устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот

Формула изобретения

Устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, содержащее неподвижное зубчатое колесо внутреннего зацепления, водило, раму, по две штуки с соответственно равными между собой массами: сателлитов, дисков, шатунов и поршней, отличающееся тем, что 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, которые на вторых своих концах шарнирно соединены с поршнями, центры тяжести масс шатунов и поршней постоянно, а именно в покое и движении в противофазе взаимно друг друга уравновешивают, при этом на равных расстояниях от оси вращения водила на обоих концах водила находятся оси вращения сателлитов и жестко присоединенных к ним дисков для взаимного уравновешивания вращательных масс.

Описание изобретения к патенту

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). 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 d_7/d₃=2 на фиг.1 соблюдено, а на фиг.3 не соблюдено, что не допустимо.

Наиболее близким по технической сути предлагаемому нами в заявке устройству преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот является «Уравновешенное устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот», патент РФ № 2267674(13). 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 по патенту РФ № 2267674 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 данной конструкции (патент РФ № 2267674(13)) являются: 1) громоздкость; 2)ползуны 4 и 5, двигаясь против друга в противоположные стороны, как показано на чертеже, двигаются не по одной линии, поэтому они создают неуравновешенный момент сил; 3) поводки 11 и 12 неуравновешены; 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.

Вышеперечисленные недостатки обеих конструкций аналога и прототипа полностью устранены предлагаемым в данной заявке устройством.

Техническая задача - полное уравновешивание устройства преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот методом самоуравновешивания - перераспределением масс.

Технический результат достигается тем, что устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот (фиг.1) содержит раму 1', неподвижное зубчатое колесо внутреннего зацепления 1, водило Н и по две штуки с равными между собой массами: сателлитов 2 и 3, и жестко присоединенных к каждому из них дисков 2' и 3', шатунов 4 и 6, поршней 5 и 7.

Число зубьев каждого сателлита 2 и 3 в два раза меньше числа зубьев неподвижного зубчатого колеса внутреннего зацепления 1, в результате на обоих сателлитах, точнее на их делительных окружностях имеются точки, а напротив них на дисках точки В и В', совершающие возвратно-поступательное движение. Одни концы шатунов 4 и 6 шарнирно присоединяются в точках В и В' к дискам 2' и 3', а вторые концы также шарнирно - к поршневым пальцам в точках С и С' поршней 5 и 7.

Центры масс поршней 5 и 7 и шатунов 4 и 6 двигаются возвратно-поступательно в противофазе друг другу по оси XX, взаимно полностью уравновешивая силы инерции поступательных масс.

Шатун в известных механизмах и машинах, например кривошипно-ползунных, совершает сложное плоско-параллельное движение, состоящее из вращательного и поступательного. В предлагаемой конструкции устройства у шатунов вращательного движения нет, поэтому нет момента сил инерции и нет необходимости его уравновешивания, тем самым значительно улучшились все динамические свойства механизма.

Обе оси вращения сателлитов и жестко присоединенных к ним дисков: O_2;2' и O_3;3' находятся на противоположных концах водила на равных расстояниях от оси вращения водила. При том центры тяжести масс блоков сателлита 2-диска 2' и сателлита 3-диска 3' расположены там же на оси YY, соблюдая равенство их дисбалансов.

Так полностью уравновешиваются вращающиеся массы.

На фиг.1 представлено предложенное устройство преобразования вращательного движения в возвратно поступательное и наоборот, которое включает в себя:

1'- раму;

1 - неподвижное зубчатое колесо внутреннего зацепления;

2 - сателлит и жестко присоединенный к нему диск 2';

3 - сателлит и жестко присоединенный к нему диск 3';

4 - шатун;

5 - поршень;

6 - шатун;

7 - поршень.

Устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот работает следующим образом. Ось О_H водила Н вращается. На водиле Н, на двух концах его на расстояниях, равных r находятся оси O_2;2' и O_3;3' сателлита 2 и жестко присоединенного к нему диска 2' и сателлита 3 и жестко присоединенного к нему диска 3', поэтому они тоже начинают вращаться вокруг своих осей О_2;2' и О_3;3' - Сателлиты 2 и 3 находятся в зацеплении с неподвижным зубчатым колесом 1 внутреннего зацепления. Число зубьев колеса 1, равное Z₁, и радиус этого колеса R в два раза больше числа зубцов Z₂ и Z₃ и радиусов r и r' каждого сателлита 2 и 3

Z₁=2·Z₂ =2Z₃; R=2r, поэтому точки на делительных окружностях - прямо на зубьях сателлитов, а напротив них на дисках точки В и В' совершают возвратно-поступательные движения вдоль оси XX в противофазе друг к другу. Ход точек В и В' и, соответственно, вместе с ними шатунов 4 и 6, а также поршней 5 и 7 равен 2R, так как шатуны 4 и 6 в точках С и С' шарнирно соединены с поршнями 5 и 7. Центры тяжести масс шатунов и поршней перемещаются в противофазе по оси XX. Массы шатунов 4 и 6, поршней 5 и 7 равны между собой. Центры тяжести масс шатунов и поршней постоянно, а именно в покое и движении перемещаются в противофазе по оси XX и полностью взаимно уравновешиваются.

Ось вращения О_2;2 блока, состоящего из сателлита 2 и жестко присоединенного к нему диска 2', удалена на расстоянии r от оси вращения водила О_H, от которой на такое же расстояние r удалена ось О_3;3' - вращения блока, включающего в себя сателлит 3 и жестко присоединенный к нему диск 3'. Дисбаланс первого блока равен дисбалансу второго блока, а знаки у них разные. Центры масс обоих блоков расположены на оси УУ (фиг.1) на одинаковых расстояниях от оси вращения друг от друга. Так полностью уравновешиваются вращающиеся массы устройства.

Устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, когда используется в качестве двигателя, тогда 5 поршни 5 и 7 являются начальными звеньями двигателя внутреннего сгорания.

Как показали проведенные опыты и расчеты, экономическая эффективность устройства преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот заключается в полной уравновешенности, позволившей значительно улучшить динамические качества механизма: полное отсутствие вредных вибраций, шума, потери мощности, повышения долговечности, частоты вращения и производительности.