Центральнокулачковий двигун

Винахід стосується машинобудування, а саме поршневих машин і може бути використаним для перетворювання зворотно-поступального руху штоків в блоках циліндрів у обертовий рух вала або, як варіант, навпаки. Відомий центральнокулачковий двигун [п. RU №2141046, F02В75/22, 75/32], який містить корпус, вал, зв'язаний з корпусом і виконаний з можливістю обертання, кулачок, закріплений на валу з можливістю його заміни. Блоки циліндрів зв'язані з корпусом, їх штоки розташовані навколо кулачка і орієнтовані за напрямком, близьким до радіального відносно осі вала. Своїми кінцями штоки зв'язані з роликами і розташованими колінеарне до них опорними роликами, які ковзно зв'язані з розташованими вздовж їх переміщення поздовжними опорними елементами, зв'язаними з корпусом. Ролики ковзно зв'язані з робочим контуром кулачка. Робочий контур кулачка виконаний з чотирма виступами, подібними до пелюстків, які з'єднані плавними западинами. Бокові поверхні кожного з виступів кулачка виконані випуклими і симетричними. Кількість блоків циліндрів дорівнює восьми. Кожна пара блоків циліндрів розташована опозитно, причому осі штоків у кожній парі зміщені відносно їх спільної поздовжної геометричної осі у бік, протилежний робочому обертанню кулачка. Крім того, зміщення штоків відносно їх спільної геометричної осі виконано на відстані, яка дорівнює радіусу кривизни виступу робочого контуру кулачка. Співпадають з суттєвими ознаками двигуна, що заявляється корпус, вал, зв'язаний з корпусом і виконаний з можливістю обертання, кулачок, закріплений на валу з можливістю його заміни. Блоки циліндрів зв'язані з корпусом, їх штоки розташовані навколо кулачка, орієнтовані за напрямком, близьким до радіального відносно осі вала і зв'язані з роликами. Ролики ковзно зв'язані з робочим контуром кулачка, виконаним з виступами, подібними до пелюстків, які з'єднані плавними западинами, бокова поверхня кожного з виступів кулачка виконана по крайній мірі з одною випуклою стороною. При використанні відомого двигуна робоча частота штоків на одиницю обертів вала з кулачком є завищеною, що обмежує швидкість перетворення зворотно-поступального руху штоків у обертовий рух вала або навпаки. Відомий центральнокулачковий двигун [п. RU №2140551, F02В75/22, F01В9/06, F16Н21/36], вибраний як прототип, містить корпус, вал, зв'язаний з корпусом і виконаний з можливістю обертання, кулачок, закріплений на валу з можливістю його заміни. Блоки циліндрів зв'язані з корпусом, їх штоки розташовані навколо кулачка і орієнтовані за напрямком, близьким до радіального відносно осі вала. Своїми кінцями штоки зв'язані з роликами і розташованими колінеарне до них опорними роликами, які ковзно зв'язані з розташованими вздовж їх переміщення поздовжними опорними елементами, зв'язаними з корпусом. Ролики ковзно зв'язані з робочим контуром кулачка, виконаним з трьома виступами, подібними до пелюстків, які з'єднані плавними западинами. Бокові поверхні кожного з виступів кулачка виконані по крайній мірі з одною випуклою стороною. Кількість блоків циліндрів дорівнює чотирьом або восьми. Кулачок виконано у варіантах, за одним з яких робочий контур кулачка виконаний у формі рівностороннього трикутника, за іншими - у формі, близькій до трикутника. Співпадають з суттєвими ознаками двигуна, що заявляється, корпус, вал, зв'язаний з корпусом і виконаний з можливістю обертання, кулачок, закріплений на валу з можливістю його заміни. Блоки циліндрів зв'язані з корпусом, їх штоки розташовані навколо кулачка, орієнтовані за напрямком, близьким до радіального відносно осі вала. Штоки зв'язані з роликами, які ковзно зв'язані з робочим контуром кулачка, виконаним з виступами, подібними до пелюстків, які з'єднані плавними западинами, бокова поверхня кожного з виступів кулачка виконана по крайній мірі з одною випуклою стороною. Недолік прототипа такий, як і у попереднього аналога. Поставлена задача вдосконалення центральнокулачкового двигуна, в якому шля хом зміни конструкції забезпечується зменшення робочої частоти штоків на одиницю обертів вала з кулачком і тим самим збільшується швидкість перетворення зворотно-поступального руху штоків у обертовий рух вала або навпаки. В центральнокулачковому двигуні, який містить корпус, вал, зв'язаний з корпусом і виконаний з можливістю обертання, кулачок, закріплений на валу з можливістю його заміни, блоки циліндрів, зв'язані з корпусом, штоки яких розташовані навколо кулачка, орієнтовані за напрямком, близьким до радіального відносно осі вала, і зв'язані з роликами, які ковзно зв'язані з робочим контуром кулачка, виконаним з виступами, подібними до пелюстків, які з'єднані плавними западинами, бокова поверхня кожного з виступів кулачка виконана по крайній мірі з одною випуклою стороною, згідно з винаходом робочий контур кулачка виконаний з двома виступами та западинами, які зв'язані з трьома або більше штоками з роликами, причому взаємна кутова орієнтація виступів та западин кулачка, взаємна кутова орієнтація штоків виконані з можливістю утворення відміного від нуля сумарного крутного моменту на валу за будь-якого кутового розташування кулачка відносно штоків. Крім того, штоки зв'язані жорстко з напрямними планками або стержнями, які ковзно зв'язані з опорними роликами, розташованими вздовж лінії переміщення кожної планки з двох сторін за напрямком обертання вала. Сукупність наведених ознак двигуна, що заявляється, забезпечує зменшення робочої частоти штоків на одиницю обертів вала з кулачком і тим самим збільшується швидкість перетворення зворотно-поступального руху штоків у обертовий рух вала або навпаки. На кресленні зображено схематично центральнокулачковий двигун. Центральнокулачковий двигун містить корпус 1, в середині якого розташований вал 2, зв'язаний з кулачком 3, закріпленим на валу з можливістю його заміни. Блоки циліндрів 4-8 зв'язані з корпусом 1, їх штоки 9 розташовані навколо кулачка 3, орієнтовані за напрямком, близьким до радіального відносно осі вала і зв'язані з роликами 10. Ролики 10 ковзно зв'язані з робочим контуром кулачка 3, виконаним з двома виступами 11, подібними до пелюстків, які з'єднані плавними западинами 12, причому робочий контур кулачка 3 виконаний, наприклад, у складі паза, показаного на рисунку. Бокова поверхня кожного з виступів 11 виконана від вершини з двома симетричними випуклими сторонами. Варіант виконання кулачка 3 з одною випуклою стороною від виступів 11, а другою такою, що містить прямолінійну ділянку робочої поверхні, на рисунку не показаний. Взаємна кутова орієнтація виступів 11 кулачка 3 і відповідно взаємна кутова орієнтація п'ятьох штоків 9 виконана, як варіант, осесиметрічною. Така орієнтація елеметів забезпечує можливість утворення відміного від нуля сумарного крутного моменту на валу 2 за будь-якого кутового розташування кулачка 3 відносно штоків 9, причому використання непарної кількості штоків 9 є достатнім для запобігання "мертвих зон". За варіантом з парною кількістю штоків 9 з цією метою взаємна кутова орієнтація виступів 11 кулачка 3 або взаємна кутова орієнтація штоків 9 виконана неосесиметрічною. Кожний із штоків 9 жорстко зв'язаний з напрямною планкою 13, яка ковзно зв'язана з опорними роликами 14, жорстко зв'язаними з корпусом 1 і розташованими вздовж лінії переміщення планки 14 з обох її сторін за напрямком 15 обертання вала 2. За варіантом з виконанням центральнокулачкового двигуна для перетворювання обертового руху вала 2 з кулачком 3 у зворотнопоступальний рух штоків 9 блоки циліндрів 4 виконують споживачами енергії. Центральнокулачковий двигун працює таким чином. Вибирають напрямок 15 обертання вала 2 у корпусі 1 і включають першим блок циліндрів 4, шток 9 якого має найбільший запас поступального руху до кулачка 3 за напрямком 15 і який своїм роликом 10 зрушує к улачок 3 з початкового положення, зображеного на рисунку. За визначені, наприклад однакові, інтервали часу включають блоки циліндрів 6, 8, 5 і 7, які через періодичний поступальний рух штоків 9 з рівномірним здвигом по фазі обертають кулачок 3 з валом 2, а також періодично з рівномірним здвигом по фазі здійснюють зворотний рух штоків 9 через натискання кулачком 3 на ролики 10 після проходження ними западин 12. Аналогічно здійснюють зворотний рух кулачка 3 з валом 2, змінивши при цьому послідовність включення блоків циліндрів. Для здійснення руху кулачка 3 з валом 2 лише у одному вибраному напрямку обертання встановлюють кулачок 3 з одною випуклою стороною від виступів 11, а другою такою, що містить прямолінійну ділянку робочої поверхні. При цьому штоки 9 з роликами 10 здійснюють поступальний рух до кулачка 3 випуклою стороною робочої поверхні кулачка 3, а зворотний рух - стороною з частково прямолінійною ділянкою, чим скорочують шля х зворотного руху, що може мати певні переваги при оптимізації енергетичного балансу двигуна в цілому. За варіантом з використанням центральнокулачкового двигуна з парною кількістю штоків 9, які встановлені осесиметрично, встановлюють кулачок 3 з неосесиметричними виступами 11 і виконують операції аналогіно наведеним вище. Крім того, як додатковий варіант, встановлюють кулачок 3 з осесиметричними виступами 11, а блоки циліндрів 4 з штоками 9 встановлюють неосесиметрично і виконують аналогічні операції по запуску двигуна. При цьому в усі х зазначених варіантах забезпечується відсутність "мертвих зон". Прямолінійність руху кожного із штоків 9, що важливо для якісного перетворення зворотно-поступального руху у обертальний і для запобігання інтенсивному зносу блоків циліндрів 4-8, забезпечується контактуванням напрямних планок 13 з опорними роликами 14. Перетворювання обертового руху вала 2 з кулачком 3 у зворотнопоступальний рух штоків 9 здійснюють шляхом запуску руху вала 2, який кулачком 3 періодично переміщує штоки 9. Центральнокулачковий двигун, який заявлено, може бути використаним для перетворювання зворотнопоступального руху поршнів у обертовий рух вала і зворотного перетворювання для багатьох різноманітних застосувань. При цьому як блоки циліндрів можуть бути використаними двигуни внутрішнього згорання двох, чотирьох або шеститактні, дизельні двигуни, двигуни Стірлінга, насоси, компресори тощо. Завдяки використанню кулачка з мінімальний числом симетрично розташованих виступів та западин забезпечується підвищена швидкість перетворення зворотно-поступального руху штоків у обертовий рух вала або навпаки.