CZ297786B6 - Stroj s otácivým pístem - Google Patents

Abstract

Resení se týká stroje s otocným pístem vymezujícím pracovní prostory se strídave se menícím objemem, napríklad kompresoru, cerpadla nebo motoru, u nehoz píst (2) je usporádán ve válci (1) tvoreném dvema bocními stenami a krivkovým plástem, a to jednak otocne kolem dvou spolu rovnobezných os (7, 8) otácení kolmých k bocním stenám válce, jednak posuvne ve dvou smerech kolmých jak k sobe navzájem, tak i k rovnobezným osám otácení. Píst (2) je pritom opatren dvema vodicími hrídeli (71, 81) s rovnobeznými osami otácení, pricemz tyto vodicí hrídele (71, 81) jsou ve smeru kolmém k osám (7, 8) otácení opatreny vodicími cleny (5, 6), napr. kluzáky nebo cepy, na kterých je posuvne zasazen píst (2) prostrednictvím kluzných clenu (3, 4) napr. drázek nebo pouzder.

Description

Stroj s otáčivým pístem

Popis

Vynález se týká stroje s otáčivým pístem vymezujícím pracovní prostoiy se střídavě se měnícím objemem, například kompresoru, čerpadla nebo motoru, u něhož je píst uspořádán ve válci tvořeném dvěma bočními stěnami a křivkovým pláštěm, jehož křivka je geometrickým místem vrcholů pístu při jeho otáčivém pohybu kolem dvou os otáčení, přičemž s pístem, uloženým na nosném hřídeli bud' posuvně ve směru kolmém ke směru jeho osy, nebo otočně prostřednictvím nosného výstředníku spojeného s nosným hřídelem, je posuvně, ve směru kolmém k osám otáčení, spojen vodicí prstenec uložený na boční stěně nebo v boční stěně otočně, příp. také posuvně vůči nosnému hřídeli ve směru kolmo k jeho ose otáčení.

Jsou již známa uspořádání, při kteiých píst konající jednoduchý otáčivý pohyb, je umístěn výstředně v kruhovém plášti a opatřen výsuvnými těsněními, která vyplňují měnící se vzdálenosti mezi pístem a kruhovým pláštěm a zároveň vymezují měnící se pracovní prostory mezi pístem a pláštěm válce. Tato uspořádání však nepřipouštějí velké tlaky nebo teploty, takže je možno je používat jen jako dmychadla.

Dále jsou známa uspořádání, u kterých píst vykonává jeden složený otáčivý pohyb, tj. pohyb valivý, tím, že se, zejména pomocí ozubených kol. odvaluje větší kružnicí, např. středovou kružnicí kola s vnitřním ozubením, po nehybné menší kružnici, např. středové kružnici kola s vnějšími ozubeními. Poměry průměrů obou kružnic určují počet vrcholů pístu, které opisují shodnou křivku, i počet pracovních prostorů vymezených pístem. Je-li tento poměr 2:1, má píst dva vrcholy a vymezuje dva pracovní prostory, je-li tento poměr 3:2, má píst tři vrcholy a vymezuje třf pracovní prostory atd. Nevýhodou tohoto uspořádání je, že při větším počtu vrcholů pístu než dva má křivka pláště tvar velice nevýhodný pro spalovací prostor a navíc poměr největšího k nejmenšímu objemu pracovního prostoru je principiálně omezen. Uspořádání se dvěma vrcholy sice může poskytnout výhodnější spalovací prostor a výhodnější poměr největšího a nejmenšího pracovního prostoru, ale, rovněž z principu, dává nepříznivý poměr plochy pístu, zatížené pracovním tlakem, k největšímu možnému kritickému průměru hřídele, na kterém je píst uložen. Proto je toto uspořádání vhodné nikoliv pro motory, ale jen pro dmychadla nebo čerpadla a kompresory s malým pracovním tlakem.

Je dále znám způsob pohybu pístu se dvěma vrcholy, při kterém oba tyto vrcholy probíhají křivku zvanou konchoida. U této konstrukce je píst ve válci uložen na dvou spolu rovnoběžných hřídelích posuvně ve směru kolmo k jejich osám otáčení, přičemž posuvné pohyby pístu vůči jednotlivým hřídelům jsou vůči sobě navzájem kolmé. Jeden z těchto hřídelů slouží jako nosný hřídel a druhý jako vodicí hřídel, přičemž oba hřídele jsou uloženy vždy je v jedné boční stěně. Aby bylo možno oba hřídele uložit v obou bočních stěnách, je jeden z nich upraven dutě na způsob pouzdra, kterým probíhá druhý hřídel. Podle jiných známých konstrukcí může být jeden z hřídelů nahrazen jedním nebo několika čepy vyčnívajícími z boční stěny, na nichž se píst posouvá nebo otáčí. Také nosný hřídel, na kterém je píst posuvně uložen, může být u jiné konstrukce nahrazen hřídelem s klikovým čepem, na němž je píst otočně uložen, přičemž vodicí hřídel je, jak již uvedeno, nahrazen čepy. Také tyto konchoidní konstrukce mají společný nedostatek, zejména nedostatečnou únosnost nosného hřídele a nepřesné vedení pístu citlivé na opotřebení. Proto se tyto konstrukce, i když jsou známy od začátku 20. století, neprosadily a zůstaly jen ve stadiu nápadu.

Nevýhody dosavadního stavu techniky jsou odstraněny strojem s otáčivým pístem uloženým ve válci, přičemž tento stroj je vyznačen nejméně jedním vodicím prstencem uloženým na boční stěně nebo v boční stěně válce otočně, případně také posuvně vůči nosnému hřídeli ve směru kolmém k ose svého otáčení, přičemž tento vodicí prstenec je, zejména prostřednictvím v sobě uložených vodicích členů a kluzných členů, posuvně spojen s pístem, uloženým na nosném hřídeli

-1 CZ 297786 B6 buď posuvně ve směru kolmém k ose nosného hřídele, nebo otočně prostřednictvím nosného výstředníku spojeného s nosným hřídelem. Dalším znakem vynálezu je, že vodicí prstenec je na své čelní straně odvrácené od pístu posuvně, ve směru kolmém k jeho posuvnému spojení s pístem, spojen s pomocným kluzákem otočně uloženým na vodicím výstředníku, který je nasazen na nosném hřídeli rovnoběžně s nosným výstředníkem a vůči němu pootočené o 180 stupňů. Podle dalšího znaku je vynález vyznačen tím, že prostory vymezené ze dvou stran kluznými členy a ze třetí strany vodícími členy v kluzných členech uloženými, jsou ze čtvrté strany uzavřeny a opatřeny otvoiy pro vstup a výstup maziva. Podle posledního znaku je vynález vyznačen tím, že při uspořádání dvou nebo více válců vedle sebe je pomocný kluzák tvořen pístem sousedního válce, přičemž směry posuvných spojení vodicích prstenců sousedních'válců s jednotlivými písty jsou k sobě navzájem kolmé.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže znázorněn na připojených výkresech, kde na obr. 1 je schematicky a na obr. 2 v řezu znázorněn princip konchoidní konstrukce s vodícími hřídeli, na obr. 3 je znázorněno provedení podle vynálezu, kde píst je veden vodícími prstenci a je dále uložen na nosném výstředníku spojeném s nosným hřídelem, na obr. 4 a 5 jsou schematicky a na obr. 6 v řezu znázorněna další provedení vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je v křivkovém plášti 1 válce uspořádán píst 2 opatřený k sobě kolmými kluznými členy 3, 4 vytvořenými např. jako drážky. Těmito kluznými členy 3, 4 je píst 2 uložen na dvou vodicích členech 5, 6 pevně spojených vždy s jedním z hřídelů 71, 81, jejichž osy 7, 8 jsou spolu rovnoběžné. Podle obr. 2 je plášť 1 válce na obou stranách uzavřen bočními stěnami 11, ve kterých jsou hřídele 71, 81 otočně uloženy, uspořádání kluzných členů 3, 4 a vodicích členů 5, 6 na protilehlých stranách pístu a na hřídelích 71, 81 je znázorněno na obr. 4 a obr. 5.

Při otáčení jedním z hřídelů 71, 81 se zároveň otáčí i s ním pevně spojený vodicí člen 5, 6, který pak otáčí pístem prostřednictvím příslušného kluzného členu 3, 4, např. drážky. Píst se pak prostřednictvím svého druhého kluzného členu 4, 3, druhého vodícího členu 6, 5 a druhého hřídele 71, 81 otáčí i kolem druhé osy 8, 7. Pokud jsou vrcholy stejně vzdáleny od středu pístu 2, opisují oba shodnou křivku pláště 1, která pak spolu se spojnicemi obou vrcholů vytváří dva od sebe oddělené prostory.

Souběžný otáčivý pohyb pístu 2 kolem dvou rovnoběžných os 7, 8 způsobí, že při pohybu podél pláště 1 se jedna křivková spojnice vrcholů pístu 2 od tohoto pláště 1 vzdaluje, zatímco druhá spojnice se k tomuto plášti 1 přibližuje. Při otočení hřídelů o 180° se prostor mezi jednou spojnicí vrcholů pístu 2 a pláštěm 1 zvětší z minima na maximum, zatímco prostor mezi druhou spojnicí se zmenši z maxima na minimum. Jestliže jsou plášť 1 a/nebo boční stěny 11 válce opatřeny na jedné straně vstupem a na protilehlé straně výstupem pro kapalné nebo plynné médium, pak otáčením již jen jedním z hřídelů 71, 81 se toto médium začne na jedné straně do prostoru mezi pláštěm 1 a pístem 2 nasávat a na protilehlé straně z tohoto prostoru vytlačovat. Stroj v tomto případě pracuje jako čerpadlo nebo kompresor. Přivádí-li se na jedné straně válce do prostoru mezi pláštěm 1 a pístem 2 tlakové médium, pak jeho tlakem na plochu danou spojnicí vrcholů a šířkou pístu 1 vzniká síla, která prochází mimo jednu osu 7 otáčení a vyvolává tak moment k této ose. Tímto momentem se otáčejí hřídele 71, 81 a tím i píst 2.

Podle vynalezu je píst ve svém pohybu veden nejméně jedním vodicím prstencem 72, 82 uloženým na boční stěně 11 válce nebo v boční stěně 11 válce otočně, případně také posuvně. Tento vodicí prstenec je s pístem spojen posuvně pomocí vodicích členů 51, 61 a kluzných členů 31,

-2CZ 297786 B6

41, z nichž kluzné členy 31, 41 jsou obvykle vytvořeny jako drážky a vodicí členy 51, 61 jako kluzáky. Je ovšem možno je uspořádat i naopak.

U jednoho z provedení podle vynalezu se jen jeden z hřídelů 71, 81 použije k uložení pístu 2 a k přenášení momentu a uloží se v obou bočních stěnách 11, zatímco druhý je nahrazen vodicím prstencem 72, 82, který je rovněž otočně uložen v boční stěně 11 a který je rovněž opatřen vodicím členem 51, 61 spojeným s kluzným členem 31, 41 v pístu 2.

Podle jiného z provedení vynálezu je píst uložen otočně, např., prostřednictvím ložiska, na nosném výstředníku 10, který je uspořádán na nosném hřídeli 91 otočně uloženém zejména v obou bočních stěnách J_L· Nosný hřídel 91 prochází vodícími prstenci 72, 82 a jeho osa leží v rovině os 7, 8 vodicích prstenců 72, 82, a to v poloviční vzdálenosti mezi nimi. Výstřednost nosného výstředníku loje rovna poloviční vzdálenosti mezi osami 7, 8. Při otáčení pístu 2, vedeného vodícími prstenci 72, 82, se střed nosného výstředníku 10 pohybuje po shodné dráze se středem pístu

2. Zatížení pístu 2 je pak zcela přenášeno nosným výstředníkem 10 a nosným hřídelem 91, takže vodicí prstence 72, 82 nejsou tlakem na píst zatíženy. U provedení podle obr. 3 je možno přenášet velké tlaky na píst.

Podle dalšího provedení vynálezu je možno u prvně uvedeného použití jednoho hřídele 71, 81 uložit vodicí prstenec 72, 82 v boční stěně 11 nebo na boční stěně 11 také posuvně vůči vodícímu hřídeli 71, 8L Toto posuvné uložení může být provedeno jak na boční stěně 11 nebo v ní, tak i společně s touto boční stěnou TL V tomto případě se zatížení pístu přenáší dostatečně dimenzovaným a oboustranně uloženým hřídelem 71. Změnou vzdálenosti mezi osami otáčení vodicího prstence 72, 82 a vodicího hřídele 71, 81 se může plynule a za chodu stroje měnit poměr mezi maximálním a minimálním prostorem mezi spojnicí vrcholů a křivkovým pláštěm a tím i množství nasátého a vytlačeného média, jakož i velikost momentu k ose 7 otáčení.

Při sestavení nejméně dvou takto uspořádaných strojů podle vynálezu ze sebou, např., jednoho jako čerpadla a druhého jako motoru na plynné nebo kapalné médium, se při posouvání vodicího prstence 72, 82 vůči hřídeli 71, 81 plynule mění jak poměr počtu otáček, tak i poměr momentů obou spojených strojů.

U provedení s nosným výstředníkem 10 a nosným hřídelem 91 je podle příkladu provedení dalšího znaku vynálezu spojena funkce obou vodicích prstenců tak, že vodicí prstenec 72, 82 je uspořádán jen na jedné straně pístu 2 a upraven podle obr. 6 tak, že kromě vodicího členu 51, 61, uspořádaného na straně přivrácené k pístu, má dále na straně od pístu odvracené ještě pomocný vodicí člen 52, 62, v němž je posuvně uložen kluzák 14 otočně nasazený na pomocném výstředníku 15. Tento pomocný výstředník 15 má stejnou výstřednost jako nosný výstředník 10 a je pevně uspořádán na nosném hřídeli 91 pootočené o 180° oproti nosnému výstředníku 10. Takto lze sloučit oba dva vodicí prstence najedno zobou míst jejich uložení. Je však zřejmé, že z výrobních důvodů je výhodnější sloučený vodicí prstenec umístit na místo vodicího prstence 82, tj. tak, aby jeho vodicí člen 61 byl v kluzném členu 41 pístu 2 uložen posuvně ve směru kolmo k přímce spojující oba vrcholy pístu 2. Při uspořádaní dvou nebo více válců vedle sebe je pomocný kluzák 14 tvořen pístem 2 sousedního válce, přičemž směry posuvných spojení spolu spojených vodicích prstenců 72, 82 sousedních válců s jednotlivými písty jsou navzájem kolmé. Takto je možno u každého válce použít jen jeden vodicí prstenec 72, 82 a druhý nahradit jediným vodicím prstencem 72, 82 druhého válce.

Všechny stroje s pohybujícími se součástmi mají řadu míst, která je nutno mazat, případně chladit. U stroje podle vynálezu však k tomu není třeba používat samostatné čerpadlo, neboť je možno podle jednoho ze znaků vynálezu použít proměnlivé prostory mezi některými ze vzájemně se pohybujících součástí, např. mezi kluznými členy 3, 4, 31, 41 případně kluzákem 14 na jedné straně a mezi vodícími členy 5, 6, 51, 61, 52, 62 na straně druhé, jako čerpadla pro mazací a/nebo chladicí médium tím, že se tyto prostory na bocích uzavřou a opatří vstupními a výstupními

-3 CZ 297786 B6 otvoiy pro uvedené médium. Takto nejen odpadnou jinde obvyklá drahá a těžká čerpadla, ale při čerpání média dovnitř stroje je možno toto mazací a/nebo chladicí médium přes místa mazání a/nebo chlazení vést s podtlakem, takže spotřeba těchto médií je velmi malá.

Vynález jak podle příkladů provedení, tak i v dalších provedeních vyplývajících z patentových nároků je ve srovnání se známými pístovými stroji výhodnější tím, že oproti strojům s posuvným pístem je menší, lehčí a dokonale vyvažitelný, oproti zubovým strojům má větší výkon a menší hluk, oproti strojům s pístem valícím se pomocí ozubených kol má lepší přenos sil a menší spotřebu mazacího média a oproti jiným konchoidálním strojům má lepší přenos sil a přesnější vedení pístu a konečně oproti všem jmenovaným strojům má možnost plynule měnit maximální velikost pracovního prostoru. U stroje podle vynalezu není také přímá závislost průměru hřídele na zatížené ploše pístu, což umožňuje využití při vysokých tlacích, např. u spalovacích motorů, nebo velmi vysokých tlacích, např. u hydraulických čerpadel.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Stroj s otočným pístem vymezujícím pracovní prostory se střídavě se měnícím objemem, například kompresor, čerpadlo nebo motor, u něhož píst je ve válci, tvořeném dvěma bočními stěnami a křivkovým pláštěm, uložen jednak otočně kolem dvou spolu rovnoběžných os otáčení kolmých k bočním stěnám válce, jednak posuvně ve dvou směrech kolmých jak k sobě navzájem, tak i k rovnoběžným osám otáčení, vyznačený nejméně jedním vodicím prstencem (72, 82) uloženým na boční stěně (11) válce nebo v boční stěně (11) válce otočně, případně také posuvně ve směru kolmém k ose svého otáčení, přičemž tento vodicí prstenec (72, 82) je, zejména prostřednictvím vodicích členů (5, 6, 51, 61) a kluzných členů (3, 4, 31, 41) v sobě uložených, posuvně spojen s pístem (2), uloženým buď posuvně na hřídeli (71, 81) ve směru kolmém k jeho ose, nebo otočně na nosném hřídeli (91) prostřednictvím nosného výstředníku (10) spojeného s nosným hřídelem (91).
2. 2. Stroj podle nároku 1, vyznačený tím, že vodicí prstenec (72, 82) na své čelní straně odvrácené od pístu (2) je posuvně, ve směru kolmém k jeho posuvnému spojení s pístem (2), spojen s pomocným kluzákem (14) otočně uloženým na vodicím výstředníku (15), který je nasazen na nosném hřídeli (91) rovnoběžně s nosným výstředníkem (10) a vůči němu pootočené o 180 stupňů.
3. 3. Stroj s otočným pístem podle nároků 1 a 2, vyznačený tím, že prostory vymezené ze dvou stran kluznými členy (3, 4, 31, 41) a ze třetí strany vodícími členy (5, 6, 51, 61) v kluzných členech uloženými, jsou ze čtvrté strany uzavřeny a opatřeny otvory pro vstup a výstup maziva.
4. 4. Stroj s otočným pístem podle nároku 2, v y z n a č e n ý t í m , že při uspořádání dvou nebo více válců vedle sebe je pomocný kluzák (14) tvořen pístem (2) sousedního válce, přičemž směry posuvných spojení spolu spojených vodicích prstenců (72, 82) sousedních válců s jednotlivými písty jsou navzájem kolmé.