RU1828933C - Поршнева машина - Google Patents

Abstract

Использование: в поршневых машинах, преобразующих возвратно-поступательное движение во вращательное и наоборот, в различных приводах. Сущность изобретени : машина содержит две пары цилиндров 1, 3 и 2, 4 соответственно, корпуса которых неподвижно закреплены с образованием двух р дов с цилиндрами 1, 2 и 3, 4, имеющими относительное угловое смещение осей равное 0° а 180°. Парные цилиндры 1,3 и 2,4 св заны своими штоками 5, 6 и 7, 8 с шейками 9, 11 и 10, 12 соответствующих коленчатых валов 13 и 14, две пары дисков 17, 18 и 19, 20, установленные диа- , метрально противоположно и на торцах с концом соответствующей шейки 9,10, 11 и 12 и вращающиес  на соответствующих коленах 21, 26 одноколенчатых валов 22 и 27, соответственно и промежуточного вала 24, валы 22, 24 it 27 соосны между собой и установлены на опорах 28,29,30 вращени . При работе поршневой машины поршни в цилиндрах 1,2,3 и 4 совершают возвратно- поступательное движение под воздействием рабочей среды и воздействуют своими штоками 5, 6. 7 и 8 попарно и попеременно на соответствующие шейки 9, 10, 11 и 12 коленчатых валов 15,16, посредством которых затем вращательное движение через пары дисков 17, 18 и 19, 20 передаетс  на выходные коленчатые валы 22 и 27. 5 ил.

Description

00

ю

00

Ч

00

со

Изобретение относитс  к области машиностроени , а именно, к поршневым машинам и может быть использовано дл  преобразовани  возвратно-поступательного движени  во вращательное и наоборот в различных приводах.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и КПД поршневой машины за счет усовершенствовани  кинематической схемы.

На фиг. 1 показан общий вид поршневой машины; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1; на фиг. 3 - вращающиес  части поршневой машины в изометрической проекции; на фиг. 4 - кинематическа  схема взаимного расположени  шарниров, сочлененных со штоками; на фиг, 5 - диаграмма движени  поршневой машины.

Поршнева  машина состоит из корпуса (на чертеже не показано) четырех цилинд- ров 1, 2, 3 и 4 установленных попарно: парные цилиндры 1, 3 и 2, 4, соответственно, закреплены неподвижно корпусами (на чертеже не показаны) в параллельных плоскост х (на чертеже не обозначены), Лини  пересечени  плоскости, проход щей через оси цилиндров 1,2с фронтальной плоскостью обозначено индексом U, а лини  пересечени  плоскости, проход щей через оси цилиндров 3 и 4 с фронтальной плоскостью, обозначена индексом У(фиг. 2). При этом угол а. сдвига между плоскост ми цилиндров 1-4, т.е. между ос ми U и V равен 0 а 180. Цилиндры 1, 2, 3 и 4 имеют штоки 5, 6, 7 и 8, соответственно, жестко сочлененные с поршн ми (на чертеже не обозначены) каждого из цилиндров 1, 2, 3 и 4. При этом штоки 5,6.7 и 8 с другой стороны подвижно соединены с шейками 9, 10, 11 и 12 коленчатых валов 13 и 14, соответственно. Дл  этого цилиндры 1-4 установлены вдоль шеек 9-12 с соответствующим шагом (фиг, 1). Шейки 9 и 11 жестко соединены с коленом 15, а шейки 10 и 12 с коленом 16. Концы шеек 9 и 11 жестко закреплены на торцевых поверхност х (на чертеже не обозначены) дисков 17 и 18, соответственно, а концы шеек 10 и 12 жестко закреплены на торце- вых поверхност х (на чертеже не обозначены ) дисков 19 и 20. В свою очередь, диск 17 установлен с возможностью вращени  вокруг своей оси на колене 21 выходного одноколейного коленвала 22, а диск 18 установлен с возможностью вращени  вокруг своей оси на колене 23 промежуточного двухколенного коленчатого вала 24, диск 19 установлен с возможностью вращени  вокруг своей оси на колене 25 промежуточного коленвала 24, а диск 20 установлен с возможностью вращени  вокруг своей оси на колене 26 выходного одноколейного вала 27, Коленчатые валы 13 и 14 с шейками 9,11 и 10, 12, соответственно. Промежуточный двухколенчатый вал 24 и два выходных одноколейных вала 22 и 27, св занных соответствующим образом с парными дисками

17,18 и 19, 20, образуют механический преобразователь (на чертеже не обозначен) возвратно-поступательного движени  во вращательное. Пара дисков 17 и 18 расположена соосно и диаметрально противоположно паре дисков 19 и 20, также соосных друг с другом, Центры вращени  дисков 17,

18,19 и 20 расположены по окружности (на чертеже не показана), диаметр которой равен половине хода поршней, а центр этой окружности совпадает с точкой пересечени  осей U и V, т.е. с осью вращени  валов 22 24 и 27. Центры мест (на чертеже не обозначены) креплени  концов шеек 9 и 11 коленвала 13с дисками 17 и 18 расположены по окружности (на чертеже не показана), диаметр которой равен половине хода штоков 5 и 7, центр ее совпадает с центром вращени  дисков 17 и 18, а сама окружность касаетс  оси, проход щей через центры валов 22,24 и 27. Аналогично, центры мест (на чертеже не обозначены) креплени  шеек 10 и 12 также расположены на окружности (на чертеже не показана), диаметр которой равен половине хода штоков 6 и 8, центр ее совпадает с осью вращени  дисков 19 и 20, а сама окружность касаетс  оси, проход щей через центры валов 22, 24 и 27. Оси валов механического преобразовател  22, 24 и 27 имеют опоры вращени  (подшипниковые ) 28,29 и 30, соответственно. При этом угол между коленами 15 и 16 и линией, соедин ющей центр окружности дисков 17, 18 или 19, 20 и центр шейки 9 или 10, соответственно , равен 90 - а.

Окружность 31, обозначенна  на фиг. 2, имеет диаметр, равный полному ходу штока с центром, совпадающим с осью вращени  валов 22, 24 и 27.

На имеющейс  на фиг. 3 изометрической проекции изображены вращающиес  части поршневой машины, соедин ющей коленчатые валы 13 и 14, колена 15 и 16, диски 17, 18, 19 и 20, выходные одноколен- чатые валы 22 и 27, колена 25 и 26, что дает более нагл дное представление об устройстве поршневой машины,

Кинематическа  схема на фиг. 4 показывает взаимное расположение центров шеек 9 и 11, наход щихс  на окружности 32, центр которой совпадаете центром пересечени  осей U и V. Окружность 32 имеет диаметр , равный, половине хода штока, ее центр

совпадает с центром дисков 17 и 18. Рассмотрено положение центров шеек 9 и 10 и окружности 32 в моменты времени ц и t2. На фиг. 4 показана координатна  схема, состо ща  из осей х и у, в пр моугольной координатной системе. Ось совпадает с осью х, а угол между ос ми v и у равен 90 - а. При этом, окружность 62 в момент времени находитс  в крайнем нижнем положении и изображена сплошной линией. Эта же окружность , не сместивша с  к моменту времени в новое положение, обозначена той же цифрой, но со штрихом, т.е. 32, соответствующее ей расположение центров шеек 9 и 11 также помечено штрихом, т.е. 9 и 11.

На диаграмме (фиг. 5) представлены функции перемещени  штоков 5-8 з зависимости от времени t. Графики имеют обозначение 33 - дл  штока 5, 34 - дл  штока б, 35 - дл  штока 7 и 36 - дл  штока 8. При этом, показаны определенные положени  штоков, соответствующие моментам времени ti и t2 и положени м окружности 32 (фиг. 4) дл  тех же моментов времени. Сплошной линией обозначен активный ход штоков под воздействием рабочего теЛа, поступающего в цилиндры, а пунктиром - пас- сивный ход поршней, при котором происходит выброс отработанного рабочего тела из полости цилиндров, осуществл ющийс  за счет активной работы других цилиндров . Сдвиг фазы движени  штоков 7 и 8 по отношению к фазам движени  штоков 5 и 6 равен углу а , Сдвиг фаз движени  штоков 6 и 8 по отношению к фазам движени  штоков 5 и 7, соответствен но, составл ет 180°.

Поршнева  машина работает следующим образом. Поршни цилиндров 1-4 и, соответственно , штоки 5, б, 7 и 8 совершают возвратно-поступательное движение, подчин  сь синусоидальному закону (фиг. 5). Пусть в рассматриваемый момент времени выходные одноколенчатые валы 22 и 27 - расположатс  так, что диски 17 и 18 будут находитьс  в крайнем нижнем положении (фиг. 1, 2, 3), а диски 19 и 20 в крайнем верхнем положении. Центры шеек 9 и 10 диаметрально противоположны и наход тс  в крайних точках на оси х (фиг. 2). Шток 5 цилиндра 1 находитс  в максимально выдвинутом состо нии, а шток б цилиндра 2 находитс  в максимально вт нутом состо нии . В этот момент времени (ti на фиг. 5) начнетс  активное движение штока 6, под воздействием рабочего тела в цилиндре 2, и дав щего на шейку 10. В этот же момент времени продолжаетс  активный ход штока 7, движущегос  под воздействием рабочего

тела в полости цилиндра 3 и дав щего на шейку 11 коленчатого вала 13. Под взаимным воздействием штоков 6 и 7 образуетс  пара сил, заставл юща  повернутьс  выход- 5 ные одноколенчатые валы 22 и 27 пе часовой стрелке. Пара дисков 19 и 20, а также пара дисков 17 и 18, враща сь вокруг своей оси, будут передавать усилие через колена 25,26 и 21, 23, соответственно, на установленные

0 на опорах 28,29одноко/генчатые валы 22,27 и двухколенчатые вал 24. При этом штоки 5 и 8, св занные с шейками 9 и 1i, будут пассивно вт гиватьс  внутрь цилиндров 1 и 4, соответственно, подготавлива  рабочий

5 ход. В момент времени, когда шток 7 окажетс  в максимально выдвинутом состо нии , его рабочий ход завершитс , в то же врем  шток 8 займет крайнее вт нутое положение , и начнетс  его активное воздейст0 вне на вращающуюс  систему через шейку , 12. Далее вступит в активное состо ние процесс в цилиндре 1, выдвигающий шток 5 и т.д. При этом шейки 9 и 10 перемещаютс  по оси U, а шейки 11 и 12 по оси V. Штоки 5, 6,

5 7 и 8 совершают строго возвратно-посгупа- тёльное движение. В каждый момент времени имеет место активное движение штоков в двух цилиндрах, что обеспечивает равномерное вращение выходных одноколенча0 тых валов 22 и 27. Коленчатые валы 13 и 14 совершают сложное движение, враща сь относительно осей соответствующих пар дисков 17, 18 и 19, 20. Диски 17, 18,19 и 20, враща сь вокруг своей оси, заставл ют вра5 щатьс  соответствующие одноколенчатые валы 22 и 27. Колено 15, св зывающее центры шеек 9, 11, будет совершать сложное движение, враща сь по двум окружност м с диаметрами R и 2R.

0 Таким образом, при строго возвратно- поступательном движении штоков, выходной вал будет совершать вращательное движение в направлении, определ емом очередностью движени  штоков. Дл  ревер5 сировани  необходимо изменить направление чередовани  фаз движени  штоков в цилиндрах, расположенных на разных ос х. К выходному валу машины будет приложен посто нный крут щий момент, а отсутствие

0 шатунов в механической системе позвол ет свести к минимуму гармонические составл ющие и следовательно уменьшить шум, вибрацию , паразитные моменты и, в конечном итоге, повысить КПД установки в целом.

5 Если вращать вал от постороннего источника , то штоки будут совершать движение с синусоидальным циклом и со сдвигом на угол а. Предложенна  поршнева  машина может работать и при двухстороннем рабочем ходе штоков в цилиндрах. При этом

мощность, развиваема  машиной, будет в два раза больше.

Технико-экономические преимущества изобретени  заключаютс  в следующем: повышена надежность машины, т.к. колена ко- ленвала выполнены более жестко, а их количество между опорами сокращено до двух; повышен КПД поршневой машины за счет того, что на выходной вал усилие передаетс  равномерно во все врем  работы ма- шины, т.е. холостые движени  отсутствуют; более высока  плавность хода вращающихс  частей благодар  отсутствию холостого движени .

Claims (1)

1. Формулаизобретени 

   Поршнева  машина, содержаща  корпус , коленчатый вал, неподвижно закрепленные цилиндры, продольные оси которых расположены под углом одна к другой, установленные в цилиндрах поршни со штока- ми, шарнирно закрепленными- на коленчатом валу, два выходных одноколен- чатых вала и два диска, расположенных на одноколенчатых валах и соединенных с крайними шейками коленчатого вала, при- чем последние расположены по окружности , диаметр которой равен половине хода

   %А

   15

   поршней, отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности в работе и КПД, машина снабжена дополнительным цилиндром с установленным в нем поршнем со штоком, двум  дополнительными дисками , промежуточным и дополнительным коленчатыми валами и опорами, при этом цилиндры попарно установлены на основном и дополнительном коленчатых валах, промежуточный коленчатый вал и выходные одноколенчатые валы установлены в опорах с возможностью вращени  «соосно друг с другом, дополнительные диски закреплены диаметрально противоположно на концах промежуточного коленчатого вала и попарно соединены с дисками одноколенчатых валов посредством основного и дополнительного коленчатых валов, центры креплений пар дисков расположены на окружности с центром, совпадающим с осью вращени  выходных одноколенчатых валов, диаметр которой равен половине хода поршней, а угол смещени  продольных осей цилиндров одной пары равен углу смещени  продольных осей цилиндров другой пары и лежит в пределах 0° а 180°.

   21

   18

   II

   Фиг.З.

   32

   II

   м,

   31

   .- U

   32

   Фиг.4