RU2272198C1

RU2272198C1 - Device for converting rotation in reciprocation and vice versa

Info

Publication number: RU2272198C1
Application number: RU2004129893/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Григорьевич Соколов (RU); Александр Григорьевич Соколов
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2006-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: device comprises housing that receives rotation body made of a flywheel, which is locked against the movement along the axis of rotation, and slide mounted for permitting reciprocation along the axis of rotation. The side of the slide is provided with closed screw groove. The carrier is interposed between the slide and rotation body. The rotation of the slide with respect to the housing is arrested by means of a spline joint. The closed screw groove has even number of turns. The carriers are made of balls and set at the diametrically opposite points of the closed screw groove of the slide. The carriers are set in the slots in the flywheel, and sides of the carriers that project out of the slide bear on the races of the roll bearings provided with the ring grooves.

EFFECT: enhanced reliability and prolonged service life.

2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно, к устройствам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, и может быть использовано, например, в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах.The invention relates to the field of engineering, and more specifically, to devices for converting rotational motion into reciprocating and vice versa, and can be used, for example, in internal combustion engines, compressors, pumps.

Известен аксиально-поршневой двигатель с противоположно движущимися поршнями (заявка №2001105860 от 27.02.2003), содержащий корпус, вал, цилиндры, расположенные вокруг и параллельно оси вала, по два поршня с шатунами-поводками в каждом цилиндре, неподвижно закрепленные на валу две косые втулки и две качающиеся шайбы с радиальными цапфами, связанными шарнирно с шатунами-поводками, поршни имеют уплотнения с обоих торцов, а рабочие процессы двигателя совершаются как в объеме между поршнями с одной стороны, так и между торцевыми крышками цилиндров и поршнями с другой.Known axial piston engine with oppositely moving pistons (application No. 2001105860 from 02.27.2003), comprising a housing, a shaft, cylinders located around and parallel to the axis of the shaft, two pistons with connecting rods in each cylinder, two oblique fixed to the shaft bushings and two swinging washers with radial trunnions pivotally connected to connecting rods, leads, pistons have seals at both ends, and engine working processes are performed both in the volume between the pistons on one side and between the end caps of the cylinders and rshnyami other.

Недостатками аналога являются большие габариты вследствие наличия несовпадения оси приводного вала и оси цилиндров, повышенных габаритов механизма возвратно-поступательного движения поршней, а также снижение КПД механизма и его долговечности из-за давления поршней на стенки цилиндров и возникновения в нем неуравновешенных сил инерции.The disadvantages of the analogue are large dimensions due to the mismatch of the axis of the drive shaft and the axis of the cylinders, increased dimensions of the reciprocating mechanism of the pistons, as well as a decrease in the efficiency of the mechanism and its durability due to the pressure of the pistons on the cylinder walls and the occurrence of unbalanced inertia forces in it.

Прототипом заявляемого изобретения является устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, патент RU №2059133 С1, содержащее корпус, размещенный в нем ползун цилиндрической формы с замкнутой винтовой канавкой, кинематически связанное с ползуном и фиксированное от перемещения вдоль своей оси вращения тело вращения в виде маховика, кинематическая связь между ползуном и телом вращения выполнена в виде поводков, зафиксированных в маховике, предназначенных для взаимодействия одной стороной с телом вращения, а другой стороной для взаимодействия с боковой поверхностью замкнутой винтовой канавки. Проворот ползуна относительно корпуса ограничен шлицевым соединением.The prototype of the claimed invention is a device for converting rotary motion into reciprocating and vice versa, patent RU No. 2059133 C1, comprising a housing, a cylindrical slider placed therein with a closed helical groove, kinematically connected with the slider and fixed to rotation along its axis of rotation in in the form of a flywheel, the kinematic connection between the slider and the body of revolution is made in the form of leashes fixed in the flywheel, designed to interact with one side of the body scheniya and the other side for cooperation with the side surface of the closed helical groove. The rotation of the slide relative to the housing is limited by a spline connection.

Прототип работает следующим образом. При приложении крутящего момента к маховику он начинает разворачиваться относительно своей оси, а зафиксированный в нем поводок начинает давить на боковую поверхность винтовой канавки, вследствие ограничения возможности проворота ползуна шлицевым соединением его с корпусом ползун начинает поступательное движение. После достижения ползуном крайнего положения происходит переход поводка в реверсивную ветвь винтовой канавки (ветвь, имеющую обратное направление) и ползун, таким образом, меняет направление движения на противоположное. Цикл повторяется, вследствие чего вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное. При обратном преобразовании движения возвратно-поступательного во вращательное усилие прикладывается к ползуну. При этом ползун боковой поверхностью винтовой канавки воздействует на поводок, закрепленный в маховике, что вызывает вращение маховика. При достижении ползуном крайнего положения за счет силы инерции вращательного движения маховика происходит переход поводка в реверсивную ветвь винтовой канавки и при изменении направления прикладываемой нагрузки на противоположное вращательное движение маховика продолжается в том же направлении.The prototype works as follows. When a torque is applied to the flywheel, it starts to turn around its axis, and the leash fixed in it starts to put pressure on the side surface of the screw groove, due to the limited possibility of turning the slider with a splined connection to the body, the slider starts translating. After the slider reaches its extreme position, the leash transitions to the reversible branch of the helical groove (the branch having the opposite direction) and the slider, thus, reverses the direction of movement. The cycle repeats, as a result of which the rotational motion is converted into reciprocating. In the inverse transformation of the reciprocating motion into a rotational force is applied to the slider. In this case, the slider on the lateral surface of the helical groove acts on the leash fixed in the flywheel, which causes the rotation of the flywheel. When the slider reaches its extreme position due to the inertia of the rotational movement of the flywheel, the leash transitions to the reverse branch of the helical groove and, when the direction of the applied load changes to the opposite rotational motion of the flywheel, it continues in the same direction.

Недостатком прототипа является пониженный ресурс его работы и КПД, особенно при больших скоростях вращательного и возвратно-поступательного движений, вследствие возникновения трения скольжения в узле фиксации поводков в маховике, между поводками и поверхностью винтовой канавки, что ограничивает скоростные, силовые характеристики механизма, а также область его применения.The disadvantage of the prototype is the reduced resource of its work and efficiency, especially at high speeds of rotational and reciprocating movements, due to the occurrence of sliding friction in the fixing unit of the leads in the flywheel, between the leads and the surface of the helical groove, which limits the speed and strength characteristics of the mechanism, as well as the region its application.

Технической задачей заявляемого устройства является повышение его надежности и долговечности, а также обеспечение возможности работы устройства при больших скоростях вращательного и возвратно-поступательного движений и силовых нагрузках за счет замены трения скольжения на трение качения и исключения давления ползуна на опоры.The technical task of the claimed device is to increase its reliability and durability, as well as providing the device with the ability to operate at high speeds of rotational and reciprocating movements and power loads by replacing sliding friction with rolling friction and eliminating the pressure of the slider on the supports.

Поставленная задача решается тем, что заявляемое устройство содержит корпус, в котором размещено тело вращения в виде маховика, фиксированное от смещения вдоль оси вращения, и ползун, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения, на боковой поверхности ползуна выполнена замкнутая винтовая канавка, между ползуном и телом вращения размещен поводок, проворот ползуна относительно корпуса ограничен шлицевым соединением, в котором в отличие от прототипа винтовая канавка выполнена с четным количеством витков, поводки шарообразные и расположены в диаметрально противоположных точках винтовой канавки ползуна, их количество соответствует количеству витков винтовой канавки, поводки вставлены в пазы в маховике и боковой поверхностью, выходящей за пределы ползуна, опираются на кольца подшипников качения, имеющие радиусные, кольцевые канавки.The problem is solved in that the inventive device comprises a housing in which a rotational body in the form of a flywheel is located, fixed from displacement along the axis of rotation, and a slider installed with the possibility of reciprocating movement along the axis of rotation, a closed helical groove is made on the side surface of the slider, a leash is placed between the slider and the body of revolution, the slider’s rotation relative to the housing is limited by a spline connection, in which, in contrast to the prototype, the helical groove is made with even numbers ohm of turns, the leads are spherical and located at diametrically opposite points of the helical groove of the slider, their number corresponds to the number of turns of the helical groove, the leads are inserted into the grooves in the flywheel and the lateral surface extending beyond the limits of the slide rest on the rings of rolling bearings having radial, annular grooves.

Благодаря новой совокупности существенных признаков заявляемого изобретения получаем увеличение надежности и долговечности устройства преобразования движения при одновременном увеличении скоростных и силовых нагрузок. Это объясняется тем, что вследствие опирания шаровых поводков на подвижные кольца подшипников качения и возможности качения поводков по кольцевым канавкам, выполненным на контактирующих с ними кольцах подшипников, обеспечивается, несмотря на сложное движение поводков, отсутствие трения скольжения между поводками и боковой поверхностью винтовой канавки, вызывающего износ поводков и канавки. При этом использование в рассматриваемом устройстве винтовых канавок с четным количеством витков и диаметрально противоположного расположения поводков, количество которых равно числу витков канавки, позволяет перераспределить действующие в устройстве усилия между поводками и исключить давление ползуна на его опоры в корпусе, что значительно снижает потери на трение и износ в этих узлах.Thanks to the new set of essential features of the claimed invention, we obtain an increase in the reliability and durability of the motion conversion device while increasing the speed and power loads. This is due to the fact that due to the support of the ball leads on the movable rings of the rolling bearings and the possibility of rolling the leads along the annular grooves made on the bearing rings in contact with them, despite the complicated movement of the leads, there is no sliding friction between the leads and the side surface of the helical groove causing wear of leashes and grooves. In this case, the use of screw grooves with an even number of turns and diametrically opposite arrangement of leads, the number of which is equal to the number of turns of the groove, in the device under consideration allows redistributing the forces acting in the device between the leads and eliminates the pressure of the slide on its supports in the housing, which significantly reduces friction losses and wear at these nodes.

На фиг. 1 и 2 схематично представлен вариант выполнения заявляемого устройства.In FIG. 1 and 2 schematically shows an embodiment of the inventive device.

Заявляемое устройство содержит корпус 1, в котором установлен маховик 2. В корпусе 1 также установлен цилиндрический ползун 3, имеющий возможность перемещения вдоль оси маховика 2. При этом ось вращения маховика 2 совпадает с продольной осью ползуна 3. Проворот ползуна 3 относительно корпуса 1 ограничен шлицевыми соединениями, представляющими собой продольные пазы 9 в ползуне 3 и корпусе 1, в которых утоплены шарики 8. На цилиндрической поверхности ползуна 3 выполнена замкнутая винтовая канавка 5, в которой наполовину утоплены шаровидные поводки 4, вторая половина поводков, выходящая за пределы ползуна, вставлена в пазы в маховике 3 (фиг.2) и опирается на радиусные кольцевые канавки 7 подвижных колец подшипников качения 6.The inventive device comprises a housing 1 in which a flywheel 2 is installed. A cylindrical slider 3 is also installed in the housing 1, which can be moved along the axis of the flywheel 2. The axis of rotation of the flywheel 2 coincides with the longitudinal axis of the slider 3. The rotation of the slider 3 relative to the housing 1 is limited by splined the joints, which are longitudinal grooves 9 in the slider 3 and the housing 1, in which the balls are recessed 8. A closed helical groove 5 is made on the cylindrical surface of the slider 3, in which the spherical leash is half recessed 4, the second half of leads extending beyond the limits of the slider is inserted into the grooves 3 in the flywheel (2) and rests on the annular groove 7 radius movable rings 6 of rolling bearings.

Устройство работает следующим образом. При приложении крутящего момента к маховику 2 он начинает разворачиваться относительно своей оси, а зафиксированные в его пазах поводки 4 начинают давить на боковую поверхность винтовой канавки 5, вследствие ограничения возможности проворота ползуна 3 шлицевым соединением 8, 9 его с корпусом 1, ползун начинает поступательное движение. После достижения ползуном 3 крайнего положения происходит переход поводков 4 в реверсивную ветвь винтовой канавки 5 (ветвь, имеющую обратное направление) и ползун 3, таким образом, меняет направление движения на противоположное. Цикл повторяется, вследствие чего вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное.The device operates as follows. When a torque is applied to the flywheel 2, it begins to turn around its axis, and the leashes 4 fixed in its grooves begin to press on the side surface of the screw groove 5, due to the limited possibility of turning the slider 3 with a splined connection 8, 9 of it with the housing 1, the slider starts translating . After the slider 3 reaches its extreme position, the leashes 4 move to the reverse branch of the helical groove 5 (the branch having the opposite direction) and the slider 3, thus, reverses the direction of movement. The cycle repeats, as a result of which the rotational motion is converted into reciprocating.

При преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное усилие прикладывается к ползуну 3. При этом ползун 3 боковой поверхностью винтовой канавки 5 воздействует на поводки 4, что вызывает вращение маховика 2. При достижении ползуном 3 крайнего положения за счет силы инерции вращательного движения маховика 2 происходит переход поводка в реверсивную ветвь винтовой канавки 5 и при изменении направления прикладываемой нагрузки на противоположное вращательное движение маховика 2 продолжается в том же направлении.When converting the reciprocating motion into a rotational force, it is applied to the slider 3. In this case, the slider 3 acts on the leads 4 on the lateral surface of the screw groove 5, which causes the rotation of the flywheel 2. When the slider 3 reaches the extreme position due to the inertia of the rotational movement of the flywheel 2, the transition the leash into the reverse branch of the helical groove 5 and when the direction of the applied load changes to the opposite rotational movement of the flywheel 2 continues in the same direction.

Возникающее при преобразовании вращательного движения маховика 2 в возвратно-поступательное движение ползуна 3 осевое усилие, либо усилие, действующее на ползун 3 при обратном преобразовании движения, через поводки 4 передается на подшипники качения 6, зафиксированные в корпусе 1. При этом за счет отсутствия жесткой фиксации поводков 4 в маховике 2 и их опоры на подшипники качения 6 а также наличие на кольцах подшипников кольцевых радиусных канавок 7, по которым перемещаются поводки, достигается движение качения поводков 4 относительно боковой поверхности винтовой канавки 5, и колец подшипников, несмотря на сложный характер движение поводков 4, характеризующиеся изменением в процессе работы механизма оси, направления и скорости их вращения. Качение поводков 4 по поверхностям винтовой канавки 5 и кольцевым канавкам 7 подшипников качения 6 обеспечивает минимальные потери энергии на трение в устройстве, а также повышение работоспособности устройства при одновременном увеличении скоростных и силовых нагрузок, действующих на устройство.The axial force arising from the conversion of the rotary movement of the flywheel 2 to the reciprocating movement of the slider 3, or the force acting on the slider 3 during the inverse movement, is transmitted through the leads 4 to the rolling bearings 6 fixed in the housing 1. At the same time, due to the absence of rigid fixation leads 4 in the flywheel 2 and their bearings on the rolling bearings 6 as well as the presence on the bearing rings of annular radius grooves 7 along which the leads move, the rolling movement of the leads 4 relative to the sides is achieved the surface of the helical groove 5, and the bearing rings, despite the complex nature of the movement of the leads 4, characterized by a change in the process of operation of the axis mechanism, direction and speed of rotation. The rolling of the leads 4 along the surfaces of the helical groove 5 and the annular grooves 7 of the rolling bearings 6 ensures minimal energy loss due to friction in the device, as well as increasing the operability of the device while increasing the speed and power loads acting on the device.

Повышение работоспособности и снижение потерь энергии на трение в устройстве обеспечивает также применение в устройстве винтовых канавок с четным числом витков и диаметрально противоположное расположение поводков, количество которых равно числу витков винтовой канавки. При такой компоновке устройства исключается давление ползуна на его опоры в корпусе за счет взаимной компенсации моментов сил реакций, возникающих в поводках, и действующие в устройстве осевые нагрузки равномерно распределяются между поводками, что снижает величину контактных напряжений, действующих в зонах контакта поводков с поверхностью винтовой канавки, и с радиусными кольцевыми канавками на подшипниках.Increasing the working capacity and reducing energy losses due to friction in the device also provides the use of screw grooves with an even number of turns and a diametrically opposite arrangement of leads in the device, the number of which is equal to the number of turns of the screw groove. With this arrangement of the device, the pressure of the slider on its supports in the housing is eliminated due to the mutual compensation of the moments of the reaction forces arising in the leads, and the axial loads acting in the device are evenly distributed between the leads, which reduces the contact stresses acting in the contact zones of the leads with the surface of the helical groove , and with radial ring grooves on bearings.

Радиусные кольцевые канавки, выполненные на подвижных кольцах подшипников качения, ограничивают радиальное перемещение поводков и обеспечивают максимальную длину линии контакта поводков и подшипников качения, что также способствует возможности увеличения силовой нагруженности устройства и его работоспособности.Radial ring grooves made on the movable rings of the rolling bearings limit the radial movement of the leads and provide the maximum length of the contact line of the leads and rolling bearings, which also contributes to the possibility of increasing the power load of the device and its performance.

Таким образом, за счет введения новой совокупности существенных признаков можно решить поставленную техническую задачу, вытекающую из современного уровня техники.Thus, by introducing a new set of essential features, it is possible to solve the technical problem posed by the current state of the art.

Claims

A device for converting rotational motion into reciprocating and vice versa, comprising a housing in which a body of revolution is arranged in the form of a flywheel, fixed from displacement along the axis of rotation, and a slider mounted with the possibility of reciprocating movement along the axis of rotation, on the side surface of the slider is made closed helical groove, a leash is placed between the slider and the body of revolution, the rotation of the slider relative to the housing is limited by a spline connection, characterized in that the closed helical cable the winding is made with an even number of turns, the leads are spherical and are located at diametrically opposite points of the closed helical groove of the slider and their number corresponds to the number of turns of the closed helical groove, the leads are inserted into the grooves in the flywheel and the side surface extending beyond the slide rest on the rings of the rolling bearings having radius annular grooves.