RU2341709C2

RU2341709C2 - Toothed converter of reciprocation into rotation and visa versam gear pair, idler shaft and linkage assembly for idler shaft and its counterweight

Info

Publication number: RU2341709C2
Application number: RU2006116151/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Пруцев (RU); Владимир Иванович Пруцев
Original assignee: Владимир Иванович Пруцев
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2008-12-20
Also published as: RU2006116151A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: toothed converter incorporates housing, cylinders, pistons linked up with con-rod top ends by pins, tow fear wheel pairs, front and rear p.t.o.-shaft and idler shaft fitted on sliding support furnished with gear wheels on its edges. Play between gear wheel teeth caused by their wear is taken by hydraulically tightening gear wheels on journals of tapered articulated pairs to gear wheels of all aforesaid shafts and toothed rims, of the same taper, the aforesaid tightening being provided for by oil pressure against blind wall of gear wheels fitted on journals. Aforesaid gear wheel pair represents an element not linked with the housing and running about its center of rotation located on the axis shared with p.t.o.-shafts and idler shaft to transmit rotary motion to the said p.t.o.-shafts. Idler shaft represents an element linked up with the converter housing by the said sliding support at the center of which there is a through oil channel communicating, via a radial bore, with the said support oil chamber. Linkage between idler shaft and the gear wheel pair counterweight is made up of a union and idler shaft arranged to feed oil in the said gear wheel pair sliding bearings.

EFFECT: reduced vibration, improved fuel mixing and combustion, lower wear and overheating of piston and valve assemblies, higher engine efficiency, ease of manufacture and repair.

5 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к поршневым машинам, и может применяться в поршневых двигателях внутреннего сгорания, в компрессорах и насосах.The present invention relates to the field of transport engineering, in particular to reciprocating machines, and can be used in reciprocating internal combustion engines, in compressors and pumps.

Из уровня техники известен поршневой 4-цилиндровый, 4-тактный двигатель внутреннего сгорания, модель 412 (см. А.Ф.Андронов. Автомобиль «Москвич-412». Издание 2-е, перераб. и допол. М.: Машиностроение, 1973, с.23-28, рис.11), выбранный в качестве прототипа, состоящий из картера, цилиндров, поршней, соединенных с верхними головками шатунов при помощи пальцев. В качестве преобразователя движения в данном двигателе применяется коленчатый вал, шейки которого соединены с нижними головками шатунов при помощи разъемных скользящих опор.From the prior art known piston 4-cylinder, 4-stroke internal combustion engine, model 412 (see AF Andronov. Car "Moskvich-412". 2nd edition, revised and enlarged. M .: Engineering, 1973 , p.23-28, Fig. 11), selected as a prototype, consisting of a crankcase, cylinders, pistons connected to the upper heads of the connecting rods with fingers. As a motion converter in this engine, a crankshaft is used, the necks of which are connected to the lower heads of the connecting rods using split sliding bearings.

Недостатком известной конструкции двигателя является сложность изготовления коленчатого вала, который испытывает большие нагрузки от всех 4-х поршней, связанных с ним шатунами. Поэтому коленчатые валы изготовляют с большим запасом прочности, что влечет повышение металлоемкости и веса.A disadvantage of the known engine design is the complexity of manufacturing a crankshaft, which experiences heavy loads from all 4 pistons connected with it by connecting rods. Therefore, crankshafts are manufactured with a large margin of safety, which entails an increase in metal consumption and weight.

При работе данного двигателя коленчатый вал совершает 2 оборота за 4 такта (рабочий ход, выпуск, впуск, сжатие), поэтому для развития больших оборотов вала поршни совершают очень быстрые возвратно-поступательные движения, что приводит к повышенному износу и перегреву, а также к перерасходу топлива за счет неполного сгорания и т.д. Высокооборотные двигатели не позволяют изготовлять их с большим ходом поршней, что уменьшает мощность и КПД.When this engine is running, the crankshaft makes 2 revolutions in 4 cycles (working stroke, exhaust, intake, compression), therefore, for the development of large revolutions of the shaft, the pistons make very fast reciprocating movements, which leads to increased wear and overheating, as well as to cost overruns fuel due to incomplete combustion, etc. High-speed engines do not allow them to be manufactured with a large stroke of the pistons, which reduces power and efficiency.

Цель изобретения заключается в том, что при замене коленчатого вала в двигателе, выбранном в качестве прототипа, на зубчатый преобразователь получаются следующие преимущества.The purpose of the invention is that when replacing a crankshaft in an engine selected as a prototype with a gear converter, the following advantages are obtained.

1. Только 2 поршня связаны с одной коленчатой парой, которая непосредственно не контактирует с корпусом двигателя, что уменьшает вибрацию.1. Only 2 pistons are connected to one crankshaft pair that does not directly contact the engine housing, which reduces vibration.

2. За 4 такта двигателя вал отбора мощности будет совершать 6 оборотов, при условии, если зубчатые колеса на коленчатой паре и на всех валах будут одинакового диаметра. Это позволит развивать большие обороты маховику, аккумулировать большое количество энергии, а большой момент инерции обеспечит двигателю уравновешенную работу. Поршни при этом будут сравнительно тихоходны, что улучшит смесеобразование и сгорание топлива. Уменьшится износ и перегрев поршневой и клапанной группы.2. Over 4 engine cycles, the power take-off shaft will make 6 revolutions, provided that the gears on the crankshaft and on all the shafts are of the same diameter. This will allow the flywheel to develop large revolutions, accumulate a large amount of energy, and a large moment of inertia will provide the engine with balanced work. The pistons will be relatively slow at the same time, which will improve mixture formation and fuel combustion. The wear and overheating of the piston and valve groups will be reduced.

3. Возможность создания двигателя с большим ходом поршня, который всегда будет равен 2/3 диаметра неподвижного зубчатого венца. Это повысит мощность и КПД двигателя, что компенсирует потерю мощности вала от зубчатых передач.3. The possibility of creating an engine with a large stroke, which will always be equal to 2/3 of the diameter of the stationary gear ring. This will increase the power and efficiency of the engine, which compensates for the loss of shaft power from gears.

4. Простота изготовления, монтажа, ремонта. Возможность замены любого узла и детали без разборки клапанно-поршневой группы. Все детали малогабаритны и недороги.4. Ease of manufacturing, installation, repair. The ability to replace any unit and part without disassembling the valve-piston group. All parts are small and inexpensive.

5. Постройка двигателя не требует переоснастки производства.5. The construction of the engine does not require re-equipment of production.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено:The invention is illustrated by drawings, which show:

фиг.1 - первая коленчатая пара;figure 1 - the first cranked pair;

фиг.1a - вид сбоку первой коленчатой нары;figa is a side view of the first cranked bunks;

фиг.2 - вторая коленчатая пара;figure 2 - the second cranked pair;

фиг.3 - продольный разрез преобразователя;figure 3 is a longitudinal section of the Converter;

фиг.4 - поперечный разрез преобразователя;4 is a transverse section of the Converter;

фиг.5 - разрез цапфы и зацепление зубчатых колес.5 is a section of the pin and gearing of the gears.

Заявленный преобразователь представляет из себя зубчатый механизм, состоящий из коленчатой пары (фиг.1, 1а), зубчатых неподвижных венцов с внутренним зацеплением, установленных в корпусе преобразователя, переднего и заднего валов отбора мощности, и промежуточного вала.The inventive converter is a gear mechanism consisting of a crankshaft pair (Fig. 1, 1a), fixed gears with internal gears installed in the converter housing, front and rear power take-off shafts, and an intermediate shaft.

Коленчатая пара представляет из себя деталь, все элементы которой выполнены как одно целое, и состоит из щеки 1, выполненной в форме прямоугольного треугольника. Из 2-х противоположно направленных шеек 2, расположенных по обе стороны плоскости щеки, выходящих из 2-х равных углов треугольника. Оси шеек параллельны, перпендикулярны к плоскости щеки и под углом 90° расположены друг к другу, относительно центра вращения щеки. Продолжением шеек являются цапфы 3, расположенные с ними на одной оси, на которых с помощью скользящих опор 4 установлены зубчатые колеса 5 с возможностью вращения. Между шейками и цапфами расположены противовесы 6 в виде пластин, они направлены к центру вращения щеки и плоскости их параллельны плоскости щеки 1. Противовес 6, расположенный ближе к промежуточному валу 14, имеет в центре вращения штуцер 7, который связан с масляными каналами 8 коленчатой пары и служит для подвода масла к скользящим опорам.A cranked pair is a part, all the elements of which are made as a whole, and consists of a cheek 1, made in the form of a rectangular triangle. Of the 2 oppositely directed necks 2 located on both sides of the plane of the cheek, emerging from 2 equal angles of the triangle. The axes of the necks are parallel, perpendicular to the plane of the cheek and are located at an angle of 90 ° to each other, relative to the center of rotation of the cheek. The necks are continued by trunnions 3 located on the same axis with them, on which gears 5 are mounted with sliding bearings 4 for rotation. Counterweights 6 in the form of plates are located between the necks and pins, they are directed to the center of rotation of the cheek and their planes are parallel to the plane of the cheek 1. The counterweight 6, located closer to the intermediate shaft 14, has a fitting 7 in the center of rotation, which is connected to the oil channels 8 of the crankshaft and serves to supply oil to the sliding bearings.

Зубчатые неподвижные венцы 9 с внутренним зацеплением устанавливаются в корпусе 10. Их плоскости перпендикулярны осям шеек и цапф и параллельны плоскостям щеки и противовесов.Gear fixed crowns 9 with internal gearing are installed in the housing 10. Their planes are perpendicular to the axes of the necks and pins and parallel to the planes of the cheeks and counterweights.

В корпусе преобразователя на скользящих опорах 11 расположены передний вал 12 отбора мощности, задний вал 13 отбора мощности с маховиком и промежуточный 14 вал. Все они соосны. На концах валов, внутри корпуса, с помощью шлицевых соединений 15 расположены зубчатые колеса 16.In the converter housing on the sliding bearings 11, a front power take-off shaft 12, a rear power take-off shaft 13 with a flywheel and an intermediate shaft 14 are located. They are all coaxial. At the ends of the shafts, inside the housing, with the help of spline joints 15, gears 16 are located.

Принцип работы.Principle of operation.

Заявленный преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот работаем следующим образом.The claimed Converter reciprocating to rotational and vice versa, we work as follows.

Два рядом расположенных под углом 90° друг к другу поршня 17 соединены с верхними головками шатунов 18 при помощи пальцев 19. Нижние разъемные головки 21 шатунов присоединяются к шейкам 2 коленчатой пары. При этом поршни в цилиндрах занимают положение верхней и нижней мертвой точки. На цапфах 3 коленчатой пары на скользящих опорах 4 устанавливаются зубчатые колеса 5, которые находятся в зацеплении с зубчатыми неподвижными венцами 9 и с зубчатыми колесами 16 переднего вала 12 отбора мощности и промежуточного вала 14.Two adjacent pistons 17 located at an angle of 90 ° to each other are connected to the upper heads of the connecting rods 18 by means of fingers 19. The lower split heads 21 of the connecting rods are connected to the necks 2 of the crankshaft pair. In this case, the pistons in the cylinders occupy the position of upper and lower dead center. On the pins 3 of the crankshaft on the sliding bearings 4, gears 5 are mounted, which are meshed with the fixed gears rims 9 and with the gears 16 of the front PTO 12 and the intermediate shaft 14.

Во время рабочего хода одного из поршней шатун оказывает давление на шейку коленчатой пары, которая начинает вращаться. Зубчатые колеса 5 коленчатой пары обкатываются по зубьям зубчатых неподвижных венцов 9 и передают вращающий момент зубчатым колесам 16 переднего вала 12 отбора мощности и промежуточного 14 вала. Поршень, совершающий рабочий ход, дойдя до нижней мертвой точки, повернет коленчатую пару на 180°, другой поршень займет положение верхней мертвой точки.During the stroke of one of the pistons, the connecting rod puts pressure on the neck of the crankshaft pair, which begins to rotate. The gears 5 of the crankshaft pair are run over the teeth of the fixed gears 9 and transmit torque to the gears 16 of the front power take-off shaft 12 and the intermediate shaft 14. A piston making a working stroke, reaching the bottom dead center, will turn the crankshaft pair 180 °, the other piston will occupy the top dead center position.

Вторая коленчатая пара устанавливается с другой стороны промежуточного вала 14 и ее зубчатые колеса 5 будут находиться в зацеплении с другой парой зубчатых неподвижных венцов 9, с зубчатым колесом 16 промежуточного вала 14 и зубчатым колесом 16 заднего вала 13 отбора мощности.The second crankshaft is mounted on the other side of the intermediate shaft 14 and its gears 5 will mesh with the other pair of fixed gears 9, with the gear 16 of the intermediate shaft 14 and the gear 16 of the rear power take-off shaft 13.

Вторая коленчатая пара размещается таким образом, что углы между осями четырех шеек 2-х коленчатых пар составляют 90°. Это позволит равномерно распределить рабочий ход всех поршней.The second cranked pair is placed in such a way that the angles between the axes of the four necks of the 2 cranked pairs are 90 °. This will evenly distribute the stroke of all the pistons.

Промежуточный вал 14 с зубчатыми колесами 16 служит для связи 2-х коленчатых пар и передачи вращающего момента от одной к другой.The intermediate shaft 14 with the gears 16 serves to connect 2 crank pairs and transmit torque from one to another.

Зубчатые колеса 5 коленчатой пары размещены между зубчатыми неподвижными венцами 9 и зубчатыми колесами 16 переднего вала 12 отбора мощности и промежуточного вала 14, поэтому при работе исключен перекос и заклинивание. Коленчатая пара совершает вращательные движения вокруг собственного центра вращения, а противовесы делают эти движения сбалансированными. Процесс сжатия рабочей смеси в цилиндрах будет облегчен, потому что передаточное отношение зубьев зубчатых колес и зубчатых неподвижных венцов будет составлять 1:3, а три такта двигателя (выпуск, впуск, сжатие) будут производиться за счет энергии вала отбора мощности и маховика. Имея большую частоту вращения, маховик аккумулирует большое количество энергии. Большой момент инерции маховика обеспечит равномерное движение вала отбора мощности и всей системы двигателя.The gears 5 of the crankshaft are located between the fixed gears 9 and the gears 16 of the front power take-off shaft 12 and the intermediate shaft 14, so that skewing and jamming are excluded during operation. A cranked pair makes rotational movements around its own center of rotation, and counterweights make these movements balanced. The process of compressing the working mixture in the cylinders will be facilitated, because the gear ratio of the gear teeth and fixed gears will be 1: 3, and three engine strokes (exhaust, intake, compression) will be performed due to the energy of the power take-off shaft and flywheel. Having a high speed, the flywheel accumulates a large amount of energy. A large moment of inertia of the flywheel will ensure uniform movement of the power take-off shaft and the entire engine system.

Смазка и охлаждение скользящих опор коленчатых пар осуществляется маслом, которое от масляного насоса по трубопроводу 20 подается в скользящую опору 11 промежуточного вала 14. Масло по каналу 23 через штуцеры 7, которые входят в осевые отверстия промежуточного вала и уплотняются сальниками 22, подается в масляные каналы 8 коленчатой пары. Смазка скользящих опор 11 переднего и заднего валов отбора мощности подводится трубопроводами от масляного насоса (не представлены).Lubrication and cooling of the sliding bearings of the crankshaft is carried out by oil, which is supplied from the oil pump through a pipe 20 to the sliding support 11 of the intermediate shaft 14. The oil through the channel 23 through the fittings 7, which enter the axial holes of the intermediate shaft and are sealed with oil seals 22, is fed into the oil channels 8 crankshaft pairs. The lubrication of the sliding bearings 11 of the front and rear power take-off shafts is supplied by pipelines from the oil pump (not shown).

Смазка зубчатых колес осуществляется разбрызгиванием масла, выходящего из скользящих опор. Вместо скользящих опор все валы могут быть установлены на роликовых или шариковых подшипниках. Но в этом случае промежуточный вал должен иметь еще и скользящую опору для подачи масла в коленчатые пары.The gears are lubricated by spraying oil coming out of the sliding bearings. Instead of sliding bearings, all shafts can be mounted on roller or ball bearings. But in this case, the intermediate shaft must also have a sliding support for supplying oil to the crankshaft.

В процессе работы преобразователя будет иметь место выработка зубьев всех зубчатых колес. Будут увеличиваться зазоры и люфты, что не допустимо в работе двигателя.During the operation of the converter, tooth extraction of all gears will take place. Clearances and backlash will increase, which is not permissible in the operation of the engine.

Для устранения зазоров от выработки зубьев предусмотрены зубчатые колеса 5 на цапфах 3 коленчатых пар с гидравлическим поджимом. Для этого отверстия под скользящие опоры 4 зубчатых колес 5 выполнены не сквозными, а глухими. Зубчатые колеса 5 на цапфах 3 не зафиксированы и могут свободно смещаться по оси.To eliminate gaps from tooth extraction, gears 5 are provided on the trunnions 3 of the crankshaft pairs with hydraulic clamping. For this, the holes for the sliding bearings 4 of the gears 5 are made not through, but deaf. The gears 5 on the pins 3 are not fixed and can freely move along the axis.

Зубчатые колеса 5 на цапфах имеют коническую форму. Конусность незначительная и направлена в сторону зубчатого неподвижного венца 9 и зубчатого колеса 16, которые имеют такую же конусность. Масляные каналы 8 на цапфах имеют выход не по радиусу, как на шейках 2, а по оси.The gears 5 on the trunnions are conical in shape. The taper is negligible and is directed towards the fixed gear ring 9 and the gear 16, which have the same taper. The oil channels 8 on the trunnions have an exit not along the radius, as on the necks 2, but along the axis.

В процессе работы двигателя масло, выходя из каналов 8 на цапфах 3, давит на глухую стенку зубчатого колеса 5, постоянно поджимает его к зубьям зубчатого неподвижного венца 9 с внутренним зацеплением и зубчатого колеса 16, тем самым компенсируя зазор от износа зубьев. Сила прижима будет достаточно большой, так как большая площадь глухой стенки зубчатого колеса 5. Часть масла будет поступать в скользящую опору 4.In the process of engine operation, the oil, leaving the channels 8 on the trunnions 3, presses against the blind wall of the gear 5, constantly compresses it to the teeth of the fixed gear ring 9 with internal gearing and the gear 16, thereby compensating for the gap from wear of the teeth. The clamping force will be large enough, since a large area of the blind wall of the gear 5. A part of the oil will flow into the sliding support 4.

Зубчатые колеса 16 на валах также не зафиксированы от осевого смещения, так как будут прижиматься зубчатыми колесами 5 на цапфах 3. Это облегчит изготовление, монтаж и ремонт.The gears 16 on the shafts are also not fixed from axial displacement, as they will be pressed by the gears 5 on the trunnions 3. This will facilitate the manufacture, installation and repair.

Claims

1. Gear converter reciprocating to rotary and vice versa, comprising a housing, cylinders, pistons connected to the upper heads of the connecting rods by fingers, two cranked pairs connected to the lower heads of the connecting rods, front and rear power take-off shafts mounted on sliding bearings or bearings rolling, with gears at the ends, characterized in that it further comprises an intermediate shaft mounted on a sliding support, with gears at the ends connected by splined of gears, fixed gears with internal gears installed in the converter housing, gear wheels with the possibility of rotation of the front and rear power take-off shafts are mounted on the axles of the cranked pairs using sliding bearings, one of the wheels of the first cranked pair is engaged with the gear wheel of the front shaft power take-off and with a fixed gear ring with internal gearing, and the other gear of the first crankshaft pair is engaged with one gear of the intermediate shaft, which through its second gear wheel interacts with one gear wheel of the second cranked pair, while the second gear wheel of the cranked pair interacts with the gear of the rear power take-off shaft and with the fixed gear ring with internal gearing, and each cranked pair has necks, oil channels and counterweights, moreover, during the duty cycle of one cylinder, the power take-off shaft can make more than two revolutions, while the intermediate shaft, front and rear power take-off shafts are aligned.

2. A cranked pair for a reciprocating to rotary motion converter and vice versa according to claim 1, characterized in that it is a part that is not connected to the housing, having the ability to rotate around its own center of rotation, located on the same axis with the selection shafts power and the intermediate shaft, and transmit torque to the power take-off shafts, made as a whole, consisting of a cheek, having the shape of a rectangular isosceles triangle, and two oppositely directed of necks located on both sides of the plane of the cheek, extending from two equal angles of the triangle, the axis of the necks are parallel, perpendicular to the plane of the cheek and are located at an angle of 90 ° to each other relative to the center of rotation of the cheek, the pins located with them on one axis, between the necks and pins in the form of plates are located counterweights directed to the center of rotation of the cheek, while the cranked pair has oil channels.

3. The intermediate shaft for the converter reciprocating to rotary and vice versa according to claim 1, characterized in that it is a part connected to the housing of the converter using a sliding support, in the center of which there is a through oil channel connected by a radial hole to the oil the cavity of the sliding support, gears are installed on the ends of the shaft on the splines, which are meshed with the gears of two crank pairs, providing torque transmission from one crank that pair to another and the supply of oil from its channel into the oil channels of the cranked pairs.

4. The connection node of the intermediate shaft with the counterweight of the crankshaft for the reciprocating motion to rotary and vice versa according to claim 1, characterized in that it consists of a fitting located in the center of rotation of the counterweight, located closer to the intermediate shaft, included in the oil channel of the intermediate a shaft sealed with an oil seal and connecting the oil channels of the crankshaft and the intermediate shaft with the possibility of supplying oil to the sliding bearings of the crankshaft.

5. A gear converter of reciprocating motion to rotary and vice versa, comprising a housing, cylinders, pistons connected to the upper heads of the connecting rods by fingers, two cranked couples connected to the lower heads of the connecting rods, front and rear power take-off shafts mounted on sliding bearings or bearings rolling, with gears at the ends, characterized in that the gaps between the teeth of the gears arising from the wear of the teeth are compensated by hydraulic clamping of the gears on the pin pins flanged pairs having a taper to the gears of the shafts, and gears having the same taper due to oil pressure on the blind wall of the gears on the trunnions, which are able to move along the axis, when oil enters from channels located along the axis of the trunnions.