Восьмицилиндровый механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот



Восьмицилиндровый механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот
Восьмицилиндровый механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот
Восьмицилиндровый механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот
Восьмицилиндровый механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот

 


Владельцы патента RU 2603045:

Гаппоев Татаркан Туганович (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. Восьмицилиндровый механизм преобразования движения содержит по четыре цилиндрических колеса внешнего зацепления, круглых валов и по восемь неподвижных зубчатых колес внутреннего зацепления, водил, сателлитов, к каждому сателлиту жестко присоединен диск, восемь шатунов и восемь поршней. В возвратно-поступательных точках дисков к ним шарнирно присоединены шатуны, которые вторыми своими концами шарнирно соединены с поршнями. На продолжении водил установлены корректирующие массы. Достигается повышение производительности. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, и может быть использовано, например, в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах.

Известен зубчато-рычажный преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное, патент №2365799, РФ[1]. Он содержит стойку, вал, несущий ведущую шестерню с внешними зубьями, колесо с внешними зубьями с эксцентрично расположенной осью, кинематическую цепь, обеспечивающую постоянное межосевое расстояние шестерни и колеса, направляющее звено, а также ведомое звено, опирающееся непосредственно или через промежуточные звенья на эксцентричную ось зубчатого колеса. Направляющее звено связано с осью колеса вращательной, а со стойкой поступательной или вращательной парой. Шестерня и колесо помимо зубчатых венцов содержат опорные дорожки качения. Кинематическая цепь выполнена в виде замкнутой системы тел качения, включающей охватывающее кольцо и дополнительные тела качения, расположенные между шестерней и кольцом. Дополнительные тела качения могут быть выполнены гладкими или зубчатыми. Для уравновешивания инерционных вращающих моментов преобразователь может состоять из двух преобразователей, расположенных на одном общем ведущем валу и установленных в противофазе. Решение направлено на увеличение частоты вращения коленчатого вала при неизменных габаритах конструкции, обеспечение расположения нескольких ведомых звеньев в одной плоскости.

Недостатками данной конструкции (патент №2365799) являются:

1. громоздкость конструкции, создающая невозможность ее полного уравновешивания;

2. в формуле изобретения написано: «шестерня и колесо, помимо зубчатых венцов, содержат опорные дорожки качения, совпадающие или близкие с их начальными поверхностями». Эта фраза сама доказывает невозможность точного уравновешивания;

3. из фиг.3 видно, что массы звеньев 5 ничем не уравновешиваются;

4. из фиг.4 очевидно, что имеются неуравновешенные моменты;

5. на чертежах: Фиг.1 и Фиг.3 противоречие: условие d7/d3=2 на фиг.1 соблюдено, а на фиг.3 не соблюдено, что не допустимо.

Также известно «Уравновешенное устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, и наоборот», патент 2267674, РФ [2]. Оно содержит корпус, в котором размещено тело вращения в виде маховика, фиксированного от смещения вдоль оси вращения, на боковой поверхности ползуна выполнена замкнутая винтовая канавка, между ползуном и телом вращения размещен поводок, одна часть которого зафиксирована в маховике, а другая часть утоплена в замкнутой винтовой канавке ползуна, поворот ползуна относительно корпуса ограничен шлицевым соединением. Сущность изобретения заключается в том, что вдоль оси вращения маховика оппозитно ползуну размещен дополнительный ползун, аналогичный первому, при этом поводки основного и дополнительного ползунов зафиксированы в маховике со смещением, либо дополнительный ползун повернут таким образом, что при вращении маховика ползуны движутся в противоположные стороны. Технический результат заключается в уравновешивании сил инерции возвратно-поступательного движения ползунов.

Недостатками конструкции (по патенту №2267674, РФ) являются: 1) громоздкость; 2) ползуны 4 и 5, двигаясь против друг друга в противоположные стороны, как показано на чертеже, двигаются не по одной линии, поэтому они создают неуравновешенный момент сил инерции; 3) поводки 11 и 12 неуравновешенны; 4) при достижении ползуном 4 крайнего левого положения, а ползуном 5 крайнего правого положения происходит переход поводков 11 и 12 на реверсивные ветви винтовых канавок, т.е. на ветви, имеющие обратное направление, при этом, безусловно, возникают динамические нагрузки; 5) внутренний диаметр маховика (вала маховика) не может быть слишком большим (безразмерным), т.е. он ограничивает возможности применения данного механизма по назначению.

Наиболее близким по технической сути предлагаемому нами в данной заявке механизму преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот является «Устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот» (патент 2471099, РФ [3]). Суть этого изобретения в нижеследующем. Устройство содержит неподвижное зубчатое колесо внутреннего зацепления, водило, раму, по две штуки с соответственно равными между собой массами: сателлитов, дисков, шатунов и поршней. К сателлитам жестко присоединены диски. Числа зубьев каждого сателлита в два раза меньше числа зубьев неподвижного зубчатого колеса внутреннего зацепления. В возвратно-поступательных точках дисков к ним шарнирно присоединены шатуны, на вторых своих концах шарнирно присоединены с поршнями. Центры тяжести масс шатунов и поршней постоянно, а именно в покое и в движении в пространстве взаимно друг друга уравновешивают. На равных расстояниях от оси вращения водила на обоих концах его находятся оси вращения сателлитов и жестко присоединенных к ним дисков для взаимного уравновешивания вращательных масс.

Недостатками данной конструкции (патент 2471099, РФ [3]) являются большая длина каждого шатуна: 2R плюс расстояние, равное двум толщинам обода неподвижного зубчатого колеса, и еще раз плюс 2R неподвижного зубчатого колеса; 2) сложная конфигурация шатунов - по горизонтальной линии их следует изготовить загнутыми там, где второй раз размер 2R, чтобы расположить массы шатуна на одной линии; 3) оба шатуна в вертикальной плоскости тоже надо сделать фигурными, чтобы во время их работы не застопорились, встретившись с продолжением водила. Из отмеченных недостатков видно, что вес шатунов возрастает значительно, а также возникают сложности расположения их центров масс на одной линии.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрано устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, патент RU №2499934 С2, МПК F16H 19/02, F16H 21/16, опубл. 27.11.2013, бюл. №22. Прототип состоит, т.е. содержит по две штуки валов, поршней, цилиндрических колес внешнего зацепления, зубчатых колеса внутреннего зацепления, сателлитов, к каждому сателлиту жестко присоединена планка. В возвратно-поступательных точках планок к ним шарнирно присоединены шатуны, которые вторыми своими концами шарнирно соединены с поршнями. На продолжении водил установлены корректирующие массы. Изобретение позволяет улучшить динамические качества механизма, повысить его долговечность, надежность, производительность.

К недостаткам ближайшего аналога (прототипа) следует отнести то, что там решены проблемы уравновешивания, повышения КПД, прочности, долговечности, понижения расхода горюче-смазочных материалов и т.д. только для двухцилиндровых устройств, а не восьмицилиндрового механизма преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. Кроме того, прототип развивает мощность в 4 раза меньше, чем предлагаемый в данной заявке на изобретение механизм.

Устранение перечисленных недостатков решается в заявке на изобретение восьмицилиндрового механизма преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот.

Технической задачей изобретения является безотказная работа, полная динамическая уравновешенность восьмицилиндрового механизма преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, понижение коэффициента трения, предотвращение заклинивания, повышение мощности, прочности, долговечности, КПД, понижение расхода материалов.

Поставленная задача решается в развитии идей, заложенных в прототипе, а именно, заменой коленчатых валов простыми круглыми, полным уравновешиванием моментов сил инерции шатунов путем замены их сложного плоскопараллельного движения на возвратно-поступательное, сведением углов давления шатунов на стенки цилиндров до нулей, самоуравновешиванием поступательных масс и балансировкой вращающихся масс. Разница с прототипом в том, что ниже приводится решение всех перечисленных сложных народно-хозяйственных технических проблем не для 2-цилиндровых механизмов, а восьмицилиндровых.

Предлагаемый восьмицилиндровый механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот представлен на чертежах: фиг.1 - вид спереди, фиг.2 - разрез по А-А, фиг.3 - разрез по Б-Б. Данный механизм содержит раму 1 (фиг.1, 2, 3); по четыре одинаковых цилиндрических колес 2; 3 (фиг.2), 22; 23 (фиг.3); круглых валов: O1-O1, O2-O2, O3-O3, O4-O4 (фигуры 1, 2, 3) и по восемь неподвижных зубчатых колес внутреннего зацепления: 1′, 1′, 1′, 1′, 1′, 1′, 1′, 1′ (фигуры 1, 2, 3), последовательно жестко соединенных с валами одинаковых водил: H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8 (фиг.2, 3) и одинаковых сателлитов с жестко присоединенными к ним одинаковыми планками (или дисками с RК=RД) 4 c 4′, 7 c 7′, 12 c 12′, 13 c 13′, 18 c 18′, 19 c 19′, 26 c 26′, 27 c 27′ (фигуры 1, 2, 3), к возвратно-поступательно движущимся точкам планок B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8 шарнирно присоединены одинаковые шатуны 5, 8, 17, 20, 11, 14, 28, 25 (фигуры 1, 2, 3), к шатунам в точках C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 шарнирно присоединены одинаковые поршни 6, 9, 10, 15, 16, 21, 24, 29 (фигуры 1, 2, 3), корректирующие массы K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8, установленные на продолжениях водил H 1 ' , H 2 ' , H 3 ' , H 4 ' , H 5 ' , H 6 ' , H 7 ' , H 8 ' (фигуры 1, 2, 3).

Поступательные массы шатунов mшi и поршней mпi, попарно соединенные друг с другом, складываются в Σmi и находятся на одних и тех же прямых линиях на одинаковых расстояниях друг от друга. Приведем их по линиям.

На фигуре 2 по линиям C1C2 и C3C4:

Σm1=mш5+mп6 и Σm2=mш8+mп9, Σm1=-Σm2

Σm3=mш11+mп10 и Σm4=mш14+mп15, Σm3=-Σm4.

На фигуре 3 по линиям C5C6 и C7C8:

Σm5=mш20+mп21 и Σm6=mш17+mп16, Σm5=-Σm6

Σm7=mш25+mп24 и Σm8=mш28+mп29, Σm7=-Σm8.

На продолжениях водил H1, H2, H3, H4 (фиг.2), т.е. на H 1 ' , H 2 ' , H 3 ' , H 4 ' , установлены корректирующие массы mк1, mк2, mк3, mк4, обозначенные K1, K2, K3, K4, а на продолжениях водил H 5 ' , H 6 ' , H 7 ' , H 8 ' - K5, K6, K7, K8 - массы которых mк5, mк6, mк7, mк8 (фиг.3).

На осях всех корректирующих масс нарезана резьба. Гайками они регулируются так, чтобы их центры масс и соответствующих им суммарных масс сателлитов с планками (или дисками) находились на одной и той же линии противоположно друг другу. Дисбалансы сателлитов с планками соответственно должны быть равны дисбалансам корректирующих масс.

Запишем равенства дисбалансов по фигурам 2 и 3:

, ,

, ,

, ,

, ,

где Qci - силы тяжести сателлитов, i - их порядковые номера,

Qплi - силы тяжести планок, i - их порядковые номера,

Нi и H i ' - плечи (фиг.2 и 3).

Во избежание заклинивания механизма длины осей корректирующих масс l1 следует проектировать меньше l2 - расстояний от горизонтальных общих линий H i H i ' до планок (или дисков) (фигуры 2 и 3), т.е. l1<l2.

Числа зубьев каждого сателлита 4, 7, 12, 13, 17, 19, 26, 27 должны быть меньше в два раза числа зубьев каждого неподвижного колеса внутреннего зацепления 1′, 1′, 1′, 1′, 1′, 1′, 1′, 1′ (фигуры 1, 2, 3), в результате на всех сателлитах имеются точки, точнее на их делительных окружностях, а также прямо напротив них на планках - B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, совершающие возвратно-поступательное движение в противофазе друг другу.

Одни концы шатунов 5, 8, 11, 14, 17, 20, 25, 28 в точках B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8 шарнирно соединены к планкам 4′, 7′ 12′, 13′, 18′, 19′, 26′, 27′, а другие концы их также - в точках C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 с поршневыми пальцами. Массы всех поршней одной величины, также массы всех шатунов тоже одной величины, аналогично между собой одной массы следует подобрать планки, сателлиты. Все массы должны двигаться в противофазе попарно между собой (для полного уравновешивания всего механизма).

На фигурах 1, 2, 3 представлен предложенный восьмицилиндровый механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, который включает в себя:

1 - раму;

1′ - восемь неподвижных одинаковых зубчатых колес внутреннего зацепления, поскольку они неподвижны, то являются как бы частью стойки, поэтому они под одним номером;

2 - цилиндрическое зубчатое колесо;

3 - цилиндрическое зубчатое колесо;

4 - сателлит с планкой 4′;

5 - шатун;

6 - поршень;

7 - сателлит с планкой 7′;

8 - шатун;

9 - поршень;

10 - поршень;

11 - шатун;

12 - сателлит с планкой 12′;

13 - сателлит с планкой 13′;

14 - шатун;

15 - поршень;

16 - поршень;

17 - шатун;

18 - сателлит с планкой 18′;

19 - сателлит с планкой 19′;

20 - шатун;

21 - поршень;

22 - цилиндрическое зубчатое колесо;

23 - цилиндрическое зубчатое колесо;

24 - поршень;

25 - шатун;

26 - сателлит с планкой 26′;

27 - сателлит с планкой 27′;

28 - шатун;

29 - поршень;

K1 - корректирующая масса;

K2 - корректирующая масса;

K3 - корректирующая масса;

K4 - корректирующая масса;

K5 - корректирующая масса;

K6 - корректирующая масса;

K7 - корректирующая масса;

K8 - корректирующая масса.

Восьмицилиндровый механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот работает следующим образом. Цилиндрические колеса 2 и 3, 22 и 23 внешнего зацепления. Они имеют равные числа зубьев и друг с другом находятся в зацеплении (фигуры 1, 2, 3). Они попарно вращаются в противоположные стороны с равными угловыми скоростями:

ω2=-ω3, ,

,

ω22=-ω23, ,

.

Как видно из фигур 1, 2, 3 и из приведенных угловых скоростей, валы каждого ряда: верхнего O1O1 и O2O2 (фиг.2) и нижнего O3O3 и O4O4 (фиг.3), вращаются в противоположные стороны и приводят в противоположное вращательное движение жестко соединенные с ними водила, сателлиты и корректирующие массы.

Сателлиты с планками 4 c 4′ и 13 c 13′, а также корректирующие массы K1 и K3, установленные на продолжениях водил H 1 ' и H 3 ' , вращаются все с угловой скоростью ω2. В противоположную сторону им вращаются с ω3 сателлиты с планками 7 c 7′ и 12 c 12′, а также корректирующие массы K2 и K4, установленные на продолжениях водил H 2 ' и H 4 ' .

Сателлиты с планками 19 c 19′ и 27 c 27′, а также корректирующие массы K5 и K7, установленные на продолжениях водил H 5 ' и H 7 ' , вращаются все с угловой скоростью ω22. В противоположную им сторону вращаются с ω23 сателлиты с планками 18 c 18′ и 26 c 26′, а также корректирующие массы K6 и K8, установленные на продолжениях водил H 6 ' и H 8 ' .

Таким образом, центры тяжести корректирующих масс и соответствующих блоков сателлитов с планками, дисбалансы которых рассчитаны по вышеприведенным формулам, вращаются в противофазе друг с другом в одних и тех же плоскостях.

На сателлитах имеются поступательно двигающиеся точки и напротив их на планках вращательные кинематические пары В1 В2, В3, В4, В5, В6, В7, В8, совершающие в противофазе друг с другом возвратно-поступательные движения вместе с присоединенными к ним шатунами и поршнями. Перечислим их.

Шатун 5 с поршнем 6 по прямой линии C1C2 двигаются в противофазе шатуну 8 и поршню 9.

Шатун 11 с поршнем 10 по прямой линии C3C4 двигаются в противофазе шатуну 14 и поршню 15.

Шатун 17 с поршнем 16 по прямой линии C5C6 двигаются в противофазе шатуну 20 и поршню 21.

Шатун 25 с поршнем 24 по прямой линии C7C8 двигаются в противофазе шатуну 28 и поршню 29.

Как показали проведенные расчеты и опыты, экономическая эффективность восьмицилиндрового механизма преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот заключается в безотказности работы, долговечности в связи с тем, что угол давления шатуна на стенки цилиндра равен нулю. В результате полной уравновешенности подвижных масс значительно улучшились динамические качества механизма: полное отсутствие вредных вибраций, шума, потери мощности, повышение частоты вращения, КПД и производительности. Кроме того, за счет звеньев, имеющих постоянные значения моментов инерции, увеличился маховой момент, что привело к значительному уменьшению колебаний скорости - к уменьшению коэффициента неравномерности движения δ. Использование данного механизма повысит экологичность двигателей внутреннего сгорания, а также других механизмов и машин.

Источники информации

1. Патент №2365799 РФ.

2. Патент №2267674 РФ.

3. Патент №2471099 РФ.

Восьмицилиндровый механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, содержащий раму, по две штуки одинаковых неподвижных зубчатых колес внутреннего зацепления, валов, цилиндрических колес внешнего зацепления, жестко соединенных с соответствующими валами водил, шатунов, поршней, сателлитов, при этом к каждому сателлиту жестко присоединен диск, в возвратно-поступательных точках дисков к ним шарнирно присоединены одинаковые шатуны, которые противоположно расположены на одной и той же линии с присоединенными шарнирно к ним поршнями, взаимно уравновешивая друг друга, на продолжении обоих водил установлены корректирующие массы, дисбалансы которых соответственно равны дисбалансам масс сателлитов с дисками, точки нахождения центров тяжести корректирующих масс регулируются так, чтобы они лежали на одной и той же линии противоположно с центрами тяжести сателлитов с дисками, полностью их уравновешивая, отличающийся тем, что дополнительно содержит шесть дисков, жестко присоединенных к каждому сателлиту и шарнирно к шатунам, а также тем, что дополнительно содержит по две штуки одинаковых цилиндрических колес внешнего зацепления, круглых валов, и по шесть штук одинаковых неподвижных зубчатых колес внутреннего зацепления, шатунов, поршней, водил, жестко соединенных с соответствующими валами, и сателлитов, число зубьев каждого сателлита в два раза меньше числа зубьев каждого неподвижного зубчатого колеса внутреннего зацепления, в возвратно-поступательных точках дисков к ним шарнирно присоединены шатуны, которые расположены противоположно между собой на одних и тех же прямых линиях с присоединенными к ним шарнирно поршнями, взаимно уравновешивая друг друга, на продолжении водил установлены корректирующие массы, дисбалансы которых равны дисбалансам масс сателлитов с дисками, точки нахождения центров тяжести корректирующих масс регулируются так, чтобы они лежали на одних и тех же прямых линиях противоположно с центрами тяжести соответствующих им сателлитов с дисками, полностью их уравновешивая.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. Механизм преобразования движения содержит два цилиндрических колеса внешнего зацепления и по четыре одинаковых между собой: неподвижных зубчатых колес внутреннего зацепления; сателлитов с прикрепленными к ним планками; водил; шатунов; поршней и корректирующих масс.

Изобретение относится к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. Устройство преобразования движения содержит по два цилиндрических зубчатых колеса внешнего зацепления (2, 8), зубчатых колеса внутреннего зацепления, сателлитов, к каждому сателлиту жестко присоединена планка, два шатуна (5, 8) и два поршня (6, 9).

Изобретение относится к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для преобразования движения в системах прессов, домкратов, ДВС, компрессорах, бурильных головках и т.п.

Изобретение относится к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное или наоборот. .

Изобретение относится к электромеханическим линейным исполнительным механизмам и может быть использовано в приводах точных линейных перемещений, в подвижных системах приборов, в частности, для юстировки оптических элементов, установленных в оправах.

Изобретение относится к области машиностроения. .

Изобретение относится к области текстильного машиностроения и касается устройства для передачи движений и сил от направляющего рычага, связанного с устройством привода, по меньшей мере, на один линейно движущийся элемент, в частности, в ремизных ткацких станках, причем направляющий рычаг размещен с возможностью поворота вокруг оси, причем направляющий рычаг имеет первое и второе плечи рычага, расположенные под углом друг к другу, и причем нагружение силой устройства привода происходит на одно из плеч рычага.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам преобразования движения. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для обеспечения поступательного перемещения деталей, и может быть использовано для перемещения пружины с измерительным зондом вдоль полости трубки парогенератора.
Наверх