Устройство для уравновешивания поршневой машины

 

Использование: устройства для уравновешивания поршневой машины. Сущность изобретения: устройство содержит по меньшей мере два взаимосвязанных ротора 17,18, установленных с возможностью вращения вокруг двух параллельных осей 19,20, расположенных на расстоянии одна от другой, противовесы 21,22, установленные своими центрами масс эксцентрично относительно осей роторов с возможностью вращения вместе с роторами 17,18. Средство привода роторов 17,18 во вращение вокруг их осей снабжено механизмом синхронного вращения роторов в одном направлении с расположением центра масс противовесов в противофазе один относительно другого по углу поворота роторов, оси роторов 17,18 расположены перпендикулярно плоскости, параллельной оси коленчатого вала машины. Средство вращения роторов снабжено угловой передачей, каждый противовес 21,22 установлен с возможностью радиального перемещения относительно ротора, устройство снабжено статорами каждый из которых выполнен с внутренней профилированной поверхностью 30,31, окружающей соответствующий ротор и предназначенный для взаимодействия с соответствующим противовесом. 21 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к уравновешиванию машин, а именно к устройствам уравновешивания моментов сил инерции поступательно движущихся масс в поршневых машинах, и может быть использовано для уменьшения колебаний поршневых машин, преимущественно двигателей внутреннего сгорания, с шатунно-кривошипными механизмами преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатых валов.

Предшествующий уровень техники. В поршневых машинах с шатунно-кривошипными механизмами преобразования возвратно-поступательного движения установленных в цилиндрах поршней во вращательное движение коленчатого вала машины вокруг своей оси, и наоборот, в частности - в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), при работе поступательно движущиеся массы создают силы инерции, а в ряде машин - и моменты сил инерции. Если эти силы и моменты не уравновешены, то они вызывают колебания, которые отрицательно влияют как на саму машину, так и на объекты, на которых установлены такие машины, например, на транспортные средства с ДВС.

Уравновешивание сил инерции проще, чем уравновешивание моментов сил инерции. Между тем, именно моменты сил инерции возникают в ряде поршневых машин, имеющих определенные преимущества по своим техническим характеристикам, например, в трех и пятицилиндровых рядных ДВС, а также в шестицилиндровых V-образных ДВС.

Известны устройства для уравновешивания момента сил инерции поступательно движущихся масс в поршневых машинах с кривошипно-шатунными механизмами преобразования возвратно-поступательного движения установленных в цилиндрах поршней во вращательное движение коленчатого вала вокруг своей оси и наоборот, преимущественно ДВС, содержащие два взаимосвязанных ротора, установленных с возможностью вращения вокруг двух параллельных осей, расположенных на расстоянии одна от другой, противовесы, установленные своими центрами масс эксцентрично относительно осей роторов с возможностью вращения вместе с роторами и средство привода роторов во вращение вокруг их осей.

В этих устройствах в качестве одного ротора использован коленчатый вал, в качестве другого ротора - уравновешивающий вал, параллельный коленчатому валу, несколько противовесов закреплены на коленчатом валу и на уравновешивающем валу, который связан с коленчатым валом при помощи передачи, обеспечивающей вращение уравновешивающего вала в направлении, обратном направлению вращения коленчатого вала.

Такие устройства обеспечивают уравновешивание только момента сил инерции первого порядка и не обеспечивают полное уравновешивание момента сил инерции, так как остаются неуравновешенными моменты сил инерции второго и высших порядков.

Известно также устройство для уравновешивания поршневой машины с кривошипно-шатунными механизмами преобразования возвратно-поступательного движения установленных в цилиндрах поршней во вращательное движение коленчатого вала и наоборот, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащее по меньшей мере, два взаимосвязанных ротора, установленных с возможностью вращения вокруг двух параллельных осей, расположенных на расстоянии одна от другой, противовесы, установленные своими центрами масс эксцентрично относительно осей роторов с возможностью вращения, вместе с роторами, средство привода роторов во вращение и механизм синхронного вращения роторов в одном направлении. В этом устройстве противовесы расположены в одной фазе, оси роторов параллельны оси коленчатого вала, на котором закреплены дополнительные противовесы, и средство привода роторов выполнено обеспечивающим их вращение в направлении, противоположном направлению вращения коленчатого вала. Такое устройство обеспечивает уравновешивание сил инерции первого порядка в одно- и двухцилиндровых поршневых машинах, но не может уравновешивать моменты сил инерции.

При использовании уравновешивающих устройств с расположением уравновешивающего вала параллельно коленчатому валу и приводом этих валов во вращение в разные стороны возникают проблемы с размещением уравновешивающего вала и его приводом. Эти проблемы решаются за счет значительной разунификации трех- и пятицилиндровых рядных ДВС с наиболее распространенными четырехцилиндровыми ДВС.

Таким образом, несмотря на известность ряда устройств для уравновешивания моментов сил инерции поступательно движущихся масс в поршневых машинах, задачу уравновешивания этих моментов нельзя считать решенной достаточно полно и просто.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания достаточно простого устройства для полного или почти полного уравновешивания момента сил инерции поступательно движущихся масс в поршневых машинах, преимущественно ДВС.

Основной целью данного изобретения является повышение эффективности уравновешивания моментов сил инерции в поршневых машинах.

Эта задача решается и цель достигается тем, что в устройстве для уравновешивания поршневой машины с кривошипно-шатунными механизмами преобразования возвратно-поступательного движения установленных в цилиндрах поршней во вращательное движение коленчатого вала, и наоборот, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, два взаимосвязанных ротора, установленных с возможностью вращения вокруг двух параллельных осей, расположенных на расстоянии одна от другой, противовесы, установленные своими центрами масс эксцентрично относительно осей роторов с возможностью совместного вращения с роторами, средство привода роторов во вращение и механизм синхронного вращения роторов в одном направлении, согласно изобретению центры масс противовесов расположены в противофазе один относительно другого по углу поворота роторов, а оси роторов расположены перпендикулярно плоскости, параллельной оси коленчатого вала.

Такое выполнение устройства позволяет эффективно уравновешивать моменты сил инерции поступательно движущихся масс.

Средство привода роторов во вращение может быть снабжено, по меньшей мере, одной угловой передачей.

Это позволяет упростить привод роторов устройства.

Противовесы могут быть выполнены заодно с роторами.

Такое выполнение упрощает устройство в случае уравновешивания момента сил инерции второго порядка.

Устройство может быть снабжено двумя статорами, каждый из которых выполнен с внутренней профилированной поверхностью, окружающей соответствующий ротор, причем противовес может быть установлен с возможностью радиального перемещения относительно ротора и с возможностью взаимодействия с внутренней профилированной поверхностью статора.

Такое выполнение устройства уменьшает нагрузки на опоры роторов. Каждый ротор может быть снабжен радиальной направляющей, и каждый противовес может быть установлен в радиальной направляющей ротора. Этим упрощается устройство.

Предпочтительно каждый противовес выполнить в виде тела качения, а каждую направляющую - в виде радиального паза в роторе. Это позволяет уменьшить потери на трение в устройстве. Каждый противовес может быть выполнен в виде ролика. Такое выполнение уменьшает осевые габариты устройства. Каждый ролик может быть выполнен с центральным осевым отверстием. Такое выполнение упрощает подгонку противовесов по массе.

Каждый противовес может быть выполнен с выпуклой поверхностью, предназначенной для взаимодействия с внутренней профилированной поверхностью статора, а последняя может быть выполнена в виде вогнутого желоба. Это позволяет удерживать противовесы от перемещения в осевом направлении без использования дополнительных средств.

Расстояние от оси каждого ротора до внутренней профилированной поверхности соответствующего статора предпочтительно выполнить переменным по углу поворота ротора. Это обеспечивает полное уравновешивание момента сил инерции.

Профили внутренних поверхностей двух статоров предпочтительно выполнить одинаковыми и повернутыми один относительно другого на 180^о. Такое выполнение повышает уровень унификации устройства.

В двигателе внутреннего сгорания с дополнительным валом, например кулачковым валом привода клапана системы газораспределения, расположенным параллельно коленчатому валу двигателя и связанным с ним при помощи передаточного механизма, элемент которого закреплен на одном конце дополнительного вала, угловая передача средства привода роторов может быть выполнена с первым элементом, закрепленным на указанном дополнительном вале, и со вторым элементом, выполненным с возможностью взаимодействия с первым элементом и установленным с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной оси дополнительного вала.

Такое выполнение упрощает устройство благодаря использованию уже имеющегося вала для привода роторов.

Первый элемент угловой передачи предпочтительно закрепить на втором конце дополнительного вала, противоположном концу, на котором закреплен один элемент передаточного механизма, связывающего дополнительный вал с коленчатым валом. Это уменьшает габариты двигателя.

Один из двух указанных роторов может быть связан со вторым элементом угловой передачи. Такое выполнение упрощает привод ротора. Второй ротор может быть связан с первым ротором передачей, имеющей передаточное отношение, равное единице. Такое выполнение расширяет компоновочные возможности при использовании описываемого устройства.

В качестве указанной передачи предпочтительно использовать передачу с гибким передаточным элементом, например, цепную или зубчато-ременную передачу. Такое выполнение упрощает привод второго ротора во вращение в том же направлении, что и первого ротора.

В двигателе внутреннего сгорания с дополнительным валом, установленным в головке цилиндров двигателя, по меньшей мере один из двух роторов может быть установлен на головке цилиндров двигателя. Это позволяет унифицировать наиболее сложные элементы двигателей, имеющих разное число цилиндров.

Второй ротор также может быть установлен на головке цилиндров двигателя. Это позволяет упростить описываемое устройство.

В двигателе внутреннего сгорания с нечетным числом цилиндров, равным трем или более, и, по меньшей мере, одним рядом цилиндров с параллельными осями и расположенными в общей плоскости, параллельной или проходящей через указанную ось коленчатого вала, центры масс противовесов целесообразно расположить с возможностью перемещения в одной плоскости, параллельной общей плоскости на расстоянии от нее, а средство привода роторов во вращение целесообразно выполнить с возможностью вращения роторов с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала.

Такое выполнение обеспечивает уравновешивание момента сил инерции в двигателях этого типа.

В двухрядном V-образном шестицилиндром двигателе внутреннего сгорания с углом между рядами цилиндров, равным 90^о, и углами между кривошипами коленчатого вала, равными 120^о, средство привода роторов во вращение целесообразно выполнить с возможностью вращения роторов с частотой, вдвое большей частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Такое выполнение достаточно просто обеспечивает уравновешивание момента сил инерции второго порядка в двигателях этого типа.

В двухрядном V-образном шестицилиндровом двигателе внутреннего сгорания с углом между рядами цилиндров, неравным 90^о, устройство уравновешивания целесообразно выполнить с двумя парами противовесов и центры масс соответствующих противовесов расположить с возможностью перемещения в плоскостях, параллельных плоскостям, проходящим через оси цилиндров соответствующих рядов на расстоянии от последних, а средство привода роторов во вращение выполнить с возможностью вращения роторов с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Такое выполнение, несмотря на некоторое усложнение, позволяет уравновесить двухрядный V-образный шестицилиндровый двигатель с любым углом между рядами цилиндров благодаря по существу раздельному уравновешиванию каждого ряда.

При этом целесообразно оси роторов расположить перпендикулярно плоскости, проходящей параллельно оси коленчатого вала между плоскостями, проходящими через оси цилиндров обоих рядов, каждый ротор выполнить с двумя радиальными направляющими, расположенными под углом одна к другой, в каждой направляющей ротора установить противовес с возможностью дополнительного перемещения вдоль оси ротора, а каждый статор выполнить с двумя внутренними профилированными поверхностями, расположенными под разными углами к оси ротора с возможностью взаимодействия с противовесами, размещенными в разных направляющих ротора.

Такое выполнение упрощает уравновешивание моментов сил инерции поступательно движущихся масс в таком двигателе при относительно малом угле между рядами цилиндров.

Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает эффективное уравновешивание моментов сил инерции поступательно движущихся масс в ряде поршневых машин.

Ниже приведены описания конкретных примеров выполнения предлагаемого изобретения.

На фиг.1 показан вид на поршневую машину - однорядный ДВС с описываемым устройством со стороны торца коленчатого вала в частичном разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (повернут); на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1 (повернут); на фиг.4 - схема двухрядного V-образного шестицилиндрового ДВС с углом между рядами цилиндров, равным 90^о, с описываемым устройством; на фиг. 5 - поперечный разрез двухрядного V-образного шестицилиндрового ДВС с углом между рядами цилиндров, неравным 90^о, с описываемым устройством; на фиг. 6 - в увеличенном масштабе узел I на фиг.5; на фиг.7 - разрез В-В на фиг.6 (повернут); на фиг.8 - разрез Г-Г на фиг.7 (повернут).

Как показано на фиг.1. поршневая машина - двигатель внутреннего сгорания 1 имеет картер 2 с рядом цилиндров 3, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения установлены поршни 4. Двигатель 1 имеет нечетное число цилиндров - три или более. Оси 5 цилиндров 3 параллельны и расположены в общей плоскости, обозначенной той же цифрой 5. В картере 2 двигателя 1 установлен коленчатый вал 6 с возможностью вращения вокруг своей оси 7. Плоскость 5 параллельна оси 7 или, как показано на фиг.1, проходит через ось 7. Коленчатый вал 6 имеет кривошипы 8, число которых соответствует числу цилиндров 3. Двигатель 1 имеет шатунно-кривошипные механизмы преобразования возвратно-поступательного движения поршней 4 во вращательное движение коленчатого вала 6 вокруг оси 7, и наоборот. Каждый такой механизм содержит шатун 9, один конец которого соединен с поршнем 4 при помощи поршневого пальца 10, а другой конец соединен с кривошипом 8 коленчатого вала 6.

Двигатель 1 имеет головку 11 цилиндров, в которой установлены клапаны 12 системы газораспределения (на фиг.1 показан один клапан), и дополнительный вал - кулачковый вал 13 привода клапанов 12. Ось 13 кулачкового вала 13 параллельна оси 7 коленчатого вала 6. Кулачковый вал 13 связан с коленчатым валом 6 при помощи передаточного механизма 15 - цепной передачи или передачи с зубчатым ремнем, либо при помощи другой известной передачи, обеспечивающей вращение кулачкового вала 13 с частотой, вдвое меньшей частоты вращения коленчатого вала 6. Элемент 16 передаточного механизма 15 закреплен на одном конце вала 13.

При работе такого двигателя силы инерции поступательно движущихся масс поршней и связанных с ним частей создают переменный по величине момент, ось которого перпендикулярна плоскости 5. Устройство для уравновешивания момента сил инерции поступательно движущихся масс содержит два ротора 17, 18 (фиг. 1-3), установленных с возможностью вращения вокруг двух параллельных осей 19, 20, расположенных на расстоянии одна от другой. Оси 19, 20 расположены перпендикулярно плоскости, параллельной оси 7 коленчатого вала 6, в данном случае - перпендикулярно плоскости 5. Оба ротора установлены на головке 11 цилиндров.

Устройство содержит также противовесы 21, 22, установленные своими центрами масс (обозначены теми же цифрами 21, 22) эксцентрично относительно осей 19, 20 с возможностью вращения вместе с роторами 17, 18, и средство (не обозначено) привода роторов 17, 18 во вращение вокруг их осей 19, 20 с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала 6. В состав средства привода роторов во вращение входят угловая передача 23 и механизм 24 синхронного вращения роторов 17, 18 в одном направлении с расположением центров масс противовесов 21, 22 в противофазе один относительно другого по углу поворота роторов и с возможностью перемещения в одной плоскости 25, параллельной плоскости 5 и расположенной на расстоянии от нее.

Угловая передача 23 имеет два элемента - конические шестерни 26, 27. Шестерня 26 закреплена на конце вала 13, противоположном концу, на котором закреплен элемент 16 передаточного механизма 15. Шестерня 27, находящаяся во взаимодействии с шестерней 26, установлена с возможностью вращения вокруг оси 19, перпендикулярной оси 14 вала 13. Угловая передача 23 обеспечивает вращение шестерни 27 с частотой, вдвое большей частоты вращения шестерни 26. Ротор 17 связан с возможностью совместного вращения с шестерней 27.

Механизм 24 синхронного вращения роторов 17, 18 выполнен в виде передачи с гибким передаточным элементом, например, цепной или зубчато-ременной передачи, имеющей передаточное отношение, равное единице. Тем самым, частота вращения роторов 17, 18 равна частоте вращения коленчатого вала 6.

Каждый противовес 21, 22 установлен с возможностью радиального перемещения относительно соответствующего ротора 17, 18. Устройство содержит два статора 28, 29, каждый из которых выполнен с внутренней профилированной поверхностью 30, 31, окружающей соответствующий ротор 17, 18 и предназначенной для взаимодействия с соответствующим противовесом 21, 22. Каждый противовес 21, 22 выполнен в виде тела качения - ролика и установлен в радиальной направляющей ротора, выполненной в виде паза 32, 33. Каждый ролик 21, 22 выполнен с центральным отверстием 34, 35 и имеет выпуклую наружную поверхность (не обозначена), предназначенную для взаимодействия с поверхностью 30, 31, выполненной в виде вогнутого желоба.

Расстояние R от оси 19, 20 каждого ротора 17, 18 (фиг.2) до внутренней профилированной поверхности 30, 31 соответствующего статора 28, 29 выполнено переменным по углу поворота 17, 18. Профили внутренних поверхностей 30, 31 двух статоров 28, 29 выполнены одинаковыми и повернуты один относительно другого на 180^о. Точки профилей (не обозначены), наиболее удаленные от осей 19, 20 роторов 17, 18, расположены на расстоянии от осей 36, 37, перпендикулярных плоскости 38, проведенной через оси 19, 20 роторов 17, 18. При положении поршня 4, установленного в среднем цилиндре 3 двигателя 1, в верхней мертвой точке (ВМТ) или нижней мертвой точке (НМТ) центры масс противовесов 21, 22 находятся в плоскости 38.

Устройство, показанное на фиг.4, предназначено для уравновешивания момента сил инерции в двухрядном V-образном шестицилиндровом ДВС 1. Двигатель 1 имеет картер 2 с двумя рядами цилиндров 3a, 3b, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения установлены поршни 4. Двигатель 1 имеет три цилиндра в каждом ряду. Оси 5а, 5b цилиндров каждого ряда параллельны между собой и расположены в двух общих плоскостях, обозначены теми же цифрами 5а, 5b. Угол между плоскостями 5a, 5b (угол между рядами цилиндров) равен 90^о. В картере 2 установлен коленчатый вал 6 с возможностью вращения вокруг его оси 7. Плоскости 5а, 5b проходят через ось 7. коленчатый вал 6 имеет три кривошипа 8a, 8b, 8c, углы между которыми равны 120^о. Двигатель имеет кривошипно-шатунные механизмы преобразования возвратно-поступательного движения поршней 4 во вращательное движение коленчатого вала 6 вокруг оси 7 и наоборот. Каждый такой механизм содержит шатун 9, один конец которого соединен с соответствующим поршнем 4 при помощи поршневого пальца (не обозначен), а другой конец соединен с соответствующим кривошипом 8a, 8b, 8c коленчатого вала 6.

Двигатель имеет головки цилиндров (не обозначены), в которых установлены клапаны системы газораспределения (не обозначены) и кулачковые валы 13a, 13b привода клапанов. Оси (не обозначены) кулачковых валов параллельны оси 7 коленчатого вала 6. Кулачковые валы 13a, 13b связаны с коленчатым валом 6 при помощи передаточного механизма 15, обеспечивающего вращение кулачковых валов в одном направлении с частотой, вдвое меньшей частоты вращения коленчатого вала 6.

Устройство для уравновешивания момента сил инерции поступательно движущихся масс в таком двигателе содержит два ротора 17, 18, установленные с возможностью вращения вокруг двух параллельных осей 19, 20, расположенных на расстоянии одна от другой. Оси 19, 20 расположены параллельно биссекторной плоскости 39 между рядами цилиндров и перпендикулярно плоскости 40, параллельной оси 7 коленчатого вала 6 и перпендикулярной биссекторной плоскости 39. На роторах 17, 18 закреплены или выполнены заодно с ними противовесы 21, 22, установленные своими центрами масс (обозначены теми же цифрами 21, 22) эксцентрично относительно осей 19, 20. Центры масс противовесов расположены в плоскости 40.

Устройство содержит также средство (не обозначено) привода роторов 17, 18 во вращение в одном направлении вокруг их осей 19, 20 с частотой, вдвое больше частоты вращения коленчатого вала 6. В состав этого средства водят две угловые передачи 23a, 25b, имеющие передаточные числа, равные четырем и образующие совместно с передаточным механизмом 15 и кулачковыми валами 13а, 13b механизм (не обозначен) синхронного вращения роторов 17, 18 в одном направлении с расположением центров масс противовесов 21, 22 в противофазе один относительно другого по углу поворота роторов. При расположении кривошипа 8b, с которым при помощи шатунов 9 соединены поршни 4, установленные в средних цилиндрах обоих рядов, в биссекторной плоскости 39 и в перпендикулярной к ней плоскости (не обозначена) центры масс противовесов 21, 22 расположены в плоскости (не обозначена), проходящей через оси 19, 20.

Двухрядный V-образный шестицилиндровый ДВС 1, показанный на фиг.5-8, имеет картер 2 с шестью цилиндрами 3, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения установлены поршни 4. Оси 5а трех цилиндров 3 одного ряда расположены в первой плоскости, обозначенной 5а. Оси 5b трех цилиндров 3 другого ряда расположены во второй плоскости, обозначенной 5b, пересекающей первую плоскость 5а и расположенной к ней под углом (на фиг.6 показан двигатель с углом между рядами цилиндров, равным 15^о). В картере 2 установлен коленчатый вал 6 с возможностью вращения вокруг своей оси 7. Плоскости 5a, 5b параллельны оси 6. Коленчатый вал 6 имеет шесть кривошипов 8 и шатунно-кривошипные механизмы преобразования возвратно-поступательного движения поршней 4 во вращательное движение коленчатого вала 6, и наоборот. Каждый такой механизм содержит шатун 9, один конец которого соединен с поршнем 4 при помощи поршневого пальца 10, а другой конец соединен с кривошипом 8 коленчатого вала 6. Углы между тремя кривошипами 8, с которыми при помощи шатунов 9 соединены поршни 4 одного ряда цилиндров, равны 120^о. Углы между тремя другими кривошипами 8, с которыми при помощи шатунов 9 соединены поршни другого ряда цилиндров, также равны 120^о. Углы между первыми и вторыми указанными кривошипами выбраны из условия равномерного чередования верхних мертвых точек всех поршней 4 по углу поворота коленчатого вала 6.

Двигатель имеет головку 11 цилиндров, в которой установлены клапаны 12 системы газораспределения и кулачковые валы 13а, 13b привода клапанов 12. В картере 2 установлен дополнительный вал 13'. Ось 14 вала 13' параллельна оси 7 коленчатого вала 6. Вал 13' связан с коленчатым валом 6 при помощи передаточного механизма 15 - цепной передачи. Элемент 16 передаточного механизма 15 закреплен на одном конце вала 13'.

Устройство для уравновешивания моментов сил инерции поступательно движущихся масс в таком двигателе содержит два ротора 17, 18, установленных с возможностью вращения вокруг двух параллельных осей 19, 20, две пары противовесов 21а, 21b и 21a, 21b, установленные своими центрами масс (обозначены теми же цифрами 21a, 21b, 22a, 22b) эксцентрично относительно осей 19, 20 с возможностью вращения вместе с роторами 17, 18, перемещения в плоскостях 5a' и 5b', параллельных соответственно плоскостям 5а и 5b и расположенных на расстоянии от них, а также радиального и осевого перемещения относительно роторов, и средство (не обозначено) привода роторов во вращение вокруг их осей 19, 20 с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала 6. В состав средства привода роторов во вращение входят две угловые передачи 23a/ 23b. Каждая угловая передача имеет два элемента - винтовые шестерни 26a, 26а и 26b, 27b. Шестерни 26а, 26b закреплены на валу 13'. С шестернями 27а, 27b соединены роторы 17, 18. Передаточные числа передаточного механизма 15 и угловых передач 23а, 23b выбраны так, что частота вращения роторов 17, 18 равна частоте вращения коленчатого вала 6. Оси 19, 20 роторов 17, 18 расположены перпендикулярно плоскости 5', проходящей между плоскостями 5а, 5b параллельно оси 7 коленчатого вала 6.

Устройство содержит также два статора 28, 29, каждый из которых выполнен с двумя внутренними профилированными поверхностями 30a, 30b и 31a, 31b, окружающими соответствующие роторы и предназначенными для взаимодействия с соответствующими противовесами 21a, 21b и 2a, 22b. Поверхности 30a, 30b и 31a, 31b расположены под разными углами к осям 19, 20, соответствующими углам между этими осями и плоскостями 5а, 5b, и выполнены в виде желобов. Каждый ротор имеет две радиальные направляющие 32a, 32b и 33a, 33b, расположенные под углом одна к другой и выполненные в виде радиальных пазов. Каждый противовес 21a, 21b и 22a, 22b выполнен в виде шарика и установлен в соответствующей радиальной направляющей ротора. Расстояние R от оси 19, 20 каждого ротора 17, 18 (фиг.7) до внутренней профилированной поверхности 30a, 30b, 31a, 31b соответствующего статора 28, 29 выполнено переменным по углу поворота ротора 17, 18. Профили двух внутренних профилированных поверхностей каждого статора расположены зеркально-симметрично в проекции на плоскость, перпендикулярную оси ротора (фиг.7).

При движении в цилиндрах поршневой машины поршней 4 возникают моменты сил инерции поступательно движущихся масс самих поршней и связанных с ними элементов. Центробежные силы, создаваемые противовесами 21, 22 (21a, 21b, 22a, 22b), вращающимися вместе с роторами 17, 18 в одном направлении со сдвигом по фазе центров масс на 180^о, создают переменные по величине моменты, противодействующие моментам сил инерции и уравновешивающие их полностью или в значительной мере. Противовесы, установленные с возможностью радиального перемещения относительно роторов 17, 18, катятся по профилированным рабочим поверхностях 30, 31 (30a, 30b, 31a, 31b) статоров 28, 29 и скользят с относительно малыми усилиями прижима к стенкам пазов роторов 17, 18, в результате чего устройство работает с относительно небольшими потерями на трение. Осевое перемещение противовесов 21a, 21b, 22a, 22b относительно роторов 17, 18 в варианте выполнения устройства, показанного на фиг.5-8, обеспечивает возможность перемещения центров масс противовесов в плоскостях, параллельных плоскостям, проходящим через оси цилиндров обоих рядов, в результате чего происходит уравновешивание соответствующих моментов сил инерции.

Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания, имеющих три и пять цилиндров, расположенных в один ряд, и шесть цилиндров, расположенных V-образно в два ряда с любым углом между рядами цилиндров. Изобретение может быть использовано также в многоцилиндровых поршневых компрессорах и в других поршневых машинах.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ с кривошипно-шатунными механизмами преобразования возвратно-поступательного движения установленных в цилиндрах поршней во вращательное движение коленчатого вала и наоборот, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащее по меньшей мере два взаимосвязанных ротора, установленных с возможностью вращения вокруг двух параллельных осей, расположенных на расстоянии одна от другой, противовесы, установленные своими центрами масс эксцентрично относительно осей роторов с возможностью совместного вращения с роторами, средство привода роторов во вращение и механизм синхронного вращения роторов в одном направлении, отличающееся тем, что центры масс противовесов расположены в противофазе один относительно другого по углу поворота роторов, а оси роторов расположены перпендикулярно плоскости, параллельной оси коленчатого вала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство привода роторов во вращение снабжено по меньшей мере одной угловой передачей.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что противовесы выполнены заодно с роторами.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что снабжено двумя статорами, каждый из которых выполнен с внутренней профилированной поверхностью, окружающей соответствующий ротор, причем противовес установлен с возможностью радиального перемещения относительно ротора и с возможностью взаимодействия с внутренней профилированной поверхностью статора.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый ротор снабжен радиальной направляющей, а каждый противовес установлен в последней.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что каждый противовес выполнен в виде тела качения, а каждая направляющая- в виде радиального паза.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что каждый противовес выполнен в виде ролика.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждый ролик выполнен с центральным осевым отверстием.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что каждый противовес выполнен с выпуклой поверхностью, взаимодействующей с внутренней профилированной поверхностью статора, а последняя выполнена в виде вогнутого желоба.

10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что расстояние от оси каждого ротора до внутренней профилированной поверхности соответствующего статора выполнено переменным по углу поворота ротора.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что профили внутренних поверхностей двух статоров выполнены одинаковыми и повернуты друг относительно друга на 180^o.

12. Устройство по пп.2 - 11 для уравновешивания двигателя внутреннего сгорания с дополнительным валом, например кулачковым валом привода клапанов системы газораспределения, расположенным параллельно коленчатому валу двигателя и связанным с ним при помощи передаточного механизма, элемент которого закреплен на одном конце дополнительного вала, отличающееся тем, что угловая передача выполнена с первым элементом, закрепленным на дополнительном вале, и со вторым элементом, выполненным с возможностью взаимодействия с первым элементом и установленным с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной оси дополнительного вала.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что один из двух роторов связан с вторым элементом угловой передачи.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что первый элемент угловой передачи закреплен на конце дополнительного вала, противоположным концу, на котором установлен элемент передаточного механизма.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что второй ротор связан с первым ротором передачей с передаточным отношением равным единице.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что передача выполнена цепной.

17. Устройство по пп.12 - 16 для уравновешивания двигателя внутреннего сгорания с дополнительным валом, установленным в головке цилиндров двигателя, отличающееся тем, что по меньшей мере один из двух роторов установлен на головке цилиндров.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что второй ротор установлен на головке цилиндров.

19. Устройство по п.2 - 18 для уравновешивания двигателя внутреннего сгорания с нечетным числом цилиндров, равным трем или более и по меньшей мере одним рядом цилиндров с параллельными осями цилиндров, расположенными в общей плоскости, параллельной или проходящей через ось коленчатого вала, отличающееся тем, что центры масс противовесов расположены с возможностью перемещения в одной плоскости, параллельной общей плоскости на расстоянии от нее, а средство привода роторов во вращение выполнено с возможностью вращения роторов с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала.

20. Устройство по пп.2 - 18 для уравновешивания двухрядного V-образного шестицилиндрового двигателя внутреннего сгорания с углом между рядами цилиндров, равным 90^o, и углами между кривошипами коленчатого вала, равными 120^o, отличающееся тем, что средство привода роторов во вращение выполнено с возможностью вращения роторов с частотой, вдвое большей частоты вращения коленчатого вала двигателя.

21. Устройство по пп.2 - 18 для уравновешивания двухрядного V-образного шестицилиндрового двигателя внутреннего сгорания с углом между рядами цилиндров, неравным 90^o, отличающееся тем, что оно выполнено с двумя парами противовесов, центры масс противовесов расположены с возможностью перемещения в плоскостях, параллельных плоскостям, проходящим через оси цилиндров соответствующего ряда на расстоянии от последних, а средство привода роторов во вращение выполнено с возможностью вращения роторов с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что оси роторов расположены перпендикулярно плоскости, проходящей параллельно оси коленчатого вала двигателя между плоскостями, проходящими через оси цилиндров обоих рядов, каждый ротор выполнен с двумя радиальными направляющими, расположенными под углом одна к другой, в каждой направляющей ротора установлен противовес с возможностью дополнительного перемещения вдоль оси ротора, а каждый статор выполнен с двумя внутренними профилированными поверхностями, расположенными под разными углами к оси ротора с возможностью взаимодействия с противовесами, размещенными в разных направляющих.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8