Поршневая машина преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот
Машина предназначена для использования в энергетике. Машина содержит по меньшей мере два бесшатунных механизма, каждый из которых имеет цилиндр с поршнем и штоком, жестко связанным с коромыслом. Плечи каждого коромысла расположены под углом к оси штока и имеют два симметричных относительно оси криволинейных направляющих паза, в которых расположены шейки кривошипов трех коленчатых валов, на коренных шейках которых установлены шестерни с образованием синхронизирующих зубчатых пар. На коренных шейках и шейках кривошипов каждого коленчатого вала выполнены кольцеобразные выступы овальной формы, причем выступы коренных шеек размещены во втулках, а на выступах шеек кривошипов установлены подшипники. Сопрягающиеся поверхности выступов коренных шеек и втулок, выступов шеек кривошипов и подшипников, а также поверхности подшипников и направляющих криволинейных пазов коромысел выполнены конгруэнтными; продольные оси коленчатых валов зафиксированы стойками картера, а шейки кривошипов коленчатых валов установлены соосно штокам, которые вместе с поршнями установлены в цилиндрах параллельно. Изобретение обеспечивает улучшение центровки и уменьшение трения. 2 ил.
Настоящее изобретение относится к машиностроению, касается усовершенствования кинематических цепей поршневых машин и может найти применение в различных отраслях промышленности.
Известна поршневая машина (патент РФ 2105883, МПК6: F 01 В 9/02, опубл. 27.02.98, Б. И. №6), содержащая по меньшей мере два цилиндра с размещенными в них поршнями со штоками, жестко закрепленными на коромыслах, в криволинейные направляющие пазы которых попарно помещены шейки кривошипов двух из трех установленных в картере коленчатых валов. На валах установлены шестерни, образующие синхронизирующие зубчатые пары. Плечи каждого коромысла расположены наклонно к оси штока. Цилиндры, а следовательно, и коленчатые валы могут быть установлены под углом и по прямой линии, с параллельным расположением цилиндров.
В известной поршневой машине возможно продольное смещение коленчатых валов в картере, которое приводит к смещению осей штоков и цилиндров. Кроме того, в процессе перемещения шейки кривошипа по пазу коромысла в результате радиального вращения шейки возникает значительное трение, что приводит к физическому износу деталей.
В основу настоящего изобретения положена задача разработать поршневую машину для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, обеспечивающую абсолютную центровку коленчатых валов в картере, и, следовательно, штоков с поршнями в цилиндрах и исключение трения в парах: поршень - стенка цилиндра.
Поставленная задача решается тем, что в поршневой машине преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот по меньшей мере с двумя бесшатунными механизмами, каждый из которых содержит цилиндр, в котором размещен поршень со штоком, жестко связанным с коромыслом, плечи которого расположены под углом к оси штока и имеют два симметричных относительно оси штока криволинейных направляющих паза, при этом в указанных пазах коромысел двух бесшатунных механизмов расположены шейки кривошипов трех размещенных в картере коленчатых валов, на коренных шейках которых установлены шестерни с образованием синхронизирующих зубчатых пар, согласно изобретению на коренных шейках и шейках кривошипов каждого коленчатого вала выполнены кольцеобразные выступы овальной формы, причем выступы коренных шеек размещены во втулках, а на выступах шеек кривошипов установлены подшипники, причем сопрягающиеся поверхности выступов коренных шеек и втулок, выступов шеек кривошипов и подшипников, а также сопрягающиеся поверхности подшипников и криволинейных направляющих пазов коромысел выполнены конгруэнтными, кроме того, продольные оси коленчатых валов, объединенных попарно шестернями синхронизирующих зубчатых пар, зафиксированы стойками картера, а шейки кривошипов коленчатых валов установлены соосно штокам, которые вместе с поршнями установлены в цилиндрах параллельно.
Выполнение выступов на коренных шейках и шейках кривошипов коленчатых валов обеспечивает жесткую центровку штоков, а следовательно, поршней и исключает касание поршней стенок цилиндров, что приводит к повышению КПД и ресурса поршневой машины.
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 изображает поршневую машину с двумя бесшатунными механизмами и с цельными коленчатыми валами;
фиг.2 - то же, сечение по центральному коленчатому валу.
Поршневая машина преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот согласно изобретению содержит по меньшей мере два бесшатунных механизма. Количество бесшатунных механизмов определяется числом цилиндров на заданную мощность. На фиг.1 в качестве примера представлена поршневая машина, содержащая два бесшатунных механизма 11 и 12, каждый из которых содержит соответственно цилиндр 21 и 22, в котором размещен поршень 31 и 32 со штоком 41 и 42, жестко связанным с коромыслом 51 и 52.
Плечи 6'1 и 6"1 коромысла 51 и плечи 6'2 и 6"2 коромысла 52 расположены под углом к оси соответствующего штока 41 и 42, при этом каждое из коромысел 51 и 52 имеет два симметричных относительно оси штока 41 и 42 криволинейных направляющих паза 7'1, 7"1 и 7'2, 7"2 соответственно.
В пазах 7'1, 7"2 коромысел 51 и 52 двух бесшатунных механизмов 11 и 12 расположены шейки 8 и 9 кривошипов коленчатых валов 10 и 11 соответственно, а в пазах 7"1, 7'2- шейки 12 и 13 центрального коленчатого вала 14. Коленчатые валы 10, 11 и 14 установлены в картере 15.
На коренных шейках 16 коленчатых валов 10, 11 и 14 установлены шестерни 17 с образованием синхронизирующих зубчатых пар. Кроме того, на коренных шейках 16 каждого коленчатого вала 10, 11 и 14 выполнены кольцеобразные выступы 18 (фиг.2) овальной формы, которые помещены во втулках 19, причем сопрягающиеся поверхности выступов 18 и втулок 19 выполнены конгруэнтными. На центральных частях шеек 8, 9, 12 и 13 кривошипов коленчатых валов 10, 11 и 14 также выполнены кольцеобразные выступы 20 овальной формы, на которые установлены подшипники 21, причем сопрягающиеся поверхности выступов 20, подшипников 21 и пазов 7'1, 7"2, 7"1, 7'2 коромысел 51 и 52 выполнены конгруэнтными. Продольные оси коленчатых валов 10, 11 и 14, объединенных попарно шестернями 17 синхронизирующих зубчатых пар, зафиксированы стойками 22 картера 15, а шейки 8, 9, 12 и 13 кривошипов установлены соосно штокам 41 и 42, которые вместе с поршнями 31 и 32 установлены в цилиндрах 11 и 12 параллельно. Штоки 41 и 42 снабжены сальниками 23.
Предлагаемая поршневая машина работает следующим образом.
При движении штока 11 вниз коромысло 51 передает усилие шейкам 8, 12 и 13 кривошипов коленчатых валов 10 и 14, что приводит к смещению указанных шеек по радиусу вращения, в результате этого коленчатые валы 10 и 14 начинают вращаться. Центральный коленчатый вал 14 через шейку 13 кривошипа передает усилие коромыслу 52, что задает движение вверх коромысла 52 и штока 42 и, следовательно, вращение шейки 9 кривошипа коленчатого вала 11. (В поршневом двигателе коромысло 51 осуществляет начало рабочего хода, а коромысло 52- компрессионного хода).
Формула изобретения
Поршневая машина преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот по меньшей мере с двумя бесшатунными механизмами, каждый из которых содержит цилиндр, в котором размещен поршень со штоком, жестко связанным с коромыслом, плечи которого расположены под углом к оси штока и имеют два симметричных относительно оси криволинейных направляющих паза, при этом в указанных пазах коромысел двух бесшатунных механизмов расположены шейки кривошипов трех, размещенных в картере коленчатых валов, на коренных шейках которых установлены шестерни с образованием синхронизирующих зубчатых пар, отличающаяся тем, что на коренных шейках и шейках кривошипов каждого коленчатого вала выполнены кольцеобразные выступы овальной формы, причем выступы коренных шеек размещены в втулках, а на выступах шеек кривошипов установлены подшипники, причем сопрягающиеся поверхности выступов коренных шеек и втулок, выступов шеек кривошипов и подшипников, а также поверхности подшипников и направляющих криволинейных пазов коромысел выполнены конгруэнтными, кроме того, продольные оси коленчатых валов, объединенных попарно шестернями синхронизирующих зубчатых пар, зафиксированы стойками картера, а шейки кривошипов коленчатых валов установлены соосно штокам, которые вместе с поршнями установлены в цилиндрах параллельно.
