Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиальных машинах

Авторы патента:

F02B75/26 - двигатели с осями цилиндров, расположенными соосно, параллельно или наклонно по отношению к оси коренного вала; двигатели с осями цилиндров, расположенными по касательным к окружности, описанной вокруг оси коренного вала

F01B3/02 - с качающейся шайбой

Владельцы патента RU 2764854:

УРАРТУ СИСТЕМС СА (CH)

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала в аксиально-поршневой машине. Машина состоит из блока цилиндров (1) с размещенными в них поршнями (2). Каждый поршень (2) шарнирно соединен с одним концом шатуна (3), другой конец которого шарнирно соединен с качающейся шайбой (4) механизма преобразования. Механизм содержит базу (5), корпус подшипников (6) и коленчатый вал (7). База (5) состоит из фланца для крепления с блоком цилиндров (1), цилиндрического участка и усиления с цапфами для посадки внутренних обойм подшипников. Корпус (6) содержит гнезда для установки наружных обойм подшипников и цапфы, выполненные на оси перпендикулярной оси гнезд. Шайба (4) содержит также гнезда для установки наружных обойм подшипников, в которые установлены цапфы. Изобретение направлено на повышение надежности и эффективности работы механизма за счет снижения габаритов и массы, повышения жёсткости. 6 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к аксиальному поршневому моторостроению, а именно к механизмам преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала в аксиальных двигателях и компрессорах, у которых цилиндры расположены вокруг оси вращения коленчатого вала.

Аксиальная схема объемной поршневой машины позволяет изменять ход поршня - рабочий объем и степень сжатия (Журнал Автомобильная промышленность «Аксиальный ДВС», № 6 / 1992 г., № 5 / 1993 г.). Более ста лет инженеры пытаются воплотить данную схему двигателя в жизнь. Причинами неудач являются порочные механизмы преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, применяемые в данных моторах, поршни в цилиндре работают штатно. С точки зрения удельных нагрузок в контактных парах, наиболее перспективными являются механизмы с качающейся шайбой. С 70-х годов прошлого века в теоретической механике стали четко различать механизмы с косой или наклонной шайбой и качающейся шайбой. Во всех аксиальных машинах поршни с качающейся шайбой связаны штоками - шатунами через сферические шарниры, а коленчатые валы выполнены с наклонной кривошипной шейкой.

Известна аксиально-поршневая машина (патент РФ 2030610, МПК F02B 75/26, опубл. 10.03.1995), в механизме которой применена чашеобразная качающаяся шайба с опорой на сферу, вокруг центра которой происходит прецессия, на некотором расстоянии от центра прецессии - в области дна чаши находится сферический подшипник, через который качающаяся шайба передает усилия на наклонную шейку коленчатого вала.

Применять сферу в качестве опоры качающейся шайбы нецелесообразно, т.к. образуется лишняя степень свободы - вращение вокруг оси двигателя. В данном устройстве ее парируют двойным шарниром Гука - универсальным. Недостаток данной конструкции усиливается отверстием в опорной сфере для прохода через нее коленчатого вала, что существенно снижает полезную площадь опоры качающейся шайбы, т.е. в данном месте возникнут высокие удельные нагрузки.

Наиболее близким по набору существенных признаков является механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиальных машинах (патент РФ 2503818, МПК F01B 3/02, F02B 75/26, опубл. 10.01.2014 г.), согласно которому механизм содержит серьгу крестовины, которая крепится к блоку цилиндров, в проушины серьги крестовины через подшипники качения вставлены цапфы крестовины, другая пара цапф крестовины через подшипники качения вставлена в проушины качающейся шайбы, вокруг центра крестовины происходит прецессия качающейся шайбы, на некотором расстоянии от центра прецессии - в области дна чаши находится сферический подшипник через который качающаяся шайба передает усилия на наклонную шейку коленчатого вала.

В абсолютном большинстве механизмов крестовина является деталью, через которую передается крутящий момент в карданных валах и входит в конструкцию шарнира Гука, который в свою очередь соединен с валом посредством шлиц, и силы, действующие на цапфы, лежат в плоскости пересекающихся осей цапф. В конструкции аналога крестовина воспринимает дополнительно нагрузку от газовых сил, действующих на поршни вдоль оси двигателя и в конечном итоге на пару цапф, входящих в качающуюся шайбу. Другая пара цапф крестовины, входящая в проушины серьги крестовины, парирует данные силы силами, равными по величине, но направленными в противоположном направлении. В центре крестовина имеет отверстие для свободного прохождения коленчатого вала, что вынуждает разнести цапфы друг от друга. Массив металла между цапфами крестовины должен надежно передавать силы, действующие на цапфы. Этими факторами обусловлены габариты крестовины.

Опыт изготовления, сборки и эксплуатации показал некоторые слабые места конструкции - сложность центровки, регулировки зазора-натяга по коническим роликам и главное - удержание полученных результатов в исходном состоянии при работе. Нарушение регулировок происходило в большей степени по вине вспомогательных деталей. Основные детали сохраняли свою работоспособность. При всем при этом, массивная крестовина с отверстием в центре для прохода коленчатого вала и подшипники на цапфах определяют габариты остальных деталей - серьги крестовины и качающейся шайбы, что не дает сделать механизм более компактным.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является увеличение компактности двигателя, снижения его массы и миделя, что особенно важно для авиационных моторов, повышения механического КПД - шатуны отклоняются от оси цилиндра на угол близкий к 1°, т.е. поршень практически не прижимается газовыми силами к стенке цилиндра. Проблема становится решаемой за счет того, что в силовой схеме появляются принципиально две новые детали в сравнении с прототипом: база и корпус подшипников взамен серьги крестовины и крестовины.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности и эффективности работы механизма за счет снижения габаритов и массы ввиду сокращения расстояний между цапфами, а значит и изгибных напряжений, т.к. плечи действия сил уменьшаются - механизм становится более жестким.

Технический результат достигается за счет того, что механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиально-поршневой машине, содержащий коленчатый вал с наклонной шейкой, опору, установленную в корпусе соосно с валом и качающуюся шайбу, связанную с поршнями и с наклонной шейкой вала, дополнительно содержит корпус подшипников с гнездами для их установки, причем качающаяся шайба также имеет гнезда для установки подшипников, а в качестве опоры использована база, имеющая фланец с отверстиями для крепления к блоку цилиндров аксиально-поршневой машины, ступенчатый цилиндрический участок с усилением, в котором размещены пара соосных цапф для посадки внутренних обойм подшипников, через наружные обоймы подшипников цапфы базы связаны с гнездами корпуса подшипников, а на оси перпендикулярной оси гнезд корпуса подшипников также выполнены цапфы для посадки внутренних обойм подшипников, через наружные обоймы подшипников цапфы корпуса подшипников связаны с гнездами качающейся шайбы, при этом качающаяся шайба имеет две степени свободы вокруг осей корпуса подшипников и возможность равномерной прецессии относительно оси вала.

Наличие базы с фланцем и цапфами позволяет разместить подшипники более компактно, что повышает эффективность работы механизма.

Совокупность использования базы, корпуса подшипников и качающейся шайбы, а также их эффективного расположения друг относительно друга с помощью подшипников, позволяет также повысить надежность данного технического решения.

Заявленное техническое решение характеризуется следующими чертежами:

на фиг. 1 изображен аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез;

на фиг. 2 представлен механизм преобразования;

на фиг. 3 представлена основная составляющая (база) механизма;

на фиг. 4 представлен корпус подшипников механизма (основная составляющая);

на фиг. 5 представлена качающаяся шайба механизма;

на фиг. 6 представлен коленчатый вал механизма.

Конструкция аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания состоит из блока цилиндров (1) с размещенными в них поршнями (2). Каждый поршень шарнирно соединен с одним концом шатуна (3), другой конец которого шарнирно соединен с качающейся шайбой (4) механизма преобразования. Механизм содержит базу (5), корпус подшипников (6) и коленчатый вал (7). База (5) состоит из фланца (8) для крепления с блоком цилиндров, цилиндрического участка (9) и усиления (10) с цапфами (11) для посадки внутренних обойм подшипников. Корпус подшипников (6) содержит гнезда (12) для установки наружных обойм подшипников и цапфы (13), выполненные на оси перпендикулярной оси гнезд (12) для подшипников. Качающаяся шайба (4) содержит также гнезда (14) для установки наружных обойм подшипников, в которые установлены цапфы (13) корпуса подшипников (6).

Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала аксиально-поршневой машины в режиме двигателя работает следующим образом.

Давление от горячих газов в блоке цилиндров (1) воздействует на поршни. Усилия от горячих газов, возникающие на поршнях, через шатуны (3) передаются на качающуюся шайбу (4) и через нее воздействуют на наклонную шейку (15) коленчатого вала (7), заставляя его вращаться. Поступательное перемещение поршней вызывает сложное качательное движение качающующейся шайбы (4), которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала (7). Вокруг точки пересечения осей корпуса подшипников (6), происходит прецессия качающейся шайбы (4), на некотором расстоянии от центра прецессии - в области дна шайбы (16) находится сферический подшипник через который качающаяся шайба (4) передает усилия на наклонную шейку (15) коленчатого вала (7), таким образом механизм обеспечивает равномерную прецессию при равномерном вращении коленчатого вала.

Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиально-поршневой машине, содержащий коленчатый вал с наклонной шейкой, опору, установленную в корпусе соосно с валом, качающуюся шайбу, связанную с поршнями и с наклонной шейкой вала, отличающийся тем, что механизм дополнительно содержит корпус подшипников с гнездами для их установки, причем качающаяся шайба также имеет гнезда для установки подшипников, а в качестве опоры использована база, имеющая фланец с отверстиями для крепления к блоку цилиндров аксиально-поршневой машины, ступенчатый цилиндрический участок с усилением, в котором размещены пара соосных цапф для посадки внутренних обойм подшипников, через наружные обоймы подшипников цапфы базы связаны с гнездами корпуса подшипников, а на оси перпендикулярной оси гнезд корпуса подшипников также выполнены цапфы для посадки внутренних обойм подшипников, через наружные обоймы подшипников цапфы корпуса подшипников связаны с гнездами качающейся шайбы, при этом качающаяся шайба имеет две степени свободы вокруг осей корпуса подшипников и возможность равномерной прецессии относительно оси вала.

Похожие патенты:

Двигатель // 2733794

Двигатель может применяться на автомобильном, железнодорожном, воздушном, речном транспорте, на производстве, в качестве гибридных силовых установок, совмещающих в себе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель, которые могут работать как одновременно, так и по отдельности. В заявленном двигателе имеется возможность одновременного регулирования степени сжатия газа во всех цилиндрах путем незначительного опускания или подъема опорного подшипника, что может быть выполнено, например, при поворачивании по резьбе регулирующей шайбы, при наличии вспомогательного привода поворота которой регулировка возможна и на работающем двигателе, например, для облегчения запуска двигателя при меньшей степени сжатия и последующего ее увеличения до максимально эффективного значения для определенного режима работы двигателя.

Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным генератором // 2730633

Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано в автомобилестроении, тяжелом машиностроении и малой энергетике, в частности в виде вспомогательных двигателей транспортных механизмов на передвижных или переносных электростанциях, электросварочных агрегатах и др. Изобретение направлено на повышение надежности двигателя.

Механизм с косой шайбой аксиального двигателя // 2703045

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в качестве привода транспортных средств, механизмов и оборудования. Предлагаемая конструкция механизма с косой шайбой обеспечивает бесшатунное соединение поршня с качающимся узлом.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимся цилиндром // 2686361

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве силового агрегата в транспортных машинах, а также других передвижных стационарных устройствах, например в перфораторах, вибротрамбовках. Задача изобретения - упрощение конструкции двигателя и уменьшение его габаритов при сохранении его надежности и бесперебойной работы.

Двигатель внутреннего сгорания // 2638694

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Двигатель выполнен в виде группы цилиндров, расположенных вокруг цилиндрического корпуса параллельно оси роторного вала, находящегося в центре и снабженного цилиндрическим ротором с беговыми дорожками, впускные окна во всех цилиндрах ДВС расположены в нижних точках и оборудованы впускными клапанами, горючая смесь приготавливается вне цилиндров, каждый цилиндр двигателя содержит две камеры сгорания – запальную и кольцевую форкамеру, расположенную в верхней части цилиндра, необходимая для работы двигателя степень сжатия обеспечивается регулятором, выполненным в виде корректировочных цилиндров, сообщенных с цилиндрами двигателя через кольцевые форкамеры, причем последние выполнены с возможностью их полного перекрытия от полостей цилиндров поршнями двигателя вблизи ВМТ, корректировочных поршней, установленных в корректировочных цилиндрах с возможностью изменения объемов кольцевых форкамер, шатунов, шарнирно связанных верхними головками с поршнями корректировки степени сжатия, а нижними головками через шарнирные соединения - со ступицей червячного колеса, приводимого в действие червячным винтом.

Роторно-поршневой двигатель // 2637778

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя.

Способ управления аксиально-поршневым двигателем и аксиально-поршневой двигатель // 2634974

Изобретение относится к двигателям, в частности к аксиально-поршневым двигателям с наклонным диском, и предназначено для получения механической работы за счет преобразования энергии, выделяемой при сгорании топлива. Раскрыта конструкция и способ управления дизельным аксиально-поршневым двигателем, содержащим шатуны, толкатели, наклонный диск, выходной вал, стартер-генератор, клапаны с электромагнитным управлением.

Аксиальный поршневой двигатель внутреннего сгорания с качающимся блоком карданных подвесов // 2629301

Изобретение относится к области машиностроения, в частности производства двигателей, применяемых в авиации. Сущностью изобретения является построение двигателя по схеме расположения цилиндропоршневых групп вдоль оси вращения приводного вала, с передачей энергии поступательного движения поршней к валу посредством качающегося блока карданных подвесов, связанных с цилиндрами посредством шатунов.

Способ управления аксиально-поршневым двигателем и аксиально-поршневой двигатель // 2628831

Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания // 2621420

Изобретение относится к двигателестроению, к аксиально-поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение КПД и литровой мощности, снижение веса.

Гидронасос // 2704509

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для бесступенчатого регулирования объема и давления перекачиваемой жидкости. Гидронасос содержит цилиндры с поршнями, расположенные параллельно приводному валу и вокруг него, картер с приводным валом, на котором установлено кольцо, шарнирно связанное с ним с возможностью совместного вращения и изменения угла наклона.