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 нее криволинейных направляющих паза, в которых расположены шейки кривошипов трех коленчатых валов, на коренных шейках которых установлены шестерни с образованием синхронизирующих зубчатых пар. Каждый коленчатый вал выполнен сборным и состоит из коренных шеек и шеек кривошипов; на каждой коренной шейке выполнен кольцеобразный выступ овальной формы, заключенный во втулку, а на каждой шейке кривошипа выполнены центральный и два боковых кольцеобразных выступа овальной формы. Причем центральный выступ размещен в криволинейном направляющем пазу соответствующего коромысла, а каждый боковой выступ - во втулке замка, установленного на соответствующей коренной шейке. Сопрягающиеся поверхности всех выступов выполнены конгруэнтными, оси коленчатых валов зафиксированы стойками картера. 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.
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 каждый коленчатый вал выполнен сборным и состоит из коренных шеек и шеек кривошипов, при этом на каждой коренной шейке выполнен кольцеобразный выступ овальной формы, заключенный во втулку, а на каждой шейке кривошипа выполнены центральный и по обе стороны от него два боковых кольцеобразных выступа овальной формы, при этом центральный выступ каждой шейки кривошипа размещен в криволинейном направляющем пазу соответствующего коромысла, а каждый боковой выступ размещен во втулке замка, установленного на соответствующей коренной шейке, причем сопрягающиеся поверхности всех выступов коренных шеек и шеек кривошипов, соответствующих втулок и криволинейных направляющих пазов коромысел и втулок замков 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 со сборными 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.
Каждый коленчатый вал 10, 11 и 14 выполнен сборным. На фиг.2 показан центральный коленчатый вал 14, который состоит, например, из коренных шеек 16,17 и 18 и шеек 12 и 13 кривошипов. На каждой коренной шейке 16, 17 и 18 выполнен кольцеобразный выступ 19 овальной формы, заключенный во втулку 20. На каждой шейке 12 и 13 кривошипа выполнены центральный выступ 21 и по обе стороны от него два боковых кольцеобразных выступа 22 и 23 овальной формы. Центральный выступ 21 каждой шейки 12 и 13 кривошипа размещен в криволинейном направляющем пазу 7"1, 7'2 соответствующего коромысла 51 и 52. Боковые выступы 22 и 23 шейки 12 и 13 кривошипа размещены во втулках 24 и 25 замков 26 и 27, установленных на коренных шейках 16,17 и 18. Сопрягающиеся поверхности всех выступов 19, 21, 22, 23 коренных шеек и шеек кривошипов, втулок 20, криволинейных направляющих пазов 7'1, 7"2 7"1, 7'2 коромысел 51 и 52 и втулок 24, 25 замков 26 и 27 выполнены конгруэнтными. Аналогичным образом выполнены и коленчатые валы 10 и 11.
На одной из коренных шеек каждого коленчатого вала 10, 11 и 14 установлены шестерни 28 с образованием синхронизирующих зубчатых пар. Продольные оси коленчатых валов 10, 11 и 14, объединенных попарно шестернями 28 синхронизирующих зубчатых пар, зафиксированы стойками 29 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 30.
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 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, отличающаяся тем, что каждый коленчатый вал выполнен сборным и состоит из коренных шеек и шеек кривошипов, при этом на каждой коренной шейке выполнен кольцеобразный выступ овальной формы, заключенный во втулку, а на каждой шейке кривошипа выполнены центральный и по обе стороны от него два боковых кольцеобразных выступов овальной формы, при этом центральный выступ каждой шейки кривошипа размещен в криволинейном направляющем пазу соответствующего коромысла, а каждый боковой выступ размещен во втулке замка, установленного на соответствующей коренной шейке, причем сопрягающиеся поверхности всех выступов коренных шеек и шеек кривошипов, соответствующих втулок и криволинейных направляющих пазов коромысел и втулок замков 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.
