Поршневая машина

 

Машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве двигателя, насоса или компрессора. Машина содержит корпус, цилиндр, поршень со штоком, ползун, установленный в направляющих, планетарный эксцентрик и выходной эксцентриковый вал. Согласно изобретению машина имеет также сферическую пяту, сферический подпятник, муфту и сферический паз. Сферический подпятник и муфта подвижно установлены на планетарном эксцентрике. Сферический паз размещен между сферическим подпятником и муфтой. Сферическая пята закреплена на штоке и вставлена в сферический паз. Шток установлен с возможностью свободного изменения угла наклона относительно оси вращения планетарного эксцентрика. Машина обладает высокой работоспособностью и высоким КПД. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к объемным поршневым машинам, таким как двигатели, насосы, компрессоры.

Известна поршневая машина, содержащая корпус с расположенными в нем цилиндрами, в которых установлены поршни со штоками, выполненными за одно целое с крейцкопфами, установленными в направляющих (авт. свид. СССР N 1830105, F 01 B 9/04 опубл. 23.07.93 г.). В осевом отверстии сдвоенного эксцентрика размещен стержень, жестко скрепленный через полувалы с коренными шейками выходного вала.

Известная поршневая машина не имеет шатунов, вследствие чего ее поршни разгружены от боковых нагрузок при наличии зазора между внутренней поверхностью цилиндра и боковой поверхностью поршня, что снижает трение поршня о стенки цилиндра и повышает КПД машины.

Однако, при неточностях изготовления машины и отсутствии указанного зазора в трущихся парах возникает повышенное трение, что может привести к заклиниванию механизма.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и совокупности существенных признаков является принятая за прототип поршневая машина, описанная в авт. свид. СССР N 1823913, F 01 В 9/04, опубл. 23.06.93 г. Поршневая машина содержит корпус, цилиндр, поршень со штоком, ползун, установленный в направляющих, планетарный эксцентрик и выходной эксцентриковый вал. На шейке выходного вала установлена эксцентриковая втулка, вставленная в планетарный эксцентрик. Шейка выходного вала в продольном сечении имеет форму овала, что обеспечивает возможность самоустанавливания деталей в процессе сборки поршневой машины при наличии неточностей изготовления кривошипа или планетарного эксцентрика по длине.

Недостаток поршневой машины - прототипа состоит в том, что при ее работе возникает раскачивание эксцентриковой втулки на овальной шейке выходного вала вследствие консольного приложения нагрузки от поршней относительно точки, контакта эксцентриковой втулки с шейкой. Раскачивание эксцентриковой втулки приводит к возникновению поперечных колебаний и вибрации планетарного эксцентрика, штоков и поршней, что повышает трение в трущихся парах, снижает работоспособность и КПД машины. В случае использования двух и более пар цилиндров, расположенных в разных плоскостях, эксцентриковая втулка нагружается чередующимися разнонаправленными силами относительно точки ее контакта с овальной шейкой. При этом возникают сложные пространственные колебания, которые дополнительно снижают работоспособность и КПД поршневой машины.

Задача изобретения состоит в обеспечении высокой работоспособности и высокого КПД поршневой машины в случае низкой точности ее изготовления или ремонта.

Поставленная задача решается тем, что поршневая машина, содержащая корпус, цилиндр, поршень со штоком, ползун, установленный в направляющих, планетарный эксцентрик и выходной вал, согласно изобретению имеет также сферическую пяту, сферический подпятник, муфту и сферический паз. Сферический подпятник и муфта подвижно установлены на планетарном эксцентрике. Сферический паз размещен между сферическим подпятником и муфтой. Сферическая пята закреплена на штоке и вставлена в сферический паз. Шток установлен с возможностью свободного изменения угла наклона относительно оси вращения планетарного эксцентрика.

Образующая поверхность поршня выполнена бочкообразной.

Сферический кольцевой паз и сферическая пята, вставленная в паз, обеспечивают возможность изменения угла наклона штока относительно оси вращения планетарного эксцентрика без расцепления штока с планетарным эксцентриком.

За счет свободного изменения угла наклона штока обеспечено самоустанавливание поршня в цилиндре при неточном изготовлении поршневой машины, например, при неточном изготовлении посадочных элементов для установки цилиндров, смещении цилиндра от его расчетного положения, угловом отклонении оси цилиндра в любом направлении от его расчетного положения, неточной установке выходного вала и планетарного эксцентрика.

Сферический кольцевой подпятник и муфта обеспечивают технологическую простоту изготовления сферического паза.

Муфта и ползун могут быть выполнены в виде отдельных самостоятельных деталей или функционально совмещены друг с другом и выполнены за одно целое.

Бочкообразная образующая поверхность поршня позволяет расширить диапазон допустимого изменения угла наклона штока к оси вращения планетарного эксцентрика без увеличения трения поршня о стенки цилиндра при обеспечении надежной герметичности рабочей полости машины в процессе ее длительной эксплуатации.

Пример выполнения поршневой машины представлен на чертеже, где на фиг. 1 изображена поршневая машина в разрезе, на фиг. 2 - сечение А-А, на фиг. 3 - сечение Б-Б, на фиг. 4 - сечение В-В.

Поршневая машина содержит корпус 1, цилиндры 2 с фланцами 3, поршни 4, соединенные штоками 5 с планетарным эксцентриком 6, и выходной эксцентриковый вал 7. Планетарный эксцентрик 6 выполнен разборным из двух частей, скрепленных между собой болтами 8. На планетарном эксцентрике 6 подвижно установлены вертикальный ползун 9, контактирующий с вертикальными направляющими 10, горизонтальный ползун 11, контактирующий с горизонтальными направляющими 12, кольцевой подпятник 13 и сборная муфта 14. Между подпятником 13 и муфтой 14 расположен сферический паз 15, в который вставлена сферическая пята 16, закрепленная на штоке 5. Образующая поверхность 17 поршня 4 выполнена бочкообразной.

Работает поршневая машина следующим образом.

При неточном изготовлении деталей поршневой машины или неточной ее сборке цилиндры 2 могут сместиться от своих расчетных положений на величину S или отклониться на угол α , как это изображено на фиг. 1. Смещения и отклонения цилиндров 2 возникают, например, в случае неточного выполнения посадочных элементов для установки цилиндров 2, неправильной ориентировки фланца 3 по отношению к оси цилиндра 2, неточного изготовления других деталей поршневой машины, неправильной ее сборки, изменения размеров деталей в результате ремонтных операций, некачественной эксплуатации и т.п. При смещении цилиндра 2 на величину S или отклонении на угол α в любом направлении шток 5 поворачивается относительно подпятника 13 и занимает положение, соответствующее фактическому положению, занятому цилиндром 2. Сферическая пята 16 свободно перемещается в сферическом пазу 15, занимая свое рабочее положение с сохранением поверхностного контакта между пятой 16 и подпятником 13, а также между пятой 16 и муфтой 14. С изменением угла между штоком 5 и осью цилиндра 2 соответственно поворачивается и поршень 4. Бочкообразная поверхность 17 поршня 4 предотвращает увеличение трения поршня 4 о внутреннюю поверхность цилиндра 2 при его значительном смещении или отклонении, сохраняя полную герметичность рабочей полости машины.

Поршневая машина обладает высокой работоспособностью и высоким КПД в случае низкой точности ее изготовления, ремонта или некачественной эксплуатации. Ее можно изготавливать на простом технологическом оборудовании с низкими требованиями к точности сборки.

Формула изобретения

1. Поршневая машина, содержащая корпус, цилиндр, поршень со штоком, ползун, установленный в направляющих, планетарный эксцентрик и выходной эксцентриковый вал, отличающаяся тем, что имеет сферическую пяту, сферический подпятник, муфту и сферический паз, причем сферический подпятник и муфта подвижно установлены на планетарном эксцентрике, сферический паз размещен между сферическим подпятником и муфтой, сферическая пята закреплена на штоке и вставлена в сферический паз, а шток установлен с возможностью свободного изменения угла наклона относительно оси вращения планетарного эксцентрика.

2. Поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что образующая поверхность поршня выполнена бочкообразной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4