RU2074994C1

RU2074994C1 - Planetary slider mechanism

Info

Publication number: RU2074994C1
Authority: RU
Inventors: Геннадий Юрьевич Карпеев; Владимир Юрьевич Карпеев
Original assignee: Геннадий Юрьевич Карпеев; Владимир Юрьевич Карпеев
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1997-03-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: two opposing pairs of toothed sectors 21 and 22 at arcs of 60 to 100 deg are arranged in housing 1. Each crank satellite 4 consists of two journals 16 and 16 and cheek 18 between them with toothed sector at arc of 120 to 200 deg. Journals 16 are received by holes 12 in sliders 2. Journals 17 are received by eccentrically opposite holes 15 of carrier 3. Radii of crank satellites 4 and radii of pitch circles of toothed sectors 19, 21, 22 are related to eccentricity of carrier 3 as 1:1, 1:1 and 2:1 respectively. Reciprocating motion of sliders 2 is converted into rotary motion of output shaft 5. EFFECT: enhanced reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и может найти широкое применение в качестве объемных машин двигателей, компрессоров и насосов. The invention relates to the field of engineering, in particular to mechanisms for converting rotational motion into reciprocating and can be widely used as volumetric machines for engines, compressors and pumps.

Известен планетарно-ползунный механизм, содержащий корпус с двумя группами зубчатых элементов внутреннего зацепления, водило с двумя эксцентрично-противоположными отверстиями, размещенные в соответствующих отверстиях водила сателлиты с зубьями, предназначенными для взаимодействия с соответствующими группами зубчатых элементов корпуса, и два ползуна, каждый из которых связан с соответствующим сателлитом. Known planetary-slider mechanism, comprising a housing with two groups of gear elements of internal engagement, a carrier with two eccentrically opposite holes, located in the corresponding holes of the carrier satellite with teeth, designed to interact with the corresponding groups of gear elements of the housing, and two sliders, each of which connected to the corresponding satellite.

Недостатками данного механизма являются большие габариты и малые возможности механизма по передаче крутящего момента. The disadvantages of this mechanism are the large size and small capabilities of the mechanism for transmitting torque.

Целью данного изобретения является уменьшение габаритов и повышение допустимых нагрузок, передаваемых механизмом. The aim of this invention is to reduce the size and increase the permissible loads transmitted by the mechanism.

Поставленная цель достигается тем, что в известном планетарно-ползунном механизме каждая группа зубчатых элементов корпуса выполнена в виде расположенных противоположно друг другу двух секторов с дугами 60^oC100 градусов, в ползунах выполнены поперечные отверстия, каждый сателлит выполнен в виде кривошипа, состоящего из двух шеек, одна из которых размещена в отверстии соответствующего ползуна, другая в соответствующем отверстии водила, и щеки между ними, имеющей зубья на дуге 120^oC200 градусов, а радиусы кривошипных сателлитов, радиусы делительных окружностей зубчатых секторов кривошипных сателлитов и радиусы делительных окружностей зубчатых секторов корпуса относятся к эксцентриситету водила соответственно как 1:1, 1:1 и 2:1.This goal is achieved by the fact that in the known planetary-slider mechanism, each group of gear elements of the housing is made in the form of two sectors located opposite to each other with arcs of 60 ^o C100 degrees, the cross holes are made in the sliders, each satellite is made in the form of a crank consisting of two necks , one of which is placed in the hole of the corresponding slider, the other in the corresponding hole of the carrier, and the cheeks between them, having teeth on an arc of 120 ^o C200 degrees, and the radii of the crank satellites, divides the radii of the circumferential circles of the gear sectors of the crank satellites and the radii of the pitch circles of the gear sectors of the hull refer to the eccentricity of the carrier, respectively, as 1: 1, 1: 1 and 2: 1.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез предложенного механизма в исполнении поршневой машины; на фиг. 2 то же, продольный разрез; на фиг. 3 и 4 изображено распределение сил на различных участках по ходу ползуна. In FIG. 1 shows a cross section of the proposed mechanism in the execution of the piston machine; in FIG. 2 same, longitudinal section; in FIG. Figures 3 and 4 show the distribution of forces in various sections along the slider.

Основными элементами планетарно-ползунного механизма являются корпус 1 (см. фиг.1), два ползуна 2, водило 3, два кривошипных сателлита 4 и выходной вал 5. Корпус 1 состоит из двух секций 6 и 7 (см. фиг.2) с разъемом в поперечной плоскости, двух опор 8, 9 и двух крышек 10 (фиг.1). Ползун 2 выполнен в виде двухстороннего поршня с двумя днищами 11 и центральным поперечным отверстием 12. Водило 3 имеет центральный зубчатый венец 13 (фиг. 2), две опорные шейки 14 и два эксцентрично-противоположных отверстия 15. Сателлит 4 выполнен в виде кривошипа с двумя шейками, одна из которых 16 установлена в отверстии ползуна 2, другая 17 в отверстии водила 3, и имеет промежуточную щеку 18 с зубчатым сектором 19. Радиус кривошипного сателлита 4 равен эксцентриситету r расположения отверстий 15 водила 3. Водило 3 посажено в отверстиях опор 8, 9, установленных на шести шпильках 20. Опоры 8 и 9 имеют зубчатые сектора 21 и 22, противолежащие друг другу на вертикальной линии. Радиусы делительных окружностей зубчатых секторов 19 кривошипных сателлитов и зубчатых секторов 21, 22 опор относятся к эксцентриситету r соответственно как 1:1 и 2:1. Зубчатый сектор кривошипного сателлита может быть выполнен на дуге 120^oC200 градусов, оптимальный угол 180 градусов, а зубчатые сектора 21 и 22 опор могут быть выполнены на дуге 60^oC100 градусов, оптимальный угол 90 градусов. Выходной вал 5 имеет зубчатый венец 23, сопрягаемый с зубчатым венцом 13 водила 3, и два балансировочных противовеса 24, установленных в противофазе с ползунами своих секций (то есть при движении ползунов в одну сторону их противовесы движутся в другую сторону). Выходной вал 5 посажен опорными шейками в опорных отверстиях секций 6, 7 и опор 8, 9.The main elements of the planetary-slider mechanism are housing 1 (see Fig. 1), two sliders 2, carrier 3, two crank satellites 4 and the output shaft 5. Housing 1 consists of two sections 6 and 7 (see Fig. 2) with a connector in the transverse plane, two supports 8, 9 and two covers 10 (figure 1). The slider 2 is made in the form of a two-sided piston with two bottoms 11 and a central transverse bore 12. The carrier 3 has a central gear ring 13 (Fig. 2), two support journals 14 and two eccentrically opposite holes 15. The satellite 4 is made in the form of a crank with two necks, one of which 16 is installed in the hole of the slider 2, the other 17 in the hole of the carrier 3, and has an intermediate cheek 18 with a gear sector 19. The radius of the crank satellite 4 is equal to the eccentricity r of the location of the holes 15 of carrier 3. The carrier 3 is planted in the holes of the supports 8, 9, install ennyh six studs 20. The supports 8 and 9 have toothed sectors 21 and 22 opposed to each other on a vertical line. The radii of the pitch circles of the gear sectors 19 of the crank satellites and the gear sectors 21, 22 of the bearings refer to the eccentricity r, respectively, as 1: 1 and 2: 1. The gear sector of the crank satellite can be performed on an arc of 120 ^° C 200 degrees, the optimum angle is 180 degrees, and the gear sectors 21 and 22 of the supports can be performed on an arc of 60 ^° C100 degrees, the optimal angle is 90 degrees. The output shaft 5 has a gear ring 23, mating with the ring gear 13 of the carrier 3, and two balancing counterweights 24 installed in antiphase with the sliders of their sections (i.e., when the sliders move in one direction, their counterweights move in the other direction). The output shaft 5 is planted with support journals in the support holes of sections 6, 7 and supports 8, 9.

Работает планетарно-ползунный механизм следующим образом. The planetary-slider mechanism works as follows.

Например, в исполнении двигателя, при циклическом воздействии газов на ползуны-поршни 2 (фиг. 1) они совершают возвратно-поступательные движения, водило 3 вращается в отверстиях опор 8, 9, а кривошипные сателлиты 4 вращаются в отверстиях 15 водила 3 водила в противоположную сторону. For example, in the engine design, during cyclic action of gases on the sliders-pistons 2 (Fig. 1) they make reciprocating movements, the carrier 3 rotates in the holes of the supports 8, 9, and the crank satellites 4 rotate in the holes 15 of the carrier 3 drove in the opposite direction side.

На участке движения ползуна от крайней мертвой точки до 1/4 его хода (см. фиг.3) преобразование осуществляется простым взаимодействием поршня 2 с водилом 3 через сателлит 4 без участия зубьев. На этом участке сила Р сила давления газов на днище ползуна, в сопряжении ползуна 2 с кривошипным сателлитом 4 (точка О₃) раскладывается на продольно-кривошипную К и поперечно-кривошипную N составляющие, причем составляющая К действует вдоль линии О₂ О₃ кривошипного сателлита 4 и превалирует над составляющей N. В сопряжении кривошипного сателлита 4 с водилом 3 (точка О₂) сила К раскладывается на касательную Т и радиальную Z составляющие, причем касательная Т действует перпендикулярно эксцентриситету водила 3 (линия О₁-О₂) и создает крутящий момент водила 3, передаваемый выходному валу 5.In the section of the slider’s movement from the extreme dead point to 1/4 of its stroke (see FIG. 3), the transformation is carried out by a simple interaction of the piston 2 with the carrier 3 through satellite 4 without the participation of teeth. In this section, the force P is the gas pressure force on the bottom of the slider, in conjunction with the slider 2 and the crank satellite 4 (point O ₃ ), it is decomposed into the longitudinal crank K and the transverse crank N components, and the component K acts along the O ₂ O _{3 line of the} crank satellite 4 and prevails over component N. In conjugation of the crank satellite 4 with the carrier 3 (point O ₂ ), the force K is decomposed into the tangent T and the radial Z components, and the tangent T acts perpendicular to the eccentricity of carrier 3 (line O ₁ -O ₂ ) and creates a twisting m Time carrier 3 transmitted to the output shaft 5.

На участке от 1/4 до 3/4 хода ползуна (см. фиг.4) преобразование простым взаимодействием становится неэффективным, поскольку сила N начинает превалировать над силой К с неограниченным увеличением силы бокового давления ползуна на стенки корпуса и уменьшения крутящего момента. Поэтому на этом участке осуществляется планетарно-кривошипное преобразование. Зубья 19 сателлита 4 входят в зацепление с зубьями 21 или 22 корпуса и преобразование начинает осуществляться путем планетарного вращения кривошипного сателлита 4 силой N с возникновением реакции Q в сопряжении зубьев и крутящего момента М. Составляющая N превалирует над составляющей К и растет по мере приближения ползуна к центральному положению, следовательно, с возрастанием крутящего момента М и уменьшением силы бокового давления ползуна на стенки корпуса. In the range from 1/4 to 3/4 of the stroke of the slider (see Fig. 4), the transformation by a simple interaction becomes ineffective, since the force N begins to prevail over the force K with an unlimited increase in the lateral pressure force of the slider on the housing walls and a decrease in torque. Therefore, a planetary-crank transformation is carried out in this area. The teeth 19 of the satellite 4 mesh with the teeth 21 or 22 of the housing and the transformation begins by planetary rotation of the crank satellite 4 with a force N with the occurrence of the reaction Q in conjunction of the teeth and torque M. The component N prevails over the component K and grows as the slider approaches the central position, therefore, with increasing torque M and a decrease in the lateral pressure force of the slider on the walls of the housing.

Таким образом осуществляется эстафетное преобразование движения на различных участках различными способами, причем оптимальным образом. Переход между участками является плавным, поскольку обоими способами осуществляется преобразование по одному и тому же синусоидальному закону. In this way, the relay conversion of movement in different sections is carried out in various ways, and in an optimal way. The transition between the sections is smooth, since both methods carry out the transformation according to the same sinusoidal law.

Так как ползуны-поршни установлены в противофазе между собой и в противофазе с противовесами, то силы инерции противоположно движущихся масс взаимокомпенсируются в центре масс. В восьмицилиндровом исполнении поршневой машины с двумя планетарно-ползунными механизмами в одном корпусе, расположенными один сверху, другой снизу от выходного вала 5 и работающими в противофазе, система полностью уравновешивается без дополнительных противовесов. Такое исполнение наиболее эффективно. Since the piston sliders are installed in antiphase between themselves and in antiphase with counterweights, the inertia forces of the oppositely moving masses are mutually compensated in the center of mass. In the eight-cylinder version of the piston machine with two planetary-sliding mechanisms in one housing, located one above, the other from the bottom of the output shaft 5 and working in antiphase, the system is fully balanced without additional counterweights. Such execution is most effective.

Машина в равной степени осуществляет и обратное преобразование движения, то есть вращение выходного вала в возвратно-поступательное движение ползунов. The machine equally performs the inverse transformation of the movement, that is, the rotation of the output shaft into the reciprocating movement of the sliders.

Применение предложенного механизма в двигателе- и компрессоростроении позволяет уменьшить габариты изделий на 30^oC40% и массу на 10^oC15%The application of the proposed mechanism in the engine and compressor engineering can reduce the dimensions of the products by 30 ^o C40% and weight by 10 ^o C15%

Claims

A planetary-slider mechanism, comprising a housing with two groups of gear elements of internal engagement, a carrier with two eccentrically opposed holes, located in the corresponding holes of the carrier of the satellite with teeth, designed to interact with the corresponding groups of gear elements of the housing, and two sliders, each of which is connected with the corresponding satellite, characterized in that each group of gear elements of the housing is made in the form of two sectors located opposite to each other with gami 60 100 ^o, in slides formed transverse holes, each satellite is configured in the form of a crank comprising two necks, one of which respective slide is placed in the hole and the other carrier in the corresponding hole and cheeks between the webs, having teeth on an arc of 120 200 ^o and the radii of the crank satellites, the radii of the pitch circles of the gear sectors of the crank satellites and the radii of the pitch circles of the gear sectors of the hull are referred to the carrier eccentricity as 1: 1, 1: 1 and 2: 1, respectively.