса и шестерни - 2:1. Эксцентриситет оси проходящей через центр делительной окружности шестерни составляет 1/4 диаметра делительной окружности колеса. Эксцентриситет кривошипных шеек коленчатого вала составляет 1/2 диаметра делительной окружности шестерни. Кривошипные шейки коленчатого вала имеют шарнирное соединение с центрами поршневых штоков. Сам коленчатый вал вращается в подшипниках, закрепленных в опорах рамы. Обеспечивается высокая жесткость механизма, устраняется боковое трение, повышается надежность. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании роторно-поршневых машин: бесклапанных насосов и компрессоров, двигателей внутреннего сгорания.

Конструкций роторно-поршневых машин разработано много. Наиболее из них известны машины, нашедшие реальное воплощение в металле, в них используются механизмы, разработанные Феликсом Ванкелем и Ральфом Саричем. Механизм, разработанный Ванкелем, был применен в двигателе внутреннего сгорания, патент на него автор получил еще в 1929 г. Японскими инженерами были разработаны и реально используются в настоящее время двигатели для автомобилей. Механизм, разработанный австралийским инженером Саричем в 1973 г., также нашел реальное воплощение в металле. Обе конструкции двигателей страдают очень трудноустранимыми недостатками, из них самая главная - это недолговечность уплотняющих элементов и некоторая трудность их смазки. Именно поиску лучшей конструкции уплотнения и материала трущегося элемента ротора и посвятил многие годы сам Ванкель и заинтересованные фирмы. Попытки разработать машину, которая бы совмещала в себе достоинства чисто поршневой машины, а также легкость и простоту конструкции роторных машин, пока не дали серьезных результатов.

Одной из таких попыток является разработанный изобретателем Володько В.Е. бесшатунный механизм роторно-поршщневой машины с вращающимся ротором, с двумя парами установленных в его корпусе и оппозитно распроложенных цилиндропоршневых пар, оси которых скрещиваются по углом 90° и перпендикулярны к его оси вращения, валом, ось вращения которого параллельна оси вращения ротора (RU 2030593 C1, 10.03.1995).

Механизм, примененный в этой машине, страдает серьезными недостатками:

1. Механизм не обладает достаточной жесткостью, поэтому при работе механизма могут возникнуть перекосы в зубчатом зацеплении, что может привести к заклиниванию и поломке механизма.

2. Дугообразные элементы с закрепленными на них цилиндрами, а также крестовина с закрепленными на ней поршнями, кроме вращения вокруг своей оси, совершают планетарное движение на расстоянии эксцентриситета вокруг центральной оси, это может привести к серьезным проблемам с балансировкой механизма и, как результат, к утяжелению машины.

3. Вращение вала, на котором закреплена крестовина и штоки поршней, происходит за счет давления стенок цилиндров на боковые поверхности поршней в насосном варианте и наоборот в двигательном варианте. В любом случае это приведет к дополнительному боковому трению между стенками цилиндров и боковой поверхностью поршней.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение надежности.

На фиг.1 изображена проекция продольного разреза по оси вращения ротора механизма; на фиг.2 - проекция поперечного разреза по оси цилиндра механизма; на фиг.3 - графическое построение, описывающее работу механизма, для одной цилиндровой пары.

В жесткой раме 1 установлены опоры 3 и 4 с подшипниковыми узлами 5 и 6. На подшипниках вращается ротор 2, ось симметрии ротора совпадает с его осью вращения. На корпусе ротора установлены две пары оппозитно расположенных цилиндров, оси которых скрещиваются под углом 90° (см. Фиг.1, 2). Оси цилиндров перпендикулярны к оси вращения ротора. Внутри ротора установлено жестко закрепленное зубчатое колесо 10, центр делительной окружности его совпадает с осью вращения ротора. С зубчатым колесом в постоянном зацеплении находится вал-шестерня 9, ось вращения его параллельна оси вращения ротора. Межцентровое расстояние между осями равно 1/4 диаметра делительной окружности колеса 10, отношение диаметра делительной окружности колеса 10 к диаметру делительной окружности вала-шестерни 9-2:1, т.е. количество зубьев колеса в два раза больше количества зубьев вала-шестерни. Вал вращается в подшипниках 11, 12, установленных в опорах 3 и 4, подшипниковые узлы закрыты щитами 13, 14. Вал-шестерня является коленчатым валом, коренная шейка которого является шестерней данного механизма, величина эксцентриситета кривошипов равна 1/2 диаметра делительной окружности шестерни. Кривошипные шейки коленчатого вала механизма имеют шарнирное соединение с центрами поршневых штоков 7, 8.

Работает механизм следующим образом. Синхронное движение поршней внутри цилиндров посредством поршневых штоков, имеющих шарнирное соединение с кривошипными шейками коленчатого вала, приводит его во вращение, шестерня, которая находится в постоянном зацеплении с колесом, приводит ротор во вращение. При движении поршня от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки вал совершает полный оборот. Полный цикл происходит за два оборота коленчатого вала (Фиг.3).

Для правильного понимания возможности создания такого механизма необходимо рассмотреть теоретические основы работы данного механизма (см. Фиг.3):

OB - радиус делительной окружности вала-шестерни,

BB1 - длина штока вместе с поршнем одной цилиндровой пары,

α - угол между радиусом делительной окружности и осью X,

φ - угол поворота ротора при повороте кривошипа на угол α, т.е угол который образует ось, проходящую через центр поршневого штока и ось X,

О1 - центр делительной окружности ротора (точка, через которую проходит ось вращения ротора),

АВ - проекция радиуса делительной окружности вала-шестерни на ось Y,

О1В - расстояние от центра делительной окружности колеса (центра вращения ротора),

AB=r·Sin{α),

Длина штока BB1 не может быть меньше диаметра делительной окружности колеса, т.к. это максимальный ход поршня.

O1B1=O1B+BB1,

Если принять k=1, т.е. длина штока вместе с поршнями равна диаметру длительной окружности колеса ротора, мы получим следующие уравнения, описывающие работу механизма (см. фиг.3):

Проверим, соответствуют ли полученные формулы графическому построению:

α=0, X=6·r, Y=0;

α=180°, X=0, Y=4·r;

α=360°, x=-2·R, Y=0;

α=720°, X=6·r, Y=0.

Выведенные формулы соответствуют графическому построению и показывают, что такой механизм имеет право на сосуществование.

Рассмотренный механизм обладает следующими достоинствами, а именно:

1. Мощность, снимаемая поршнями, передается исполнительному механизму коленчатым валом без всяких дополнительных передаточных звеньев.

2. Вращение кривошипов коленчатого вала по круговой траектории с радиусом вращения, равным радиусу делительной окружности шестерни и правильно выбранному передаточному числу, позволяет синхронизировать передвижение поршней внутри цилиндров с поворотом ротора, что позволяет поршням двигаться свободно без дополнительных боковых усилий.

3. Обеспечена высокая жесткость механизма, поэтому возможно наращивание мощности за счет кратного увеличения цилиндров, причем углы скрещивающихся осей должны быть одинаковыми.

4. Механизм при правильном расчете и изготовлении хорошо сбалансирован, что позволит уменьшить вибрацию при работе.

Бесшатунный механизм роторно-поршневой машины с вращающимся ротором, с двумя парами установленных в его корпусе и оппозитно расположенных цилиндропоршневых пар, оси которых скрещиваются под углом 90° и перпендикулярны к его оси вращения, валом, ось вращения которого параллельна оси вращения ротора, отличающийся тем, что ротор вращается в подшипниках, установленных на опорах, закрепленных в жесткой раме, вал, ось вращения которого параллельна оси вращения ротора, вращается в подшипниках, установленных в опорах ротора, является коленчатым валом, коренная шейка которого выполнена в виде шестерни и находится в постоянном зацеплении с колесом, жестко закрепленным внутри ротора, отношение диаметра делительной окружности колеса к диаметру делительной окружности шестерни 2:1, ось вращения колеса совпадает с осью вращения ротора, эксцентриситет между осями равен 1/4 диаметра делительной окружности колеса, оси кривошипных шеек коленчатого вала имеют шарнирное соединение с центрами поршневых штоков с эксцентриситетом относительно оси вращения шестерни, равным 1/4 диаметра делительной окружности колеса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно способам сборки кулисных механизмов с элементами качения. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно способам сборки кулисных механизмов с элементами качения. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно способам сборки кулисных механизмов с элементами качения. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к поршневым машинам и механизмам преобразования движения их поршней во вращение вала. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с рычажным механизмом преобразования, и может быть использовано в конструкциях машин, требующих по условиям работы разгрузки поршня от действия боковых сил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к поршневым машинам и механизмам преобразования движения их поршней во вращение вала. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в тепловых машинах. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, двигателестроения и может найти применение в поршневых двигателях, в частности в авиационных двухтактных турбодизелях с воздушным охлаждением.

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к созданию насосов, компрессоров и двигателей. .

Изобретение относится к поршневой машине с вращающимся цилиндром для создания крутящего момента. .

Изобретение относится к энергетическим машинам и может быть использовано в качестве компрессоров, насосов, насос-компрессоров, двигателей и расширительных машин. .

Изобретение относится к энергетическим машинам и может быть использовано в качестве компрессоров, насосов и насосов-компрессоров для перекачки газожидкостных смесей.

Изобретение относится к машиностроению, в том числе к моторостроению, компрессоростроению, насосостроению и т.д., и может быть использовано в объемных машинах, преобразующих энергию рабочей среды - жидкости или газа, например, в роторно-поршневых двигателях внутреннего сгорания с циклами типа Отто, Дизеля или в трохоидных двигателях типа Ванкеля.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания
Наверх