RU2151878C1

RU2151878C1 - Piston machine

Info

Publication number: RU2151878C1
Application number: RU98117282A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Ткаченко
Original assignee: Ткаченко Юрий Сергеевич
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumps, compressors and internal combustion engines; piston drive mechanisms. SUBSTANCE: machine has crankcase with main bearings, in-line cylinder block, pistons with connecting rods arranged in cylinders. Connecting rods are hinge-coupled with rocker arms rigidly secured on coaxial shaft installed in main bearings displaced relative to axis of cylinder block. Coaxial shafts are intercoupled through reversible device. Each shaft carries rocker arms equal in number to at least half the number of cylinders. Single-throw power takeoff shaft is mechanically coupled through additional connecting rod with rocker arm secured on one of coaxial shafts. EFFECT: increased mechanical efficiency and service life of machine. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к поршневым машинам, в частности к приводам, и может быть использовано в насосах, компрессорах и двигателях внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, and more particularly to reciprocating machines, in particular to drives, and can be used in pumps, compressors and internal combustion engines.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок-картер с рядным расположением цилиндров, несущих поршни с шатурами, шарнирно связанными с кривошипами коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах (Орлин А.С., Двигатели внутреннего сгорания. -М.: Машгиз, 1962, т.2. Конструкция и расчет. с. 362 - 365). Closest to the invention in technical essence is an internal combustion engine containing a crankcase with an in-line arrangement of cylinders carrying pistons with tents pivotally connected to crankshafts of the crankshaft installed in main bearings (Orlin A.S., Internal combustion engines .-- M .: Mashgiz, 1962, v. 2. Design and calculation, pp. 362 - 365).

К недостаткам данной машины относится низкий механический КПД, обусловленный значительной величиной бокового трения поршней о стенки цилиндров и, как следствие этого явления, пониженный ресурс работы. The disadvantages of this machine include low mechanical efficiency, due to the significant amount of lateral friction of the pistons against the cylinder walls and, as a consequence of this phenomenon, a reduced service life.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение механического КПД и ресурса поршневых машин. The problem to which the invention is directed, is to increase the mechanical efficiency and resource piston machines.

Техническим результатом изобретения является повышение механического КПД и ресурса работы поршневых машин путем снижения бокового давления поршней на стенки цилиндров за счет значительного уменьшения угла качания шатуна при возвратно-поступательном движении поршня. The technical result of the invention is to increase the mechanical efficiency and service life of piston machines by reducing the lateral pressure of the pistons on the cylinder walls due to a significant decrease in the crank angle when the piston is reciprocating.

Задача решается за счет того, что поршневая машина содержит картер с коренными подшипниковыми опорами, блок с рядным расположением цилиндров и размещенные в цилиндрах поршни с шатунами, шарнирно связанными с коромысловыми рычагами, жестко закрепленными на соосных валах, установленных в коренных подшипниковых опорах, смещенных относительно продольной оси блока цилиндров; при этом соосные валы взаимосвязаны между собой реверсивным устройством и каждый несет на себе коромысловые рычаги, число которых равно минимум как половине числа цилиндров, а коленчатый вал отбора мощности выполнен однокривошипным и кинематически связанным посредством дополнительного шатуна с коромысловым рычагом, закрепленным на одном из соосных валов. The problem is solved due to the fact that the piston machine contains a crankcase with main bearing bearings, a block with an in-line arrangement of cylinders and pistons placed in the cylinders with connecting rods pivotally connected to the beam arms rigidly mounted on coaxial shafts installed in the main bearing bearings offset relative to the longitudinal cylinder block axis; at the same time, the coaxial shafts are interconnected by a reversing device and each carries a rocker arm, the number of which is at least half the number of cylinders, and the crankshaft is single-crank and kinematically connected by means of an additional connecting rod with a rocker arm mounted on one of the coaxial shafts.

В соответствии с вариантом выполнения машины ее реверсивное устройство связи соосных валов содержит поперечный вал с двуплечим коромысловым рычагом, кинематически связанным посредством шатунов с одноплечими коромысловыми рычагами, установленными на консолях соосных валов, при этом шатуны сочленяются с коромысловыми рычагами посредством пространственных шарниров, например шарниров Гука. In accordance with an embodiment of the machine, its reversible coaxial shaft coupling device comprises a transverse shaft with a two-arm rocker arm kinematically connected by connecting rods to one-arm rocker arms mounted on the consoles of the coaxial shafts, while the connecting rods are articulated with the rocker arms by means of spatial joints, for example, Hook joints.

Предусмотрен вариант поршневой машины с поперечным расположением однокривошипного коленчатого вала, кинематически связанного посредством шатуна с одноплечим коромысловым рычагом, жестко установленным на поперечном валу реверсивного устройства. A variant of a piston machine with a transverse arrangement of a single-crank crankshaft kinematically connected by means of a connecting rod with a one-arm rocker arm rigidly mounted on the transverse shaft of the reversing device is provided.

Получение технического результата изобретения возможно только за счет уменьшения угла качания шатунов при возвратно-поступательном движении поршней путем шарнирного их сочленения с качающимися коромыслами, что позволяет уменьшить давление поршней на стенки цилиндров. Obtaining the technical result of the invention is possible only by reducing the swing angle of the connecting rods during the reciprocating movement of the pistons by articulating them with the rocker arms, which allows to reduce the pressure of the pistons on the cylinder walls.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема поршневой машины, выполненной в виде двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - вариант выполнения реверсивного устройства и с поперечным расположением коленчатого вала. In FIG. 1 shows a kinematic diagram of a piston machine made in the form of an internal combustion engine; in FIG. 2 - embodiment of a reversing device and with a transverse arrangement of the crankshaft.

Двигатель внутреннего сгорания, представленный на фиг. 1, содержит картер (на схеме не показан), в котором расположен вал 1, установленный в коренных подшипниковых опорах 2, 3, снабженный коромысловыми рычагами 4, 5. Соосно с валом 1 в коренных подшипниковых опорах 6, 7 установлен полый вал 8, несущий на себе коромысловые рычаги 9, 10. Соосно валы 1 и 8 взаимосвязаны между собой реверсивным устройством, состоящим из коромысловых рычагов 11 и 12, жестко связанных между собой дополнительным промежуточным продольным валом 13, установленным в подшипниковых опорах 14, 15. Коромысловые рычаги 11, 12 реверсивного устройства шатунами 16 и 17 соединены с коромысловыми рычагами 18, 19, жестко связанными с соосными валами 1 и 8. При этом коромысловые рычаги 4, 5 и 9, 10 шарнирно связаны с шатунами 20 поршней 21, расположенных в цилиндрах 22. Отбор мощности с взаимосвязанных соосных валов 1, 8 на коленчатый вал 23 двигателя осуществляется посредством шатуна 24, шарнирно связанного с коромысловым рычагом 25, жестко установленным на валу 1. На коленчатом валу 23 установлен маховик 26. The internal combustion engine shown in FIG. 1, contains a housing (not shown in the diagram) in which a shaft 1 is installed, installed in the main bearing bearings 2, 3, equipped with rocker arms 4, 5. A hollow shaft 8 is mounted coaxially with the shaft 1 in the main bearing bearings 6, 7, bearing rocker levers 9, 10 are mounted on itself. Coaxial shafts 1 and 8 are interconnected by a reversing device consisting of rocker levers 11 and 12, rigidly interconnected by an additional intermediate longitudinal shaft 13 installed in bearing bearings 14, 15. Rocker levers 11, 12 reverse device The connecting rods 16 and 17 are connected to the beam arms 18, 19, rigidly connected with the coaxial shafts 1 and 8. The beam arms 4, 5 and 9, 10 are pivotally connected to the connecting rods 20 of the pistons 21 located in the cylinders 22. Power take-off from the interconnected coaxial shafts 1, 8 on the crankshaft 23 of the engine is carried out by means of a connecting rod 24, pivotally connected to the beam arm 25, rigidly mounted on the shaft 1. A flywheel 26 is mounted on the crankshaft 23.

Двигатель внутреннего сгорания, представленный на фиг. 2, содержит соосные валы 1 и 27, установленные в коренных подшипниковых опорах 2, 3, 28, 29 и несущие на себе жестко установленные коромысловые рычаги 4, 5, 9 и 10. Поперечный вал 30, установленный в подшипниковых опорах 31 и 32 посредством двуплечего коромыслового рычага 33, реверсивно соединяет между собой соосные валы 1 и 27 с помощью шатунов 34 и 35 и коромысловых рычагов 36 и 37. При этом шатуны 34 и 35 с двуплечим коромысловым рычагом 33 и коромысловыми рычагами 36 и 37 соединены посредством шарниров Гука 38. Причем коромысловые рычаги 4, 5, 9 и 10 шарнирно связаны с шатунами 20 поршней 21, расположенных в цилиндрах 22. Отбор мощности с взаимосвязанных соосных валов 1 и 27 на коленчатый вал 23 осуществляется посредством шатуна 24, шарнирно связанного с коромысловым рычагом 25, жестко установленным на поперечном валу 30. На коленчатом валу 23 установлен маховик 26. The internal combustion engine shown in FIG. 2, contains coaxial shafts 1 and 27 installed in the main bearing bearings 2, 3, 28, 29 and bearing rigidly mounted rocker arms 4, 5, 9 and 10. The transverse shaft 30 installed in the bearing bearings 31 and 32 by means of a two-arm the rocker arm 33, reversibly connects the coaxial shafts 1 and 27 with the help of connecting rods 34 and 35 and the rocker arms 36 and 37. In this case, the rods 34 and 35 with the two-arm rocker lever 33 and the rocker arms 36 and 37 are connected by means of Hook 38 joints. rocker arms 4, 5, 9 and 10 are pivotally connected to 20 tunami pistons 21 arranged in the cylinders 22. The PTO interconnected with coaxial shafts 1 and 27 on the crankshaft 23 is carried by a rod 24 pivotally connected with the rocker arm 25 is rigidly mounted on the cross shaft 30. On the crankshaft 23, the flywheel 26 is mounted.

Поршневая машина, выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания, представленная на фиг. 1, работает следующим образом. A piston engine made in the form of an internal combustion engine shown in FIG. 1, works as follows.

При запуске двигателя раскручивающийся стартером (на схеме не показан) коленчатый вал 23 посредством шатуна 24 и коромыслового рычага 25 приводит к качательному противоположно-направленному движению соосно расположенные взаимосвязанные реверсивным устройством валы 1 и 8. Посредством коромысловых рычагов 4, 5 и 9, 10 и шатунов 20 валы 1 и 8 сообщают поршням 21 возвратно-поступательное движение. При подаче и сжигании в цилиндрах 22 горючей смеси в двигателе совершается термодинамический цикл, теловая энергия которого в виде давления газов воздействует на поршни 21. Поршни 21 периодически посредством шатунов 20 и коромысловых рычагов 4, 5 и 9, 10 передают усилие на соосные валы 1 и 8. Полый вал 8 при рабочих ходах поршней 21, связанных с коромысловыми рычагами 9 и 10 через реверсивное устройство связи, состоящее из коромысловых рычагов 11, 12, 18, 19, и шатунов 16 и 17 передает крутящий момент от действия поршней 21, связанных с ним посредством шатунов 20 и коромысловых рычагов 4 и 5, находится под действием постоянных реверсивных нагрузок. When the engine is started, the crankshaft 23, which is untwisted by the starter (not shown in the diagram), by means of the connecting rod 24 and the rocker arm 25 leads to the oscillating oppositely directed movement of the shafts 1 and 8 coaxially located interconnected by the reversing device. By means of the rocker arms 4, 5 and 9, 10 and the connecting rods 20, shafts 1 and 8 give reciprocating motion to pistons 21. When supplying and burning a combustible mixture in the cylinders 22, a thermodynamic cycle is carried out in the engine, the body energy of which acts in the form of gas pressure on the pistons 21. Pistons 21 periodically transmit force to the coaxial shafts 1 and 5, 9 and 10 of the rocker arms 4 and 5 8. The hollow shaft 8 with the working strokes of the pistons 21 connected to the rocker arms 9 and 10 through a reversing communication device consisting of the rocker arms 11, 12, 18, 19, and the connecting rods 16 and 17 transmits torque from the action of the pistons 21 associated with him through the connecting rods 20 rocker arms 4 and 5, is under constant reversing loads.

Таким образом, знакопеременный крутящий момент с вала 1 посредством коромыслового рычага 25 и шатуна 24 поступает на однокривошипный коленчатый вал 23 отбора мощности. Thus, the alternating torque from the shaft 1 by means of the rocker arm 25 and the connecting rod 24 is supplied to a single-crank crankshaft 23 power take-off.

Работа двигателя, представленного на фиг. 2, ничем не отличается от вышеописанной. The operation of the engine of FIG. 2, is no different from the above.

Claims

1. A piston machine comprising a crankcase with main bearing bearings, a block with an in-line arrangement of cylinders with pistons with connecting rods located in them and a crankshaft for power take-off, characterized in that the connecting rods of the pistons are pivotally connected to the beam arms rigidly fixed to two coaxial shafts installed in the main bearing bearings, offset to the side from the longitudinal axis of the cylinder block to a position that provides the minimum angle of swing of the connecting rods during reciprocating movement of the pistons, while coaxial The axles are interconnected by a reversing device of the angle of their swing, and the number of rocker arms mounted on each coaxial shaft is at least half the number of cylinders, and the crankshaft is made single-crank, kinematically connected by means of an additional connecting rod with a rocker arm rigidly fixed to one from coaxial shafts.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the reversing device is made in the form of an additional longitudinal shaft with two rocker arms rigidly mounted on it, articulated by connecting rods with the rocker arms of the coaxial shafts, while the rocker arms on the coaxial shafts and on the additional longitudinal the shaft is mutually oriented in such a way that they provide the opposite directional swinging motion of the coaxial shafts.

3. The machine according to claim 1, characterized in that the reversing device is made in the form of one-arm rocker arms mounted on consoles of coaxial shafts and kinematically connected by connecting rods with a two-arm rocker arm rigidly mounted on the transverse shaft, while the kinematic connection of the beam arms with rods carried out by means of spatial joints, for example, Hook joints.

4. The machine according to claims 1 and 3, characterized in that the single-crank crankshaft of the power take-off by means of a connecting rod is kinematically connected to the one-arm rocker arm rigidly mounted on the transverse shaft.