Поршневая машина
Изобретение относится к области поршневых машин. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение эффективности. Сущность изобретения заключается в том, что поршневая машина включает в себя дополнительный шатун, выполненный в виде равноплечего рычага, шарнирно серединой связанного с поршнем, а концами - с одноразмерными качающимися рычагами, опирающимися на оси, расположенные по обе стороны от оси цилиндра на расстоянии не более длины качающегося рычага, и разнесенными вдоль той же оси не более размера вспомогательного шатуна, причем один из качающихся рычагов взаимодействует через шатун с кривошипом. 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к преобразующему механизму, используемому преимущественно в поршневых машинах и обеспечивающему прямолинейное движение поршня без воздействия на него боковых усилий, и может быть применено в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, расширительных машинах.
Известны двигатели (см., например, журнал «Техника и вооружение» №8, 1964 г.), в котором двухсторонние поршни попарно объединены, находятся в цилиндрах и соединены качающимися рычагами с кривошипно-шатунными механизмами синхронизированными шестернями.
Качающиеся рычаги, преобразующие возвратно-поступательное движение поршней в цилиндре во вращение кривошипа, создают значительные боковые усилия на поршень вследствие нерационального их расположения.
Известен двигатель с бесшатунным механизмом (см., например, авторское свидетельство 118471, F01B 9/02, 10.12.73, Бюл. №47), в котором рабочий вал выполнен из двух частей с кривошипами, несущими подшипники для закрепления в них, на радиусе одной четверти хода поршней, крайних шеек коленчатого вала, и снабжен соединительным валом, фиксирующим с помощью шестерен положение кривошипа обеих частей рабочего вала друг относительно друга.
Необходимость синхронизации двух частей рабочего вала усложняет конструкцию, а коленчатый вал создает настолько значительные усилия в устройстве, что, чтобы воспринять их, использован крейцкопф.
Наиболее близким аналогом изобретения является поршневая машина (см., например, авторское свидетельство 323562, F02B 75/26, 10.12.71. Бюл. №1), в которой поршень соединен приближенно-прямолинейно-направляющим механизмом Чебышева с кривошипом. Шатун машины имеет три шарнирных соединения, оси которых расположены в вершинах равнобедренного треугольника, причем один шарнир соединен с поршнем, другой - с качающимся рычагом, замкнутым на картер, а третий - с шатунной шейкой кривошипа.
Сложности конструктивного оформления, неблагоприятное разложение сил в преобразующих элементах поршневой машины и недостаточная для практического использования прямолинейность перемещения поршня, являются ограничениями его воплощения.
Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении эффективности преобразования энергии возвратно-поступательного движения поршня во вращение кривошипа.
Это достигается в предложенной поршневой машине тем, что механизм преобразования во вращение кривошипа обеспечивает необходимое прямолинейное поступательное движение поршня без силового воздействия на стенки цилиндра и содержит вспомогательный шатун, выполненный в виде равноплечего рычага шарнирно связанного серединой с поршнем, а концами - с качающимися одноразмерными рычагами, установленными на расстоянии по обе стороны от оси цилиндра не более своей длины и разнесенными вдоль той же оси на величину также не более размера вспомогательного шатуна, причем один из качающихся рычагов взаимодействует с кривошипно-шатунным механизмом.
Изобретение поясняется прилагаемым схематичным чертежом поршневой машины, реализующей поставленные цели.
В предлагаемой поршневой машине в цилиндре 1 расположен поршень 2, на пальце 3 которого шарнирно установлен дополнительный шатун 4 в виде равноплечего рычага связанного концами с качающимися рычагами 5 и 6 одной длины. Вторые оси 7 и 8 качающихся рычагов 5 и 6 расположены на равном расстоянии по разные стороны от оси цилиндра 1, но не более их длины, и разнесены вдоль той же оси на величину также не более или равную размеру дополнительного шатуна 4. Кривошип 9 через шатун 10 связан шарнирно с качающимся рычагом 5.
Поршневая машина работает следующим образом.
Поршень 2, перемещаясь в цилиндре 1 на величину рабочего хода L, воздействует через палец 3 на дополнительный шатун 4 с двумя равными плечами b/2, который вовлекает в движение качающиеся относительно осей 7 и 8, расположенных на расстоянии А≈2В и смещенных на величину h≤b, рычаги 5 и 6 длиной R≥B. Качающийся рычаг 5, в свою очередь, воздействуя на закрепленный в нем на плече а шатун 10, приводит во вращение кривошип 9 с эксцентриситетом е. При этом поршень 2 на пальце 3 в диапазоне своего перемещения движется необходимо прямолинейно, не воздействуя на стенки цилиндра 1.
Предложенная поршневая машина конструктивно проста, обладает благоприятным, близким к ортогональному, направлением передачи усилий на кривошипно-шатунный механизм, легко может быть трансформирована в машину с переменной степенью сжатия, не создает силового воздействия поршня на стенки цилиндра.
Поршневая машина, содержащая, по крайней мере, неподвижный цилиндр, движущийся в нем возвратно-поступательно поршень, кривошипно-шатунный механизм, отличающаяся тем, что снабжена дополнительным шатуном, выполненным в виде равноплечего рычага, серединой шарнирно связанного с поршнем, а концами с одноразмерными качающимися рычагами, расположенными по обе стороны от оси цилиндра на расстоянии не более своей длины и разнесенными вдоль этой же оси на величину, равную или несколько меньшую размера вспомогательного шатуна, причем один из качающихся рычагов шарнирно связан с кривошипно-шатунным механизмом.
