RU2091598C1

RU2091598C1 - Engine with external heat supply

Info

Publication number: RU2091598C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Ахтямов
Original assignee: Ахтямов Альберт Минахметович
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1997-09-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: in engine with external heat supply drives of piston 2 and volume reducer 3 have two shafts 4 and 5 with fitted on gears 6 and 7 engaged with idler gear wheel 16. Drive of volume reducer 3 is made in form of cams 8 and 9 rigidly secured on above-indicated shafts and engaging with spring-loaded support plates 18 and 19. Support plates are coupled by rocker 20 with rod 21 of volume reducer 3. Support plates are made in form of chutes in slots of which shaped surfaces of cams 8 and 9 are arranged. Rocker 20 of support plates 16 and 17 is connected with rod 21 of volume reducer 3 by means of resilient member. EFFECT: improved reliability of operation. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, занимающемся двигателями с внешним подводом теплоты. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, engaged in engines with external heat supply.

Известен двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий два вала с синхронным вращением, связанных при помощи шестерен и снабженных кривошипами, каждый из которых связан через шатуны с пальцами траверс соосных поршней, рабочего и поршня-вытеснителя, смещенных по фазовому углу (Двигатели Стирлигна. Под. ред. М. Г. Круглова. М. Машиностроение, 1977, с. 55, рис. 1). A motor with an external supply of heat is known, containing two shafts with synchronous rotation, connected by gears and equipped with cranks, each of which is connected through the connecting rods to the fingers of the traverse of the coaxial pistons, the working and the displacing piston, displaced in phase angle (Stirligna engines. Under. Edited by M. G. Kruglov, M. Mechanical Engineering, 1977, p. 55, Fig. 1).

Известным двигателям присущи повышенные механические потери, связанные с тем, что при работе двигателя в определенный момент времени давление под поршнем становится выше давления над поршнем и крутящий момент меняет свой знак. Шестерня одного из коленчатых валов, не связанная с зубчатым колесом вала отбора мощности, поворачивается в сторону, противоположную его вращению, выбирая зазор между зубчатыми колесами на коленчатых валах. Шестерня, связанная с валом отбора мощности, остается в прежнем положении за счет инерции маховиков. При этом произойдет перекос траверс, вызывая повышенное трение в узлах ДВПТ, тем самым снижая механический КПД. Known engines are characterized by increased mechanical losses associated with the fact that when the engine is operating at a certain point in time, the pressure under the piston becomes higher than the pressure above the piston and the torque changes sign. The gear of one of the crankshafts, not connected with the gear of the power take-off shaft, rotates in the direction opposite to its rotation, choosing the gap between the gears on the crankshafts. The gear associated with the power take-off shaft remains in the same position due to the inertia of the flywheels. In this case, the traverse will skew, causing increased friction in the DVPT nodes, thereby reducing the mechanical efficiency.

Кроме того, известные двигатели обладают сравнительно низким ресурсом работы в связи с неодинаковым износом шестерен на коленчатых валах, так как одно из них дополнительно входит в зацепление с зубчатым колесом вала отбора мощности, при этом сила, передаваемая в зацеплении, вдвое превышает силу между шестернями на коленчатых валах. In addition, the known engines have a relatively low service life due to unequal wear of the gears on the crankshafts, since one of them additionally engages with the gear of the power take-off shaft, while the force transmitted in the gearing is twice the force between the gears by crankshafts.

Известен также двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий привод поршня и привод вытеснителя, включающие два вала с установленными на них шестернями, связанными с промежуточным зубчатым колесом, причем привод вытеснителя выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков, взаимодействующих с подпружиненными к ним опорными пластинами, которые посредством коромысла связаны со штоком вытеснителя. (Устройство по авт.св. СССР N 1016552, взятое в качестве прототипа). An engine with an external heat supply is also known, comprising a piston drive and a displacer drive, including two shafts with gears mounted on them and connected to an intermediate gear wheel, the displacer drive being made in the form of cams rigidly mounted on said shafts interacting with support plates spring-loaded to them. which, by means of a rocker arm, are connected to the displacer rod. (A device according to the auth. St. USSR N 1016552, taken as a prototype).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции кулачков механизма привода вытеснителя, недостаточная надежность опорных пластин и коромысла, наличие жесткого контакта между штоком вытеснителя и коромыслом не обеспечивает равномерного распределения нагрузка на кулачки, что вызывает повышенный износ трущихся пар, перекос штока, а также повышает уровень шума. The disadvantage of this device is the complexity of the design of the cams of the drive mechanism of the displacer, the lack of reliability of the support plates and rocker arm, the presence of hard contact between the displacer rod and the rocker does not provide an even distribution of the load on the cams, which causes increased wear of the rubbing pairs, skew of the rod, and also increases the noise level.

Целью изобретения является упрощение конструкции кулачков, увеличение долговечности, повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик двигателя. The aim of the invention is to simplify the design of the cams, increase durability, increase reliability and improve engine performance.

Указанная цель достигается тем, что в двигателе с внешним подводом теплоты, содержащим привод поршня и привод вытеснителя, включающие два вала с установленными на них шестернями, связанными с промежуточным зубчатым колесом, а привод вытеснителя выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков, взаимодействующих с подпружиненными к ним опорными пластинами, которые посредством коромысла связаны со штоком вытеснителя, опорные пластины выполнены в виде желобов, в пазах которых размещены профильные поверхности кулачков, а коромысло опорных пластин соединено со штоком вытеснителя посредством упругого элемента, который выполнен в виде размещенных между штоком вытеснителя и коромыслом двух ступенчатых втулок из эластичного материала с возможностью изменения жесткости путем сжатия их винтовой парой. Коромысло соединено с опорными пластинами при помощи сварки или, еще проще, может быть выполнено заодно с опорными пластинами в виде отштампованной Z-образной детали из листового материала. This goal is achieved by the fact that in an engine with an external heat supply containing a piston drive and a displacer drive, including two shafts with gears mounted on them, connected with an intermediate gear wheel, and the displacer drive is made in the form of cams rigidly fixed to said shafts interacting with The support plates spring-loaded to them, which are connected by the rocker arm to the displacer rod, the support plates are made in the form of grooves in whose grooves the profile surfaces of the cams are placed, and the support plate is connected to the displacer rod by means of an elastic element, which is made in the form of two step bushings made of elastic material between the displacer rod and the beam, with the possibility of changing stiffness by compressing them with a screw pair. The beam is connected to the support plates by welding, or, even simpler, can be made integral with the support plates in the form of a stamped Z-shaped part from sheet material.

Проведенный анализ уровня техники известных технических решений показал, что существенные отличительные признаки предлагаемого устройства в других технических решениях не обнаружены, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию существенные отличия. The analysis of the prior art of the known technical solutions showed that no significant distinguishing features of the proposed device in other technical solutions were found, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of significant differences.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого двигателя; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows a kinematic diagram of the proposed engine; in Fig.2 node I in Fig.1; figure 3 section aa in figure 1.

Двигатель состоит из цилиндра I, в котором размещены поршень 2 и вытеснитель 3. Привод содержит валы 4 и 5, на которых жестко закреплены шестерни 6 и 7, а также кулачки 8 и 9. Валы 4 и 5снабжены кривошипами 10 и 11, каждый из которых связан через шатуны 12 и 13 с траверсой 14 и штоком 15 поршня 2. Шестерни 6 и 7 находятся в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом 16, выполненным с двумя зубчатыми венцами, внутренним и внешним, причем внутренний венец связан с шестерней 6, а внешний с шестерней 7. Зубчатое колесо 16 установлено на валу отбора мощности 17. С кулачками 8 и 9 взаимодействуют опорные пластины 18 и 19, жестко соединенные с коромыслом 20, которое соединено со штоком 21 вытеснителя 3 посредством упругого элемента 22, выполненного в виде двух ступенчатых втулок из эластичного материала, которые через шайбы 23 закреплены гайками 24. Опорные пластины 18 и 19 выполнены в виде желобов, пазы которых подпружинены к профильным поверхностям кулачков 8 и 9 посредством пружины 25, установленной между упорным кронштейном 26 и коромыслом 20, также имеющим желобчатую форму. Валы 4,5 и 17 размещены в подшипниковых опорах 27. The engine consists of a cylinder I, in which a piston 2 and a displacer 3 are placed. The drive contains shafts 4 and 5, on which gears 6 and 7 are fixed, as well as cams 8 and 9. The shafts 4 and 5 are equipped with cranks 10 and 11, each of which connected through the connecting rods 12 and 13 with the traverse 14 and the piston rod 15 2. The gears 6 and 7 are meshed with the intermediate gear 16 made with two gear rims, internal and external, with the inner rim connected to gear 6 and the outer to gear 7. The gear wheel 16 is mounted on the power take-off shaft 17. With a cam 8 and 9 interact with the support plates 18 and 19, rigidly connected to the beam 20, which is connected to the rod 21 of the displacer 3 by means of an elastic element 22 made in the form of two stepped bushings of elastic material, which are secured through nuts 23 through the nuts 24. Support plates 18 and 19 are made in the form of grooves, the grooves of which are spring-loaded to the profile surfaces of the cams 8 and 9 by means of a spring 25 mounted between the stop bracket 26 and the rocker arm 20, also having a grooved shape. Shafts 4,5 and 17 are located in the bearing bearings 27.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При расширении нагретого газа поршень 2 и вытеснитель 3 движутся вниз, причем работу совершает только поршень 2, так как давление газа с обеих сторон вытеснителя приблизительно одинаково. Возвратно-поступательное движение поршня 2 преобразуется через траверсу 14, шатуны 12 и 13, кривошипы 10 и 11 во вращательное движение валов 4 и 5, которые через шестерни 6 и 7 и промежуточное зубчатое колесо 16 передает вращение валу отбора мощности 17. Во время такта сжатия газа поршень 2 будет перемещаться вверх, при этом соответствующие движения будут совершать соединенные с ним перечисленные выше звенья. Необходимый оптимальный закон изменения объема горячей полости цилиндра обеспечивается кулачковым механизмом, поскольку вытеснитель 3 через шток 21 связан с коромыслом 20 опорных пластин 18 и 19, контактирующих с профильными поверхностями кулачков 8 и 9, задающих необходимый закон движения вытеснителя 3. When the heated gas expands, the piston 2 and the displacer 3 move downward, and only the piston 2 does the work, since the gas pressure on both sides of the displacer is approximately the same. The reciprocating movement of the piston 2 is converted through the yoke 14, connecting rods 12 and 13, cranks 10 and 11 into the rotational movement of the shafts 4 and 5, which through the gears 6 and 7 and the intermediate gear 16 transfers the rotation to the power take-off shaft 17. During the compression stroke gas, the piston 2 will move upward, with the corresponding movements will be made by the above links connected to it. The necessary optimal law for changing the volume of the hot cavity of the cylinder is provided by the cam mechanism, since the displacer 3 through the rod 21 is connected to the beam 20 of the support plates 18 and 19 in contact with the profile surfaces of the cams 8 and 9, which specify the necessary law of movement of the displacer 3.

Размещение профильных поверхностей кулачков 8 и 9 в пазах желобов опорных пластин 18 и 19 исключает возможность соскальзывания и нарушения ориентации опорных пластин на кулачках и по сравнению с прототипом значительно упрощает технологию изготовления кулачков, поскольку отпадает необходимость в ограничительных буртиках. Кроме того, желобчатая форма опорных пластин 18 и 19 и коромысла 20 повышает жесткость этого опорного блока, что немаловажно, поскольку точки приложения нагрузок находятся на значительных расстояниях и действуют в различных вертикальных плоскостях. Соединение коромысла 20 опорных пластин 18 и 19 со штоком 21 посредством упругого элемента 22 позволяет пластинам самоустанавливаться в любой плоскости на кулачках 8 и 9, обеспечивая постоянный контакт пазов желобов с профильными поверхностями кулачков, а также равномерный минимальный износ кулачков и пазов опорных пластин. Кроме того, отсутствие непосредственного жесткого контакта между штоком вытеснителя и коромыслом опорных пластин значительно снижает уровень шума, а также исключает перекос штока вытеснителя, упрощает регулировку, обслуживание и ремонт устройства. Указанные преимущества позволяют упростить конструкцию, увеличить долговечность, повысить надежность и улучшить эксплуатационные характеристики двигателя в целом. The placement of the profile surfaces of the cams 8 and 9 in the grooves of the grooves of the support plates 18 and 19 eliminates the possibility of slipping and misalignment of the support plates on the cams and, in comparison with the prototype, greatly simplifies the technology of manufacturing the cams, since there is no need for restrictive collars. In addition, the grooved shape of the support plates 18 and 19 and the rocker arm 20 increases the rigidity of this support block, which is important, since the points of application of loads are at considerable distances and act in different vertical planes. The connection of the rocker arm 20 of the support plates 18 and 19 with the rod 21 by means of an elastic element 22 allows the plates to self-mount in any plane on the cams 8 and 9, providing constant contact between the grooves of the troughs and the profile surfaces of the cams, as well as uniform minimal wear on the cams and grooves of the support plates. In addition, the lack of direct hard contact between the displacer rod and the rocker of the support plates significantly reduces the noise level, and also eliminates the displacement of the displacer rod, simplifies adjustment, maintenance and repair of the device. These advantages allow us to simplify the design, increase durability, increase reliability and improve the performance of the engine as a whole.

Claims

1. An engine with an external heat supply, containing piston and displacer drives, including two shafts with gears mounted on them, connected to an intermediate gear wheel, the displacer drive being made in the form of cams rigidly fixed to said shafts interacting with support plates spring-loaded to them, which are connected by means of the rocker arm to the displacer rod, characterized in that the support plates are made in the form of grooves, in the grooves of which the profile surfaces of the cams are placed, and the rocker arm x plates are connected to the displacer rod by means of an elastic element.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the elastic element is made in the form of two step bushings made of elastic material placed between the displacer rod and the rocker arm.