EA015906B1 - Method for enhancing operation efficiency of crank gear and assembly thereof - Google Patents
Method for enhancing operation efficiency of crank gear and assembly thereof Download PDFInfo
- Publication number
- EA015906B1 EA015906B1 EA200901469A EA200901469A EA015906B1 EA 015906 B1 EA015906 B1 EA 015906B1 EA 200901469 A EA200901469 A EA 200901469A EA 200901469 A EA200901469 A EA 200901469A EA 015906 B1 EA015906 B1 EA 015906B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- crankcase
- flywheel
- crankshaft
- driven
- link
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах кривошипношатунных механизмов, применяемых в приводах различных машин и механизмов для повышения их коэффициента полезного действия (КПД).The invention relates to mechanical engineering and can be used in devices of crank mechanisms used in the drives of various machines and mechanisms to increase their efficiency (efficiency).
Известен способ повышения эффективности работы кривошипно-шатунного механизма, заключающийся в том, что увеличивают момент инерции его ведомого звена с помощью раскрутки ведомого диска [1].There is a method of increasing the efficiency of the crank mechanism, which consists in increasing the moment of inertia of its driven link using the promotion of the driven disk [1].
Для такого способа известен кривошипно-шатунный механизм, содержащий шатун, один конец которого связан с ведущим звеном поступательного перемещения, а второй - с диском ведомого звена вращательного движения.For this method, a crank mechanism is known, comprising a connecting rod, one end of which is connected to the leading link of the translational movement, and the second to the disk of the driven link of the rotational movement.
Недостатком таких аналогов изобретения является низкий КПД кривошипно-шатунного механизма из-за падения развиваемых им усилий во время движений ведущего звена около так называемых мертвых точек, например, поршня двигателя внутреннего сгорания в крайнем верхнем и нижнем положениях своего возвратно-поступательного движения.The disadvantage of such analogues of the invention is the low efficiency of the crank mechanism due to the drop in the forces developed by it during the movements of the driving link near the so-called dead points, for example, the piston of the internal combustion engine in the extreme upper and lower positions of its reciprocating motion.
Известен более эффективный способ повышения эффективности работы кривошипно-шатунного механизма, заключающийся в том, что увеличивают момент инерции его ведомого звена с помощью раскрутки ведомого диска, используя при этом корректирующее устройство - гибкую ленту, которая обеспечивает дополнительное увеличение момента инерции ведомого диска, в том числе и в момент прохождения ведущим звеном кривошипно-шатунного механизма своих мертвых точек [2]. В этом случае обеспечивается повышение КПД кривошипно-шатунного механизма, так как гибкая лента передает усилие по касательной к ведомому диску с существенным дополнительным приростом результирующей силы, зависящей от угла наклона шатуна в гораздо меньшей степени, чем у механизма-аналога [1].There is a more effective way to increase the operating efficiency of the crank mechanism, which consists in increasing the moment of inertia of its driven link by spinning the driven disk, using a correction device, a flexible tape, which provides an additional increase in the moment of inertia of the driven disk, including and at the moment the leading link passes the crank mechanism of its dead spots [2]. In this case, an increase in the efficiency of the crank mechanism is ensured, since the flexible tape transmits the force tangentially to the driven disk with a significant additional increase in the resulting force, which depends on the angle of the connecting rod to a much lesser extent than that of the analog mechanism [1].
Способ [2] выбран за прототип изобретения. Для его осуществления известно устройство кривошипно-шатунного механизма [2] с более высоким чем у аналога [1] КПД. Такое устройство, также выбранное за прототип. Оно содержит шатун, один конец которого связан с ведущим звеном поступательного перемещения, а второй - с диском ведомого звена вращательного движения через корректирующий его вращение ленточно-роликовый механизм. Корректирующий ленточно-роликовый механизм выполнен в виде ленты, охватывающей ведомый диск. Один конец ленты связан с шатуном, а второй - с этим диском через ролик, взаимодействующий с боковой поверхностью диска с возможностью перемещения вдоль оси последнего. При этом лента имеет возможность взаимодействия с двумя кулачками, закрепленными по разные стороны от диска. Так как упругая лента, охватывающая ведомый диск, во время движения шатуна передает усилие ведомому звену по касательной к диску, то он поворачивается под действием максимальной силы, не зависящей от угла наклона шатуна, чем достигается увеличение крутящего момента и обеспечивается более высокий КПД.Method [2] is selected for the prototype of the invention. For its implementation, a device of the crank mechanism [2] with a higher efficiency than that of the analogue [1] is known. Such a device, also selected as a prototype. It contains a connecting rod, one end of which is connected to the leading link of the translational movement, and the other end is connected to the disk of the driven link of the rotational movement through a belt-roller mechanism that corrects its rotation. The correcting tape-roller mechanism is made in the form of a tape covering the driven disk. One end of the tape is connected to the connecting rod, and the second to this disk through a roller interacting with the side surface of the disk with the possibility of movement along the axis of the latter. At the same time, the tape has the ability to interact with two cams fixed on opposite sides of the disk. Since the elastic tape covering the driven disk transfers the force to the driven member tangentially to the disk during the movement of the connecting rod, it rotates under the action of a maximum force, independent of the angle of the connecting rod, which increases the torque and ensures higher efficiency.
Однако недостатками прототипа [2] являются:However, the disadvantages of the prototype [2] are:
отсутствие возможности эффективно увеличивать полезную мощность кривошипно-шатунного механизма, управляя двумя факторами: увеличением частоты вращения и одновременно величиной вращающейся массы ведомого диска ведомого звена, т.е. его крутящего момента;the inability to effectively increase the useful power of the crank mechanism by controlling two factors: an increase in the rotational speed and simultaneously the magnitude of the rotating mass of the driven disk of the driven link, i.e. its torque;
нестабильность работы кривошипно-шатунного механизма, низкая надежность, повышенный износ, обусловленные колебаниями скорости вращения диска ведомого звена. Данные колебания скорости называются вынужденными, под ними понимают колебания, происходящие под действием внешних периодически изменяющихся сил. Эти колебания происходят с различными амплитудами и частотами и обусловлены источниками переменных сил и переменной скорости, воздействующих непосредственно на диск ведомого звена. Они возникают в основном при превращении поступательного движения поршня в его верхней и нижней точках этого движения (мертвых точках) во вращательное движение ведомого диска. Колебания скорости обусловлены переменной силой трения в подшипниках коленчатого вала, а также в подвижных узлах потребителей энергии вследствие шероховатости поверхности подшипников и непостоянством их смазки. Колебание скорости могут возникать из-за некачественного изготовления зубьев шестерен передаточных механизмов.the instability of the crank mechanism, low reliability, increased wear due to fluctuations in the speed of rotation of the drive of the driven link. These speed fluctuations are called forced, they mean oscillations that occur under the action of external periodically changing forces. These oscillations occur with different amplitudes and frequencies and are caused by sources of variable forces and variable speed, which act directly on the disk of the driven link. They arise mainly when the translational motion of the piston in its upper and lower points of this movement (dead center) is converted into a rotational movement of the driven disk. Fluctuations in speed are due to variable friction in the bearings of the crankshaft, as well as in the moving parts of the energy consumers due to the roughness of the surface of the bearings and the variability of their lubrication. Speed fluctuations can occur due to poor-quality manufacturing of gear teeth of gears.
Указанные недостатки прототипа [2] вызывают снижение эффективности кривошипно-шатунного механизма, увеличение расхода потребляемой энергии и, как следствие, ухудшение экологии. В указанном механизме не обеспечивается автоматическое регулирование момента инерции вращающего ведомого звена в процессе работы в зависимости от необходимой мощности потребителя энергии и запаса его прочности по мощности.These disadvantages of the prototype [2] cause a decrease in the efficiency of the crank mechanism, an increase in the consumption of energy and, as a consequence, environmental degradation. In this mechanism, automatic control of the moment of inertia of the rotating driven link during operation is not provided, depending on the required power of the energy consumer and its safety margin in power.
Колебания скорости вращения диска ведомого звена, обусловленные источниками переменных сил и скорости, вызывают нестабильность работы механизма, уменьшение его надежности, увеличение износа и уменьшение срока службы.Fluctuations in the rotation speed of the driven link disk, caused by sources of variable forces and speed, cause the mechanism to become unstable, reduce its reliability, increase wear and reduce service life.
Задача изобретения в повышении эффективности и надежности работы кривошипно-шатунного механизма вследствии упрощения кинематических связей в нем и обеспечения автоматического увеличения момента инерции его вращающегося ведомого звена в процессе работы устройства в зависимости от необходимой мощности потребителя энергии и запаса его прочности по мощности для повышения эффективности и надежности устройства в работе, а также для увеличения срока его службы.The objective of the invention is to increase the efficiency and reliability of the crank mechanism due to the simplification of the kinematic connections in it and to automatically increase the moment of inertia of its rotating driven link during operation of the device, depending on the required power of the energy consumer and its safety margin in terms of power to increase efficiency and reliability devices in operation, as well as to increase its service life.
Для предлагаемого способа задача решается тем, что способ повышения эффективности работыFor the proposed method, the problem is solved in that the way to increase work efficiency
- 1 015906 кривошипно-шатунного механизма, заключающийся в том, что увеличивают момент инерции его ведомого звена с помощью раскрутки ведомого диска корректирующего устройства, которое обеспечивает дополнительное увеличение момента инерции ведомого диска в момент прохождения ведущим звеном кривошипно-шатунного механизма своих мертвых точек, при этом обеспечивают обратную связь корректирующего устройства с ведомым звеном и за счет ее регулируют величину упомянутого дополнительного увеличения момента инерции ведомого диска корректирующего устройства путем изменения силы сцепления маховика с магнитной жидкостью при помощи изменения вязкости магнитной жидкости, расположенной внутри замкнутой полости ведомого диска корректирующего устройства, имеет отличительные признаки: обратную связь корректирующего устройства с ведомым звеном обеспечивают путем измерения частоты вращения выходного звена и формирования электрического сигнала, пропорционального этому измерению, который подают в управляющую систему, которая, в зависимости от величины этого сигнала изменяет вязкость магнитной жидкости.- 1 015906 crank mechanism, which consists in the fact that increase the moment of inertia of its driven link by spinning the driven disk of the correction device, which provides an additional increase in the moment of inertia of the driven disk at the time of the leading link of the crank mechanism of its dead points, while provide feedback of the correction device with the slave link and, due to it, regulate the value of the mentioned additional increase in the moment of inertia of the slave disk its device by changing the adhesion force of the flywheel with magnetic fluid by changing the viscosity of the magnetic fluid located inside the closed cavity of the driven disk of the correction device has distinctive features: feedback of the correction device with the driven link is provided by measuring the speed of the output link and generating an electrical signal proportional this measurement, which is fed into the control system, which, depending on the magnitude of this signal, changes the elm awn magnetic fluid.
Для предлагаемого устройства задача решается тем, что кривошипно-шатунный механизм, содержащий установленный в корпусе шатун, связанный с ведущим звеном возвратно-поступательного движения и с ведомым звеном вращательного движения, выполненным в виде коленчатого вала, при этом ведомое звено вращательного движения снабжено корректирующим механизмом, содержащим ведомый диск, установленный на коленчатом валу и выполненный из двух частей - в виде установленного жестко на коленчатом валу картера с замкнутой герметичной полостью и в виде маховика, установленного на коленчатом валу соосно картеру на подшипнике внутри замкнутой полости картера, причем замкнутая полость картера в пространстве между ним и маховиком заполнена электровязкой жидкостью, связанной электрически с устройством, формирующим электрический сигнал, и системой управления величиной вязкости жидкости, при этом устройство, формирующее электрический сигнал, соединено электрически через скользящие контакты с картером и посредством коленчатого вала с маховиком, имеет отличительные признаки: устройство, формирующее электрический сигнал, выполнено с возможностью изменения величины напряжения, подводимого к электровязкой жидкости, пропорционально числу оборотов коленчатого вала ведомого звена.For the proposed device, the problem is solved in that the crank mechanism comprising a connecting rod mounted in the housing, connected to the driving link of the reciprocating movement and to the driven link of the rotational movement, made in the form of a crankshaft, while the driven link of the rotational movement is equipped with a corrective mechanism, containing a driven disk mounted on the crankshaft and made of two parts - in the form of a crankcase mounted rigidly on the crankshaft with a closed sealed cavity and in the form of a a flywheel mounted on a crankshaft coaxially to the crankcase on a bearing inside a closed crankcase cavity, and the closed crankcase in the space between it and the flywheel is filled with an electroviscous fluid electrically connected to a device that generates an electrical signal and a control system for the fluid viscosity, while the device that forms an electrical signal, connected electrically through sliding contacts with the crankcase and through a crankshaft with a flywheel, has distinctive features: device, ph miruyuschee electrical signal is adapted to change the voltage value supplied to the liquid elektrovyazkoy proportional to the number of revolutions of the crankshaft of the driven member.
Введение обратной связи корректирующего устройства с ведомым звеном создает предпосылку для автоматического изменения момента инерции ведомого диска в зависимости от изменения внутренних и внешних факторов, влияющих на работу кривошипно-шатунного механизма и потребителя его энергии.The introduction of feedback from the correction device with the driven link creates the prerequisite for the automatic change of the moment of inertia of the driven disk, depending on changes in internal and external factors affecting the operation of the crank mechanism and its energy consumer.
Регулировка величины упомянутого дополнительного увеличения момента инерции ведомого звена при помощи изменения силы сцепления его ведомого диска с корректирующим устройством позволит создать более гибкое и существенное изменение прироста такого момента инерции за счет значительного увеличения полезной площади контакта ведомого диска с корректирующим устройством.Adjusting the magnitude of the aforementioned additional increase in the moment of inertia of the driven link by changing the adhesion force of its driven disk to the correction device will allow us to create a more flexible and significant change in the growth of this moment of inertia due to a significant increase in the useful contact area of the driven disk with the correction device.
Выполнение ведомого диска из двух частей направлено на появление элементов, создающих раздельные моменты инерции на валу ведомого звена.The implementation of the driven disk in two parts is aimed at the appearance of elements that create separate moments of inertia on the shaft of the driven link.
Жесткая установка на коленчатом валу картера с замкнутой полостью и установка на коленчатом валу маховика соосно картеру на подшипнике внутри замкнутой полости картера необходимы для того, чтобы обеспечить упомянутую раздельность моментов инерции.A rigid installation on a cranked shaft of a crankcase with a closed cavity and installation on a crankshaft of a flywheel coaxially to the crankcase on a bearing inside a closed cavity of the crankcase are necessary in order to ensure the mentioned separation of moments of inertia.
Образование корректирующего механизма ведомым диском позволит устранить прямой контакт такого механизма с шатуном, что направлено на устранение сложной и малонадежной, как у аналога [1], кинематической связи шатуна с кривошипом через ленту.The formation of a corrective mechanism by the driven disk will eliminate direct contact of such a mechanism with the connecting rod, which is aimed at eliminating the complex and unreliable, as in the analogue [1], kinematic connection of the connecting rod with the crank through the tape.
Заполнение замкнутой полости картера электровязкой жидкостью позволит применить ее способность по изменению своей вязкости для того, чтобы быть своеобразной регулируемой муфтой сцепления между поверхностями картера и маховика.Filling a closed cavity of the crankcase with electrically viscous liquid will make it possible to use its ability to change its viscosity in order to be a kind of adjustable clutch between the surfaces of the crankcase and the flywheel.
Электрическая связь электровязкой жидкости с системой управления величиной вязкости этой жидкости предназначена для обеспечения возможности надежного упомянутого сцепления и регулирования этого сцепления, а значит и для обеспечения возможности регулирования суммарного момента инерции выходного звена, от которого зависит выходная мощность кривошипно-шатунного механизма в текущем времени вращения коленчатого вала ведомого звена.The electrical connection of the electrically viscous fluid with the viscosity control system of this fluid is designed to provide reliable coupling and control of this coupling, and therefore to provide the ability to control the total moment of inertia of the output link, which determines the output power of the crank mechanism in the current crankshaft rotation time shaft of the driven link.
Это также нужно и для автоматического регулирования момента инерции ведомого звена при его вращении.This is also necessary for automatic control of the moment of inertia of the driven unit during its rotation.
Совокупность описанных выше отличительных признаков полезной модели направлена на повышение эффективности работы кривошипно-шатунного механизма и на уменьшение влияния источника переменных сил и источника переменной скорости на его выходное звено. В результате должна повысится стабильность работы кривошипно-шатунного механизма, уменьшиться износ кинематических связей, увеличиться его надежность и срок службы.The combination of the distinguishing features of the utility model described above is aimed at increasing the efficiency of the crank mechanism and at reducing the influence of the source of variable forces and the source of variable speed on its output link. As a result, the stability of the crank mechanism should increase, the wear of kinematic links should decrease, its reliability and service life should increase.
В таком исполнении кривошипно-шатунный механизм в качестве привода может быть приспособлен к различным видам потребителей для работы при различных частотах вращения и крутящих моментах. При этом обеспечивается равенство мощностей или крутящего момента (при заданных частотах вращения в установившемся режиме) между кривошипно-шатунным механизмом и потребителем его энергии, например приводами на автомобилях различного типа и назначения, железнодорожном транспорте, речном флоте, авиации, сельскохозяйственных машинах, строительно-дорожной технике, а такжеIn this design, the crank mechanism as a drive can be adapted to various types of consumers for operation at different speeds and torques. This ensures the equality of power or torque (at given speeds in steady state) between the crank mechanism and the consumer of its energy, for example, drives on cars of various types and purposes, railway transport, river fleet, aviation, agricultural machinery, construction and road technique as well
- 2 015906 привода генераторов, компрессов, насосов, бурильных установок и т.д. Таким образом, кривошипношатунные механизмы, выполненные согласно изобретения найдут широкое использование в народном хозяйстве.- 20155906 drive generators, compresses, pumps, drilling rigs, etc. Thus, crank mechanisms made according to the invention will find widespread use in the national economy.
Варианты осуществления предлагаемого способа:Embodiments of the proposed method:
изменение силы сцепления ведомого диска с корректирующим устройством осуществляют при помощи изменения вязкости магнитной жидкости, расположенной в замкнутом объеме корректирующего устройства;the change in the adhesion force of the driven disk with the correction device is carried out by changing the viscosity of the magnetic fluid located in the closed volume of the correction device;
обратную связь корректирующего устройства с ведомым звеном обеспечивают путем измерения величины вращения выходного звена.the feedback of the correction device with the slave link is provided by measuring the rotation value of the output link.
Вариантами выполнения предлагаемого устройства может быть исполнение кривошипношатунного с упомянутыми отличительными признаками с добавлением нижеследующих:Variants of the proposed device may be the execution of a crank with the above distinctive features with the addition of the following:
замкнутая полость картера заполнена электровязкой жидкостью в пространстве между картером и маховиком.the closed cavity of the crankcase is filled with electroviscous fluid in the space between the crankcase and the flywheel.
система управления величиной вязкости электровязкой жидкости может быть выполнена в виде устройства, формирующего электрический сигнал для управления напряжением, подводимым к электровязкой жидкости, пропорционально числу оборотов коленчатого вала ведомого звена;the control system for the amount of viscosity of an electrically viscous fluid can be made in the form of a device that generates an electrical signal for controlling the voltage supplied to the electrically viscous fluid in proportion to the number of revolutions of the crankshaft of the driven unit;
причем устройство, формирующее электрический сигнал, может быть соединено электрически с картером и коленчатым валом ведомого звена через скользящие контакты, причем маховик подключен к отрицательной, а картер к положительной клеммам этого устройства;moreover, the device forming the electrical signal can be connected electrically to the crankcase and the crankshaft of the driven link via sliding contacts, the flywheel being connected to the negative and the crankcase to the positive terminals of this device;
замкнутая полость картера может быть выполнена герметичной;the closed cavity of the crankcase can be sealed;
и такая герметичность может быть обеспечена за счет того, что картер закреплен на коленчатом валу ведомого звена через изолирующие прокладки;and such tightness can be ensured due to the fact that the crankcase is mounted on the crankshaft of the driven link through insulating gaskets;
желательно, чтобы масса маховика в 3-5 раз превышала массу картера.it is desirable that the mass of the flywheel is 3-5 times the mass of the crankcase.
Последний вариант выполнения изобретения, касающийся указанного соотношения масс основан на теории и практике работы инерционных механизмов, которые показывают, в нашем случае, что чем больше превышение массы маховика относительно картера, тем больше возможность увеличить момент инерции, т. е. повысить эффективность и увеличить степень защиты от источников переменных сил и скорости, а сам процесс затухания колебаний приблизить к апериодическому. Однако большое увеличение массы маховика приводит к увеличению габаритов, а малая масса картера - малому моменту инерции. Поэтому выбран упомянутый рациональный диапазон соотношения масс маховика и картера.The last embodiment of the invention relating to the indicated mass ratio is based on the theory and practice of the inertial mechanisms, which show, in our case, that the greater the excess of the flywheel mass relative to the crankcase, the greater the opportunity to increase the moment of inertia, i.e., increase efficiency and increase the degree protection from sources of variable forces and speeds, and the process of damping oscillations itself closer to aperiodic. However, a large increase in the mass of the flywheel leads to an increase in dimensions, and a small mass of the crankcase leads to a small moment of inertia. Therefore, the mentioned rational range of the mass ratio of the flywheel and the crankcase is selected.
Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой кривошипно-шатунного механизма.The invention is illustrated in the schematic diagram of the crank mechanism.
Кривошипно-шатунный механизм расположен в корпусе 1 потребителя его энергии, например двигателя внутреннего сгорания.The crank mechanism is located in the housing 1 of the consumer of its energy, such as an internal combustion engine.
Шатун 2 кривошипно-шатунного механизма одним из своих концов связан с ведущим звеном поступательного перемещения, например через палец 3, с поршнем 4. Вторым своим концом шатун 2 связан через подшипник скольжения 5 с кривошипом 6 ведомого звена вращательного движения, например, коленчатого вала 7, который посажен в подшипники 8 корпуса 1.The connecting rod 2 of the crank mechanism with one of its ends is connected with the leading link of the translational movement, for example, through the pin 3, with the piston 4. The second connecting rod 2 is connected through the sliding bearing 5 with the crank 6 of the driven link of the rotational movement, for example, of the crankshaft 7, which is seated in bearings 8 of housing 1.
Кривошипно-шатунный механизм включает в себя также корректирующий механизм вращения своего ведомого звена, который расположен без контакта с шатуном 1. Такой корректирующий механизм выполнен в виде закрепленного жестко на коленчатом валу 7 через изолирующие прокладки 9 картера 10 и маховика 11, расположенного внутри картера 10 и закрепленного через подшипник качения 12 на коленчатом валу 7, а также электровязкой жидкости 13 в картере 10, датчика 14 с роликом 15, управляющего блока 16 системы подачи электрического напряжения.The crank mechanism also includes a correction mechanism for rotating its driven member, which is located without contact with the connecting rod 1. Such a correction mechanism is made in the form of a rigidly fixed on the crankshaft 7 through the insulating gaskets 9 of the crankcase 10 and the flywheel 11 located inside the crankcase 10 and fixed through a rolling bearing 12 on the crankshaft 7, as well as electroviscous fluid 13 in the crankcase 10, the sensor 14 with the roller 15, the control unit 16 of the voltage supply system.
Масса маховика 11 значительно больше массы картера 10. Например, для двигателей внутреннего сгорания автомобилей - в 3-5 раз. Применяемая электровязкая жидкость 13 - это реологическая среда с дисперсными системами двух или трех фаз в виде мелких твердых частиц - ферромагнетиков, распределенных в вязкой жидкости, которую также называют магнитной.The mass of the flywheel 11 is significantly greater than the mass of the crankcase 10. For example, for internal combustion engines of cars - 3-5 times. The electrically viscous fluid 13 used is a rheological medium with dispersed systems of two or three phases in the form of small solid particles - ferromagnets distributed in a viscous fluid, which is also called magnetic.
Вал ведомого звена снабжен датчиком 14, измеряющим, например, частоту вращения коленчатого вала 7 через ролик 15, контактирующий с этим валом. Датчик 14 электрически связан с управляющим блоком 16 системы подачи электрического напряжения от источника питания, например от генератора 17. На своем выходе управляющий блок имеет положительную и отрицательную клеммы 18, 19.The shaft of the driven link is equipped with a sensor 14, measuring, for example, the rotational speed of the crankshaft 7 through a roller 15 in contact with this shaft. The sensor 14 is electrically connected to the control unit 16 of the system for supplying electric voltage from a power source, for example, from a generator 17. At its output, the control unit has positive and negative terminals 18, 19.
К положительной клемме 18 подключен провод 20, который соединен со скользящим контактом 21, прижатым к токопроводящей части торцевой поверхности картера 10. К отрицательной клемме 19 подключен провод 22, который соединен со скользящим контактом 23, прижатым к токопроводящей части торцевой поверхности коленчатого вала 7. Таким образом, через эти скользящие контакты 21 и 23 и токопроводящие части маховика 10 и коленчатого вала 7 электровязкая жидкость 12 электрически связана через управляющий блок с генератором 17.A wire 20 is connected to the positive terminal 18, which is connected to the sliding contact 21 pressed against the conductive part of the crank shaft 10. To a negative terminal 19, a wire 22 is connected, which is connected to the sliding contact 23 pressed to the conductive part of the crankshaft end 7. Thus Thus, through these sliding contacts 21 and 23 and the conductive parts of the flywheel 10 and the crankshaft 7, the electrically viscous fluid 12 is electrically connected through the control unit to the generator 17.
Ход поршня 4 ограничен нижней мертвой точкой 24 и верхней мертвой точкой 25.The stroke of the piston 4 is limited by bottom dead center 24 and top dead center 25.
Кривошипно-шатунный механизм работает следующим образом. Осуществляется воздействие на ведущее звено движущей силы, например, от высокого давления газов, образующихся при сгорании топлива. Они давят на поршень 4 и перемещают его вниз относительно корпуса 1 до нижней мертвой точки 24, после этого по инерции поршень устремляется вверх и доходит до верхней мертвой точки 25.The crank mechanism works as follows. The driving force is affected, for example, by the high pressure of the gases generated during the combustion of fuel. They press on the piston 4 and move it down relative to the housing 1 to the bottom dead center 24, after which the inertia of the piston rises up and reaches the top dead center 25.
- 3 015906- 3 015906
Затем цикл такого рабочего хода поршня 4 повторяется.Then the cycle of such a stroke of the piston 4 is repeated.
Поступательное движение поршня 4 во время рабочего хода через шатун 2 передается коленчатому валу 7, который, вращаясь, преобразует поступательное движение поршня 4 во вращательное движение ведомого звена потребителя, например колеса автомобиля.The translational movement of the piston 4 during the stroke through the connecting rod 2 is transmitted to the crankshaft 7, which, rotating, converts the translational movement of the piston 4 into the rotational movement of the driven member of the consumer, such as a car wheel.
Каждому рабочему ходу предшествуют пассивные, подготовительные процессы. Например, для двигателя внутреннего сгорания это такты всасывания, выпуска и т.п.). Они не приводят во вращение коленчатый вал 7, а осуществляются за счет созданного его крутящего момента.Each working move is preceded by passive, preparatory processes. For example, for an internal combustion engine, these are suction, exhaust, etc.). They do not drive the crankshaft 7, but are carried out due to the created torque.
В процессе самого рабочего хода поршня 4 происходит уменьшение воздействия усилия на него около мертвых точек 24 и 25.In the process of the stroke of the piston 4 there is a decrease in the effect of the force on it near the dead points 24 and 25.
Учитывая, что кривошипно-шатунный механизм должен осуществлять привод различных устройств, момент инерции коленчатого вала, а следовательно и его крутящий момент должен быть регулируемым и увеличенным. Изменение момента инерции коленчатого вала 4 измеряется датчиком 14 и осуществляется через управляющий блок 16 путем изменения, пропорционально текущей величине оборотов коленчатого вала 7, электрического напряжения, прикладываемого к электровязкой жидкости 13 через скользящие контакты 21, 23 и токопроводящие части картера 10 и маховика 11.Given that the crank mechanism must drive various devices, the moment of inertia of the crankshaft, and therefore its torque should be adjustable and increased. The change in the moment of inertia of the crankshaft 4 is measured by the sensor 14 and is carried out through the control unit 16 by changing, in proportion to the current value of the revolutions of the crankshaft 7, the electrical voltage applied to the electrically viscous fluid 13 through the sliding contacts 21, 23 and the conductive parts of the crankcase 10 and flywheel 11.
Поэтому меняется вязкость и следовательно сила сцепления между картером 10 и маховиком 11 и тем самым, уменьшается или увеличивается общая вращающаяся масса этих элементов корректирующего механизма.Therefore, the viscosity and consequently the adhesion force between the crankcase 10 and the flywheel 11 are changed, and thereby the total rotating mass of these elements of the correction mechanism decreases or increases.
В начальный момент, например при пуске кривошипно-шатунного механизма, начинает вращаться только картер 10. Поэтому момент инерции коленчатого вала 7 незначительный. Это облегчает запуск двигателя.At the initial moment, for example, when starting the crank mechanism, only the crankcase 10 starts to rotate. Therefore, the moment of inertia of the crankshaft 7 is negligible. This makes starting the engine easier.
При увеличении числа его оборотов увеличивается управляющее напряжение, подаваемое на магнитную жидкость 13 и увеличивается трение между картером 10 и маховиком 11, т.е. увеличивается общая вращающаяся масса кривошипно-шатунного механизма.With an increase in the number of its revolutions, the control voltage supplied to the magnetic fluid 13 increases and the friction between the crankcase 10 and the flywheel 11 increases, i.e. increases the total rotating mass of the crank mechanism.
В процессе его работы при значительной вязкости магнитной жидкости 13 достигается жесткое сцепление на коленчатом валу 4 маховика 11 с картером 10.In the process of its operation, with a significant viscosity of the magnetic fluid 13, rigid adhesion is achieved on the crankshaft 4 of the flywheel 11 with the crankcase 10.
Поэтому момент инерции кривошипно-шатунного механизма равен сумме моментов их инерции и коленчатого вала 7.Therefore, the moment of inertia of the crank mechanism is equal to the sum of the moments of their inertia and the crankshaft 7.
Так как масса маховика значительно превышает массу картера, а момент инерции пропорционален массе, то за счет автоматического увеличения подаваемого напряжения на электровязкую жидкость 13 возможно значительное увеличение момента инерции ведомого звена.Since the mass of the flywheel significantly exceeds the mass of the crankcase, and the moment of inertia is proportional to the mass, a significant increase in the moment of inertia of the driven unit is possible due to an automatic increase in the applied voltage to the electroviscous fluid 13.
Полезная эффективная мощности (№) кривошипно-шатунного механизма, которую можно получить на коленчатом валу 7, зависит от крутящего момента (Ме) и частоты вращения (п) коленчатого вала. Согласно известной формуле [3]The useful effective power (No.) of the crank mechanism, which can be obtained on the crankshaft 7, depends on the torque (Me) and the rotational speed (p) of the crankshaft. According to the well-known formula [3]
Л/е = Ме пL / e = Me p
Так как упомянутое увеличение вращающейся массы ведомого звена кривошипно-шатунного механизма повышает частоту вращения его коленчатого вала 7, то будет обеспечиваться увеличение эффективной мощности кривошипно-шатунного механизма и, в конечном итоге, потребителя его энергии.Since the mentioned increase in the rotating mass of the driven link of the crank mechanism increases the rotational speed of its crankshaft 7, an increase in the effective power of the crank mechanism and, ultimately, the consumer of its energy will be provided.
В предложенном устройстве в отличие от существующих [1, 2] регулировкой частоты вращения его коленчатого вала 7 с помощью изменения вязкости магнитной жидкости 13 можно более эффективно влиять на эффективность работы кривошипно-шатунного механизма и потребителя его энергии. Это происходит потому, что согласно вышеприведенной формуле в этом случае изменяется не только мощность, но и крутящий момент вследствие того, что величина приложенного управляющего напряжения к магнитной жидкости 13 пропорциональна частоте вращения коленчатого вала 7. Следовательно это автоматически вызывает увеличение вязкости магнитной жидкости 13 и автоматически вызывает повышение сцепления между картером 10 и маховиком 11 с последующим увеличением общей вращающейся массы кривошипно-шатунного механизма и крутящих моментов его коленчатого вала 7 и потребителя.In the proposed device, unlike the existing ones [1, 2], by adjusting the rotational speed of its crankshaft 7 by changing the viscosity of the magnetic fluid 13, it is possible to more effectively influence the efficiency of the crank mechanism and its energy consumer. This is because, according to the above formula, in this case, not only the power changes, but also the torque due to the fact that the magnitude of the applied control voltage to the magnetic fluid 13 is proportional to the rotational speed of the crankshaft 7. Therefore, this automatically causes an increase in the viscosity of the magnetic fluid 13 and automatically causes an increase in adhesion between the crankcase 10 and the flywheel 11 with a subsequent increase in the total rotating mass of the crank mechanism and the torques of its ring chatogo shaft 7 and the consumer.
Обеспечение необходимой мощности потребителя путем изменения числа оборотов и следовательно величины крутящего момента практически осуществляется с помощью известных устройств, например регулятора частоты вращения двигателя внутреннего сгорания (не показано). Такой регулятор управляет подачей горючей смеси или топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания с помощью, например, дроссельной заслонки во впускном трубопроводе (не показаны). Таким образом, регулятором частоты вращения устанавливается необходимая мощность кривошипно-шатунного механизма 7, используемого для привода различных потребителей.Providing the necessary power to the consumer by changing the number of revolutions and therefore the magnitude of the torque is practically carried out using known devices, for example, a speed controller of an internal combustion engine (not shown). Such a regulator controls the flow of a combustible mixture or fuel into the cylinder of an internal combustion engine using, for example, a throttle valve in the intake manifold (not shown). Thus, the speed controller sets the required power of the crank mechanism 7, used to drive various consumers.
В процессе работы кривошипно-шатунного механизма известных устройств [1, 2] за счет непостоянства скорости вращения его ведомого звена, обусловленного источниками переменных сил и переменной скорости, ухудшается стабильность работы конечного потребителя энергии. В предложенном же устройстве трение, возникающее между картером 10 и маховиком 11, обусловлено наличием магнитной жидкости 13 и приложенным напряжением, определяющим величину вязкости этой жидкости. Это предотвращает изменение характера вращения картера 11 за счет постоянно вращающегося маховика 10 с большей массой, т.е. будет происходить демпфирование колебаний рабочих характеристик кривошипношатунного механизма, вызванных внутренними (износ, нагрев и др.) и внешними (изменение сопротивIn the process of operation of the crank mechanism of known devices [1, 2] due to the inconsistency of the rotation speed of its driven link due to the sources of variable forces and variable speed, the stability of the end energy consumer is deteriorating. In the proposed device, the friction that occurs between the crankcase 10 and the flywheel 11 is due to the presence of magnetic fluid 13 and the applied voltage, which determines the viscosity of this fluid. This prevents a change in the nature of rotation of the crankcase 11 due to the constantly rotating flywheel 10 with a larger mass, i.e. there will be damping of fluctuations in the operating characteristics of the crank mechanism caused by internal (wear, heating, etc.) and external (change in resistance
- 4 015906 ления выходному звену со стороны потребителя энергии, климатические условия и т.д.) факторами. Чем больше момент инерции ведомого звена, тем больше он защищен от воздействия источника переменных сил и переменной скорости, т.е. увеличивается коэффициент защиты и механически импеданс, характеризующие стабильность работы кривошипно-шатунного механизма.- 4 015906 factors to the output link from the side of the energy consumer, climatic conditions, etc.). The greater the moment of inertia of the driven unit, the more it is protected from the influence of a source of variable forces and variable speed, i.e. increases the protection coefficient and mechanical impedance, characterizing the stability of the crank mechanism.
При остановке кривошипно-шатунного механизма уменьшается число оборотов его коленчатого вала 7, напряжение на магнитной жидкости приближается к нулю. Следовательно массивный маховик 11 по инерции свободно вращается, незначительно сцепляясь с картером 10. В результате чего будут уменьшаться динамические нагрузки на кривошипно-шатунный механизм и будет обеспечиваться плавность его остановки.When you stop the crank mechanism decreases the number of revolutions of its crankshaft 7, the voltage on the magnetic fluid approaches zero. Therefore, the massive flywheel 11 rotates freely by inertia, slightly engaging with the crankcase 10. As a result, the dynamic loads on the crank mechanism will decrease and smoothness of its stop will be ensured.
В процессе работы предлагаемого устройства трение, возникающее между картером 10 и маховиком 11, обусловленное наличием магнитной жидкости 13, приводит к уменьшению энергии собственных колебаний кривошипно-шатунного механизма.In the process of operation of the proposed device, the friction that occurs between the crankcase 10 and the flywheel 11, due to the presence of magnetic fluid 13, leads to a decrease in the energy of natural vibrations of the crank mechanism.
Одновременно, с увеличением массы ведомого звена кривошипно-шатунного механизма, увеличивается крутящий момент его коленчатого вала 7. В результате уменьшается и мощность механических потерь, обусловленная пассивными подготовительными процессами. Это, в конечном итоге, уменьшает усилия на поршень 4 около мертвых точек 24, 25 его возвратно-поступательного движения. Такое уменьшение усилий на поршень 4 за счет увеличения крутящего момента коленчатого вала 7, определяемого плавно изменяющейся частотой его вращения при пуске, работе и остановке, увеличивает надежность и стабильность работы кривошипно-шатунного механизма и увеличивает срок его службы.At the same time, with an increase in the mass of the driven link of the crank mechanism, the torque of its crankshaft 7 increases. As a result, the power of mechanical losses due to passive preparatory processes also decreases. This, ultimately, reduces the effort on the piston 4 near the dead points 24, 25 of its reciprocating motion. Such a decrease in the efforts on the piston 4 due to an increase in the torque of the crankshaft 7, which is determined by the smoothly changing frequency of its rotation during start-up, operation and stop, increases the reliability and stability of the crank mechanism and increases its service life.
При использовании предложенного устройства необходимая его мощность достигается при меньшем давлении на поршень 4 (по сравнению с существующими механизмами) за счет увеличения крутящего момента на коленчатом валу 7.When using the proposed device, its required power is achieved with less pressure on the piston 4 (compared with existing mechanisms) by increasing the torque on the crankshaft 7.
Все это повышает эффективность и надежность работы кривошипно-шатунного механизма и потребителей его энергии. Для двигателей внутреннего или внешнего сгорания, для которых предназначен кривошипно-шатунный механизм, будет наблюдаться также уменьшение расхода топлива и улучшение их экологических показателей, что с учетом массовости применения таких двигателей на различных транспортных средствах позволит улучшить экологию в целом.All this increases the efficiency and reliability of the crank mechanism and consumers of its energy. For internal or external combustion engines for which the crank mechanism is intended, there will also be a decrease in fuel consumption and an improvement in their environmental performance, which, taking into account the mass application of such engines in various vehicles, will improve the environment as a whole.
Источники информации:Information sources:
1. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике Т.П., М.: Наука, 1979, с. 449.1. Artobolevsky I.I. Mechanisms in modern technology T.P., M .: Nauka, 1979, p. 449.
2. Авт. св. 8И 1500976, МПК Р16Н 29/08, заявлено 22.02.82, опубликовано 23.08.83 (прототип).2. Auth. St. 8I 1500976, IPC Р16Н 29/08, claimed on 02.22.82, published on 08.23.83 (prototype).
3. Алексеев В.П., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др. Двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1980, с. 39.3. Alekseev V.P., Ivashchenko N.A., Ivin V.I. and others. Internal combustion engines. M .: Engineering, 1980, p. 39.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200901469A EA015906B1 (en) | 2009-10-06 | 2009-10-06 | Method for enhancing operation efficiency of crank gear and assembly thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200901469A EA015906B1 (en) | 2009-10-06 | 2009-10-06 | Method for enhancing operation efficiency of crank gear and assembly thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200901469A1 EA200901469A1 (en) | 2011-04-29 |
| EA015906B1 true EA015906B1 (en) | 2011-12-30 |
Family
ID=44356323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200901469A EA015906B1 (en) | 2009-10-06 | 2009-10-06 | Method for enhancing operation efficiency of crank gear and assembly thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA015906B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB185022A (en) * | 1921-08-31 | 1922-08-31 | George Constantinesco | An improved method and means for transmitting power from prime movers such as internal combustion engines to driven shafts, particularly for locomotives or other vehicles driven by internal combustion engines |
| SU1199965A1 (en) * | 1984-03-21 | 1985-12-23 | Пермский политехнический институт | Internal combustion engine |
| SU1500976A1 (en) * | 1987-12-08 | 1989-08-15 | Белорусский Политехнический Институт | Cine film transport speed stabilizer |
| SU1513424A2 (en) * | 1988-01-18 | 1989-10-07 | Белорусский Политехнический Институт | Stabilizer of cine film transport speed |
| RU2239075C2 (en) * | 2002-08-29 | 2004-10-27 | Иосселиани Дмитрий Александрович | Free-piston internal combustion engine with shaft torque constant arm of force |
-
2009
- 2009-10-06 EA EA200901469A patent/EA015906B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB185022A (en) * | 1921-08-31 | 1922-08-31 | George Constantinesco | An improved method and means for transmitting power from prime movers such as internal combustion engines to driven shafts, particularly for locomotives or other vehicles driven by internal combustion engines |
| SU1199965A1 (en) * | 1984-03-21 | 1985-12-23 | Пермский политехнический институт | Internal combustion engine |
| SU1500976A1 (en) * | 1987-12-08 | 1989-08-15 | Белорусский Политехнический Институт | Cine film transport speed stabilizer |
| SU1513424A2 (en) * | 1988-01-18 | 1989-10-07 | Белорусский Политехнический Институт | Stabilizer of cine film transport speed |
| RU2239075C2 (en) * | 2002-08-29 | 2004-10-27 | Иосселиани Дмитрий Александрович | Free-piston internal combustion engine with shaft torque constant arm of force |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA200901469A1 (en) | 2011-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104520557B (en) | The control gear of variable compression ratio internal combustion engine and controlling method | |
| US6526935B2 (en) | Cardioid cycle internal combustion engine | |
| CN104411947B (en) | Internal combustion engine | |
| CN101709675A (en) | Compression ratio adjustable transmission mechanism of internal combustion engine and adjusting method | |
| GB2459079A (en) | An air engine | |
| CN105888840A (en) | Effort-saving engine | |
| CN110617146B (en) | Link mechanism and engine | |
| CN102877960A (en) | Engine with variable compression ratio | |
| US4433547A (en) | Torque leveller | |
| EA015906B1 (en) | Method for enhancing operation efficiency of crank gear and assembly thereof | |
| CN101737162B (en) | Pump-gas boosting internal combustion engine | |
| CN101363364B (en) | Double cylinder non side pressure engine | |
| SU1765479A1 (en) | Internal combustion engine with cylinder volume control | |
| JP6582170B2 (en) | Cam and cam mechanism that converts reciprocating piston reciprocating motion into rotational motion | |
| CN2716522Y (en) | Centrifugal governor of high speed diesel engine for automobile | |
| CN103925029B (en) | Variable valve lift driving device | |
| CN201255038Y (en) | Double cylinder non side pressure engine | |
| CN102297029A (en) | Piston variable compression ratio device in internal-combustion engine | |
| CN202081979U (en) | Crankshaft speed governor | |
| CN110779700A (en) | Piston excircle wear test device | |
| KR100999623B1 (en) | Variable compression apparatus and engine using the same | |
| CN113325777B (en) | Power control system of double-piston opposite internal combustion engine test platform | |
| RU149487U1 (en) | INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| RU104972U1 (en) | ICE OPERATING IN DIESEL OR MIXED MODE WITH OPTIMAL FUEL / AIR RATIO AT THE FULL LOAD RANGE | |
| RU114001U1 (en) | VEHICLE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY RU |