RU2064056C1

RU2064056C1 - Lever axial engine

Info

Publication number: RU2064056C1
Application number: RU93043447A
Authority: RU
Inventors: Геня Те; Юрий Алексеевич Байков; Алексей Константинович Трифонов; Анатолий Александрович Серов; Святослав Нестерович Ляховский; Юрий Вячеславович Богачев
Original assignee: Геня Те; Юрий Алексеевич Байков; Алексей Константинович Трифонов; Анатолий Александрович Серов; Святослав Нестерович Ляховский; Юрий Вячеславович Богачев
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1996-07-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; axial-shaft engines. SUBSTANCE: reciprocating movement of piston is converted into rocking of power lever and is transmitted through intermediate tie-rod to angle lever which, in turn sets into operation crank mechanism from shaft of which power is taken. Use of angle lever and design of connecting rod joints makes it possible to set axis of crank rotation in parallel with axis of cylinder. Engine can be made with parallel cylinder-piston group or with opposite pistons. EFFECT: enlarged operating capabilities. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с рычажным механизмом преобразования. The invention relates to the field of engineering, in particular to engine building, and in particular to engines with linkage conversion mechanism.

Известен двигатель, содержащий корпус, цилиндр, размещенный в нем поршень, и кривошип, связанный с поршнем при помощи шатуна (1). A known engine comprising a housing, a cylinder, a piston placed therein, and a crank connected to the piston with a connecting rod (1).

Недостатками аналога являются высокие значения боковой силы в цилиндро-поршневой паре из-за непосредственной кинематической связи кривошипно-шатунного механизма с поршнем, что приводит к большим механическим потерям. The disadvantages of the analogue are the high values of the lateral force in the cylinder-piston pair due to the direct kinematic connection of the crank mechanism with the piston, which leads to large mechanical losses.

Известен рычажный двигатель, содержащий корпус, цилиндр, размещенный в нем поршень, силовой рычаг, установленный на оси в корпусе, кривошип, и связанный с ним шатун, снабженный шарнирами, причем первое плечо силового рычага кинематически связано с поршнем, а второе с шатуном (2). A lever engine is known, comprising a housing, a cylinder, a piston disposed therein, a power lever mounted on an axis in the housing, a crank, and a connecting rod connected thereto, provided with hinges, the first arm of the power lever being kinematically connected to the piston and the second to the connecting rod (2 )

В прототипе решена проблема уменьшения механических потерь за счет установки силового рычага в кинематической цепи между поршнем и шатуном. Однако недостатками прототипа является его малые компоновочные возможности в части изменения ориентации выходного вала относительно цилиндра, например, для уменьшения площади поперечного сечения авиационного двигателя. The prototype solved the problem of reducing mechanical losses by installing a power lever in the kinematic chain between the piston and connecting rod. However, the disadvantages of the prototype is its small layout capabilities in terms of changing the orientation of the output shaft relative to the cylinder, for example, to reduce the cross-sectional area of an aircraft engine.

Целью изобретения является уменьшение поперечных габаритов двигателя. The aim of the invention is to reduce the transverse dimensions of the engine.

Поставленная цель достигается тем, что в кинематической цепи заявленного двигателя между силовым рычагом и шатуном установлены промежуточная тяга и угловой рычаг с плечами, расположенными под углом одно относительно другого, а ось вращения кривошипа установлена параллельно оси цилиндра, причем шарниры шатуна выполнены с возможностью его качения в двух пересекающихся плоскостях, второе плечо силового рычага соединено с первым плечом углового рычага посредством промежуточной тяги, а второе плечо углового рычага с шатуном. This goal is achieved by the fact that in the kinematic chain of the claimed engine between the power lever and the connecting rod there is an intermediate link and an angular lever with shoulders located at an angle to one another, and the axis of rotation of the crank is parallel to the axis of the cylinder, and the connecting rod joints are made to be able to roll two intersecting planes, the second arm of the power arm is connected to the first arm of the angular arm by means of an intermediate link, and the second arm of the angular arm with a connecting rod.

Цель достигается также тем, что двигатель может быть снабжен дополнительной идентичной цилиндро-поршневой группой, установленной параллельно первой группе, а силовой рычаг дополнительным плечом, расположенным симметрично первому его плечу относительно оси качания рычага и связанным с поршнем дополнительной группы. The goal is also achieved by the fact that the engine can be equipped with an additional identical cylinder-piston group installed parallel to the first group, and the power lever with an additional arm located symmetrically to its first arm relative to the axis of swing of the lever and connected with the piston of the additional group.

Цель достигается также тем, что двигатель может быть снабжен дополнительным идентичным механизмом преобразования, расположенным симметрично первому механизму относительно поперечной плоскости цилиндра, а в последнем размещен второй встречно движущейся поршень с образованием общей с первым поршнем камеры переменного объема, при этом второй поршень связан с силовым рычагом дополнительного механизма, а кривошипы обоих механизмов соединены между собой при помощи промежуточного вала. The goal is also achieved by the fact that the engine can be equipped with an additional identical conversion mechanism, located symmetrically to the first mechanism relative to the transverse plane of the cylinder, and in the latter there is a second counter-moving piston with the formation of a variable volume common with the first piston, while the second piston is connected to the power lever additional mechanism, and cranks of both mechanisms are interconnected using an intermediate shaft.

Цель достигается также тем, что промежуточный вал может быть соединен с кривошипами при помощи муфт. The goal is also achieved by the fact that the intermediate shaft can be connected to the cranks using couplings.

Цель достигается также тем, что плоскость качения углового рычага может быть расположена в плоскости, пересекающей плоскость качения силового рычага, а промежуточная тяга при этом снабжена шарнирами с двумя степенями свободы. The goal is also achieved by the fact that the rolling plane of the angular lever can be located in a plane intersecting the rolling plane of the power lever, and the intermediate link is provided with hinges with two degrees of freedom.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема заявленного двигателя;
на фиг. 2 то же, вариант с двумя параллельными цилиндрами;
на фиг. 3 то же, вариант с двухкривошипным валом и симметричным расположением механизмов;
на фиг. 4 то же, вариант с расположением силового и углового рычагов в различных плоскостях качания.In FIG. 1 presents a kinematic diagram of the claimed engine;
in FIG. 2 the same, option with two parallel cylinders;
in FIG. 3 the same, a variant with a two-crank shaft and a symmetrical arrangement of mechanisms;
in FIG. 4 the same, an option with the location of the power and angle levers in different swing planes.

Двигатель содержит корпус 1, цилиндр 2, размещенный в нем поршень 3, силовой рычаг 4 с плечами 5 и 6, который установлен на оси 7 в корпусе 1, кривошип 8, ось вращения которого параллельна оси цилиндра 2, и шатун 9, снабженный шарнирами 10. В кинематической цепи между силовым рычагом 4 и шатуном 9 установлены промежуточная тяга 11 с шарнирами 12 и угловой рычаг 13 с плечами 14 и 15, расположенными под углом одно относительно другого, а ось вращения кривошипа 8 установлена параллельно оси цилиндра 2, причем шарниры 10 шатуна 9 выполнены с возможностью его качения в двух пересекающихся плоскостях, например, сферическими или карданными, первое плечо 5 силового рычага 4 связано с поршнем 3, например, при помощи шатунной тяги 16, второе его плечо 6 соединено с первым плечом 14 углового рычага 13 посредством промежуточной тяги 11, а второе плечо 15 углового рычага 13 соединено с шатуном 9 при помощи шарнира 10. The engine comprises a housing 1, a cylinder 2, a piston 3 located therein, a power lever 4 with arms 5 and 6, which is mounted on an axis 7 in the housing 1, a crank 8, the axis of rotation of which is parallel to the axis of the cylinder 2, and a connecting rod 9 provided with hinges 10 . In the kinematic chain between the power lever 4 and the connecting rod 9, an intermediate rod 11 with hinges 12 and an angular lever 13 with arms 14 and 15 arranged at an angle relative to one another are installed, and the axis of rotation of the crank 8 is installed parallel to the axis of the cylinder 2, and the hinges 10 of the connecting rod 9 are made with the possibility of rolling in two intersecting planes, for example, spherical or gimbal, the first arm 5 of the power lever 4 is connected to the piston 3, for example, using a connecting rod 16, its second arm 6 is connected to the first arm 14 of the angular arm 13 by means of an intermediate arm 11, and the second arm 15 of the angle lever 13 is connected to the connecting rod 9 by means of a hinge 10.

Двигатель может быть снабжен дополнительной идентичной цилиндро-поршневой группой, установленной параллельно первой группе, а силовой рычаг 4 снабжен дополнительным плечом 17, расположенным симметрично первому его плечу 5 относительно оси 7 качания рычага 4 и связанным с поршнем 18 дополнительной группы. The engine can be equipped with an additional identical cylinder-piston group installed parallel to the first group, and the power lever 4 is equipped with an additional arm 17 located symmetrically to its first arm 5 relative to the swing axis 7 of the lever 4 and connected to the piston 18 of the additional group.

Двигатель может быть снабжен дополнительным идентичным механизмом преобразования, расположенным симметрично первому механизму относительно поперечной плоскости цилиндра 2, а в последнем размещен второй встречно движущийся поршень 19 с образованием общей с первым поршнем 3 камеры 20 переменного объема, при этом поршень 19 связан с силовым рычагом 21 дополнительного механизма, а кривошипы 8 и 22 обоих механизмов соединены между собой при помощи промежуточного вала 23. The engine can be equipped with an additional identical conversion mechanism, located symmetrically to the first mechanism relative to the transverse plane of cylinder 2, and the latter is placed the second counter-moving piston 19 with the formation of a variable volume chamber 20 common with the first piston 3, while the piston 19 is connected to the power lever 21 of the additional mechanism, and cranks 8 and 22 of both mechanisms are interconnected using an intermediate shaft 23.

Промежуточный вал 23 может быть соединен с кривошипами 8 и 22 при помощи муфт 24. The intermediate shaft 23 can be connected to the cranks 8 and 22 using couplings 24.

Плоскость качения углового рычага 13 может быть расположена под углом к плоскости качения силового рычага 4, а шарниры 12 промежуточной тяги 11 должны быть выполнены при этом с двумя степенями свободы, например, сферическими или карданными. The rolling plane of the angular lever 13 can be located at an angle to the rolling plane of the power lever 4, and the hinges 12 of the intermediate rod 11 must be made with two degrees of freedom, for example, spherical or cardan.

Описываемый двигатель работает следующим образом. В первом варианте выполнения возвратно-поступательное движение поршня 3 в цилиндре 2 преобразуется в качание силового рычага 4, передающего качание угловому рычагу 13 при помощи промежуточной тяги 11. Качание углового рычага 13 преобразуется при помощи шатуна 9 во вращение кривошипа 8. Выполнение шарниров 10 шатуна 9 с двумя степенями свободы, а также расположение плеч 14 и 15 рычага 13 под углом позволяет разместить ось вращения кривошипа 3 параллельно оси цилиндра 2. Такая конструкция двигателя оптимальна с точкой зрения достижения минимального поперечного его сечения, то есть "лба" двигателя, имеющего особенно важное значение для авиационных двигателей. The described engine operates as follows. In the first embodiment, the reciprocating movement of the piston 3 in the cylinder 2 is converted into a swing of the power lever 4, which transfers the swing to the angular lever 13 using the intermediate rod 11. The swing of the angular lever 13 is converted by means of the connecting rod 9 into the rotation of the crank 8. Performing the hinges 10 of the connecting rod 9 with two degrees of freedom, as well as the location of the shoulders 14 and 15 of the lever 13 at an angle allows you to place the axis of rotation of the crank 3 parallel to the axis of the cylinder 2. This engine design is optimal in terms of achieving minimum operechnogo its section, that is, "the forehead" of the engine, which has particular relevance to aircraft engines.

Установка дополнительной параллельной цилиндро-поршневой пары позволяет снизить нагрузки в кривошипно-шатунном механизме за счет взаимного уравновешивания на силовом рычаге 4 газовой силы одного цилиндра инерционной силой другого цилиндра. The installation of an additional parallel cylinder-piston pair allows to reduce the load in the crank mechanism due to the mutual balancing on the power lever 4 of the gas force of one cylinder by the inertial force of the other cylinder.

Полное уравновешивание двигателя осуществляется в компоновке двух цилиндров с размещенными в них встречно движущимися поршнями 19. В таком варианте выполнения движение поршней преобразуется при помощи двух идентичных механизмов во вращение общего двухкривошипного вала, как, например, в широко известных схемах двигателей с качающимися шайбами. Наличие муфт 24, соединяющих промежуточный вал 23 с кривошипами 8 и 22, позволяет снизить требования к точности выполнения и сборки деталей двигателя, а также дает возможность простыми операциями изменить угловое смещение кривошипов друг относительно друга, в зависимости от реализуемого в цилиндрах рабочего процесса. Именно при такой компоновке возможно достижение минимального "лба" двигателя летательного аппарата. Complete balancing of the engine is carried out in the arrangement of two cylinders with counter-moving pistons 19 located in them. In this embodiment, the movement of the pistons is converted by two identical mechanisms into rotation of a common two-crank shaft, as, for example, in well-known schemes of engines with swinging washers. The presence of couplings 24 connecting the intermediate shaft 23 with the cranks 8 and 22, allows to reduce the requirements for the accuracy of execution and assembly of engine parts, and also makes it possible to change the angular displacement of the cranks relative to each other with simple operations, depending on the working process implemented in the cylinders. It is with this arrangement that it is possible to achieve a minimum forehead of the aircraft engine.

За счет изменения взаимного расположения плоскостей качания двух рычагов (4 и 13) возможно оптимальное размещение оси вращения кривошипа в любом месте относительно корпуса двигателя в зависимости от конкретного места его установки на транспортном средстве. By changing the relative position of the rocking planes of the two levers (4 and 13), it is possible to optimally arrange the axis of rotation of the crank in any place relative to the engine casing, depending on the specific location of its installation on the vehicle.

Таким образом предложено техническое решение позволяет расширить компоновочные возможности поршневых двигателей при использовании простых, надежных и отработанных в двигателе-строении элементов и узлов. При этом возможно получение большого количества вариантов относительного расположения узлов двигателя в зависимости от требований и условий эксплуатации. Thus, the proposed technical solution allows to expand the layout capabilities of piston engines using simple, reliable and well-developed elements and assemblies in the engine-structure. In this case, it is possible to obtain a large number of options for the relative location of engine components depending on the requirements and operating conditions.

Источники информации
1. А.С. Орлин и др. Комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа. М. "Машиностроение", 1980, с. 32.Information sources
1. A.S. Orlin et al. Combined internal combustion engines. Device and work. M. "Mechanical Engineering", 1980, p. 32.

2. Патент Франции N 1231014, НКИ F 02 B, 75/32 опуб. 1960. ЫЫЫ2 2. French patent N 1231014, NCI F 02 B, 75/32 publ. 1960. NY2

Claims

1. A lever axial engine, comprising a housing, at least one cylinder, a piston located therein, a power lever mounted on an axis in the housing, a crank, and a connecting rod connected thereto, provided with hinges, the first shoulder of the power lever being kinematically connected to the piston, and the second with a connecting rod, characterized in that in the kinematic chain between the power lever and the connecting rod there is an intermediate link and an angular lever with arms located at an angle relative to each other, and the axis of rotation of the crank is parallel to the axis of the cylinder RA, and the connecting rod hinges are made to swing in two intersecting planes, the second arm of the power arm is connected to the first arm of the angular arm by means of an intermediate link, and the second arm of the angular arm with the connecting rod.

2. The engine according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional identical cylinder-piston group installed parallel to the first group, and the power lever is equipped with an additional shoulder located symmetrically to its first shoulder relative to the swing axis of the lever and connected with the piston of the additional group.

3. The engine according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional identical conversion mechanism, located symmetrically to the first mechanism relative to the transverse plane of the cylinder, and in the last one a moving piston is encountered with the formation of a variable volume common with the first piston, with the second piston connected to the power lever of the additional mechanism, and the cranks of both mechanisms are interconnected using an intermediate shaft.

4. The engine according to claim 3, characterized in that the intermediate shaft is connected to the cranks by means of couplings.

5. The engine according to claim 1, characterized in that the swing plane of the angular lever is located in a plane intersecting the swing plane of the power lever, and the intermediate is equipped with hinges with two degrees of freedom.