Шестеренный бесшатунный механизм с многоколенчатым валом



Шестеренный бесшатунный механизм с многоколенчатым валом
Шестеренный бесшатунный механизм с многоколенчатым валом

 


Владельцы патента RU 2537073:

Холзаков Сергей Алексеевич (RU)

Изобретение относится к механизмам преобразования прямолинейного движения поршня во вращение вала. Бесшатунный механизм содержит корпус и многоколенчатый вал, каждое звено колена которого наряду с коренной шейкой, щечкой и шатунной шейкой содержит солнечную шестерню, солнечно-планетарную шестерню и планетарную шестерню-сателлит. а также эксцентриковую втулку, с возможностью вращения на шатунной шейке, и шток поршня. Солнечная шестерня жестко зафиксирована на корпусе, солнечно-планетарная шестерня жестко зафиксирована на торце эксцентриковой втулки, а планетарная шестерня-сателлит размещена на щечке с возможностью свободного вращения и одновременного вхождения в зацепление с солнечной и солнечно-планетарной шестерней. Тело коленчатого вала с планетарными шестернями-сателлитами проходит внутри солнечных шестерен и солнечно-планетарных шестерен. При этом радиусы последних равны радиусу кривошипа коленчатого вала, радиусу эксцентриситета эксцентриковой втулки и четверти диаметра солнечной шестерни. Достигается повышение жесткости конструкции устройства, увеличение его долговечности и моторесурса. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области преобразователей возвратно-поступательного движения во вращательное и может быть применено в машиностроении для изготовления многоцилиндровых поршневых двигателей и компрессоров.

Шестеренные гипоциклоидные бесшатунные преобразователи возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, содержащие планетарную и солнечную (с удвоенным диаметром планетарной) шестерни - известны более ста лет. Среди последних (принятый за прототип) - «БЕСШАТУННЫЙ ПЛАНЕТАРНО-КРИВОШИПНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРАЩЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ» RU 2441995 от 10.02.2012 г., авт. Поспелов В.Д., содержащий поршневые штоки, соединенные головками с кривошипными осями средних кривошипных валов, средний кривошипный вал, образованный двумя сателлитами, установленными на цапфах водил и скрепленными наглухо с щечками, второй кривошипный вал образованный двумя водилами с цапфами, служащими кривошипными осями среднего кривошипного вала, при этом неподвижная коронная (солнечная) шестерня с внутренним венцом гипоциклического механизма жестко крепится в корпусе и кинематически связана с сателлитами.

При достоинствах, заключенных в устранении давления поршней на боковые стенки цилиндров (что заметно, снижая износ и тех и других, повышает моторесурс) и повышении общего механического КПД устройства - эти преобразователи (включая прототип) имеют недостатки. К недостаткам, с одной стороны, следует отнести «выкрашивание зубьев» шестерен, как следствие от изменения направления момента воздействия на поршень рабочих газов (двигателя), что можно ослабить повышением количества цилиндров в единой цепи (на одном вале). С другой стороны, для повышения общей мощности (двигателя) также необходимо наращивание цилиндров по количеству. Но пространственное пересечение планетарной шестерней оси солнечной шестерни - позволяет использовать планетарные шестерни лишь на концах валов и конструировать поршневые машины с количеством в единой цепи не более 2 оппозитных цилиндров, что явно недостаточно для нейтрализации «выкрашивания зубьев». И для повышения суммарной цилиндровой мощности приходится суммировать мощности отдельных цепей (отдельных валов) с помощью дополнительного суммирующего вала, делая устройство громоздким. К недостаткам прототипа как раз и следует отнести необходимость наличия вала отбора и суммирования мощности с синхронизирующими шестернями, что заметно ослабляет и без того нежесткую конструкцию механизма, ухудшает массогабаритные характеристики.

Из уровня техники известен также «БЕСШАТУННЫЙ МОДУЛЬНЫЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С СИЛОВЫМ МЕХАНИЗМОМ ЭКСЦЕНТРИКОВОГО ТИПА» RU 2212552 от 20.09.2003, содержащий вращающийся в корпусе коленчатый вал, на шатунной шейке которого размещена пара эксцентриков с разнонаправленным эксцентриситетом, и посаженые головками на шейки эксцентриков шток-поршни. К недостаткам этого бесшатунного механизма преобразования, помимо вышеизложенных, можно отнести то, что поршни для обеспечения гипоциклоидности выполняют еще и функцию ползунов, а это роднит их с бесшатунными механизмами, известными как схемы С.С.Баландина, к сожалению, так и не получивших широкого распространения по причине заклинивания двигателей, выполненным по этим схемам, из-за быстрого износа («выкрашивания» ползунов и направляющих) и нежесткости конструкции.

Целью изобретения является расширение арсенала технических средств и создание одновального бесшатунного механизма без ползунов и синхронизирующих валов с улучшенными моторесурсными параметрами.

Изобретение направлено на реализацию возможности шестеренного гипоциклоидного планетарно-кривошипного бесшатунного преобразования возвратно-поступательного движения штока поршня во вращательное движение вала (и наоборот) в поршневой машине с многоколенчатым валом, т.е. в поршневой машине с большим рядным количеством цилиндров, в котором роль вала отбора и суммирования мощности, а также роль синхронизирующего вала с шестернями - выполняет сам коленчатый вал.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что шестеренный бесшатунный механизм с многоколенчатым валом, согласно изобретению, содержит корпус и коленчатый вал, каждое звено колена которого наряду с коренной шейкой, щечкой и шатунной шейкой, содержит также большую солнечную шестерню внутреннего зацепления, среднюю солнечно-планетарную шестерню внутреннего зацепления и малую планетарную шестерню-сателлит внешнего зацепления, а также эксцентриковую втулку, с возможностью вращения на шатунной шейке, и, шток поршня, посаженный на наружную шейку эксцентриковой втулки с возможностью вращения вокруг нее, при этом солнечная шестерня жестко зафиксирована на корпусе соосно коренной шейке, солнечно-планетарная шестерня жестко зафиксирована на торце эксцентриковой втулки соосно шатунной шейке, а планетарная шестерня-сателлит размещена на щечке с противоположной от шатунной шейки стороны, с возможностью свободного вращения вокруг оси, проходящей через тело щечки и расположенной в плоскости осей шатунной и коренной шеек параллельно им между осью шатунной шейки и зеркальным к ней отражением оси коренной шейки, и с возможностью одновременного вхождения в зацепление с солнечной и солнечно-планетарной шестерней, тело коленчатого вала с планетарной шестерней-сателлитом проходит внутри солнечной шестерни и солнечно-планетарной шестерни, радиус которой равен радиусу кривошипа коленчатого вала, радиусу эксцентриситета эксцентриковой втулки и четверти диаметра солнечной шестерни.

Использование в «классическом» шестеренном гипоциклоидном преобразователе вместо планетарной шестерни внешнего зацепления, жестко закрепленной на планетарно-вращающемся кривошипном вале - солнечно-планетарной шестерни внутреннего зацепления (жестко закрепленной на вращающейся эксцентриковой втулке) и применение дополнительной планетарной шестерни-сателлита, кинематически связывающих ее внешним зацеплением с солнечно-планетарной шестерней и с солнечной шестерней, зафиксированной на корпусе, позволяет отказаться от валов синхронизации, отбора и суммирования мощности, функции которых в поршневой машине с большим рядным количеством цилиндров выполняет сам коленчатый вал.

Позвенная кинематическая связь единого цельного коленчатого вала с корпусом машины через солнечные шестерни позволяет разгрузить коленчатый вал от переменных крутильных и изгибающих нагрузок и увеличить жесткость корпуса и коленчатого вала, распределив нагрузки по их пространственной длине.

Шестеренный бесшатунный механизм с многоколенчатым валом изображен на фиг.1 (общий вид звена колена коленчатого вала в продольном разрезе) и содержит: корпус 1, коленчатый вал 2, коренную шейку 3 коленчатого вала, шатунную шейку 4 коленчатого вала, щечку 5 коленчатого вала, большую солнечную шестерню 6 внутреннего зацепления, среднюю солнечно-планетарную шестерню 7 внутреннего зацепления, малую планетарную шестерню-сателлит 8 внешнего зацепления с возможностью вращения вокруг оси 9, эксцентриковую втулку 10, шток поршня 11 с большой головкой.

Механизм работает следующим образом. При вращении в корпусе 1 коленчатого вала 2 происходит обкатывание планетарной шестерней-сателлитом 8 солнечной шестерни 6 с передачей вращения солнечно-планетарной шестерне 7, которая в свою очередь передает вращение эксцентриковой втулке 10. При этом за счет соотношения диаметров солнечной и солнечно-планетарной шестерен, за один оборот коленчатого вала эксцентриковая втулка совершит два оборота, как и в «классическом» шестеренном гипоциклоидном бесшатунном механизме, что заставляет головку штока поршня совершать прямолинейные возвратно-поступательные перемещения «без шатания».

Выбор оптимальных соотношений размеров кривошипа и диаметров коренных и шатунных шеек коленчатого вала позволит (при технологической сборке машины) без разрезания «нанизывать» на коленчатый вал солнечные, солнечно-планетарные и планетарные шестерни, а также поршневые штоки большими головками, а затем устанавливать «собранный» коленчатый вал в корпус машины на «постели» опор коренных шеек, закрепляя их крышками 12, с последующей фиксацией к корпусу 1 солнечных шестерен 6. Единственное, что нельзя установить без разрезания - эксцентриковые втулки 10, которые могут быть выполнены как вкладыши подшипников скольжения, обычно конструируемые разрезными. При этом вместо подшипников скольжения между эксцентриковыми втулками и головками поршневых штоков могут быть установлены подшипники качения 13.

Ось планетарной шестерни-сателлита, согласно изобретению, может быть выполнена в виде цапфы, являющейся частью щечки, отлитой с коленчатым валом единым телом, либо выполнена в виде цапфы жестко зафиксированной сбоку на щечке коленчатого вала, либо выполнена в виде вала, проходящего сквозь щечку и шатунную шейку коленчатого вала.

На одной шатунной шейке коленчатого вала, согласно изобретению, могут быть размещены две, с возможностью жесткого спаривания, эксцентриковые втулки с разнонаправленными эксцентриситетами, и, соответственно - по два оппозитно-спаренных поршневых штока.

Солнечная, солнечно-планетарная и планетарная шестерни, согласно изобретению, могут быть расположены на каждой щечке по разные стороны от шатунной шейки, при этом солнечные шестерни по разные стороны от шатунной шейки могут фиксироваться на корпусе с предварительным натягом вращения в противоположных направлениях для исключения люфтов в зубчатых зацеплениях, что заметно снизит уровень фактора «выкрашивания» зубьев.

Во избежание заклинивания механизма при значительных неточностях соблюдения размеров радиуса кривошипов коленчатого вала и эксцентриситетов эксцентриковых втулок на стадии изготовления или в результате износа деталей - штоки могут быть выполнены как шатуны (с малой амплитудой «шатания»), при этом размер эксцентриситета эксцентриковой втулки может быть равен, меньше или больше размера радиуса кривошипа коленчатого вала, который в свою очередь может быть равен, меньше или больше размера радиуса солнечно-планетарной шестерни при обязательном соотношении ее передаточного числа к солнечной шестерне 2/1.

Техническим результатом изобретения является повышение жесткости конструкции устройства, увеличение его долговечности и моторесурса.

Шестеренный бесшатунный механизм с многоколенчатым валом может быть использован в двигателестроении мощных многорядных многоцилиндровых двигателей с внешним подводом теплоты (внешнего сгорания), например, стирлинговых двигателей, для надводных судов, подводных лодок, магистральных железнодорожных тепловозов, большегрузных тягачей и карьерных самосвалов.

1. Шестеренный бесшатунный механизм с многоколенчатым валом, характеризующийся тем, что содержит корпус и коленчатый вал, каждое звено колена которого наряду с коренной шейкой, щечкой и шатунной шейкой содержит также большую солнечную шестерню внутреннего зацепления, среднюю солнечно-планетарную шестерню внутреннего зацепления и малую планетарную шестерню-сателлит внешнего зацепления, а также эксцентриковую втулку с возможностью вращения на шатунной шейке, и шток поршня, посаженный на наружную шейку эксцентриковой втулки с возможностью вращения вокруг нее, при этом солнечная шестерня жестко зафиксирована на корпусе соосно коренной шейке, солнечно-планетарная шестерня жестко зафиксирована на торце эксцентриковой втулки соосно шатунной шейке, а планетарная шестерня-сателлит размещена на щечке с противоположной от шатунной шейки стороны, с возможностью свободного вращения вокруг оси, проходящей через тело щечки и расположенной в плоскости осей шатунной и коренной шеек параллельно им между осью шатунной шейки и зеркальным к ней отражением оси коренной шейки, и с возможностью одновременного вхождения в зацепление с солнечной и солнечно-планетарной шестерней, тело коленчатого вала с планетарной шестерней-сателлитом проходит внутри солнечной шестерни и солнечно-планетарной шестерни, радиус которой равен радиусу кривошипа коленчатого вала, радиусу эксцентриситета эксцентриковой втулки и четверти диаметра солнечной шестерни.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось планетарной шестерни-сателлита выполнена в виде цапфы, являющейся частью щечки, отлитой с коленчатым валом единым телом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось планетарной шестерни-сателлита выполнена в виде цапфы, жестко зафиксированной сбоку на щечке коленчатого вала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось планетарной шестерни-сателлита выполнена в виде вала, проходящего сквозь щечку и шатунную шейку коленчатого вала.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эксцентриковая втулка выполнена в виде разрезного вкладыша-подшипника скольжения.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на одной шатунной шейке коленчатого вала размещены две жестко спаренные эксцентриковые втулки с разнонаправленными эксцентриситетами, и по два оппозитных поршневых штока на каждой втулке.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что солнечная шестерня, солнечно-планетарная шестерня и планетарная шестерня-сателлит расположены на каждой щечке коленчатого вала по разные стороны от шатунной шейки.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что солнечные шестерни по разные стороны от шатунной шейки зафиксированы на корпусе с предварительным натягом вращения в противоположных направлениях.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение. Кривошипно-шатунный привод имеет раму, качающийся рычаг (1), неподвижно закрепленный на раме, кривошип (3), образующий выходную часть привода и неподвижно закрепленный на раме, и шатун (5), соединяющий кривошип (3) с качающимся рычагом (1).

Изобретение относится к шарнирно-рычажным механизмам с гидро- или пневмоустройствами и может быть использовано для вентиляции складских помещений. Кривошипно-кулисный механизм с поступательно движущейся кулисой содержит стойку, кривошип и кулису.

Изобретение относится к транспортным средствам с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Предложены два варианта силового агрегата.

Изобретение относится к области автомобилестроения, а именно к приводу ведущего моста. .

Изобретение относится к кузнечно-прессовому оборудованию и может быть использовано в механических прессах. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего или внешнего подвода энергии с прямолинейно движущимися поршнями, в частности к механизму, преобразующего прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для передачи вращающего момента от ведущего вала к ведомому валу. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к кривошипно-шатунным механизмам. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к бесшатунным силовым механизмам преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателю внутреннего сгорания, и может быть использовано в бензиновых, газовых и дизельных двигателях различного назначения.

Изобретение может быть использовано для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение. Кривошипно-шатунный привод имеет раму, качающийся рычаг (1), неподвижно закрепленный на раме, кривошип (3), образующий выходную часть привода и неподвижно закрепленный на раме, и шатун (5), соединяющий кривошип (3) с качающимся рычагом (1).

Шатун // 2532459
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Шатун (200) для соединения поршня с шатунной шейкой содержит удлиненный стержень (225) шатуна с противоположными первым и вторым аксиальными концами, малую головку (230), расположенную на первом аксиальном конце стержня (235) шатуна и выполненную с возможностью соединения с поршнем, и большую головку (210), содержащую корпусную часть (215) на втором аксиальном конце стержня шатуна и крышечную часть (205), выполненную с возможностью соединения с возможностью съема с корпусной частью (215).

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является упрощение механизма преобразования при повышении надежности работы двигателя.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит четыре полых цилиндра (2), каждый из которых снабжен поршнем (1), установленным в полости цилиндра (2) и соосно с ним, входом для поступления в полость цилиндра (2) свежего рабочего тела и выходом для удаления из полости цилиндра (2) отработанного рабочего тела.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия содержит цилиндр (1) с поршнем (2), соединенный с поршнем (2) шток (17), с двух сторон которого вдоль хода поршня (2) расположены силовые зубчатые рейки с плоскими опорными поверхностями, два зеркально расположенных кривошипно-шатунных механизма (3) и (4) с параллельными валами, которые синхронно вращаются в противоположных направлениях с одинаковой скоростью.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, насосах, а также в механизмах преобразования вращательного движения приводного вала в возвратно-поступательное движение поршней и наоборот.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания содержит четыре полых цилиндра (1), каждый из которых снабжен поршнем (2), установленным в его полости и соосно с ним, входом для поступления в полость цилиндра (1) свежего рабочего тела и выходом для удаления из полости цилиндра (1) отработанного рабочего тела.

Изобретение относится к судостроению. Моторное судно содержит корпус, каюты, грузовой трюм, силовую установку, разобщительную муфту, редуктор переднего и заднего хода, гребной винт, внутренний пост управления.

Группа изобретений может быть использована в двигателях внутреннего сгорания. Способ наддува в цилиндр двигателя внутреннего сгорания (ДВС) характеризуется тем, что во время хода сжатия горючей смеси в цилиндре ДВС в подпоршневое пространство через воздухопровод засасывают атмосферный воздух, выход которого обратно автоматически перекрывают в начале рабочего хода.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям двигателей автотранспортных средств. В стояках коленчатого вала и в больших и малых роликах вырезаются круговые отверстия, диаметром и глубиной соответствующие размерам внедряемых в них роликовых подшипников, при этом диаметр внутренних отверстий подшипников соответствует диаметрам осей и диаметру коленчатого вала, проходящих через них, а диаметры внутренних круговых отверстий роликов и оставшейся наружной части стояков больше диаметров осей и диаметра коленчатого вала.
Наверх