Механізм з обертовим поршнем

1. Механізм з обертовим поршнем, що відтинає по черзі робочі порожнини з об'ємом, що змінюється, наприклад компресор, насос або мотор, у якому поршень розміщений у циліндрі, утвореному двома бічними стінками й криволінійним корпусом, розміщений з однієї сторони з можливістю обертання навколо двох взаємно паралельних осей обертання, перпендикулярних до бічних стінок циліндра, а, з іншого боку, з можливістю переміщення у двох напрямках, перпендикулярних як по відношенню одного до іншого, так і до паралельних осей обертання, який відрізняється тим, що принаймні одне напрямне кільце (72,82) розміщене на бічній стінці (11) або в бічній стінці (11) з можливістю обертання, а якщо буде потреба - також з можливістю поздовжнього переміщення відносно робочого вала (91) у напрямку, перпендикулярно C2 2 (11) 1 3 85554 напрямку стосовно осей обертання, напрямне кільце, розміщене на бічній стінці або на бічній стінці з можливістю обертання, а якщо буде потреба також з можливістю переміщення, стосовно робочого вала в перпендикулярному напрямку стосовно його осі обертання. Відомі конфігурації механізмів, у яких поршень робить простий обертовий рух, і в яких поршень розміщений ексцентрично в круговому корпусі й обладнаний висувними ущільненнями, які заповнюють проміжки, що змінюються, між поршнем і круговим корпусом, і разом з тим відтинають робочі порожнини, що змінюються, між поршнем і корпусом циліндра. Ця конфігурація, однак, не допускає високого тиску або високої температури, так що її можна використати тільки як нагнітач (повітродувки). Крім того, відомі конфігурації механізмів, у яких поршень виконує один складений обертовий рух, тобто рух, що обкатує, так, що, головним чином, за допомогою зубчастих коліс, обкатує більшу окружність, наприклад, центральну окружність колеса із внутрішнім зубчастим зчепленням, по нерухомій меншій окружності, наприклад, центральної окружності колеса із зовнішніми зубчастими зчепленнями. Співвідношення діаметрів обох окружностей визначають кількість гребенів поршня, які описують співпадаючу криву, і кількість робочих порожнин, обмежених поршнем. У випадку якщо це співвідношення становить 2:1, поршень має два гребені, і розмежовує дві робочі порожнини. Якщо це співвідношення становить 3:2, поршень має три гребені, і розмежовує три робочі порожнини й так далі... Недоліком цієї конфігурації є те, що при кількості гребенів поршня більшій, ніж два, крива корпуса має форму дуже невигідну для порожнини (камери) згоряння й, крім того, співвідношення найбільшого до найменшого обсягу робочої порожнини принципово обмежено. Конфігурація із двома гребенями, хоча й може забезпечити більш вигідну порожнину (камеру) згоряння й більш вигідне співвідношення між найбільшими й найменшої робочими порожнинами, але також, у принципі, дає несприятливе співвідношення поверхні поршня, що перебуває під робочим тиском, до найбільшого можливого критичного діаметра вала, на якому розміщений поршень. Саме тому ця конфігурація в жодному разі не підходить для моторів, а підходить тільки для нагнітачів (повітродувок) або насосів і компресорів з невеликим робочим тиском. Крім того, відомий спосіб руху поршня із двома гребенями, при якому обидва гребені описують криву, що називається конхоїдою. В цій конструкції поршень у циліндрі розміщений на двох паралельну між собою валах з переміщенням у перпендикулярному напрямку стосовно їхні х осей обертання, причому рухи, що переміщаються, поршня стосовно окремих валів є стосовно себе взаємно перпендикулярними. Один із цих валів служить як робочий вал, а інший - як напрямний вал, причому обидва вали завжди розміщені в одній бічній стінці. Для того щоб можна було помістити обидва вали в обох бічних стінках, один з них виготовлений пустотілим, за принципом втулки, усередині якого проходить другий вал. Відповідно до інших 4 відомих конструкцій механізмів один з валів може бути замінений однієї або декількома цапфами, що виступають із бічної стінки, на яких поршень переміщається або обертається. Крім того, робочий вал, на якому розміщений поршень із можливістю переміщення, в іншій конструкції може бути замінений валом із цапфою кривошипа, на якій поршень розміщений з можливістю обертання, причому напрямний вал, як це було зазначено, замінений цапфами. Ці конхоїдні конструкції також мають загальний недолік, головним чином недостатню несучу здатність (потужність) робочого вала, а неточний хід поршня робить його чутливим до зношування. Тому ці конструкції, незважаючина те, що вони відомі з початку XX століття, не домоглися успіху, а залишилися тільки в стадії розробок. Мінуси існуючої в цей час те хніки усуваються механізмом з обертовим поршнем, розміщеним у циліндрі, причому цей механізм відрізняється тим, що з поршнем, розміщеним на робочому валу або з можливістю переміщення в перпендикулярному напрямку стосовно осі робочого вала, або з можливістю обертового руху за допомогою опорного ексцентрика, пов'язаного з робочим валом, з можливістю свого переміщення зв'язано не менш ніж одне напрямне кільце, розміщене на бічній стінці або в бічній стінці з можливістю обертання, а якщо буде потреба також і з можливістю поздовжнього переміщення стосовно робочого вала в перпендикулярному напрямку до осі свого обертання. Наступною відмінністю винаходу є те, що напрямне кільце на своїй торцевій стороні, відверненої від поршня з можливістю поздовжнього переміщення в перпендикулярному напрямку до його рухомого з'єднання з поршнем, сполучене з допоміжним повзуном, укладеним з можливістю обертання на напрямному ексцентрику, що насаджений на робочому валу паралельно з опорним ексцентриком, і стосовно нього поверненим на 180 градусів. При розташуванні двох або більше циліндрів поруч один з одним допоміжний повзун утворюється поршнем сусіднього циліндра, причому напрямки руху рухомих з'єднань напрямного кільця з окремими поршнями стосовно себе є взаємно перпендикулярними. Відповідно до останнього показника винахід відрізняється тим, що порожнини між ковзними деталями, наприклад, цапфами або виступами, а якщо буде потреба й допоміжного повзуна з одного боку, і між напрямними деталями, наприклад, втулками або пазами, з іншого боку, закриті й обладнані отворами для входу й ви ходу мастила. Винахід більш докладно зображений на кресленнях, що додаються, де на Фіг.1 схематично, а на Фіг.2 у розрізі зображений принцип конхоїдної конструкції; на Фіг.3 зображений інший варіант виконання, згідно з винаходом, де поршень направляється напрямними кільцями й розміщений на опорному ексцентрику, сполучену з робочим валом; на Фіг.4 й 5 - схематично, а на Фіг.6-у розрізі зображений наступний варіант виконання винаходу. На Фіг.1 у криволінійному корпусі 1 циліндра розташований поршень 2, обладнаний взаємно 5 85554 перпендикулярними пазами 3, 4, що створюють собою ковзні деталі поршня 2. За допомогою цих пазів 3,4 поршень 2 розміщений на двох напрямних деталях 5,6, завжди міцно сполучених з одним з валів 71, 81, чиї осі 7, 8 взаємно паралельні. Згідно з Фіг.2 корпус 1 циліндра по обидва боки закритий бічними стінками 11, у яких перебувають вали 71, 81, розміщені з можливістю обертання. Розташування ковзних деталей 3, 4 і напрямних деталей 5,6 на протилежних сторонах поршня й на валах 71, 81 зображене на Фіг.4 і Фіг.5. При обертанні одного з валів 71, 81 разом з ним повертається й міцно з'єднана з ним напрямна деталь 5, 6, яка після цього обертає поршень за допомогою відповідної ковзної деталі 3, 4, наприклад, паза. Після цього поршень за допомогою своєї другої ковзної деталі 4, 3, другої напрямної деталі 6, 5 і другого вала 81,71 обертається й навколо другої осі 8, 7. Якщо гребені однаково віддалені від центра поршня 2, то вони обоє описують співпадаючу криву корпуса 1, яка після цього разом з лініями з'єднання обох гребенів утворює дві, відділені одна від одної порожнини. Паралельний обертовий рух поршня 2 навколо двох паралельних осей 7, 8 приводить до того, що при русі уздовж корпуса 1 одна криволінійна лінія з'єднання гребенів поршня 2 від цього корпуса 1 віддаляється, у той час як друга лінія з'єднання до цього корпуса 1 наближається. При повороті валів на 180° порожнина між однією лінією з'єднання гребенів поршня 2 і корпусом 1 збільшиться від мінімуму до максимуму, у той час як порожнина між другою лінією з'єднання зменшується від максимуму до мінімуму. У випадку якщо корпус 1 й/або бічні стінки 11 циліндра обладнані з однієї сторони входом, а з протилежної сторони виходом для рідкого або газоподібного робочого тіла, то обертанням лише одного з валів це робоче тіло почне всмоктуватися з однієї сторони в порожнину між корпусом 1 і поршнем 2, а на протилежній стороні виштовхуватися з цієї порожнини. Механізм у цьому випадку працює як насос або компресор. Якщо на одній стороні поршня в порожнину між корпусом 11 поршнем 2 робоче тіло вводять під тиском, то його тиском на поверхню, утворену лінією з'єднання гребенів і шириною поршня 1, утворюється сила, що проходить повз одну вісь обертання 7 і створює, таким чином, момент (сили) до цієї осі. Цим моментом обертається вал 71, а також поршень 2 і другий вал 81. В одному з варіантів виконання винаходу як робочий вал використовується тільки один з валів 71, 81; він розміщується в обох бічних стінках 11, у той час як другий вал замінений напрямним кільцем 72, 82, що також розміщено з можливістю обертання в бічній-стінці 11,і яке також обладнано напрямною деталлю 51; 61, сполучене з ковзною деталлю 31, 41 у поршні 2. В іншому варіанті виконання винаходу поршень сам розміщений з можливістю обертання, наприклад, за допомогою підшипника на опорному ексцентрику 10, розташованому на робочому валу 91, розміщеному з можливістю обертання, головним чином, в обох бічних стінках 11. Робочий вал 91 проходить через напрямні кільця 72, 82, а його вісь лежить на 6 площині осей 7, 8 напрямних кілець 72, 82, а саме посередині відстані між ними. Ексцентриситет опорного ексцентрика 10 дорівнює половині відстані між осями 7, 8. При обертанні поршня 2, що направляється напрямними кільцями 72, 82, центр опорного ексцентрика 10 пересувається по однаковому шля ху із центром поршня 2. Після цього навантаження на поршень 2 повністю переноситься опорним ексцентриком 10 і робочим валом 91, так що напрямні кільця 72, 82 не навантажене тиском, що діє на поршень. У варіанті виконання винаходу згідно Фіг.3 на поршень можна передаватись високий тиск. Згідно з винаходом у варіанті виконання, зазначеним першим, можна з напрямного валу 71, виготовленим як робочий вал, помістити напрямне кільце 72, 82 у бічній стінці 11 або на бічній стінці 11, і разом з тим також з можливістю переміщення стосовно напрямного вала 71, виготовленому як робочий вал. Таке розташування з можливістю поздовжнього переміщення може бути виконане як на бічній стінці, так й у бічній стінці 11, так і разом із цією бічною стінкою 11. У цьому випадку не використається ні робочий вал 91, ні ексцентрик 10, а навантаження на поршень переносяться валом 71, посадженим по обидва боки й стійким до передбачуваних навантажень. Зміною відстані між осями обертання напрямного кільця 72, 82 і напрямного вала 71, виготовленого як робочий вал, може безупинно під час ходу механізму змінюватись як співвідношення між максимальною й мінімальною порожнинами між лінією з'єднання гребенів і криволінійним корпусом, а тим самим і кількістю робочого тіла, що всмоктується і виштовхується, так і величина моменту до осі обертання 7. При розташуванні не менш двох, у такий спосіб складених механізмів, згідно з винаходом, послідовно - один за одним, наприклад, одного як насос, а другого як мотор на газоподібному або рідкому робочому тілі, при русі напрямного кільця 72, 82 стосовно вала 81 безупинно змінюється як співвідношення кількості обертів, так і співвідношення моментів обох з'єднаних між собою механізмів. У варіанті виконання винаходу з опорним ексцентриком 10 і робочим валом 91, відповідно до приклада виконання наступної ознаки винаходу, функція обох напрямних кілець зв'язана так, що напрямне кільце 72, 82 розміщене тільки на одній стороні поршня 2, і виготовлено згідно Фіг.6 таким чином, що крім напрямної деталі 51, 61, розташованої на стороні поверненої до поршня, має на відверненій від поршня стороні ще й допоміжну напрямну деталь 52, 62, у якій розміщений з можливістю переміщення повзун 14, насаджений з можливістю обертання на допоміжний ексцентрик 15. Цей допоміжний ексцентрик 15 має такий же ексцентриситет, як опорний ексцентрик 10, і міцно розміщений на робочому валу 91, з поворотом на 180 градусів стосовно опорного ексцентрика 10. Таким чином, можна з'єднати обидва напрямні кільця в одне з обох місць їхнього розташування. Однак ясно, що по технологічних причинах більш вигідно з'єднане напрямні кільце помістити в місці напрямного кільця 82, тобто, так, щоб його напря 7 85554 мна деталь 61 була укладена в ковзній деталі 41 поршня 2 з можливістю переміщення в перпендикулярному напрямку до прямої лінії, що з'єднує обидва гребені поршня 2. Всі механізми із частинами, що пересуваються, мають ряд місць, які мають потребу в змащенні, а якщо буде потреба, і в о холодженні. Однак у механізму, згідно з винаходом, немає необхідності використати самостійний насос, тому що можна, відповідно до одного з показників винаходу, використовувати порожнини, що змінюються, між деякими частинами, що взаємно переміщуються, наприклад, між ковзними деталями 3, 4, 31, 41, а якщо буде потреба, і повзуном 14 з одного боку, і між напрямними деталями 5, 6, 51, 61, 52, 62, з іншого боку, як насоси для змащення і/або охолодження робочого тіла таким чином, що ці порожнини на боках закриваються й забезпечаться вхідними й вихідними отворами для зазначеного робочого тіла. Таким чином, не тільки зникне необхідність у використанні в інших випадках звичайних дорогих і важких насосів, але при накачуванні робочого тіла всередину механізму це робоче тіло, що змазує й/або охолоджує через місця змащення й/або охолодження можна буде 8 пропускати-з -розрідженням, так що споживанняцих робочих тіл дуже невеликим. Винайдений механізм, як і по наведених прикладах виконання, так й у наступних варіантах виконання, що випливають із патентних прав, у порівнянні з відомими поршневими механізмами більше вигідний тим, що в порівнянні з механізмами з пересувним поршнем він є меншим, легше й абсолютно балансованим; у порівнянні із зубчастими механізмами він має більшу потужність і менший шум; у порівнянні з механізмами з поршнем, що обкатується за допомогою зубчастих коліс, він забезпечує кращу передачу сил (передаточне число) і менше споживання робочого тіла, що змащує, а в порівнянні з іншими конхоїдними механізмами забезпечує кращу передачу сил і більше точне управління поршня; і, нарешті, у порівнянні з усіма перерахованими механізмами він має можливість безупинно змінювати максимальний розмір робочої порожнини. Механізм, відповідно до винаходу, не має прямої залежності діаметрів вала на поверхні поршня, що несе навантаження, що дозволяє використати його при високих тисках, наприклад, у двигунах внутрішнього згоряння, або при дуже високих тисках, наприклад у гідравлічних насосах. 9 85554 10 11 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 85554 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601