EA000159B1

EA000159B1 - Механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот

Info

Publication number: EA000159B1
Application number: EA199800069A
Authority: EA
Inventors: Кармели Адахан
Original assignee: Кармели Адахан
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1998-10-29
Also published as: UA37285C2; CA2228092C; US5762480A; AU2175797A; EP0846226A1; CN1073212C; WO1997039241A1; ATE296957T1; CA2228092A1; GEP20002196B; EP0846226A4; CN1195391A; EA199800069A1; AU720027B2; DE69733403T2; EP0846226B1; DE69733403D1

Description

Изобретение относится к машинам с преобразованием вращательного движения в прямолинейное и наоборот, в частности к насосам и двигателям.

Машины с преобразованием возвратнопоступательного (прямолинейного) движения во вращательное и наоборот, с применением комбинации поршня и цилиндра, хорошо известны. Подобные машины могут представлять собой либо насосы, в которых вращающийся вал и кривошипно-шатунный механизм приводят поршень внутри цилиндра в возвратнопоступательное, или осевое движение, либо двигатели, в которых поршень совершает возвратно-поступательное движение по оси цилиндра в пределах заданного диапазона таким образом, чтобы через кривошипно-шатунный механизм приводить в движение вращающийся выходной вал.

Традиционные машины описанного выше типа характеризуются многочисленными недостатками, включая перечисленные ниже.

1. Поршень, совершающий возвратнопоступательное движение, создает поперечную нагрузку на сопряженный с ним цилиндр, которая обусловлена неосевой или нелинейной составляющей усилия, прикладываемого к поршню от вращающегося приводного механизма через кривошип. Поперечная нагрузка на поршень вызывает трение между поршнем и цилиндром, приводящее к износу и к снижению эффективности машины. В большинстве насосов и двигателей для снижения трения и, соответственно, износа применяется довольно сложная система смазки.

2. В традиционных поршневых машинах поршень совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра, с быстрым реверсированием направления движения в конечной точке хода, которая называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Этот быстрый реверс в ВМТ приводит к быстрому открыванию и закрыванию соединенных с цилиндром клапанов, что сопряжено с повышением уровня шума, а также с быстрым износом клапанов.

3. Большинство насосов имеет фиксированную мощность и фиксированную скорость приводного двигателя. При работе в условиях низкого напора подобные насосы используют лишь небольшую часть своей мощности.

4. Для определенных применений, таких как насосы для подачи чистого воздуха в медицинских учреждениях, использование смазки между поршнем и цилиндром

4. Для определенных применений, таких как насосы для подачи чистого воздуха в медицинских учреждениях, использование смазки между поршнем и цилиндром запрещено. В подобных случаях для осуществления осевого перемещения поршня применяются дорогие и конструктивно сложные механизмы, обеспечивающие поглощение поперечных нагрузок.

Известны также механизмы для преобразования вращательного движения в возвратнопоступательное, предназначенные для использования в поршневых машинах и обеспечивающие регулировку длины хода поршня (патент США № 4517931) или замедление скорости поршня вблизи одной из конечных точек его хода (патент США № 4979428) благодаря наличию дополнительного направляющего элемента, шарнирно связанного с другими элементами механизма. Так в механизме для преобразования вращательного движения в возвратнопоступательное в компрессоре по патенту США № 4979428 в дополнение к возвратнопоступательному элементу, вращающемуся элементу и кривошипу, введен направляющий элемент (названный управляющим звеном 23), шарнирно соединенный с корпусом 11 механизма и с кривошипом 21. Данный механизм, как и остальные известные механизмы этого типа, не обеспечивает снижение поперечной нагрузки на цилиндр и, следовательно, не решает проблемы снижения износа.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание улучшенной машины с преобразованием возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, а также механизма преобразования движения для подобной машины, который преобразует вращательное движение в линейное и наоборот и в котором силы, прикладываемые к элементу, совершающему возвратно-поступательное движение, такому как поршень, являются практически линейными и осевыми, в результате чего практически отсутствует боковая нагрузка на поршень и цилиндр.

Дальнейшей задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание машины с преобразованием возвратнопоступательного движения во вращательное и наоборот, скорость движения поршня в которой существенно снижается в области верхней мертвой точки, с тем чтобы существенно снизить шум клапанов машины и их износ, а также повысить их эффективность.

Далее, настоящее изобретение направлено на решение задачи создания машины с преобразованием возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, значительно более эффективной, чем известные машины этого типа, благодаря обеспечению большего перемещения объема текучей среды за один оборот вала в случае низкого напора; тем самым облегчается достижение повышенной производительности при постоянной мощности.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предлагается механизм для преобразования движения, который устанавливается между приводным (ведущим) и ведомым устройствами для того, чтобы обеспечить вращательное движение одного устройства и возвратно-поступательное движение другого.

Этот механизм содержит корпус; возвратнопоступательный элемент, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль продольной оси и соединяемый одним своим концом с одним из указанных устройств; вращающийся элемент, установленный с возможностью вращательного движения вокруг оси вращения и соединяемый одним своим концом с вторым указанным устройством; кривошип, первый конец которого шарнирно соединен с вращающимся элементом, а второй конец шарнирно соединен с возвратнопоступательным элементом; и поступательным элементом, а второй конец шарнирно соединен с корпусом таким образом, чтобы удерживать возвратно-поступательный элемент ориентированным практически вдоль продольной оси и тем самым в значительной степени предотвращать возникновение поперечной нагрузки, создаваемой возвратно-поступательным элементом при совершении им возвратно-поступательных перемещений.

В соответствии с дополнительными признаками настоящего изобретения, использованными в предпочтительных вариантах его осуществления, которые будут описаны далее, возвратно-поступательный элемент снабжен выступающей в поперечном направлении частью, причем второй конец кривошипа шарнирно соединен с возвратно-поступательным элементом в месте его соединения с этой выступающей частью, тогда как первый конец направляющего элемента шарнирно соединен с наружным концом выступающей части возвратнопоступательного элемента. Кроме того, ось вращения вращающегося элемента расположена между противоположными концами возвратнопоступательного элемента таким образом, чтобы первый конец кривошипа находился на оси возвратно-поступательного элемента между первым концом возвратно-поступательного элемента и вторым концом кривошипа, благодаря чему будет обеспечено снижение скорости возвратно-поступательного элемента вблизи верхней мертвой точки возвратнопоступательного элемента. Ось вращения вращающегося элемента может быть переустановлена в определенное положение, смещенное в поперечном направлении относительно продольной оси возвратно-поступательного элемента, для того, чтобы изменить величину хода возвратно-поступательного элемента в процессе его движения.

Далее будут описаны различные варианты осуществления механизма, включенного в блок поршень-цилиндр насоса, приводимого в действие от внешнего приводного устройства. Однако будут рассмотрены и другие многочисленные применения изобретения, в том числе гидравлические (пневматические) двигатели, в которых для совершения работы используется находящаяся под давлением текучая среда, а также двигатели, работающие на бензине.

Сущность и достоинства настоящего изобретения станут более понятны из подробного описания, которое должно рассматриваться вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг. 1 представляет собой вид машины с преобразованием возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, выполненной в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения и встроенной в насос с электрическим приводом, в разрезе;

фиг. 2А - вид сверху (т.е. в направлении стрелки 2 на фиг. 1) на машину с преобразованием возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот по фиг. 1 , когда поршень находится в конце своего прямого хода;

фиг. 2В - вид, аналогичный виду по фиг. 2А, но показывающий поршень вблизи крайней точки своего обратного хода;

фиг. ЗА - график зависимости скорости поршня от его положения;

на фиг. 3B(i) - диаграмма известной системы;

фиг. 3B(ii) - диаграмма системы по изобретению;

фиг.4А - вид, аналогичный представленному на фиг. 2В, частично в разрезе, чтобы показать выходной вал источника мощности, который находится в положении, обеспечивающем максимальный ход поршня;

фиг. 4В - вид, аналогичный представленному на фиг. 4А, но на котором выходной вал источника мощности находится во втором положении, обеспечивающем сокращенный ход поршня;

фиг. 5 - вид машины с преобразованием возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, выполненной в соответствии с вторым вариантом осуществления изобретения и встроенной в насос двустороннего действия с электрическим приводом, в разрезе.

Представленная на фиг. 1, 2 А и 2В машина с преобразованием возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот согласно изобретению (обозначенная в целом как 10) используется для преобразования возвратнопоступательного движения во вращательное и наоборот. У машины 10 имеется первый конец 1 2, который предпочтительно соединен с источником рабочей текучей среды (не изображен), и второй конец 1 4, который соединен с вращающимся источником 16 мощности. Как видно из фиг.1, вращающийся источник 16 мощности содержит элемент 18 передачи вращательного движения. В данном примере машина представляет собой насос, источником 1 6 мощности которого является электродвигатель. На выходной вал 20 электродвигателя установлен вращающийся элемент в виде маховика 22, с которым связан элемент 1 8 передачи вращательного движения, приводимый во вращение вместе с маховиком 22, причем движение далее передается на головку насоса у первого конца 12 насоса, связанного с подачей рабочей текучей среды.

Следует отметить, что в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения машина 10 может приводиться в действие от рабочей текучей среды, так что источник 16 мощности не передает мощность на машину, а, напротив, получает ее от машины и использует ее для передачи мощности на внешнее устройство. В данном примере источником мощности может служить любой электродвигатель или электрогенератор.

Хотя машина 10 по настоящему изобретению изображена в варианте, когда ее первый конец взаимодействует с рабочей текучей средой, настоящее изобретение может быть использовано и в машинах другого рода, в которых, посредством возвратно-поступательного элемента приводится в действие рабочий орган. Примером может служить швейная машина, в которой требуется обеспечить возвратнопоступательное движение рабочего органа. В этом случае в машине может иметься направляющий элемент, определяющий траекторию возвратно-поступательного элемента.

Возвращаясь к представленному примеру, можно отметить, что у машины с преобразованием возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот имеется нижняя корпусная часть 11 и верхняя корпусная часть 13, которые герметично соединены друг с другом. Со стороны первого конца 1 2 корпус закрыт клапанной доской 15. Внутри корпуса установлен цилиндр 24 с продольной осью 26, который закреплен на нижней корпусной части 11. У цилиндра 24 имеется первый конец 28, смежный с первым концом 1 2 машины, и второй конец 30. Окна 32 и 34 для ввода и вывода рабочей текучей среды соответственно расположены со стороны первого конца 28 цилиндра, причем оба они снабжены однопутевыми зонтичными клапанами 32' и 34' соответственно.

Внутри цилиндра 24 установлен поршень 36, который имеет возможность перемещаться линейно, т.е. возвратно-поступательно вдоль продольной оси 26. Имеется также возвратнопоступательный элемент, выполненный в форме соединительного штока (шатуна) 38, первый конец 40 которого соединен с поршнем 36 через шарнир 42. Соединительный шток 38 снабжен также выступающей в поперечном направлении частью 44, которая связана со штоком 38 коленом 46 и заканчивается вторым концом 48.

Следует учесть, что в том варианте осуществления, согласно которому машина 1 0 не взаимодействует с рабочей текучей средой, поршень 36 взаимодействует с рабочим органом (не изображен) и функционирует как приводной элемент, тогда как цилиндр 24 действует только как линейная направляющая поршня.

В соответствии с настоящим изобретением между соединительным штоком 38 и элементом 1 8 передачи вращательного движения имеется сопрягающая система, предназначенная для осуществления преобразования вращательного движения элемента 1 8 в линейное движение поршня 36 и наоборот. Сопрягающая система по настоящему изобретению содержит множество шарниров, которые действуют таким образом, чтобы поглотить практически все элементы сил, которые возникают в результате вращения элемента 1 8 передачи вращательного движения и являются неосевыми по отношению к продольной оси 26, и благодаря этому обеспечить согласование положения соединительного штока 38 и продольной оси 26 и тем самым практически полностью предотвратить появление поперечной нагрузки на поршень 36 в процессе его движения в цилиндре 24.

Из чертежа видно, что основными элементами сопрягающей системы согласно настоящему изобретению являются кривошип 50 и направляющий элемент 52. У кривошипа 50 имеется первый конец 54, соединенный через шарнир 56 с элементом 18 передачи вращательного движения таким образом, чтобы приводиться этим элементом во вращательное движение, и второй конец 58, соединенный через второй шарнир 60 с коленом 46 соединительного штока 38. Направляющий элемент 52 в типовом случае имеет U-образную конфигурацию, с первым и вторым концами, обозначенными соответственно, как 62 и 64. Первый конец 62 направляющего элемента 52 соединен через третий шарнир 66 со вторым концом 48 выступающей в поперечном направлении части 44, тогда как второй конец 64 элемента 52 соединен через четвертый шарнир 68 с нижней корпусной частью 11. Видно, что направляющий элемент 52 предпочтительно ориентирован поперек продольной оси 26, что способствует повышению компактности конструкции машины.

Представляется особенно важным, чтобы первая, вторая, третья и четвертая шарнирные оси 56', 60', 66' и 68' первого, второго, третьего и четвертого шарниров, обозначенных соответственно, как 56, 60, 66 и 68, были взаимно параллельны и ориентированы в поперечном направлении относительно продольной оси 26, предпочтительно перпендикулярно ей. Полезно также, чтобы, как это иллюстрируется на представленном примере, первый конец 40 соединительного штока 38 был соединен с поршнем 36 посредством шарнира 42, который определяет пятую шарнирную ось 42', параллельную указанным первой, второй, третьей и четвертой шарнирным осям, и при этом связь соединительного штока 38 с шарниром 40 была такой, чтобы шток мог скользить вдоль шарнирной оси 42'. Желательно, чтобы первый, второй, третий и четвертый шарниры представляли бы собой шарикоподшипниковые опоры.

Уже упоминалось, что первый конец 62 направляющего элемента 52 шарнирно соединен со вторым концом 48 соединительного штока 38, тогда как второй конец элемента 52 шарнирно соединен с нижней корпусной частью 11. На фиг. 2А, 2В видно также, что направляющий элемент 52 расположен поперек продольной оси 26 соединительного штока 38, так что линии, проведенные через концы 66, 68 этого элемента в его положениях, соответствующих крайним положениям соединительного штока, образуют равные по величине, но противоположные по знаку углы с продольной осью 26. В результате, когда в процессе работы машины кривошип 50 приводится во вращение в направлении, обозначенном стрелкой 70 (см. фиг. 2А и 2В), вызывая тем самым возвратно-поступательное движение соединительного штока 38, первый конец 62 направляющего элемента 52 совершает качательное движение в пределах заданного угла а (фиг. 2А и 2В), составляющего в типовом случае 5-25°. Точное значение этого угла зависит от относительных физических размеров элементов машины. Это качательное движение обеспечивает движение соединительного штока 38 практически вдоль продольной оси 26. Отсюда вытекает, что любая поперечная нагрузка, которая в противном случае передавалась бы от кривошипа 50 соединительному штоку 38, поглощается, в основном, направляющим элементом 52 и, вместо штока 38, передается нижней корпусной части 11. Остальные силы, которые практически являются осевыми, прилагаются к соединительному штоку 38, а, следовательно, и к поршню 36.

В процессе работы насоса, когда поршень 36 приближается к конечному заднему (на фиг. 1 - правому) положению при обратном ходе, представленному на фиг. 2В, он всасывает рабочую текучую среду через окно 32 для ввода в цилиндр 24, минуя однопутевой зонтичный клапан 32'. При своем обратном ходе поршень 36 вытесняет рабочую текучую среду из цилиндра через окно 34 для вывода через однопутевой зонтичный клапан 34'. Должно быть понятно, что при использовании машины по изобретению в качестве насоса она может служить либо для формирования высокого положительного давления у окна 34 для вывода рабочей среды, либо для создания разряжения у окна 32 для ввода рабочей среды.

Специалистам в соответствующей отрасли техники будет понятно, что описанная машина с преобразованием возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот может функционировать и в качестве двигателя, например, работающего на бензине, в котором, вместо того, чтобы использовать поршень в качестве средства перемещения текучей среды (как в насосе), поршень приводится в возвратнопоступательное движение с помощью соответствующей системы клапанов. В случае, когда машина действует как электродвигатель, представленный на чертеже электродвигатель 1 6, может быть заменен, например, на электрогенератор.

Специалистам должно быть также ясно, что направляющие соединительного штока поршня, применяемые в известных конструкциях для устранения боковых нагрузок на поршень, являются линейными и, следовательно, требуют значительного увеличения длины механизма; кроме того, эти направляющие довольно дороги и, кроме того, работают при очень высоких нагрузках.

Следует особо подчеркнуть, что общее количество шарнирных связей в уникальной сопрягающей системе согласно настоящему изобретению равно пяти, при этом одна из них, действуя в качестве радиальной каретки, выполняет двойную функцию предотвращения боковой нагрузки на поршень 36. Описанное использование шарниров, особенно на основе шарикоподшипников, как это отмечено в описании и показано на чертежах, оказывается весьма эффективным и при этом не создает шумов благодаря отсутствию люфтов.

Далее, в отличие от обычных кривошипношатунных механизмов, при применении которых приводной двигатель (эквивалентный двигателю 1 6) размещается на довольно большом расстоянии от поршня 36, что приводит к увеличении длины машины в целом, машина по настоящему изобретению, благодаря уникальной конструкции сопряжения между двигателем 16 и поршнем 36, предельно компактна при сохранении диапазона хода поршня.

График, представленный на фиг. 3А, соответствует зависимости скорости поршня от угла поворота кривошипа, отсчитываемого от ВМТ, соответствующей нулевому углу поворота. Пунктирная линия соответствует известной машине - см. фиг. 3B(i),- а сплошная линия - машине 10 по изобретению - см. фиг. 3B(ii). Как видно из графика, главным достоинством настоящего изобретения является обеспечение очень медленного движения поршня 36 вблизи верхней мертвой точки (ВМТ), когда поршень 36 находится вблизи верхнего (правого) края своего цилиндра 24 (это положение представлено на фиг. 2А). В этот момент клапана обычно изменяют свое состояние на противоположное (открытое на закрытое или наоборот).

Анализируя график на фиг. 3А совместно с диаграммами по фиг. 3B(i), 3B(ii), легко заметить, что по сравнению с известными машинами в машине 1 0 имеет место существенное замедление поршня 36 в интервале между ВМТ и 90° (разность между относительными скоростями поршней в машине 1 0 и в известной машине представлена на фиг. 3А в виде области с вертикальной штриховкой). Видно также, что в интервале (90 - 270°) поршень 36 движется существенно быстрее, чем поршень известной маши9 ны (что соответствует области с горизонтальной штриховкой). В целом, при сохранении общей длины хода распределение скоростей поршня по рабочему циклу и, следовательно, его рабочие характеристики становятся при использовании настоящего изобретения значительно более эффективными, чем у известных машин, как это будет объяснено далее.

Замедление поршня вблизи ВМТ имеет очень большое положительное значение, поскольку это обеспечивает возможность полного открытия или закрытия клапанов, т. е. повышает эффективность их работы. Кроме того, это снижает уровень шума, связанный с работой клапанов и уменьшает их износ, а также позволяет небольшим насосам или двигателям работать при большей частоте оборотов, т.е. улучшает их технические показатели. Другими словами, отмеченное замедление поршня вблизи ВМТ приводит к улучшенной работе клапанов, т. к. для открывания и закрывания клапанов теперь выделяется большая доля рабочего цикла, чем в известных кривошипно-кривошипных механизмах, подобных применяемым в двигателях, работающих на бензине. По сравнению с известными насосами это улучшение обеспечивает увеличенное перемещение текучей среды за один оборот.

Указанный эффект замедления, который достигается благодаря тому, что движение на кривошип 50 передается через элемент 18 передачи вращательного движения (или наоборот), особенно заметен вблизи ВМТ. Поскольку вблизи этой точки конец 54 кривошипа 50 подходит к продольной оси 26 соединительного штока 38 на ее участке между концом 40 штока и шарниром 60, связывающим шток с кривошипом 50, довольно значительное перемещение вращающегося маховика 22 и, следовательно, элемента 1 8 передачи вращательного движения вместе с кривошипом 50 приводят лишь к небольшому осевому смещению соединительного штока 50, что соответствует снижению осевой скорости соединительного штока.

Настоящее изобретение обладает также рядом дополнительных конструктивных особенностей. Так, нижняя корпусная часть 11, связанная с корпусом двигателя 16, используется также как основание для четвертого шарнира 68 и формирования полости для установки цилиндра 24. Верхняя корпусная часть 1 3 служит только в качестве крышки для нижней корпусной части 11 и не участвует в работе машины 1 0. Клапанная доска 1 5 соединена с верхней и нижней корпусными частями 13, 11 посредством винтов 72 (см. фиг. 2А и 2В).

Обращаясь теперь к фиг. 4 А и 4В, можно видеть что ход поршня и, следовательно, перемещение рабочей среды могут быть уменьшены путем радиального смещения оси вращения двигателя 16 из точки А (фиг. 4А) в точку В (фиг. 4В) в направлении, обозначенном стрелкой С, т.е. от оси 26 наружу и вперед (вверх и влево на фиг. 4А, 4В).

Как показано на фиг. 4А, в начальном положении выходного вала 20 его ось вращения 21 пересекает продольную ось 26. В этом случае поршень 36 перемещается на полную длину цилиндра 24, т.е. реализуется максимальная длина хода, доступная в данной машине. Когда же, как это показано на фиг. 4В, выходной вал 20 смещается в радиальном направлении наружу и вперед, его ось 21 вращения уже не пересекает продольную ось 26. В этом положении крайнее заднее положение поршня 36 отстоит от задней стенки 25 цилиндра 24, что соответствует сокращению рабочего хода, или перемещения поршня 36.

Настройка положения выходного вала осуществляется изменением положения всего двигателя 1 6 относительно нижней корпусной части 11. Для этого в части 11 может быть выполнено несколько отверстий под болты, которые схематично обозначены на фиг. 4А и 4В, как 80 и 80' и в которые могут вводиться болты 82. Могут использоваться и любые другие подходящие средства.

Перестановка вала 20 относительно оси 26 и поршня 36 сокращает ход поршня без изменения положения ВМТ и, следовательно, позволяет насосу обеспечить более высокое давление или разряжение без увеличения потребляемой мощности. В отличие от обычных кривошипношатунных механизмов, при такой перестановке не происходит изменение настройки соединительного штока 38 или действующей на него поперечной нагрузки, поскольку оба эти фактора контролируются посредством направляющего элемента 52.

На фиг. 5 показан насос двустороннего действия с электрическим приводом, обозначенный в целом, как 1 00. В основном, насос 100 аналогичен насосу на основе машины 1 0, описанному со ссылкой на фиг. 1-3, поэтому детального описания насоса 1 00 не приводится. Элементы насоса 100, аналогичные представленным на фиг. 1 -2В, имеют на фиг. 5 те же числовые обозначения, но с добавлением штриха (').

Насос 100 отличается от ранее описанного тем, что представляет собой насос двустороннего действия, т.е. имеет клапанные доски 15' с противоположных концов. Благодаря этому поршень 36' может прокачивать текучую среду в двух направлениях, обеспечивая тем самым удвоенную производительность по сравнению с насосом на базе машины 1 0.

Как показано на чертеже, задняя часть 1 02 корпуса, в которой находится кривошипношатунный механизм, имеет довольно большой объем по сравнению с объемом цилиндра 24'. Благодаря этому поршень 36' имеет возможность остановить прокачку при обратном ходе, когда давление в задней части 1 02 корпуса дос11 тигнет заданного уровня, так что при дальнейшем возвратно-поступательном движении поршня давление в рабочей текучей среде будет просто повышаться и понижаться. Внутренняя полость задней части 102 корпуса герметизирована вместе с остальной частью корпуса, так что она действует как продолжение полости цилиндра 24'. С этой целью между задней частью 102 корпуса и поршнем 36' выполнено большое отверстие 104, через которое проходит соединительный шток 38'.

Такое эффективное увеличение объема цилиндра используется для удвоения производительности при низком давлении или при малом разряжении, причем по мере повышения давления или степени разряжения повышение производительности сокращается. Таким образом, функционируя как насос двустороннего действия, насос 1 00 при высоких уровнях давления или вакуума потребляет такую же мощность, как насос одностороннего действия, и обладает дополнительным преимуществом повышенной производительности при низких уровнях давления или вакуума. При этом передаточный механизм, насос и приводной двигатель имеют небольшие габариты.

В известных устройствах обычно стремятся изолировать цилиндр от остальной части корпуса, что во многих случаях требует уплотнения подвижного соединительного штока относительно корпуса. В отличие от этого, в данном варианте настоящего изобретения не только не требуется применять такое динамическое уплотнение, но, кроме того, объем в задней части корпуса используется в качестве дополнительного рабочего объема, за счет чего повышается производительность машины.

В качестве еще одного достоинства следует отметить, что, поскольку боковая, или радиальная нагрузка на цилиндр 24 (24') со стороны поршня 36 (36') во всех вариантах машины с преобразованием возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот по настоящему изобретению пренебрежимо мала, опасность их износа не возникает и, следовательно, нет необходимости в смазке цилиндра и поршня. Механизм с малым трением и без применения смазки обеспечивает эффективность прокачки, непревзойденную в данной области техники, при значительно меньшем выделении тепла и при отсутствии потребности в принудительном охлаждении.

Специалистам в данной области будет понятно, что настоящее изобретение не ограничивается приведенным выше описанием и прилагаемыми чертежам, и объем его определяется исключительно формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 . Механизм для преобразования движения, устанавливаемый между ведущим устройством и ведомым устройством для того, чтобы вращательное движение в одном устройстве соответствовало возвратно-поступательному движению в другом устройстве, и содержащий: корпус; возвратно-поступательный элемент, установленный с возможностью возвратнопоступательного движения вдоль продольной оси и соединяемый первым концом с одним из указанных устройств; вращающийся элемент, установленный с возможностью вращательного движения вокруг оси вращения и соединяемый со вторым из указанных устройств; кривошип, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с указанным вращающимся элементом, и второй конец, шарнирно соединенный с указанным возвратно-поступательным элементом; и направляющий элемент, шарнирно соединенный с указанным корпусом, отличающийся тем, что направляющий элемент своими первым и вторым концами шарнирно соединен с указанным возвратно-поступательным элементом и с указанным корпусом соответственно и ориентирован в поперечном направлении относительно указанной продольной оси таким образом, чтобы ориентировать указанный возвратнопоступательный элемент вдоль указанной продольной оси и тем самым предотвращать возникновение поперечной нагрузки на указанный возвратно-поступательный элемент в процессе его возвратно-поступательных перемещений.
2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что: указанный возвратно-поступательный элемент снабжен выступающей в поперечном направлении частью; второй конец указанного кривошипа шарнирно соединен с указанным возвратно-поступательным элементом в месте его соединения с указанной выступающей в поперечном направлении частью; и указанный первый конец указанного направляющего элемента шарнирно соединен с наружным концом указанной выступающей в поперечном направлении частью указанного возвратнопоступательного элемента.
3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что положение указанной оси вращения указанного вращающегося элемента выбрано таким образом, что вблизи верхней мертвой точки указанного возвратно-поступательного элемента первый конец указанного кривошипа расположен в согласованном с указанной продольной осью указанного возвратно-поступательного элемента положении между первым концом указанного возвратно-поступательного элемента и указанным шарнирным соединением этого элемента с вторым концом указанного кривошипа, обеспечивая тем самым снижение осевой скорости указанного возвратно-поступательного элемента вблизи его верхней мертвой точки.
4. Механизм по п.3, отличающийся тем, что указанная ось вращения указанного вращающегося элемента установлена с возможностью перестановки в заданное положение, сме13 щенное в поперечном направлении относительно указанной продольной оси указанного возвратно-поступательного элемента для изменения диапазона перемещений указанного возвратно-поступательного элемента в процессе его возвратно-поступательного движения.
5. Механизм по п.1, отличающийся тем, что оси всех указанных шарнирных соединений взаимно параллельны и перпендикулярны указанной продольной оси.
6. Механизм по п.1, отличающийся тем, что первый конец указанного возвратнопоступательного элемента соединен с поршнем, установленным с возможностью движения внутри цилиндра блока поршень-цилиндр.
7. Механизм по п.6, отличающийся тем, что поршень шарнирно соединен с первым концом указанного возвратно-поступательного элемента.
8. Механизм по п.6, отличающийся тем, что вращающийся элемент соединен с ведущим устройством, служащим приводом блока поршень-цилиндр в насосе для текучей среды.
9. Механизм по п.6, отличающийся тем, что указанный блок поршень-цилиндр является ведущим устройством, служащим приводом для указанного вращающегося элемента.
10. Механизм по п.9, отличающийся тем, что привод на основе указанного блока поршень-цилиндр установлен в гидравлическом или пневматическом двигателе, использующем находящуюся под давлением текучую среду для приведения в движение указанного вращающегося элемента.
11. Механизм по п.10, отличающийся тем, что указанный блок поршень-цилиндр установлен в бензиновом двигателе.
12. Машина с преобразованием возвратнопоступательного движения во вращательное и наоборот, содержащая: корпус; блок поршеньцилиндр, состоящий из цилиндра и поршня, причем один из этих элементов жестко закреплен на корпусе, а второй выполнен подвижным вдоль продольной оси закрепленного элемента; возвратно-поступательный элемент, первый конец которого соединен с указанным подвижным элементом и который выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль указанной продольной оси; вращающийся элемент, установленный с возможностью вращательного движения вокруг оси вращения; кривошип, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с указанным вращающимся элементом, и второй конец, шарнирно соединенный с указанным возвратно-поступательным элементом; и направляющий элемент, шарнирно соединенный с указанным корпусом, отличающаяся тем, что направляющий элемент своими первым и вторым концами шарнирно соединен с указанным возвратно-поступательным элементом и с указанным корпусом соответственно и ориентирован в поперечном направлении относительно указанной продольной оси таким образом, чтобы ориентировать указанный возвратнопоступательный элемент вдоль указанной продольной оси и тем самым предотвращать возникновение поперечной нагрузки на указанный возвратно-поступательный элемент в процессе его возвратно-поступательных перемещений.
13. Машина по п.12, отличающаяся тем, что: указанный возвратно-поступательный элемент снабжен выступающей в поперечном направлении частью; второй конец указанного кривошипа шарнирно соединен с указанным возвратно-поступательным элементом в месте его соединения с указанной выступающей в поперечном направлении частью; и указанный первый конец указанного направляющего элемента шарнирно соединен с наружным концом указанной выступающей в поперечном направлении частью указанного возвратнопоступательного элемента.
14. Машина по п.12, отличающаяся тем, что положение указанной оси вращения указанного вращающегося элемента выбрано таким образом, что вблизи верхней мертвой точки указанного возвратно-поступательного элемента первый конец указанного кривошипа расположен в согласованном с указанной продольной осью указанного возвратно-поступательного элемента положении между первым концом указанного возвратно-поступательного элемента и указанным шарнирным соединением этого элемента с вторым концом указанного кривошипа, обеспечивая тем самым снижение осевой скорости указанного возвратно-поступательного элемента вблизи его верхней мертвой точки.
1 5. Машина по п.1 2, отличающаяся тем, что указанная ось вращения указанного вращающегося элемента установлена с возможностью перестановки в заданное положение, смещенное в поперечном направлении относительно указанной продольной оси указанного возвратно-поступательного элемента для изменения диапазона перемещений указанного возвратно-поступательного элемента в процессе его возвратно-поступательного движения.
16. Машина по п.12, отличающаяся тем, что оси всех указанных шарнирных соединений взаимно параллельны и перпендикулярны указанной продольной оси.
17. Машина по п.12, отличающаяся тем, что указанным подвижным элементом является поршень, а указанный цилиндр жестко закреплен на указанном корпусе.
18. Машина по п.17, отличающаяся тем, что поршень шарнирно соединен с первым концом указанного возвратно-поступательного элемента.
19. Машина по п.17, отличающаяся тем, что вращающийся элемент шарнирно соединен с ведущим устройством, служащим приводом поршня указанного цилиндра в насосе для текучей среды.
20. Машина по п.17, отличающаяся тем, что указанный блок поршень-цилиндр является ведущим устройством, служащим приводом для указанного вращающегося элемента.
21 . Машина по п.20, отличающаяся тем, что указанные поршень и цилиндр являются частями гидравлического или пневматического двигателя, использующего находящуюся под давлением текучую среду для приведения в движение указанного вращающегося элемента.
22. Машина по п.20, отличающаяся тем, что указанные поршень и цилиндр являются частями привода бензинового двигателя.
23. Насос с возвратно-поступательным ходом поршня, содержащий: корпус; блок поршень-цилиндр, состоящий из цилиндра и поршня, причем один из этих элементов жестко закреплен на корпусе, а второй выполнен подвижным вдоль продольной оси закрепленного элемента для прокачки текучей среды; возвратно-поступательный элемент, первый конец которого соединен с указанным подвижным элементом и который выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль указанной продольной оси; вращающийся элемент, установленный с возможностью вращательного движения вокруг оси вращения и соединенный с приводом; кривошип, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с указанным вращающимся элементом, и второй конец, шарнирно соединенный с указанным возвратно-поступательным элементом; и направляющий элемент, шарнирно соединенный с указанным корпусом, отличающийся тем, что направляющий элемент своими первым и вторым концами шарнирно соединен с указанным возвратно-поступательным элементом и с указанным корпусом соответственно и ориентирован в поперечном направлении относительно указанной продольной оси таким образом, чтобы ориентировать указанный возвратнопоступательный элемент вдоль указанной продольной оси и тем самым предотвращать возникновение поперечной нагрузки на указанный возвратно-поступательный элемент в процессе его возвратно-поступательных перемещений.
24. Насос по п.23, отличающийся тем, что указанный возвратно-поступательный элемент снабжен выступающей в поперечном направлении частью; второй конец указанного кривошипа шарнирно соединен с указанным возвратнопоступательным элементом в месте его соединения с указанной выступающей в поперечном направлении частью; и указанный первый конец указанного направляющего элемента шарнирно соединен с наружным концом указанной выступающей в поперечном направлении частью указанного возвратно-поступательного элемента.
25. Насос по п.23, отличающийся тем, что положение указанной оси вращения указанного вращающегося элемента выбрано таким образом, что вблизи верхней мертвой точки указанного возвратно-поступательного элемента первый конец указанного кривошипа расположен в согласованном с указанной продольной осью указанного возвратно-поступательного элемента положении между первым концом указанного возвратно-поступательного элемента и указанным шарнирным соединением этого элемента с вторым концом указанного кривошипа, обеспечивая тем самым снижение осевой скорости указанного возвратно-поступательного элемента вблизи его верхней мертвой точки.
26. Насос по п.25, отличающийся тем, что указанная ось вращения указанного вращающегося элемента установлена с возможностью перестановки в заданное положение, смещенное в поперечном направлении относительно указанной продольной оси указанного возвратнопоступательного элемента для изменения диапазона перемещений указанного возвратнопоступательного элемента в процессе его возвратно-поступательного движения.
27. Насос по п.23, отличающийся тем, что он является насосом двустороннего действия для текучей среды, в котором указанный возвратно-поступательный элемент на каждом из своих противоположных концов шарнирно соединен с поршнем и служит приводом указанных поршней, установленных в цилиндрах, жестко закрепленных на указанном корпусе с противоположных концов указанного возвратнопоступательного элемента.
28. Насос по п.27, отличающийся тем, что указанный цилиндр со стороны одного конца возвратно-поступательного элемента соединен каналом для текучей среды с указанным другим цилиндром со стороны противоположного конца возвратно-поступательного элемента, и имеет больший объем, чем указанный другой цилиндр.
29. Двигатель для перемещения нагрузки, содержащий: корпус; блок поршень-цилиндр, состоящий из цилиндра и поршня, причем один из этих элементов жестко закреплен на корпусе, а второй выполнен подвижным вдоль продольной оси закрепленного элемента и служит приводом указанного двигателя; возвратнопоступательный элемент, первый конец которого соединен с указанным подвижным элементом и который выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль указанной продольной оси; вращающийся элемент, установленный с возможностью вращательного движения вокруг оси вращения и соединенный с нагрузкой; кривошип, имеющий первый конец, шарнирно соединенный с указанным вращающимся элементом, и второй конец, шарнирно соединенный с указанным возвратно-поступательным элементом; и направляющий элемент, шарнирно соединенный с указанным корпусом, отличающийся тем, что направляющий элемент своими первым и вторым концами шарнирно соединен с указанным возвратно-поступательным элементом и с указанным корпусом соответственно и ориентирован в поперечном направлении относительно указанной продольной оси таким образом, чтобы ориентировать указанный возвратно-поступательный элемент вдоль указанной продольной оси и тем самым предотвращать возникновение поперечной нагрузки на указанный возвратно-поступательный элемент в процессе его возвратнопоступательных перемещений.
30. Двигатель по п.29, отличающийся тем, что указанный возвратно-поступательный элемент снабжен выступающей в поперечном направлении частью; второй конец указанного кривошипа шарнирно соединен с указанным возвратно-поступательным элементом в месте его соединения с указанной выступающей в поперечном направлении частью; и указанный первый конец указанного направляющего элемента шарнирно соединен с наружным концом указанной выступающей в поперечном направлении частью указанного возвратно-поступательного элемента.
31. Двигатель по п.29, отличающийся тем, что положение указанной оси вращения указанного вращающегося элемента выбрано таким образом, что вблизи верхней мертвой точки указанного возвратно-поступательного элемента первый конец указанного кривошипа расположен в согласованном с указанной продольной осью указанного возвратно-поступательного элемента положении между первым концом указанного возвратно-поступательного элемента и указанным шарнирным соединением этого элемента с вторым концом указанного кривошипа, обеспечивая тем самым снижение осевой скорости указанного возвратно-поступательного элемента вблизи его верхней мертвой точки.
32. Двигатель по п.29, отличающийся тем, что указанным подвижным элементом является поршень, а указанный цилиндр жестко закреплен на указанном корпусе.
33. Двигатель по п.32, отличающийся тем, что указанные поршень и цилиндр являются частями привода бензинового двигателя.