RU2046192C1

RU2046192C1 - Piston machine

Info

Publication number: RU2046192C1
Authority: RU
Inventors: Николай Семенович Харламов
Original assignee: Николай Семенович Харламов
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: piston machine has housing, cylinder, slide made up as gear racks and rigidly connected with the piston, and output shaft with a sector having teeth of the beginning and end of engagement and teeth of the main engagement mounted for engaging the racks. Each of the racks is provided with contact members mounted for interaction with the teeth of the beginning and end of the engagement. The teeth of the main engagement are arranged in one plane, and the teeth of the beginning and end of the engagement and the contact members are arranged in the other plane parallel to it. All of the teeth have the same modulus. EFFECT: enhanced reliability. 16 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к поршневым машинам с зубчато-реечной передачей между валом и поршнем: ДВС, гидромоторам, компрессорам и насосам. The invention relates to mechanical engineering, namely to piston machines with rack and pinion transmission between the shaft and the piston: ICE, hydraulic motors, compressors and pumps.

Известна поршневая машина Боннина [1] с передаточным механизмом в виде ползуна, состоящего из двух зубчатых реек, между которыми установлен зубчатый сектор, находящийся попеременно в зацеплении с одной или другой рейкой ползуна. У этой машины зацепление происходит вблизи мертвых точек не по линии зацепления, а вершинами зубьев, что приводит к их поломке. Кроме того, в мертвых точках вообще зацепление отсутствует, что ведет к свободному перемещению поршня без передачи усилия на сектор. Known piston machine Bonnin [1] with a transmission mechanism in the form of a slider, consisting of two gear racks, between which there is a gear sector, which is alternately engaged with one or the other slide of the slider. With this machine, engagement occurs near the dead points not along the engagement line, but by the tops of the teeth, which leads to their breakage. In addition, there is no engagement at the dead points, which leads to the free movement of the piston without transferring force to the sector.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является поршневая машина [2] принципиально выполненная как и машина Боннина, но имеющая различный модуль зубьев, поэтому линия зацепления на концах реек закруглена. Кроме того, на рейках имеются зубья контактные элементы, установленные на пружинах с возможностью утапливания. Эти различия частично компенсируют отмеченные недостатки, присущие машине Боннина, но при подходе ползуна к любой из мертвых точек зуб начала зацепления утапливает зуб с пружиной на рейке, а при выходе ползуна из мертвой точки зуб конца зацепления делает то же на другой рейке. На это затрачивается мощность, снижается КПД машины. Closest to the technical nature of the invention is a piston machine [2] fundamentally made like a Bonnin machine, but having a different tooth modulus, so the line of engagement at the ends of the rails is rounded. In addition, on the rails there are teeth contact elements mounted on springs with the possibility of recession. These differences partially compensate for the noted drawbacks inherent in the Bonnin machine, but when the slider approaches any of the dead points, the tooth of the start of engagement floats the tooth with the spring on the rail, and when the slider leaves the dead point, the tooth of the end of engagement does the same on the other rail. Power is spent on this, the efficiency of the machine is reduced.

Техническим результатом, получаемым при реализации изобретения, является повышение мощности КПД и долговечности машины благодаря тому, что зубья начала и конца зацепления зубчатого сектора смещены в параллельную плоскость, а на боковых поверхностях зубчатых реек установлены подвижные и неподвижные контактные элементы, взаимодействующие своими рабочими поверхностями с рабочими поверхностями этих зубьев сектора. Все зубья реек и сектора имеют одинаковый модуль, а рабочие поверхности всех контактных элементов расположены в соответствии с рабочими поверхностями зубьев реек. Эти существенные признаки необходимы во всех случаях. The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the efficiency and durability of the machine due to the fact that the teeth of the beginning and end of gearing of the gear sector are shifted in a parallel plane, and on the side surfaces of the gear rails mounted and fixed contact elements interacting with their working surfaces with the working the surfaces of these sector teeth. All the teeth of the rails and sectors have the same module, and the working surfaces of all contact elements are located in accordance with the working surfaces of the teeth of the rails. These essential features are necessary in all cases.

Установка на рейках различных сочетаний контактных элементов является частным случаем, кроме того, снабжение ползуна направляющими опорами-подшипниками и пружинами для вывода поршня из мертвых точек без ударов деталей, движущихся возвратно-поступательно, а выходного вала подшипниками качения, установленными на коренных шейках, и маховиком, соединенным с валом посредством механизма свободного хода, способствует снижению габаритов и массы, токсичности, энергоемкости. The installation of various combinations of contact elements on the rails is a special case, in addition, the slider is provided with guide bearings, bearings and springs for removing the piston from dead points without impacts of parts moving reciprocally, and the output shaft with rolling bearings mounted on the main journals and a flywheel connected to the shaft by means of a freewheel mechanism, helps to reduce the size and weight, toxicity, energy consumption.

На фиг. 1 изображен передаточный механизм поршневой машины; на фиг. 2 ползун в нижней мертвой точке (НМТ); на фиг. 3 ползун в верхней мертвой точке (ВМТ); на фиг. 4 вариант двухтактной поршневой машины-двигателя; на фиг. 5 узел соединения маховика с выходным валом; на фиг. 6 поршень двухтактного двигателя с лепестками для перекрытия окон; на фиг. 7 вариант четырехтактного двигателя; на фиг. 8 выходной вал в подшипниках качения; на фиг. 9 разрез А-А на фиг. 8; на фиг. 10 зубчатый сектор, выполненный заодно с выходным валом, в аксонометрии; на фиг. 11 зубчатый сектор из двух частей в аксонометрии. In FIG. 1 shows the gear mechanism of a piston machine; in FIG. 2 slider at bottom dead center (BDC); in FIG. 3 slider at top dead center (TDC); in FIG. 4 variant of a two-stroke piston engine machine; in FIG. 5 knot of connection of a flywheel with an output shaft; in FIG. 6 piston of a two-stroke engine with petals for closing the windows; in FIG. 7 option four-stroke engine; in FIG. 8 output shaft in rolling bearings; in FIG. 9, section AA in FIG. 8; in FIG. 10 gear sector, made integral with the output shaft, in a perspective view; in FIG. 11 gear sector of two parts in a perspective view.

Поршневая машина (фиг. 1) содержит поршень 5, цилиндр 6, ползун 1, выполненный в виде зубчатых реек, скрепленных между собой, и зубчатого сектора 2. Ползун 1 установлен с возможностью свободного перемещения вверх-вниз по направляющим подшиникам 3 и через стойку 4, поршень 5, по стенке цилиндра 6. На боковых поверхностях ползуна 1 установлены пластины 7 и 8, 9 и 10, между ними установлены с возможностью движения контактные элементы 11 и 12. Они снабжены пружинами 13 и 14, которые выполняют функции стопорных элементов. На ползуне 1 установлены оси 15 и 16, на которые посажены контактные элементы 17 и 18, имеющие пружины 19 и 20. Контактные элементы 17 и 18 имеют установленные на штифтах 21 и 22 стопорные элементы 23 и 24, имеющие пружины 25 и 26. Кроме того, на ползуне 1 имеются неподвижные контактные элементы 27 и 28. На контактных элементах 17 и 18 закруглены кромки, расположенные по центру осей 15 и 16. Контактные элементы 11 и 12 могут быть заменены на такие контактные элементы, как 17 и 18 с зеркальной их установкой. Элементы 7 и 8, 27 и 28 являются неподвижными и могут быть выполнены из пластин или отливкой. The piston machine (Fig. 1) contains a piston 5, a cylinder 6, a slider 1, made in the form of gear racks fastened together, and a gear sector 2. The slider 1 is installed with the possibility of free movement up and down along the guide bearings 3 and through the rack 4 , piston 5, along the cylinder wall 6. On the lateral surfaces of the slider 1, plates 7 and 8, 9 and 10 are installed, contact elements 11 and 12 are mounted between them with the possibility of movement. They are equipped with springs 13 and 14, which serve as locking elements. Axes 15 and 16 are mounted on the slider 1, on which contact elements 17 and 18 are fitted, having springs 19 and 20. Contact elements 17 and 18 have locking elements 23 and 24 mounted on pins 21 and 22, having springs 25 and 26. In addition , on the slider 1 there are fixed contact elements 27 and 28. On the contact elements 17 and 18, the edges located in the center of the axes 15 and 16 are rounded. The contact elements 11 and 12 can be replaced by such contact elements as 17 and 18 with their mirror installation . Elements 7 and 8, 27 and 28 are fixed and can be made of plates or by casting.

Зубчатый сектор 2 имеет зубья К и d, причем зуб К является началом, а зуб d концом зацепления, считая по ходу их вращения. Эти зубья лежат в параллельной плоскости по отношению к остальным зубьям сектора, называемым основным зацеплением. Этот сектор может быть выполнен одной деталью в виде вала-шестерни, а также раздельно от вала. Кроме того, он может быть выполнен отдельно в виде полушестерни зубьев начала и конца зацепления и полушестерни зубьев основного зацепления (фиг. 10 и 11). Toothed sector 2 has teeth K and d, and tooth K is the beginning, and tooth d is the end of the engagement, counting along their rotation. These teeth lie in a parallel plane with respect to the remaining teeth of the sector, called the main gearing. This sector can be made in one piece in the form of a pinion shaft, and also separately from the shaft. In addition, it can be made separately in the form of a half gear of the teeth of the beginning and end of the meshing and half gear of the teeth of the main gearing (Fig. 10 and 11).

На картере 29 установлены концевые упоры 30 и 31. Поршень 5 выполнен без юбки и крепится к стойке 4 винтом 32 через шайбы 33, предназначенные для изменения объема камеры сгорания. The end stops 30 and 31 are installed on the crankcase 29. The piston 5 is made without a skirt and is attached to the rack 4 by a screw 32 through washers 33 designed to change the volume of the combustion chamber.

Поршневая машина работает следующим образом (фиг. 1-3). The piston machine operates as follows (Fig. 1-3).

Зубчатый сектор 2, вращаясь по часовой стрелке, своими зубьями основного зацепления перемещает ползун 1 вниз. Затем зуб d, взаимодействуя с контактным элементом 17, приводит ползун 1 в НМТ (фиг. 2). Сила, стремящаяся повернуть контактный элемент 17 вокруг оси 15, равна нулю. В этот момент зуб К соприкасется с неподвижным контактным элементом 7. При этом несколько впереди зуб k, надавливая на нижнюю поверхность контактного элемента 11, проходит под ним, а пружина 13 возвращает контактный элемент 11 в исходное положение, она затем выполняет функцию стопорного элемента, удерживая его в зацеплении. Теперь зуб k, воздействуя на неподвижный контактный элемент 7, выводит ползун 1 из НМТ, а в это время зуб d начинает поворачивать контактный элемент 17 вокруг оси 15, так как концевой упор 30 уже вывел из зацепления стопорный элемент 23. При этом закругленная кромка контактного элемента 17 скользит по рабочей поверхности зуба d до полного выхода из зацепления, после чего контактный элемент 17 возвращается в исходное положение под воздействием пружины 19. Следует иметь в виду, что выход стопорного элемента 23 из паза контактного элемента 17 и вход в соприкосновение зуба k и контактного элемента 7 происходят одновременно. Далее ползун 1 таким же образом приводится в ВМТ (фиг. 3). The gear sector 2, rotating clockwise, moves the slider 1 down with its teeth of the main engagement. Then the tooth d, interacting with the contact element 17, leads the slider 1 in the BDC (Fig. 2). The force tending to rotate the contact element 17 around the axis 15 is equal to zero. At this moment, the tooth K is in contact with the stationary contact element 7. At the same time, the tooth k is slightly ahead, pressing on the lower surface of the contact element 11, passes under it, and the spring 13 returns the contact element 11 to its original position, it then performs the function of the locking element, holding its engaged. Now, the tooth k, acting on the fixed contact element 7, brings the slider 1 out of the BDC, and at this time, the tooth d starts to rotate the contact element 17 around the axis 15, since the end stop 30 has already disengaged the locking element 23. In this case, the rounded edge of the contact element 17 slides along the working surface of the tooth d until it completely disengages, after which the contact element 17 returns to its original position under the influence of the spring 19. It should be borne in mind that the output of the locking element 23 from the groove of the contact element 17 and the entrance to k tooth and the immunity of the contact element 7 occur simultaneously. Next, the slider 1 in the same way is given at the TDC (Fig. 3).

Если поршни установлены с двух сторон, то ползун 1 непрерывно вращает зубчатый сектор 2, но тогда с зубом k взаимодействуют контактные элементы 11 и 12, а с зубом d контактные элементы 27 и 28 (фиг. 4). If the pistons are installed on both sides, then the slider 1 continuously rotates the gear sector 2, but then the contact elements 11 and 12 interact with the tooth k, and the contact elements 27 and 28 interact with the tooth d (Fig. 4).

При выполнении машины в виде двухтактного двигателя с оппозитным расположением цилиндров 34, 35 и поршней 36, 37 (имеющих лепестки 45 для перекрытия окон), установленных на штоках 38 и 39, последние укреплены на ползуне 1, размещенном в корпусе 40 с перегородками 41 и 42, разделяющими полости картера и цилиндра. Маховик 43 соединен с выходным валом посредством механизма свободного хода, включающего ролики 44. When the machine is designed as a two-stroke engine with an opposite arrangement of cylinders 34, 35 and pistons 36, 37 (having petals 45 for closing the windows) mounted on rods 38 and 39, the latter are mounted on a slider 1 located in the housing 40 with partitions 41 and 42 separating the cavity of the crankcase and cylinder. Flywheel 43 is connected to the output shaft by a freewheel mechanism including rollers 44.

При замедлении перемещения поршней 36 и 37 с ползуном 1 (что происходит вблизи мертвых точек) маховик 43 сохраняет прежнюю угловую скорость, и поэтому выводит ролики 44 из зацепления с выходным валом, а затем после останова в мертвых точках поршни перемещаются в обратную сторону с мгновенным увеличением скорости, и, достигнув скорости маховика, выходной вал вводит в зацепление ролики 44 с маховиком 43. Таким образом, маховик имеет постоянную угловую скорость (фиг. 5). When slowing down the movement of the pistons 36 and 37 with the slider 1 (which occurs near the dead center), the flywheel 43 maintains the same angular velocity, and therefore disengages the rollers 44 from the output shaft, and then, after stopping at the dead center, the pistons move in the opposite direction with an instant increase speed, and, having reached the speed of the flywheel, the output shaft engages the rollers 44 with the flywheel 43. Thus, the flywheel has a constant angular velocity (Fig. 5).

Машина может быть выполнена в виде четырехтактного двигателя с блоком цилиндров 46 и картером 29, в котором установлены опоры 47 с подшипниками 3 и пружинами 48. В нижней части ползуна 1 укреплены кронштейны 49, а сверху укреплена стойка 4 с поршнем 5. В картере 29 установлена пружина 50. Выходной вал с зубчатым сектором 2 установлен в подшипниках 51 качения (фиг. 7). The machine can be made in the form of a four-stroke engine with a block of cylinders 46 and a crankcase 29, in which bearings 47 with bearings 3 and springs 48 are installed. Brackets 49 are fixed at the bottom of the slide 1, and a rack 4 with a piston 5 is strengthened at the top. spring 50. The output shaft with the gear sector 2 is installed in the rolling bearings 51 (Fig. 7).

При перемещении ползуна 1 к ВМТ кронштейны 49 сжимают пружины 48, в которых сила от сжатия в ВМТ равна силе инерции деталей, движущихся возвратно-поступательно, а затем вместе с зубом k сообщают ползуну 1 движение обратного направления, возвращая при этом взятую раннее энергию. В НМТ эту работу выполняет пружина 50. Таким образом, пружины 48 и 50 ликвидируют удары в мертвых точках. When the slider 1 moves to the TDC, the brackets 49 compress the springs 48, in which the compressive force in the TDC is equal to the inertia of the parts moving back and forth, and then, together with the tooth k, give the slider 1 the reverse direction, returning the earlier energy taken. In the BDC, the spring 50 performs this work. Thus, the springs 48 and 50 eliminate shock at dead points.

Между зубчатыми секторами может быть установлена продольно-разъемная муфта 52, на которую посажены подшипники 51 в корпусе 53. Части муфты 52 соединены винтами 54 (фиг. 8 и 9). Between the gear sectors, a longitudinally detachable clutch 52 may be mounted on which bearings 51 are fitted in the housing 53. Parts of the clutch 52 are connected by screws 54 (FIGS. 8 and 9).

Описанные усовершенствования обеспечивают высокую надежность машины, улучшают условия ее эксплуатации. The described improvements provide high reliability of the machine, improve its operating conditions.

Claims

1. PISTON MACHINE, comprising a housing, a cylinder, a slider made in the form of gear racks and rigidly connected to the piston, and an output shaft with a sector from the teeth of the beginning and end of the engagement and the teeth of the main engagement, installed with the possibility of engagement with racks, each of which is equipped contact elements installed with the possibility of interaction with the teeth of the beginning and end of gearing, characterized in that the teeth of the main gearing are located in one plane, and the teeth of the beginning and end of gearing and contact elements in another, plane-parallel, all of the teeth have the same module.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the contact elements are mounted on rails with the possibility of interaction with the front working surfaces of the teeth of the beginning and end of the engagement.

3. The machine according to claim 2, characterized in that at least one contact element is mounted on one of the rails with the possibility of interaction with the rear working surface of the tooth of the beginning of engagement.

4. The machine according to claim 2, characterized in that the contact elements are mounted on rails with the possibility of interaction with the rear working surface of the tooth of the beginning of engagement.

5. The machine according to claim 1, characterized in that the contact elements are mounted on rails with the possibility of interaction with the rear working surfaces of the teeth of the beginning and end of the engagement.

6. The machine according to claim 5, characterized in that the contact elements are mounted on rails with the possibility of interaction with the front working surface of the tooth of the beginning of engagement.

7. The machine according to claim 5, characterized in that the contact elements are mounted on rails with the possibility of interaction with the front working surface of the tooth end gearing.

8. The machine according to claim 7, characterized in that the contact elements are mounted on rails with the possibility of interaction with the front working surface of the tooth of the beginning of engagement.

9. The machine according to PP.1 to 8, characterized in that part of the contact elements are mounted on the rails motionless.

10. The machine according to PP.1 to 8, characterized in that part of the contact elements is mounted with the possibility of movement and is equipped with locking elements.

11. The machine according to PP.1 to 8, characterized in that the slider is equipped with guide supports.

12. The machine according to PP.1 to 8, characterized in that it is provided with an elastic support for the output of the piston from the bottom dead center.

13. The machine according to PP.1 to 8, characterized in that it is equipped with elastic bearings for the output of the piston from the dead points.

14. The machine according to PP.1 to 8, characterized in that it is equipped with a freewheeling mechanism, through which the shaft and flywheel are connected.

15. The machine according to PP.1 to 8, characterized in that it is equipped with rolling bearings, through which the shaft is installed in the housing.

16. The machine according to claims 1 to 8, characterized in that a partition is installed between the cavities of the crankcase and the cylinder.