CZ290633B6 - Mechanismus s oběžnými věnci - Google Patents

Abstract

Mechanismus s oběžnými věnci se skládá z nejméně dvou protiběžně rotujících prvních věnců (3), po jejichž vnitřní zakřivené ploše o sudém počtu vrcholů se odvalují čtyři kotouče (1) v devadesátistupňových intervalech kolem osy rotace prvních věnců (3), které jsou navzájem spojeny prvními táhly (2), zajišťujícími jejich vratný pohyb. Vnitřní plocha prvních věnců (3) je tvarována buď, aby první táhla (2) mohla být konstantní délky, nebo, aby byl translační pohyb kotoučů (1) harmonický. Součásti připojené ke kotoučům (1) vykonávají pouze translační pohyb a je tedy možné pomocí prvního mechanismu (14) měnit polohu úvratí těchto součástí. Oběžné první věnce (3) tvoří současně setrvačník.ŕ

Description

Mechanismus s oběžnými věnci

Oblast techniky

Mechanismus s oběžnými věnci je stroj, realizující přeměnu periodického translačního pohybu na pohyb rotační a naopak, například u tepelných motorů opatřených písty, s vnějším i vnitřním spalováním, nahrazující v těchto zejména klikový mechanismus a odstraňující zejména kývavý pohyb kliky klikového mechanismu a neharmoničnost translačního pohybu.

Dosavadní stav techniky

V současné době se k přeměně periodického translačního pohybu na pohyb rotační používá ve většině aplikací klikový mechanismus. Výhodou tohoto způsobu je principiální jednoduchost a elativní snadnost mazání třecích ploch. Nevýhodou je kývavý pohyb táhla kliky, neharmoničnost translačního pohybu, technická náročnost výroby zalomeného hřídele, nutnost statického a dynamického vyvážení a v aplikačních oblastech nemožnost přestavování krajních poloh translačního pohybu za provozu. Tyto nevýhody se hlavně uplatní při větších zatíženích a větších rychlostech. U používaných způsobů přeměny ohybem po zakřivené ploše vznikají problémy se záchytem reakčních tečných sil a s návratem do některé z krajních poloh.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje mechanismus s oběžnými věnci, který využívá pohyb po zakřivené ploše, realizované na vnitřní straně oběžného věnce a podstata vynálezu spočívá v následujícím uspořádání: po stejné zakřivené ploše nejméně dvou oběžných věnců, vzájemně protiběžně rotujících, se odvalují čtyři otočné uložené kotouče a devadesátistupňových odstupech od hlavní osy rotace mechanismu, které jsou navzájem spojeny táhly, zajišťujícími vratný pohyb kotoučů a případný záchyt torzních sil od oběžných věnců, přičemž oběžné věnce, po kterých se kotouče odvalují, jsou nejméně dva, rotují protiběžně stejnými úhlovými rychlostmi, čímž zachytávají tečnou sílu na translačně se pohybující kotouče a jsou tvarovány tak, že jsou-li jedny protilehlé kotouče v jedné zúvratí, pak druhé kolmo umístěné protilehlé kotouče jsou v druhé zúvratí a rotace oběžných věnců zajišťuje periodický pohyb těchto kotoučů.

V případě, že jsou vzdálenosti mezi kotouči spojenými spojovacími táhly řízené proměnné délky, což může být například realizováno pomocí dělených táhel s kloubem ve kterém je opěrný kroužek opírající se o tvarovanou plochu a zakřivená plocha oběžných věnců je adekvátně tvarována, je pohyb kotoučů harmonický. Protože kotouče vykonávají pouze translační pohyb aje knim za provozu dobrý přístup, lze knim připojit takový mechanismus, že za chodu může plynule měnit polohu úvratí součástí připojených ke kotoučům. Protože oběžný věnec musí být dostatečně tuhý, má relativně větší hmotnost, která je vhodně uspořádána, působí současně jako akumulátor energie - setrvačník.

Výhody prezentovaného řešení při použití například u spalovacího motoru, kde se chemická energie paliva mění na tlakovou a ta prostřednictvím pístu na energii translačního periodického pohybu, jsou v lepším poměru objemu k povrchu spalovacího prostoru při zachování jednoduchosti motoru je-li realizován společný válec, v možném harmonickém pohybu pístů, ve vyváženosti pohybujících se hmot a z toho plynoucího pravidelného chodu motoru, v možném spojitém řízení kompresního poměru za provozu a z toho plynoucího snížení volnoběžných otáček zvýšením kompresního tlaku a tedy snížení spotřeby paliva u zážehových motorů, v mnohem menších prostorových nárocích na motor o shodném objemu válců a ve využití oběžných věnců jako setrvačník motoru. Nevýhodou pro toto uspořádání je dosud nepropracovaná technologie výroby

- 1 CZ 290633 B6 takovéhoto mechanismu oproti klasickým klikovým mechanismům a případné problémy spojené s valivým třením.

Přehled obrázků na výkresech

Principiální uspořádání vynálezu je zobrazeno na obr. 1. Obr. 2 znázorňuje konkrétní základní mechanické uspořádání při použití ve dvoupístovém čtyřtaktním spalovacím motoru se společným válcem a obr. 3 a 4, pak některé detaily tohoto uspořádání. Obr. 5 znázorňuje možné konkrétní provedení mechanismu pro změnu polohy úvratí zařízení připojených ke kotoučům. Obr. 6 znázorňuje možné konkrétní provedení mechanismu pro realizaci řízené proměnné vzdálenosti os kotoučů.

Příklady skutečného provedení

Příklad provedení mechanismu s oběžnými věnci dle vy nálezu zobrazený na obr. 1 sestává ze dvou souose uložených oběžných prvních věnců 3, které jsou vzájemně spojeny mechanickým převodem tak, že mohou vzájemně protiběžně rotovat stejnou úhlovou rychlostí a jsou mechanicky spojeny se spotřebičem, nebo případně zdrojem rotačního pohybu. Vnitřní otvor obou prvních věnců 3 je opatřen stejnou spojitou vlnovou plochou o sudém počtu vln - period, tvořící dráhu pohybu pro ostatní mechanismus. Ve vnitřní dráze jsou umístěny čty ři na čepech otočné uložené kotouče 1, a to tak, že tvoří vrcholy kosočtverce. Sousední čepy těchto kotoučů 1 jsou spolu spojeny stejně dlouhými prvními táhly 2 uloženými kyvně na těchto čepech. Dále jsou nejméně dva protilehlé čepy kotoučů 1 pomocí druhých táhel 6 připojeny ke zdroji, nebo případně spotřebiči translačního pohybu.

Mechanismus pracuje tak, že zdroj translačního pohybu pomocí táhla působí přes čep na kotouč 1, který působí na vrchol vlny vlnové dráhy prvních věnců 3 a vzhledem k jejich jedině možnému vzájemnému protiběžnému pohybu, roztahuje oba sousední vrcholy obou oběžných prvních věnců 3 od sebe, přičemž se po této dráze kotouč 1 odvaluje a tím způsobuje protiběžnou rotaci obou věnců. Současně s tímto pohybem se protilehlý kotouč 1 mechanicky spojený pomocí prvních táhel 2 pohybuje v opačném směru a působí stejným způsobem na své vrcholy vlnové dráhy po kterých se odvaluje. Tím se oba protilehlé kotouče 1 od sebe vzdalují přičemž oba sousední kotouče 1 se vzhledem k mechanické vazbě prvními táhly 2 k sobě přibližují. Tyto sousední kotouče 1 se v tomto okamžiku nacházejí v prohlubních vlnových drah obou prvních věnců 3 po kterých se odvalují. Při tom dochází k plynulému stahování prohlubně a změny ve vrchol vlny. Po dosažení úvratě translačního pohybu se směr pohybu všech čtyř kotoučů 1 mění v opačný.

Další příklad provedení mechanismu podle vynálezu je tento vyobrazen na obr. 2, 3 a 4, kde se ve společném válci 4, nachází písty 5, spojené pomocí čepu 9 s jedním koncem druhých táhel 6, které jsou na opačném konci otočně pomocí kolmého čepu spojeny s dvěma kotouči 1, které jsou s výhodou tvořeny valivými ložisky. Na kolmých čepech jsou dále otočně uloženy zdvojená první táhla 2, která kotouče 1 spojují s dalšími oběma sousedními kotouči L Rozvodové ventily 7 jsou umístěny radiálně k válci 4 a vstřikovací tryska 8 je umístěna ve středu válce 4 mimo dosah ventilů 7. K jednomu volnému kotouči 1 je připojeno pístové olejové čerpadlo pro mazání, k druhému volnému kotouči 1 je připojeno pístové čerpadlo pro vnější použití. Vstřikovací tryska 8 může být nahrazena zapalovací svíčkou. Oběžné první věnce 3 jsou pevně spojeny se setrvačníkovými druhými věnci 10, které jsou na svém vnějším obvodu opatřeny ozubením a které jsou vzájemně propojeny nejméně jedním ozubeným kolem 11, jež je otočně uloženo na ose kolmé k ose rotace oběžných prvních věnců 3,a tato osa je mechanicky spojena s blokem 12 motoru. Ozubená kola 11 jsou propojena s dynamem a startérem motoru. K setrvačníkovému druhému věnci 10 je s výhodou mechanicky pevně připojen vačkový’ třetí věnec 13 pro ovládání ventilů 7 a další mechanické prostředky pro odběr výkonu z motoru.

-2 CZ 290633 B6

Mechanismus funguje tak, že do válce 4 je nasáván přes jeden ventil 7 vzduch, následně se stlačí oběma písty 5 a tryskou 8 je vstříknuto palivo. Po jeho vznětu se oba písty 5 souměrně roztahují a přes čep 9 pomocí druhých táhel 6 přenášejí translační pohyb na kotouče 1, které následně působí na dráhu prvních věnců 3. Tlakem na vlnovou dráhu prvních věnců 3 dochází kjejich rotačnímu protiběžnému pohybu. Protiběžný rotační pohyb prvních věnců 3 je způsoben rovněž pomocí mechanické vazby tvořené ozubeným kolem 11 a setrvačníkovými druhými věnci 10 opatřenými ozubením, které jsou pevně spojeny s oběžnými prvními věnci 3. Na setrvačníkové druhé věnce 10 jsou mechanicky pevně uchyceny vačkové třetí věnce 13, z kterých je pomocí mechanických prostředků odvozen pohyb ventilů 7. Ozubeným kolem 11 je možno s výhodou pohánět pomocné agregáty motoru, jako je například dynama a spouštěče. Výkon motoru je odebírán buď ze setrvačníkového druhého věnce 10, nebo ozubeného kola 11.

Jiné provedení mechanismu podle vynálezu znázorněné na obr. 5, které je opatřeno prvním mechanismem .14, pro změnu polohy úvratě pístu plynule za provozu a tím kompresního poměru motoru, sestává z posuvného druhého mechanismu 15 a ovládacího třetího mechanismu 16. Posuvný druhý mechanismus 15 je tu tvořen tělesem 17 otevřeným otvorem se závitem, jímž prochází druhé táhlo 6, které je opatřené vnějším závitem a na opačném konci otočně uložené v čepu pístu 5. Těleso 17 je dále opatřeno bočními čepy na kterých jsou otočně uloženy kotouče 1 a první táhla 2. Táhlo 6 má na konci opatřeném závitem v ose dílu nekruhového průřezu, ve které je suvně uložen tm 18 stejného nekruhového průřezu. Třetí mechanismus 16 je tvořen trnem 18 a zařízením pro jeho rotační pohyb. Trn 18 je mechanicky spojen s ovládacím třetím mechanismem 16, který je rotačně spojen s blokem 12 motoru.

Toto provedení mechanismu pracuje tak, že při rozpínavém pohybu pístu 5 ve válci 4 se druhé táhlo 6 nasouvá na trn 18. Ovládací třetí mechanismus 16 tvořený trnem 18 otáčí druhým táhlem 6, které se pomocí závitu zašroubovává nebo vyšroubovává v závitovém otvoru tělesa Γ7. Podle smyslu otáčení tmu 18 pak dochází ke zkracování nebo prodlužování vzdálenosti mezi pístem 5 a kotouči 1. Translační pohyb pístu 5 je umožněn nasouváním trnu 18 do druhého táhla 6.

Provedení vynálezu mechanismu s oběžnými věnci pro translační harmonický pohyb je zobrazen na obr. 6. Toto je dosaženo pomocí nastavovacího čtvrtého mechanismu 20, pro řízenou změnu vzdálenosti os kotoučů 1. Čtvrtý mechanismus 20 je tvořen kloubem 19 půlícím první táhla 2 a spojeným s opěrným kroužkem 21, který dosedá na zakřivenou opěrnou plochu 22, pevně spojenou s blokem 12 motoru.

Mechanismus pracuje tak, že po opěrné ploše 22 se kroužek 21 při translačním pohybu kotoučů 1 odvaluje tam a zpět, přičemž tvar plochy 22 je takový, aby měnil vzdálenost os kotoučů 1 takovým způsobem, aby translační pohyb kotoučů 1 byl harmonický. Zakřivená plocha prvních věnců 3 je pak rovněž tvarována tak, aby harmonický pohyb kotoučů 1 umožňovala.

Průmyslová využitelnost

Pro svoji jednoduchost, malý zastavěný prostor a tudíž i malou hmotnost sedá předpokládat využití při stavbě spalovacích motorů, alespoň pro některé speciální aplikace a dále pro stavbu pístových kompresorů a čerpadel.

Claims (6)

1. Mechanismus s oběžnými věnci sloužící k přeměně periodického translačního pohybu na rotační a naopak, pohybu, například u tepelných motorů opatřených písty, s vnějším i vnitřním spalováním, nahrazující v těchto zejména klikový mechanismus a odstraňující zejména kývavý pohyb kliky klikového mechanismu a neharmoničnost translačního pohybu, vyznačující se t í m , že sestává nejméně ze dvou souose uložených oběžných prvních věnců (3) s vnitřní spojitou vlnovitě zakřivenou plochou o sudém počtu vln, přičemž oběžné první věnce (3) jsou vzájemně spojeny mechanickým převodem pro vzájemně protiběžnou rotaci stejnou úhlovou rychlostí, přičemž ve vnitřním otvoru obou prvních věnců (3) jsou umístěny čtyři na čepech otočně uložené kotouče (1) dotýkající se svým obvodem vlnovitě zakřivené plochy prvních věnců (3) a osy čepů kotoučů (1) jsou ve vrcholech kosočtverce, přičemž čepy všech sousedních kotoučů (1) jsou spojeny stejně dlouhými a na čepech kyvně uloženými prvními táhly (2), přičemž čep nejméně jednoho kotouče (1) je pomocí druhého táhla (6) spojen se zdrojem nebo spotřebičem translačního pohybu a nejméně jeden první věnec (3) je připojen ke zdroji nebo spotřebiči rotačního pohybu.

2. Mechanismus soběžnými věnci podle nároku 1, vyznačující se tím, že první táhlo (2) je dělené na dvě Části, přičemž v místě dělení je umístěn kloub (19), na jehož ose je opěrný kroužek (21), který dosedá na pro harmonický pohyb kotoučů (1) tvarovanou zakřivenou opěrnou plochu (22), pevně spojenou se základním blokem (12).

3. Mechanismus s oběžnými věnci podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se tím, že je opatřen tělesem (17), které má otvor se závitem, v němž je uloženo druhé táhlo (6), které je opatřené vnějším závitem a na opačném konci je otočně uložené v čepu (9) pístu (5), přičemž těleso (17) je dále opatřeno bočními čepy, na kterých jsou otočně uloženy kotouče (1) a kyvně uložena první táhla (2) a druhé táhlo (6) má na konci opatřeném závitem v ose díru nekruhového průřezu, ve které je suvně uložen trn (18) stejného nekruhového průřezu, přičemž tm (18) je mechanicky pevně spojen s ovládacím třetím mechanismem (16), který je rotačně spojen se základním blokem (12).

4. Mechanismu s oběžnými věnci podle nároku 1,vyznačující se tím, že sousední oběžné první věnce (3) jsou na vnějším obvodu opatřeny kuželovým ozubením a mezi oba první věnce (3) je vloženo nejméně jedno ozubené kolo (11) s kuželovým ozubením a osou otáčení kolmo k ose otáčení oběžných prvků věnců (3) a tato osa je mechanicky spojena se základním blokem (12).

5. Mechanismus soběžnými věnci podle nároku 1, vyznačující se tím, že oběžné první věnce (3) jsou pevně spojeny se setrvačníkovými druhými věnci (10), které jsou na svém vnějším obvodu opatřeny kuželovým ozubením a jsou vzájemně propojeny přes toto ozubení s nejméně jedním kuželovým ozubeným kolem (11) pro zajištění jejich protiběžného pohybu a které je uložené na ose kolmé k ose rotace oběžných prvních věnců (3), přičemž tato osa je mechanicky spojena se základním blokem (12).

-4CZ 290633 B6

6. Mechanismus s oběžnými věnci podle nároku 1,vyznačující se tím, že oběžné první věnce (3) jsou spojeny se setrvačníkovými druhými věnci (10), které jsou na svém obvodu opatřeny čelním ozubením a které jsou vzájemně propojeny přes tato ozubení s nejméně dvěma čelními ozubenými koly (11) zabezpečujícími protiběžný pohyb prvních věnců (3), uloženými na 5 osách rovnoběžných s osou rotace oběžných prvních věnců (3) a tato osa je mechanicky spojena se základním blokem (12).