Рычажный аксиальный двигатель

 

Использование: двигатели с аксиальным расположением вала. Сущность изобретения: возвратно-поступательное перемещение поршня преобразуется в качестве силового рычага, качание которого посредством промежуточной тяги передается угловому рычагу, приводящему в свою очередь кривошипно-шатунный механизм, с вала которого снимается мощность. Выполнение рычага угловым, а также выполнение шарниров шатуна позволяет установить ось вращения кривошипа параллельно оси цилиндра. Двигатель может быть выполнен с параллельной цилиндро-поршневой группой или со встречно движущимися поршнями. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с рычажным механизмом преобразования.

Известен двигатель, содержащий корпус, цилиндр, размещенный в нем поршень, и кривошип, связанный с поршнем при помощи шатуна (1).

Недостатками аналога являются высокие значения боковой силы в цилиндро-поршневой паре из-за непосредственной кинематической связи кривошипно-шатунного механизма с поршнем, что приводит к большим механическим потерям.

Известен рычажный двигатель, содержащий корпус, цилиндр, размещенный в нем поршень, силовой рычаг, установленный на оси в корпусе, кривошип, и связанный с ним шатун, снабженный шарнирами, причем первое плечо силового рычага кинематически связано с поршнем, а второе с шатуном (2).

В прототипе решена проблема уменьшения механических потерь за счет установки силового рычага в кинематической цепи между поршнем и шатуном. Однако недостатками прототипа является его малые компоновочные возможности в части изменения ориентации выходного вала относительно цилиндра, например, для уменьшения площади поперечного сечения авиационного двигателя.

Целью изобретения является уменьшение поперечных габаритов двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в кинематической цепи заявленного двигателя между силовым рычагом и шатуном установлены промежуточная тяга и угловой рычаг с плечами, расположенными под углом одно относительно другого, а ось вращения кривошипа установлена параллельно оси цилиндра, причем шарниры шатуна выполнены с возможностью его качения в двух пересекающихся плоскостях, второе плечо силового рычага соединено с первым плечом углового рычага посредством промежуточной тяги, а второе плечо углового рычага с шатуном.

Цель достигается также тем, что двигатель может быть снабжен дополнительной идентичной цилиндро-поршневой группой, установленной параллельно первой группе, а силовой рычаг дополнительным плечом, расположенным симметрично первому его плечу относительно оси качания рычага и связанным с поршнем дополнительной группы.

Цель достигается также тем, что двигатель может быть снабжен дополнительным идентичным механизмом преобразования, расположенным симметрично первому механизму относительно поперечной плоскости цилиндра, а в последнем размещен второй встречно движущейся поршень с образованием общей с первым поршнем камеры переменного объема, при этом второй поршень связан с силовым рычагом дополнительного механизма, а кривошипы обоих механизмов соединены между собой при помощи промежуточного вала.

Цель достигается также тем, что промежуточный вал может быть соединен с кривошипами при помощи муфт.

Цель достигается также тем, что плоскость качения углового рычага может быть расположена в плоскости, пересекающей плоскость качения силового рычага, а промежуточная тяга при этом снабжена шарнирами с двумя степенями свободы.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема заявленного двигателя; на фиг. 2 то же, вариант с двумя параллельными цилиндрами; на фиг. 3 то же, вариант с двухкривошипным валом и симметричным расположением механизмов; на фиг. 4 то же, вариант с расположением силового и углового рычагов в различных плоскостях качания.

Двигатель содержит корпус 1, цилиндр 2, размещенный в нем поршень 3, силовой рычаг 4 с плечами 5 и 6, который установлен на оси 7 в корпусе 1, кривошип 8, ось вращения которого параллельна оси цилиндра 2, и шатун 9, снабженный шарнирами 10. В кинематической цепи между силовым рычагом 4 и шатуном 9 установлены промежуточная тяга 11 с шарнирами 12 и угловой рычаг 13 с плечами 14 и 15, расположенными под углом одно относительно другого, а ось вращения кривошипа 8 установлена параллельно оси цилиндра 2, причем шарниры 10 шатуна 9 выполнены с возможностью его качения в двух пересекающихся плоскостях, например, сферическими или карданными, первое плечо 5 силового рычага 4 связано с поршнем 3, например, при помощи шатунной тяги 16, второе его плечо 6 соединено с первым плечом 14 углового рычага 13 посредством промежуточной тяги 11, а второе плечо 15 углового рычага 13 соединено с шатуном 9 при помощи шарнира 10.

Двигатель может быть снабжен дополнительной идентичной цилиндро-поршневой группой, установленной параллельно первой группе, а силовой рычаг 4 снабжен дополнительным плечом 17, расположенным симметрично первому его плечу 5 относительно оси 7 качания рычага 4 и связанным с поршнем 18 дополнительной группы.

Двигатель может быть снабжен дополнительным идентичным механизмом преобразования, расположенным симметрично первому механизму относительно поперечной плоскости цилиндра 2, а в последнем размещен второй встречно движущийся поршень 19 с образованием общей с первым поршнем 3 камеры 20 переменного объема, при этом поршень 19 связан с силовым рычагом 21 дополнительного механизма, а кривошипы 8 и 22 обоих механизмов соединены между собой при помощи промежуточного вала 23.

Промежуточный вал 23 может быть соединен с кривошипами 8 и 22 при помощи муфт 24.

Плоскость качения углового рычага 13 может быть расположена под углом к плоскости качения силового рычага 4, а шарниры 12 промежуточной тяги 11 должны быть выполнены при этом с двумя степенями свободы, например, сферическими или карданными.

Описываемый двигатель работает следующим образом. В первом варианте выполнения возвратно-поступательное движение поршня 3 в цилиндре 2 преобразуется в качание силового рычага 4, передающего качание угловому рычагу 13 при помощи промежуточной тяги 11. Качание углового рычага 13 преобразуется при помощи шатуна 9 во вращение кривошипа 8. Выполнение шарниров 10 шатуна 9 с двумя степенями свободы, а также расположение плеч 14 и 15 рычага 13 под углом позволяет разместить ось вращения кривошипа 3 параллельно оси цилиндра 2. Такая конструкция двигателя оптимальна с точкой зрения достижения минимального поперечного его сечения, то есть "лба" двигателя, имеющего особенно важное значение для авиационных двигателей.

Установка дополнительной параллельной цилиндро-поршневой пары позволяет снизить нагрузки в кривошипно-шатунном механизме за счет взаимного уравновешивания на силовом рычаге 4 газовой силы одного цилиндра инерционной силой другого цилиндра.

Полное уравновешивание двигателя осуществляется в компоновке двух цилиндров с размещенными в них встречно движущимися поршнями 19. В таком варианте выполнения движение поршней преобразуется при помощи двух идентичных механизмов во вращение общего двухкривошипного вала, как, например, в широко известных схемах двигателей с качающимися шайбами. Наличие муфт 24, соединяющих промежуточный вал 23 с кривошипами 8 и 22, позволяет снизить требования к точности выполнения и сборки деталей двигателя, а также дает возможность простыми операциями изменить угловое смещение кривошипов друг относительно друга, в зависимости от реализуемого в цилиндрах рабочего процесса. Именно при такой компоновке возможно достижение минимального "лба" двигателя летательного аппарата.

За счет изменения взаимного расположения плоскостей качания двух рычагов (4 и 13) возможно оптимальное размещение оси вращения кривошипа в любом месте относительно корпуса двигателя в зависимости от конкретного места его установки на транспортном средстве.

Таким образом предложено техническое решение позволяет расширить компоновочные возможности поршневых двигателей при использовании простых, надежных и отработанных в двигателе-строении элементов и узлов. При этом возможно получение большого количества вариантов относительного расположения узлов двигателя в зависимости от требований и условий эксплуатации.

Источники информации 1. А.С. Орлин и др. Комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа. М. "Машиностроение", 1980, с. 32.

2. Патент Франции N 1231014, НКИ F 02 B, 75/32 опуб. 1960.

Формула изобретения

1. Рычажный аксиальный двигатель, содержащий корпус по меньшей мере один цилиндр, размещенный в нем поршень, силовой рычаг, установленный на оси в корпусе, кривошип, и связанный с ним шатун, снабженный шарнирами, причем первое плечо силового рычага кинематически связано с поршнем, а второе с шатуном, отличающийся тем, что в кинематической цепи между силовым рычагом и шатуном установлены промежуточная тяга и угловой рычаг с плечами, расположенными под углом относительно друг друга, а ось вращения кривошипа установлена параллельно оси цилиндра, причем шарниры шатуна выполнены с возможностью его качания в двух пересекающих плоскостях, второе плечо силового рычага соединено с первым плечом углового рычага посредством промежуточной тяги, а второе плечо углового рычага с шатуном.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной идентичной цилиндропоршневой группой, установленной параллельно первой группе, а силовой рычаг снабжен дополнительным плечом, расположенным симметрично первому его плечу относительно оси качания рычага и связанным с поршнем дополнительной группы.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным идентичным механизмом преобразования, расположенным симметрично первому механизму относительно поперечной плоскости цилиндра, а в последнем размещен второй встречено движущийся поршень с образованием общей с первым поршнем камеры переменного объема, при этом второй поршень связан с силовым рычагом дополнительного механизма, а кривошипы обоих механизмов соединены между собой при помощи промежуточного вала.

4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что промежуточный вал соединен с кривошипами при помощи муфт.

5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что плоскость качания углового рычага расположена в плоскости, пересекающей плоскость качания силового рычага, а промежуточная снабжена шарнирами с двумя степенями свободы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4