бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное

Формула изобретения

1. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, содержащий корпус с направляющими для ползунов, коленчатый вал, ось коренных шеек которого расположена в корпусе перпендикулярно направляющим ползунов, ползуны, имеющие для взаимодействия с коленчатым валом цилиндрические отверстия, оси которых параллельны оси коренных шеек коленчатого вала и движутся в плоскости, проходящей через эту ось, зубчатую передачу внутреннего зацепления, число зубьев шестерни которой вдвое меньше числа зубьев внутреннего венца, а начальный диаметр шестерни вдвое больше эксцентриситета шеек коленчатого вала, отличающийся тем, что эксцентричные шейки коленчатого вала выполнены в виде шестерен с внешними зубьями, а цилиндрические отверстия ползунов выполнены в виде зубчатых венцов с внутренними зубьями, которые находятся в зацеплении с шестернями коленчатого вала, а в свободном пространстве между шестерней и зубчатым венцом отверстия ползуна помещена система тел качения, обеспечивающих их постоянное прижатие.

2. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.1, отличающийся тем, что эксцентричные шейки коленчатого вала и отверстия ползунов, помимо эвольвентных прямозубых зубчатых венцов, содержат опорные дорожки качения, имеющие диаметры, близкие или равные диаметрам соответственных начальных окружностей зубчатых венцов.

3. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.2, отличающийся тем, что система тел качения содержит три промежуточных зубчатых колеса, имеющих также опорные дорожки качения: одно центральное, взаимодействующее с шестерней, и два периферийных, взаимодействующих с зубчатым венцом отверстия ползуна и центральным промежуточным телом качения.

4. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.2, отличающийся тем, что система тел качения содержит три промежуточных гладких ролика: один центральный, взаимодействующий с опорными дорожками качения шестерни, и два периферийных, взаимодействующих с опорными дорожками качения отверстия ползуна и центральным промежуточным роликом, а также поводок, шарнирно связанный с осями периферийных тел качения и фиксирующий расстояние между ними.

5. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.1, отличающийся тем, что ползуны выполнены в виде сдвоенных оппозитно расположенных поршней, связанных общим штоком, и имеют звездообразное расположение, симметричное относительно оси коленчатого вала.

6. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.1, отличающийся тем, что все ползуны расположены в одной плоскости, проходящей через ось коленчатого вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к поршневым машинам и может быть использовано для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала и наоборот двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и насосов.

Известен бесшатунный механизм (Баландин С.С.Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1968, с.14 рис.11а., А.с.118471 СССР), содержащий корпус, кривошипный вал, установленный на нем своими коренными шейками, «планетарный» коленчатый вал с плечом эксцентричных шеек, равным плечу кривошипа, ползуны, выполненные в виде двух поршней, объединенных общим штоком, который в средней своей части шарнирно связан с соответственной шатунной шейкой коленчатого вала. Причем ось шарнира ползуна движется в плоскости, проходящей через ось коренных шеек кривошипного вала. Кривошипный вал состоит из двух кривошипов, согласованное вращение которых обеспечено наличием синхронизирующего вала, связанного с каждым из кривошипов одинаковой зубчатой передачей. Недостатки данного устройства: 1) наличие кривошипного вала с одним коленом вызывает значительный по величине дисбаланс системы, компенсация которого требует массивных противовесов, утяжеляющих конструкцию; 2) наличие соединительного синхронизирующего вала с зубчатыми передачами усложняет конструкцию механизма; 3) обязательное требование спаренных поршней ограничивает компоновочные возможности устройства.

В другом варианте бесшатунного механизма (Баландин С.С.Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1968, с.14 рис.11в) «планетарный» коленчатый вал заменен «планетарным» эксцентриковым блоком. Это позволило выполнить кривошипный вал в виде единого звена и исключить синхронизирующий вал с зубчатыми передачами, но потребовало увеличения диаметров шарниров, связывающих эксцентричные шейки «планетарного» блока с ползунами. При этом данные шарниры неизбежно должны быть выполнены в виде подшипников качения.

В бесшатунном механизме (Баландин С.С.Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1968, с.14 рис.11б) кривошипный вал выполнен из двух половин, которые связаны между собой не специальным соединительным валом, а установленными на них шестернями, взаимодействующими с внутренними зубчатыми венцами, выполненными на корпусе механизма, имеющими вдвое большее число зубьев, чем эти шестерни. В отличие от предыдущего, это устройство не требует обязательного наличия сдвоенных поршней.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное поршневой машины (А.с.2107204 РФ), содержащий корпус, ползуны, выполненные в виде сдвоенных, оппозитно расположенных поршней с общим штоком, кривошипный вал, ось коренных шеек которого перпендикулярна линии движения ползунов, установленный на нем «планетарный» эксцентриковый блок, эксцентричные шейки которого посредством подшипников качения шарнирно связаны с ползунами. Причем оси шарниров ползунов движутся в плоскости, проходящей через оси коренных шеек кривошипного вала. Плечо кривошипного вала равно эксцентриситету шеек «планетарного» эксцентрикового блока. «Планетарный» эксцентриковый блок связан с корпусом зубчатой передачей, шестерня которой закреплена на блоке, а имеющее вдвое большее количество зубьев колесо с внутренними зубьями установлено в корпусе. Наличие зубчатой передачи делает необязательным выполнение поршней сдвоенными. Недостатком данного механизма является то, что наличие кривошипного вала с одним коленом вызывает значительный по величине дисбаланс системы, компенсация которого требует массивных противовесов, утяжеляющих конструкцию. Кроме того, конструкция усложнена наличием нетехнологичного «планетарного» эксцентрикового блока.

Для устранения этих недостатков в бесшатунном механизме для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, содержащем корпус с направляющими для ползунов, коленчатый вал, ось коренных шеек которого расположена в корпусе перпендикулярно направляющим ползунов, ползуны, имеющие для взаимодействия с коленчатым валом цилиндрические отверстия, оси которых параллельны оси коренных шеек коленчатого вала и движутся в плоскости, проходящей через эту ось, зубчатую передачу внутреннего зацепления, число зубьев шестерни которой вдвое меньше числа зубьев внутреннего венца, эксцентричные шейки коленчатого вала выполнены в виде шестерен с внешними зубьями, цилиндрические отверстия ползунов выполнены в виде зубчатых венцов с внутренними зубьями, которые находятся в зацеплении с шестернями коленчатого вала, в свободном пространстве между шестерней и зубчатым венцом отверстия ползуна помещена система тел качения, обеспечивающих их постоянное прижатие.

Совокупность указанных обстоятельств приводит к тому, что в организации плоскопараллельного движения ползуна не требуется второго ползуна, расположенного в перпендикулярной плоскости. Это делает возможным выполнять коленчатый вал не только в форме кривошипного вала с одним коленом, но и с любым расположением эксцентриковых шеек, в том числе с симметричным. За счет этого устраняется главный компонент неуравновешенности механизма. Кроме того, устраняется нетехнологичное звено - эксцентриковый блок и игольчатые подшипники в шарнирах, связывающих его с ползуном.

Для упрощения условий работы зубчатой передачи эксцентричные шейки коленчатого вала и отверстия ползунов, помимо эвольвентных прямозубых зубчатых венцов, содержат опорные дорожки качения, имеющие диаметры, близкие или равные диаметрам соответственных начальных окружностей зубчатых венцов.

В одном конструктивном варианте предлагаемого устройства система тел качения содержит три промежуточных зубчатых колеса, имеющих также опорные дорожки качения: одно - центральное, взаимодействующее с шестерней, и два - периферийных, взаимодействующих с зубчатым венцом отверстия ползуна и центральным промежуточным телом качения.

В другом конструктивном варианте бесшатунного механизма система тел качения содержит три промежуточных ролика: один - центральный, взаимодействующий с опорными дорожками шестерни, и два - периферийных, взаимодействующих с опорными дорожками отверстия ползуна и центральным промежуточным роликом, а также поводок, шарнирно связанный с осями периферийных тел качения и фиксирующий расстояние между ними.

Для увеличения числа поршней бесшатунного механизма ползуны выполнены в виде сдвоенных оппозитно расположенных поршней, связанных общим штоком, и имеют звездообразное расположение, симметричное относительно оси коленчатого вала.

Для использования бесшатунного механизма в двигателях с рядным расположением цилиндров все ползуны расположены в одной плоскости, проходящей через ось коленчатого вала.

На фиг.1 показан общий вид бесшатунного механизма для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное со звездообразным расположением ползунов, симметрично относительно оси коленчатого вала; на фиг.2 - его разрез по А-А; на фиг.3 показан общий вид бесшатунного механизма с расположением всех ползунов в одной плоскости, проходящей через ось коленчатого вала; на фиг.4 - его разрез по Б-Б.

Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, показанный на фиг.1 и 2, содержит корпус 1 с направляющими 2 для ползунов, коленчатый вал 3, ось 4 коренных шеек которого расположена в корпусе 1 перпендикулярно направляющим 2 ползунов, ползуны 5, имеющие для взаимодействия с коленчатым валом 3 цилиндрические отверстия 6, оси которых параллельны оси 4 коренных шеек коленчатого вала 3 и движутся в плоскости, проходящей через эту ось. Эксцентричные шейки 7 коленчатого вала 3 выполнены в виде шестерен 8 с внешними зубьями, а цилиндрические отверстия 6 ползунов 5 выполнены в виде зубчатых венцов 9 с внутренними зубьями, которые находятся в зацеплении с шестернями 8 коленчатого вала 3. Число зубьев шестерни 8 вдвое меньше числа зубьев внутреннего венца 9, а начальный диаметр шестерни 8 вдвое больше эксцентриситета шеек 7 коленчатого вала 3. В свободном пространстве между шестерней 8 и зубчатым венцом 9 отверстия 6 ползуна 5 помещена система тел качения, обеспечивающих постоянное прижатие зубьев. Эксцентричные шейки 7 коленчатого вала 3 и отверстия 6 ползунов 5, помимо эвольвентных прямозубых зубчатых венцов, содержат опорные дорожки качения К и L, имеющие диаметры, близкие или равные диаметрам соответственных начальных окружностей зубчатых венцов. При этом система тел качения содержит три промежуточных гладких ролика: один 10 - центральный, взаимодействующий с опорными дорожками шестерни 8, и два 11 - периферийных, взаимодействующих с опорными дорожками отверстия 6 ползуна 5 и центральным промежуточным роликом 10, а также поводок 12, шарнирно связанный с осями 13 периферийных тел качения с помощью гаек 14 и фиксирующий расстояние между ними. Ползуны 5 выполнены в виде сдвоенных оппозитно расположенных поршней 15, связанных общим штоком, и имеют звездообразное расположение, симметричное относительно оси 4 коленчатого вала 3.

Бесшатунный механизм работает следующим образом. При повороте коленчатого вала 3 шестерня 8, зафиксированная на его эксцентричных шейках 7, обкатывается по опорным дорожкам качения и зубчатому венцу 9 с внутренними зубьями цилиндрического отверстия 6. Система тел качения, состоящая из трех гладких роликов, расположенная между эксцентричной шейкой 7 и отверстием 6, служит для постоянного прижатия зубьев шестерни 8 и венца 9. При этом ползуны 5, выполненные в виде сдвоенных оппозитно расположенных поршней 15 и соединяющего их штока, совершают возвратно-поступательное движение.

Бесшатунный механизм, показанный на фиг.3 и 4 отличается от предыдущего тем, что система тел качения содержит три промежуточных зубчатых колеса, имеющих также опорные дорожки качения: одно 16 - центральное, взаимодействующее с шестерней 8, и два 17 - периферийных, взаимодействующих с зубчатым венцом 9 отверстия 6 ползуна 5 и центральным промежуточным телом качения 16. При этом оси отверстий 6 всех ползунов 5 расположены в одной плоскости, проходящей через ось 4 коленчатого вала 3.

Работа данного устройства осуществляется аналогично, но ползуны 5 совершают вертикальное движение в одной плоскости, проходящей через ось 4 коленчатого вала 3.

Предлагаемое устройство позволяет улучшить компоновочные условия поршневой машины, сократить размеры корпуса, максимально приблизить к валу цилиндры, благодаря чему уменьшаются поперечные габариты машины. Имеется возможность наращивания мощности машины за счет увеличения числа цилиндров на коленчатом валу. Кроме того, по сравнению с прототипом достоинством предлагаемого механизма является уравновешенность его основных звеньев и простота конструкции.