Бесшатунный планетарно-кривошипный преобразователь вращения с укороченным штоком (вариант 4-й)
Изобретение относится к бесшатунным механизмам преобразования вращения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Механизм преобразования вращения содержит два кривошипных вала, два штока, соединенные концевыми головками с поршнями, а средними головками с кривошипной осью среднего кривошипного вала, и планетарный механизм прямого хода. Планетарный механизм содержит неподвижную коронную шестерню с внутренним венцом, подвижное водило с цапфой и малое подвижное колесо-сателлит. Механизм кинематически связан со штоками, которые укорочены на величину опускания цилиндров в блок-картер. Цилиндры опущены на глубину до 80-90% ближе к оси второго кривошипного вала. По бокам цилиндров выполнены окна для прохода кривошипной оси среднего кривошипного вала при движении от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки. Решение направлено на улучшение массогабаритных характеристик механизма. 2 ил.
Изобретение относится к бесшатунным механизмам преобразования вращения в поршневых двигателях внутреннего сгорания и может быть использовано моторостроительной промышленностью в стоительстве двигателей с бесшатунным механизмом всех разновидностей и типов и является усовершенствованием конструкции бесшатунных механизмов преобразования вращения.
Известен наиболее близким техническим решением к изобретению двигатель с бесшатунным механизмом преобразования вращения, описанный в а.с. №164756 и в журнале И и Р 1991 г. №6 стр.16, под названием: "Бесшатунный механизм преобразования вращения в двигателях", содержащий два кривошипных вала, расположенных под цилиндрами, два штока, соединенные концевыми головками с поршнями, а средними головками - с кривошипами среднего кривошипного вала, и гипоциклический механизм.
Недостатком в конструкции двигателя являются большие габаритные размеры цилиндров по высоте, установленных на двигателе, из-за больших размеров штоков бесшатунного механизма.
Целью изобретения является создание двигателя с бесшатунным механизмом преобразования вращения с наименьшими габаритными размерами цилиндров по высоте, устанавливаемых на двигателе.
Эта цель достигается тем, что в известном, более близким техническим решением к изобретению двигателе с бесшатунным механизмом преобразования вращения, содержащем два кривошипных вала, два штока, соединенные концевыми головками с поршнями, а средней головкой - о кривошипами среднего кривошипного вала, и гипоциклический механизм, согласно изобретению на двигателе применен планетарно-кривошипный механизм преобразования вращения с укороченным штоком, позволяющий устанавливать на двигателе цилиндры меньших размеров по высоте за счет удлинения гильз цилиндров снизу и опускания их во внутреннюю полость картера двигателя на глубину до 80% и более, для чего в опускаемых гильзах с двух боков делаются продольные пазы - окна на всю длину опускания гильзы, которые необходимы и служат для обеспечения свободного прохода и перемещения в цилиндрах укороченного штока, соединенного средней головкой с кривошипной осью, скрепленной концами-щечками с сателлитами среднего кривошипного вала, содержащий два планетарных механизма с кривошипными валами, саттелитами и неподвижной коронной шестерней с внутренним венцом, расположенным в полости картера двигателя с двух сторон гильз цилиндров, опущенных в полость картера, штоки, укороченные по концам между головками, соединенные концевыми головками с поршнями, а средними головками - с кривошипной осью среднего кривошипного вала, образованного на двух сателлитах, установленных на цапфах водил и наглухо скрепленных концами-щечками кривошипной оси, расположенной между щечками и проходящей через продольные пазы - окна опущенных гильз цилиндров, а вместе планетарный механизм с первым кривошипным валом, вторым кривошипным валом и укороченным штоком, кинематически связанные между собой, представляют единый малогабаритный планетарный кривошипно-штоковый механизм преобразования вращения в двигателе с укороченными цилиндрами, делая двигатель малогабаритным, компактным, энергоемким, у которого величина укорачивания штоков между головками определяется величиной опускания гильз в полость картера двигателя, что соответствует стабильной работе планетарно-гипоциклического механизма.
На фиг.1 и 2 показана схема бесшатунного планетарно-кривошипного преобразователя вращения с укороченным штоком в двух проекциях.
Бесшатунный планетарно-кривошипный преобразователь вращения с укороченным штоком состоит из штока 1, соединенного концевыми головками с поршнями 2, а средними головками с кривошипной осью 4 среднего кривошипного вала, образованного двумя саттелитами 5 и щечками 6, которые скреплены между собой наглухо и представляют одно целое звено среднего кривошипного вала 4-5-6, который сателлитами 6 шарнирно крепится на цапфах 7 водил 8. На каждом диске водила 8 установлено по одной цапфе 7, которые являются одновременно коренными шейками среднего кривошипного вала и кривошипными шейками второго коленчатого вала, образованного из водил 8, жестко закрепленных на силовых валах 10. Коронная шестерня 11 жестко закреплена в корпусе 9 двигателя и является неподвижной, которая кинематически связана с подвижной планетарной шестерней-сателлитом 5. Ведущая шестерня 12, жестко сидящая на силовом валу 10, скреплена с маховиком, а ведомая шестерня 13, сидящая жестко на соединительном валу 14, представляет собой механизм отбора мощности /MOM/ каждой кривошипной секции гипоциклического механизма и является неотъемлемой частью бесшатунного планетарно-кривошипного преобразователя вращения. Геометрические размеры радиуса средней окружности сателлита 5 среднего кривошипного вала 5-6 и радиус кривошипа второго кривошипного вала 7-8-10, образованного из двух водил 8, равны между собой и составляют 1/4 часть среднего диаметра коронной шестерни 11, или 1/4 части хода поршня от одной мертвой точки до другой. В каждой кривошипной камере двигателя детали гипоциклического механизма расположены с двух сторон, с которыми связан кривошипной осью средний кривошипный вал. За счет укорачивания штоков осуществляется опускание гильз цилиндров в блок-картер двигателя согласно номинально заданным величинам, отвечащим оптимальным значениям, и может определяться от "0" миллиметров и больше до величины наиболее выгодной - оптимальной, в результате чего величина высоты цилиндров над блок-картером уменьшается до минимума и создает двигателю наиболее малогабаритную компактную форму, удобную и надежную в эксплуатации.
Для обеспечения свободного прохода кривошипной оси среднего кривошипного вала внутри полости цилиндра при движении штока с поршнем от одной мертвой точки до другой по бокам цилиндров сделаны пазовые окна 15.
Нулевой точкой отсчета опускания гильзы цилиндра в блок-картер двигателя является линия соприкосновения края гильзы цилиндра с осью среднего кривошипного вала.
Работа бесшатунного планетарно-кривошипного преобразователя вращения с укороченным штоком осуществляется следующим образом.
При движении штока 1 с поршнем 2 в цилиндре 3 от ВМТ до НМТ или наоборот прямолинейное движение штока 1 передается на кривошипную ось 4 среднего кривошипного вала 5-6, который своими коренными шейками установлен шарнирно на цапфах 7 водил 8, а цапфы 7 представляют кривошипную ось второго кривошипного вала 8-10, следовательно, прямолинейное движение штока 1 передается последовательно на два кривошипных вала, т.е. на 4-5, на 7-8-10, образуя в них вращательное движение, в результате чего при одном полном ходе штока 1 с поршнем 2 от ВМТ и до НМТ кривошипные валы в кривошипной камере совершают поворот на 180°.
Таким образом, один ход штока 1 с поршнем 2 равен 4-м радиусам кривошипного вала или валов, так как радиусы кривошипных валов равны между собой и составляют 1/2 часть радиуса каронной шестерни 11. Но так как без применения дополнительных стабилизирующих механизмов работа двух кинематически взаимосвязанных кривошипных валов между собой является свободной, хаотической, что способствует возникновению различных перекосов, изгибов, заеданий деталей и механизмов, предусмотрена одновременно параллельно передача вращательного движения, образуемого от прямолинейного движения штока 1 на кривошипной оси 4 среднего кривошипного вала на сателлиты 5, установленные шарнирно на цапфах 7 водил 8, а затем на неподвижную каронную шестерню 11.
Таким образом параллельной передачей вращательного движения на ветвь гипоциклического механизма обеспечивается синусоидальная, синхронная, стабильная устойчивая работа кривошипных валов со штоками, образованных из сателлитов и водил, следовательно, такая взаимосвязанность кинематических ветвей бесшатунного, планетарно-кривошипного преобразователя вращения с укороченными штоками является самой совершенной, надежной и простой, жесткой и универсальной конструкцией, позволяющей применять ее в двигателях всех разновидностей и типов не только с длинными штоками, но и с укороченными штоками одноцилиндрового или двухцилиндрового типа любой мощности.
Бесшатунный механизм преобразования вращения, содержащий два кривошипных вала, два штока, соединенные концевыми головками с поршнями, а средними головками с кривошипами среднего кривошипного вала, отличающийся тем, что применен планетарный механизм прямого хода, содержащий подвижное водило с цапфой, служащей кривошипной осью второго кривошипного вала, малое подвижное колесо-сателлит с кривошипной осью, являющейся кривошипом среднего кривошипного вала, и неподвижную коронную шестерню с внутренним венцом, причем механизм кинематически взаимосвязан со штоками, которые укорачиваются на величину опускания цилиндров в блок-картер, причем цилиндры опущены на глубину до 80%-90% ближе к оси второго кривошипного вала, для чего по бокам опущенных сторон цилиндра сделаны окна для прохода кривошипной оси среднего кривошипного вала при движении от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки и наоборот.
