Поршнева машина з безшатунним механізмом

Реферат: Винахід належить до поршневих машин з безшатунним механізмом перетворення зворотнопоступального руху поршнів в обертальний рух робочого вала. Машина має корпус з циліндрами, поршні яких попарно жорстко зв'язані між собою штоками. Штоки з'єднані через підшипники з шийками розміщеного в корпусі планетарно обертового колінчастого вала. Останній має два шарнірно зчленованих подвійних кривошипи, встановлені в ексцентричні отвори втулок із зубчастими вінцями. Вал відведення потужності з пристроєм синхронізації його руху виконаний з двох частин, кожна з яких має шестерні, що входять у зачеплення між собою й з вінцями втулок. Винахід сприяє спрощенню складання і балансуванню рухомих деталей машини. UA 98194 C2 (12) UA 98194 C2 UA 98194 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до поршневих машин, зокрема до машин з безшатунним механізмом перетворення зворотно-поступального руху поршнів в обертальний рух робочого вала і може бути використаний як в двигунах, наприклад, внутрішнього і зовнішнього згоряння, парових, гідравлічних й інших, так і насосах різного типу. Відомий двигун внутрішнього згоряння з безшатунним механізмом перетворення зворотнопоступального руху поршнів в обертальний рух робочого вала, відомий як «двигун Баландіна» [Баландин С.С. Бесштунные двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1968. - С. 41-42]. Цей двигун містить корпус з циліндрами, поршні яких попарно жорстко зв'язані між собою штоками, зчленованими через підшипники із середніми шийками колінчастого вала, що має планетарне обертання крайніх шийок. Поршневі системи і з'єднуючі їх штоки переміщаються вздовж осі протилежних циліндрів. Удосконалений варіант відомого двигуна описаний в а. с. СРСР за № 118471 [МПК F01B 9/02, опубл. 10.12.1973, бюл. № 47], який вибраний як прототип. Відома машина містить корпус з циліндрами, поршні яких попарно жорстко зв'язані між собою штоками, зчленованими через підшипники із шийками планетарно обертового колінчастого вала, що знаходиться в корпусі, вал відведення потужності з пристроєм синхронізації його руху, встановлені в корпусі. При цьому вал відведення потужності виконаний з двох частин із кривошипами, що несуть підшипники для закріплення в них крайніх шийок колінчастого вала, а пристрій синхронізації руху сполучний валом із зубчастим зачепленням вінців кривошипів. Механізм вказаної машини можна застосовувати не тільки для двигунів внутрішнього згоряння, але й для приводних компресорів, насосів, поршневих генераторів газу і інших поршневих машин. Вадами відомої машини є: складність складання її механізму при установці штоків з повзунами на колінчастий вал, що вимагає високої точності; складність балансування деталей, що рухаються, через їхнє загальне обертання в одну сторону; відносно велика вага і габарити. Задачею винаходу, що заявляється, є удосконалення поршневої машини з безшатунним механізмом шляхом зміни конструкції колінчастого вала і вала відведення потужності для забезпечення спрощення складання і балансування деталей, що рухаються, при одночасному зменшенні її ваги і габаритів і збільшенні питомої потужності, що знімається з вала відведення потужності. Поставлена задача вирішується тим, що в поршневій машині з безшатунним механізмом, що містить корпус з циліндрами, поршні яких попарно жорстко зв'язані між собою штоками, зчленованими через підшипники із шийками планетарно обертового колінчастого вала, що знаходиться в корпусі, вал відведення потужності з пристроєм синхронізації його руху, встановлені в корпусі, відповідно до винаходу, колінчастий вал виконаний із двох шарнірно зчленованих подвійних кривошипів, розміщених в ексцентрично розташованих отворах втулок, що мають вінці, вал відведення потужності з пристроєм синхронізації руху втулок виконаний із двох частин, кожна з яких має шестерні, що входять у зачеплення між собою й вінцями втулок. При цьому машина може містити два циліндри, поршні яких жорстко зв'язані між собою штоками, встановлені між втулками колінчастого вала, або чотири циліндри, поршні яких жорстко зв'язані між собою штоками, встановлені по краях втулок колінчастого вала, або два циліндри, поршні яких жорстко зв'язані між собою штоками, встановлені між втулками, і чотири циліндри, поршні яких жорстко зв'язані між собою штоками, встановлені по краях втулок колінчастого вала. Ексцентриситет колінчастого вала і отворів під нього у втулках складає 1/4 ходу поршнів. Подвійні кривошипи колінчастого вала і втулки мають протилежний напрям обертання, при цьому кривошип колінчастого вала і відповідна йому втулка також мають протилежний напрям обертання. Суть винаходу, що заявляється, пояснюється кресленнями: на фіг. 1 представлений ізометричний схематичний вигляд поршневої машини з двома циліндрами; на фіг. 2 ізометричний схематичний вигляд поршневої машини з чотирма циліндрами; на фіг. 3 ізометричний схематичний вигляд спереду поршневої машини з шістьма циліндрами; на фіг. 4 ізометричний схематичний вигляд позаду поршневої машини з шістьма циліндрами; на фіг. 5 ізометричний вид колінчастого вала з подвійних кривошипів: а - роздільно, б - в зібраному вигляді. Поршнева машина з безшатунним механізмом, що заявляється, містить корпус 1, що складається з двох симетричних частин, із циліндрами 2, поршні 3 яких попарно жорстко зв'язані між собою штоками 4, зчленованими через підшипники 5 з бічними 6 і центральною 7 шийками планетарно обертового колінчастого вала (фіг. 5), що знаходиться в корпусі 1 і 1 UA 98194 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 виконаного з двох шарнірно зчленованих центральною шийкою 7 подвійних кривошипів 8, 9, розміщених в ексцентрично розташованих отворах 10 втулок 11, що мають вінці 12, вал відведення потужності 13 з пристроєм синхронізації його руху виконаний з двох частин, кожна з яких має шестерні 14, що входять у зачеплення між собою й вінцями 12 втулок 11. Складання поршневої машини (на прикладі машини з двома циліндрами) здійснюють таким чином: в одну з частин корпусу 1 встановлюють втулку 11 і в неї кривошип 8 з центральною шийкою 7, з якою сполучають підшипник 5 штока поршнів 3 циліндрів 2, при цьому повзун штока (на кресленні не показаний) сполучають з напрямними (на кресленні не показаний). Одну з частин вала відведення потужності 13 встановлюють в цю частину корпусу 1, сполучаючи її шестірню 14 з вінцем 12 втулки 11. У другу частину корпусу 1 встановлюють втулку 11 і в неї кривошип 9 з отвором 15 під центральну шийку 7 і другу частину вала відведення потужності 13 встановлюють в цю частину корпусу 1, сполучаючи її шестірню 14 з вінцем 12 втулки 11. При з'єднанні обох зібраних частин корпусу 1 втулки 11 орієнтують отворами 10 зі зсувом на 180°, а шийку 7 і отвір 15 розташовують в центрі корпусу 1. Таким чином, виконання колінчастого вала з двох шарнірно зчленованих подвійних кривошипів дозволяє спростити його складання. Розміщення подвійних кривошипів в ексцентрично розташованих отворах втулок і їх попарно протилежне обертання полегшує балансування деталей, що рухаються, поршневої машини. Розміри й вага деталей, що рухаються, істотно знижені, внаслідок чого зменшується потужність, що витрачає на їхній рух, і збільшується питома потужність, що знімається з вала відведення потужності. Незалежно від кількості циліндрів поршнева машина, що заявляється, працює таким чином. В процесі виконання робочого циклу поршні 3 зворотно-поступально переміщаються у відповідному циліндрі 2. Разом з поршнями 3 переміщаються поршневі штоки 4 з повзунами в напрямних (на кресленні не показано), закріплених в корпусі 1, котрі і прибирають виникаючі бічні навантаження. Поршневий шток 4, знаходячись в шарнірному з'єднанні з центральною шийкою 7 колінчастого вала, приводить його в планетарне обертання у втулках 11 і навколо власної осі. Синхронізацію протилежного обертання втулок 11 здійснюють шестерні 14 вала відведення потужності 13, що входять у зачеплення між собою й вінцями 12 втулок 11. Потужність поршневої машини знімають з будь-якої частини вала відведення потужності 13. При роботі поршневої машини в режимі двигуна відбувається перетворення енергії робочого тіла, що подається в циліндри 2, в механічну енергію. При роботі поршневої машини в режимі насоса при примусовому обертанні вала відведення потужності 13 відбувається нагнітання або стиснення плинних середовищ поршнями. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Поршнева машина з безшатунним механізмом, що містить корпус з циліндрами, поршні яких попарно жорстко зв'язані між собою штоками, зчленованими через підшипники із шийками планетарно обертового колінчастого вала, що знаходиться в корпусі, вал відведення потужності з пристроєм синхронізації його руху, встановлені в корпусі, яка відрізняється тим, що колінчастий вал виконаний із двох шарнірно зчленованих подвійних кривошипів, розміщених в ексцентрично розташованих отворах втулок, що мають зубчасті вінці, вал відведення потужності з пристроєм синхронізації руху втулок виконаний із двох частин, кожна з яких має шестерні, що входять у зачеплення між собою й з вінцями втулок. 2. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що вона містить два циліндри, поршні яких жорстко зв'язані між собою штоками, встановленими між втулками колінчастого вала. 3. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що вона містить чотири циліндри, поршні яких жорстко зв'язані між собою штоками, встановленими по краях втулок колінчастого вала 4. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що вона містить два циліндри, поршні яких жорстко зв'язані між собою штоками, встановленими між втулками, і чотири циліндри, поршні яких жорстко зв'язані між собою штоками, встановленими по краях втулок колінчастого вала. 5. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що ексцентриситет колінчастого вала і отворів під нього у втулках складає 1/4 ходу поршнів. 6. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що подвійні кривошипи колінчастого вала мають протилежний напрямок обертання. 7. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що втулки мають протилежний напрямок обертання. 8. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що кривошип колінчастого вала і відповідна йому втулка мають протилежний напрямок обертання. 2 UA 98194 C2 3 UA 98194 C2 4 UA 98194 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5