Поршневая машина

 

Изобретение позволяет упростить конструкцию поршневой машины. Втулка (В) 4 установлена с возможностью вращения относительно оси поршня (П) 2. Шарики 5 размещены в отверстиях 6 В 4 и распределены равномерно по ее поверхности. В 4 установлена в выполненной на цилиндрической поверхности П 2 расточке 7 и снабжена телами 8 качения. На торцовых поверхностях В 4 и П 2 выполнены желоба 9, в которых установлены тела 8. Шарики 5 установлены между цилиндром 1 и П 2 с натягом. Отверстия 6 выполнены в виде овалов, большие оси которых ориентированы под углом к образующей поверхности В 4. Внутренняя поверхность по одну из сторон от большой оси покрыта материалом с большим коэффициентом трения. Шарики 5, перекатываясь по цилиндру 1 и П 2, постоянно смещаются с прямолинейной траектории, что обеспечивает контакт новых поверхностей. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1497385 А1 4 F 04 В 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

8 а

8—

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4225156/25-29 (22) 08.04.87 (46) 30.07.89. Бюл. № 28 (72) С. А. Макеев и А. В. Бородин (53) 621.512 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1328581, кл. F 04 В 25/00, 1985. (54) ПОРШНЕВАЯ МАШИНА (57) Изобретение позволяет упростить конструкцию поршневой машины. Втулка (В) 4 установлена с возможностью вращения относительно оси поршня (П) 2. Шарики 5 размещены в отверстиях 6 В 4 и распределены равномерно по ее поверхности. В 4 уста2 новлена в выполненной на цилиндрической поверхности П 2 расточке 7 и снабжена телами 8 качения. На торцовых поверхностях

В 4 и П 2 выполнены желоба 9, в к-рых установлены тела 8. Шарики 5 установлены между цилиндром 1 и П 2 с натягом. Отверстия 6 выполнены в виде овалов, большие оси к-рых ориентированы под углом к образующей поверхности В 4. Внутренняя поверхность по одну из сторон от большой оси покрыта материалом с большим коэффициентом трения. Шарики 5, перекатываясь по цилиндру 1 и П 2, постояно смещаются с прямолинейной траектории, что обеспечивает контакт новых поверхностей. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1497385

Изобретение относится к машиностроению, в частности к малогабаритным поршневым машинам — компрессорам, газовым криогенным машинам, тепловым двигателям.

Цель изобретения — упрощение конструкции.

На фиг. 1 изображена поршневая машина, продольный разрез; на фиг. 2 — траек1ория движения одного шарика; на фиг. 3— вариант выполнения отверстия втулки с симметричным овалом; на фиг. 4 — вариант выполнения отверстия с покрытием; на фиг. 5 — вариант выполнения отверстия с несимметричным овалом.

Машина содержит цилиндр 1 с поршнем 2 со штоком 3, втулку 4 с шариками 5, установленными с натягом между цилиндром 1 и поршнем 2 в отверстиях 6, расположенных равномерно по поверхности втулки 4. Втулка 4 установлена в расточке 7 поршня 2 и снабжена телами 8 качения, установленными в желобах 9, выполненных на

IopHoâûõ поверхностях поршня 2 и втулки 4.

Втулка 4 может быть также установлена юбке поршня 2 и опирается через тело качения 8 на опорное кольцо 10 (фиг. 1).

Отверстия 6 втулки 4 выполнены в виде овагов, бол ьшие оси которых ориентированы

;н д углом 4 к образующей поверхности втулки 4. Овальные отверстия 6 во втулке 4 могут бьiï выполнены как симметричными (фиг. 3) гак и несимметричными (фиг. 5) относительно большой оси овала. В первом случае внутренняя поверхность отверстия 6 (слева по чертежу от большой оси) выполнена в виде дорожки 11 качения, поперечное сечение которой (фиг. 3) представляет собой часть окружности радиусом, равным радиусу шарика (d/2). Указанная поверхность отверстия может быть покрыта материалом с большим коэффициентом трения, чем материал втулки, например резиной или полиуретаном 5а (фиг. 4). При использовании фрикционного материала можно ограничиться цилиндрической формой внутренней поверхности отверстий 6.

При несимметричном выполнении отверстий 6 можно их внутреннюю поверхность выполнять также цилиндрической формы с покрытием из фрикционного материала или без него в виде охватывающих шарик дорожек 11 качения с покрытием фрикционным материалом или без покрытия.

Машина работает следующим образом.

Рассмотрим ход поршня 2 вниз из верхнего «мертвого» положения (фиг. 3, 4, 5— шарики контактируют с внутренними поверхностями овалов в точке А). Вследствие разности радиусов цилиндров 1 и внешней поверхности юбки поршня 4 и разницы произведений знаков кривизны поверхностей «цилиндр-шарик» и «шарик-юбка», площади контакта сопряжений «цилиндр-шарик» и

«шарик-юбка» не одинаковы: первая всегда больше второй. При движении поршня 2 площади контактов смещаются в сторону относительного движения шариков 5. Так как шарики 5 при перекатывании по цилиндру 1 и поршню совершают дополнительное вращательное движение (в данном случае против часовой стрелки относительно нормали к поверхности поршня 2), перекатываясь по внутренним поверхностям овальных отверстий 6 (см. фиг. 3, 4, 5 — участок поверхности АВС), то за счет разницы в упомя10 нутых площадях контактов на каждый шарик 5 при его движении действует неуравновешенный момент сил трения сопряжений

«цилиндр-шарик» и «шарик-юбка поршня», Этот момент действует в плоскости перпен15 дикулярной нормали к внешней поверхности поршня 2 и приводит к смещению шариков 5 от прямолинейного движения — в данном случае влево (см. фиг. 2, траектория движения шарика при движении поршня 2 вниз показана стрелкой, направленной вниз) .

При обратном ходе поршня 2 неуравновешенные моменты сил трения сопряжений

«цилиндр-шарик», «шарик-юбка» действуют в противоположном направлении (в данином случае вправо вследствие смены мест пло25 щадей контактов при обратном ходе поршня 2) и пытаются возвратить шарики 5 в первоначальные положения. Но за счет конструктивного исполнения внутренних поверхностей овальных отверстий 6 (см. фиг. 3, 4, 5) или самих овалов (см. фиг. 5) шарики 5

30 при перекатывании по участку овала CDA совершают меньшее число оборотов, чем при перекатывании по участку АВС. Поэтому отклонившись от вертикали влево при ходе поршня 2 вниз, шарики 5 не вернутся в первоначальное положение при ходе поршня 2

35 вверх, т. е. за один цикл движения поршня 2 каждый шарик 5 сместится влево на величину 6 (см. фиг. 2). Тела 8 качения удерживают втулку 4 от радиальных и осевых перемещений относительно поршня 2, т. е. втул40 ка 4 при возвратно-поступательном движении поршня 2 движется вместе с ним, при этом втулка 4 может совершать только вращательные движения относительно оси поршня 2 в пределах, допускаемых овальными отверстиями 9 и установленными в них ша45 риками 5. Такая конструкция втулки 4 гарантирует несоприкосновение ее с цилиндром 1 и поршнем 2.

Перекатываясь по внутренним поверхностям овальных отверстий 6, шарики 5 приводят в знакопеременное вращательное дви50 жение втулку 4 относительно поршня 2. Возникающий при этом знакопеременный момент сил инерции втулки 4 относительно оси цилиндра 1 удерживает втулку 4 в постоянном контакте с шариками 5, обеспечивая условия для их перекатывания по внутрен55 ним поверхностям овальных отверстий 6.

Конструктивное исполнение внутренних поверхностей овальных отверстий 9 или самих овалов приводит при перекатывании

5 а1ию поршня 3 мож

МЕРОВ ЦИЛИНДР геометрию овал иков 5 их вращению с Р азличра ссчитать опт имальные г втулки и 4 подобрат ь по ним шар бо отов при пр ямом и обратном ерстий 6, м с у ным числом оор материал Р У Р чки з ения о есп ходе поршня . 3 вн тренняя теи отв ок жного ци .

На фиг. у поверхность симе стий 6 с точки клового го овала по левую ст ей ста ильн ого заданного ру

5 о при рабе»е ма метричног ения шариков п си выполнена в в оз ает смещ ожно полностью и

В ез ыж шарик 5 д р орожки р иво- P еч же по ь < чшего в с равнении с прот повто я ем ость Встр

ПО Ве Р х ност ью а иков цилиндрическои к контакте и поверхностеи ц р

2.

4 с 5 ия вт лки в - оми юбкой поршня взаимодеистви а ика 5 с пов верхностью откак контакт ш р у б етения ия 6 выполнен по линии. . Таким образом, Формула изобр верст и по левои сторон не вн тр, ержащая ции отверстия 6 шар е екатывании и ик 5 я машина, соде бесконтактным ей поверхности

"4апи в ю группу с ес такт с втулкои ейныи кон

»й л в индро-поршневу становл . ЕННУК) С ВОЗтороне точечн ании по правой с ии уплотн нением, втулку, у ния относительно, ЬНО ОСИ б ь е в сравнении оп,скает ол можнос тью вращения змещенные в Отв» рсПоследнии д проскальзываний и шарики, раз с первым раз личного рода и и отверстия 6, что Р вт лки, распред

5 по поверхности от нию» тиях вт

oTличаюша;г I шарика счете к «отставани» ее поверхности, ит в конечном стк по ия констру >»и тывании по участ а 5 при его перекать стком с цел

»ПОЛ» ЕIIIÞÈ с 6 равнении с участ

). Если одну из полови»по, стия в с

I i I »I »»",, 1, б внутр енних поверхно р риалом с больш же им коз — же покрыть матери лки 4, иост !

il»l», i»>!Il>),! С »Ы л, овалов т ения, чем м материал втул

bl TE .И» ка: с» ерхностях пор фициентом р, м езиной или полиуретаном

yoÐ отстава ий» к устанОВлены мс жд то азность «о по ки у ве стия втулки;:>; р пе екать»

6 по числу р " хностям отверстии и правой поверхн ф TH vi!Iî >1 к обр,>,i) ">ill(il: иведет енти тированы под уг;:,. »,1»< и уве Р ешением, представленноь ения 30 ности втулки. ненни с р и. 1, Огличаюн, вел ичины ц

ЦИКЛОВОГО СМЕЩ

2. Машина по,, н в vT енн сти 0B.I Ih»l»>lx значению

В» чт ен е поверхнос из с орон от бо »hill

»ч) . 5) является не- в их осей иг. овала вы я поп»репое се авенства путеи е о енным „словием не обой ч "гь о посредственнь частку овалов С

ых представляет с: " к

CDA), а значит и число о о ша иков 5 также удет енняя поверхность ов .. тем, чтО ходе поршня вни азом, шарики 5 перекатываясь отверсгии сто Он

2 постоянно смеокрыта матерна.;,, м

1 и поршню

Это овала по по цилиндру п ямолинейн

40 ся ици от.ганаю»ц гаягя тем, к ) онтакте находятс к том, что в к

4. Машина по и. л ия выполнены н приводит к

»е „анее не к р онтактировавш ие что овал льные отверстия, . н

1ьно больших всегда новые, ля заданных ч астоты движеметричным

»мн относительн поверхности. Дл величины его х о хода (h), разния поршня 3, Фиг. 2

1497385

1497385

Составитель 3. Пимахова

Редактор Н. Недолуженко Техред И. Верес Корректор Э. Лончакова

Заказ 4423/38 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101