RU2798047C1 - Oval-rhombic mechanism, device for converting reciprocal motion into rotary motion and rotary motion into reciprocating motion - Google Patents

Oval-rhombic mechanism, device for converting reciprocal motion into rotary motion and rotary motion into reciprocating motion Download PDF

Info

Publication number
RU2798047C1
RU2798047C1 RU2022121457A RU2022121457A RU2798047C1 RU 2798047 C1 RU2798047 C1 RU 2798047C1 RU 2022121457 A RU2022121457 A RU 2022121457A RU 2022121457 A RU2022121457 A RU 2022121457A RU 2798047 C1 RU2798047 C1 RU 2798047C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
reciprocating
rotation
flywheels
motion
Prior art date
Application number
RU2022121457A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Анатольевич Доршаков
Original Assignee
Евгений Анатольевич Доршаков
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Анатольевич Доршаков filed Critical Евгений Анатольевич Доршаков
Application granted granted Critical
Publication of RU2798047C1 publication Critical patent/RU2798047C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: invention can be used in piston machines, internal and external combustion engines, compressors and pumps. Oval-rhombic mechanism is a device for converting reciprocating motion into rotary motion and rotary motion into reciprocating motion. The mechanism has four reciprocating elements (1) connected in series with each other by pairs of movable, rigid rods (4) in a diamond-shaped structure, at the tops of which there are contact rollers of reciprocating elements (1). The rhombus-shaped design forms a limited area, inside which a shaft (2) with a pair of synchronizing bevel or spur gears and flywheels (3) between them is located on bearings fixed in the device housing. The flywheels (3) have a symmetrical profile surface in the shape close to an oval, which ensures constant contact of the working, profile surface of the flywheels (3) simultaneously with all the diamond-shaped rollers at all angles of rotation of the shaft (2). The outer flywheels (3) mounted on the shaft (2) on rolling or plain bearings have gears on their outer side surface similar to the gears of the shaft, synchronously rotate in the opposite direction to the rotation of the shaft and the middle flywheels rigidly fixed on it. The outer flywheels (3) through the body of the device are connected to the shaft (2) by reverse rotation by means of bevel or cylindrical gears, providing, through a group of rollers of reciprocating elements (1), according to the "scissors" principle, rotation of the shaft (2) strictly perpendicular to the axis these reciprocating elements (1).
EFFECT: providing a delay in the movement of reciprocating elements for the time the shaft rotates through a given angle and reduction of friction losses.
2 cl, 6 dwg

Description

Устройство предназначено для использования в поршневых машинах, в двигателях внутреннего и внешнего сгорания, компрессорах, насосах и т.д.The device is intended for use in reciprocating machines, internal and external combustion engines, compressors, pumps, etc.

Из предшествующего уровня техники известно множество устройств для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно. Основное отличие заявленного устройства заключается в возможности формирования задержки движения поршня в верхней и нижней мертвой точке (зависания) при непрерывном вращении вала. Устройство обеспечивает, в частности для двигателей внутреннего сгорания, возможности более эффективного использования энергии сгорания топлива за счет увеличения времени протекания фазы сгорания топлива при неизменном объеме сжатой топливно-воздушной смеси. Так же дополнительным преимуществом является отсутствие тангенциальных сил взаимодействия стенок цилиндра и поршня поскольку конструкция устройства позволяет обеспечить перемещение штока поршня в перпендикулярном направлении относительно оси вращения вала без изменения угла наклона.From the prior art there are many devices for converting reciprocating motion into rotational and vice versa. The main difference of the claimed device is the possibility of forming a delay in the movement of the piston at the top and bottom dead center (hang) with continuous rotation of the shaft. The device provides, in particular for internal combustion engines, the possibility of more efficient use of fuel combustion energy by increasing the time of the fuel combustion phase at a constant volume of compressed fuel-air mixture. Also, an additional advantage is the absence of tangential forces of interaction between the walls of the cylinder and the piston, since the design of the device allows the piston rod to move in a perpendicular direction relative to the axis of rotation of the shaft without changing the angle of inclination.

Механизм построен на взаимодействии симметричной профильной поверхности маховика, имеющего форму приближенную к овалу, размещенного на валу, с четырьмя группами роликов в составе четырех возвратно-поступательных элементов последовательно соединенных между собой жесткими связями -тягами, с двух сторон от боковых поверхностей роликов, в динамичную конструкцию в форме ромба с этими роликами в вершинах. Основными элементами механизма являются четыре возвратно-поступательных элемента, соединенные друг с другом тягами в динамичную ромбическую конструкцию и вращательный элемент с профильной поверхностью приближенной к овалу выполняющий так же функцию маховика. Благодаря жестким тягам возвратно-поступательные элементы взаимно ограничивают перемещения друг друга, обеспечивая безотрывное качение роликов по расчетной профильной поверхности маховика. Применение нескольких равных профильных маховиков с противоположным вращением, реализующим взаимодействие с роликами возвратно-поступательных элементов по принципу "ножниц", а далее синхронизированных в однонаправленное вращение с валом коническими шестеренчатыми передачами, а в больших механизмах с помощью цилиндрических шестерен, позволяет обеспечить перемещение штока поршня в перпендикулярном оси вращения вала направлении без смещения оси перемещения штока поршня, а следовательно без сильного трения поршня о стенки цилиндра.The mechanism is based on the interaction of the symmetrical profile surface of the flywheel, which has a shape close to an oval, placed on the shaft, with four groups of rollers consisting of four reciprocating elements connected in series with each other by rigid links - rods, on both sides of the side surfaces of the rollers, into a dynamic design in the shape of a diamond with these rollers at the tops. The main elements of the mechanism are four reciprocating elements connected to each other by rods in a dynamic rhombic design and a rotational element with a profile surface close to an oval, which also performs the function of a flywheel. Thanks to the rigid rods, the reciprocating elements mutually limit each other's movements, ensuring the non-separated rolling of the rollers along the calculated profile surface of the flywheel. The use of several equal profile flywheels with opposite rotation, realizing the interaction with the rollers of reciprocating elements according to the "scissors" principle, and then synchronized into unidirectional rotation with the shaft by bevel gears, and in large mechanisms with the help of cylindrical gears, makes it possible to ensure the movement of the piston rod in direction perpendicular to the axis of rotation of the shaft without shifting the axis of movement of the piston rod, and therefore without strong friction of the piston against the cylinder walls.

Располагая на профильной поверхности в верхних и нижних мертвых точках участки неизменного радиуса и пропорциональной длины, соответствующей заданному углу поворота вала, обеспечивается задержка перемещения возвратно-поступательных элементов на время поворота вала на этот заданный угол.By placing sections of constant radius and proportional length corresponding to a given angle of rotation of the shaft on the profile surface at the top and bottom dead points, the movement of the reciprocating elements is delayed for the time the shaft rotates through this given angle.

Изобретение поясняется рисунками которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая исполнения механизма. Корпус и опоры маленьких шестерен не показаны.The invention is illustrated by drawings that do not cover and, moreover, do not limit the entire scope of claims of this technical solution, but are only illustrative materials of a particular case of the mechanism. Small gear housing and bearings are not shown.

Рис. 1: - Основные элементы преобразования возвратно-поступательного движения в вращательное и вращательного в возвратно-поступательноеRice. 1: - The main elements of converting reciprocating motion to rotational and rotational to reciprocating

Рис. 2: - Разрез возвратно-поступательного элементаRice. 2: - Section of the reciprocating element

Рис. 3: - Маховик с участками неизменного радиусаRice. 3: - Flywheel with sections of constant radius

Рис. 4: - Вид с торца механизмаRice. 4: - View from the end of the mechanism

Рис. 5: - Вид сбокуRice. 5: - Side view

Рис. 6: - Изометрический вид механизма четырехцилиндрового двигателяRice. 6:- Isometric view of the mechanism of a four-cylinder engine

Основные элементы преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот вращательного движения в возвратно-поступательное представлены на рис. 1. Каждый возвратно-поступательный элемент 1 через втулки соединяется с соседними возвратно-поступательными элементами жесткими тягами 4, образуя подвижную ромбическую конструкцию. Вращательный элемент представляет из себя вал 2 с симметричным профильным маховиком 3 в форме, приближенной к овалу.The main elements of converting reciprocating motion into rotational and vice versa rotational motion into reciprocating are shown in Fig. 1. Each reciprocating element 1 is connected through bushings to adjacent reciprocating elements by rigid rods 4, forming a movable rhombic structure. The rotary element is a shaft 2 with a symmetrical profile flywheel 3 in a shape close to an oval.

Принцип работы механизма (при условии что возвратно-поступательные элементы ограничены направлением перемещения в перпендикулярном оси вращения вала направлении): - пара противолежащих возвратно-поступательных элементов 1,под действием силы, например давления расширяющихся газов, начиная движение к оси вращения вала, через тяги 4 толкают соседние возвратно-поступательные элементы 1 от оси вращения вала, при этом воздействуя контактными роликами на профильную поверхность маховика 3, которая во всех точках профиля, кроме верхней и нижней мертвой точках, имеет угол контакта отличный от 90°, приводит последний в движение (вращение). При достижении нижних точек профильной поверхности маховика направление движения этих элементов меняется. В исполнении механизма четырехцилиндрового двигателя сила прикладывается к другой паре возвратно-поступательных элементов и процесс повторяется, приводя к преобразованию возвратно-поступательного движения в вращательное. В исполнении механизма двухцилиндрового двигателя достигнув нижних точек поверхности профиля маховика 3 эти противолежащие возвратно-поступательные элементы так же меняют направление своего движения на противоположное, так как маховик 3, двигаясь по инерции, своим профилем начинает толкать контактные ролики в направлении от оси вращения вала 2, другая пара противолежащих возвратно-поступательных элементов 1, поскольку связана тягами 4 с первой парой, так же меняет свое движение на противоположное. Достигнув верхних точек профильной поверхности возвратно-поступательные элементы, поскольку связаны тягами с соседними элементами и ограничены ими в перемещении, меняют направление своего движения на противоположное и под действием сил расширяющихся газов продолжают движение. Цикл повторяется. Каждый из возвратно-поступательных элементов 1 состоит из пальца 5(рис. 2),The principle of operation of the mechanism (provided that the reciprocating elements are limited by the direction of movement in the direction perpendicular to the axis of rotation of the shaft): - a pair of opposite reciprocating elements 1, under the action of a force, for example, the pressure of expanding gases, starting to move towards the axis of rotation of the shaft, through the rods 4 push adjacent reciprocating elements 1 from the axis of rotation of the shaft, while acting with contact rollers on the profile surface of the flywheel 3, which at all points of the profile, except for the top and bottom dead points, has a contact angle different from 90 °, sets the latter in motion (rotation ). When reaching the lower points of the profile surface of the flywheel, the direction of movement of these elements changes. In the performance of the four-cylinder engine mechanism, force is applied to another pair of reciprocating elements and the process is repeated, resulting in the transformation of reciprocating motion into rotational. In the performance of the mechanism of a two-cylinder engine, having reached the lower points of the profile surface of the flywheel 3, these opposite reciprocating elements also change the direction of their movement to the opposite, since the flywheel 3, moving by inertia, with its profile begins to push the contact rollers in the direction from the axis of rotation of the shaft 2, another pair of opposite reciprocating elements 1, since it is connected by rods 4 with the first pair, also reverses its movement. Having reached the upper points of the profile surface, the reciprocating elements, since they are connected by rods with neighboring elements and are limited by them in movement, change the direction of their movement to the opposite and continue to move under the influence of the forces of expanding gases. The cycle is repeated. Each of the reciprocating elements 1 consists of a pin 5 (Fig. 2),

с закрепленными на нем контактными роликами 6,штока поршня 8 (или без него, в зависимости от количества поршней в двигателе) и двух пар втулок 7 для установки тяг 4 расположенными с двух сторон от группы роликов 6.with contact rollers 6 fixed on it, piston rod 8 (or without it, depending on the number of pistons in the engine) and two pairs of bushings 7 for installing rods 4 located on both sides of the group of rollers 6.

Поскольку возвратно-поступательные элементы создают ограниченную область, в которой двигается профильный маховик вращательного элемента при безотрывном движении роликов по его профильной поверхности, то формой профиля этого овала можно формировать непостоянное перемещение возвратно-поступательных элементов с задержкой движения в верхних и нижних точках. Так, располагая на профильной поверхности маховика в верхних и нижних точках профиля симметричные, относительно оси вращения, участки с неизменным радиусом в этих точках, но пропорциональными длинами, равными заданному углу поворота вала (рис. 3), обеспечивается задержка движения возвратно-поступательных элементов на время поворота вала на заданный угол, при непрерывном вращении вала маховика.Since the reciprocating elements create a limited area in which the profile flywheel of the rotational element moves with the continuous movement of the rollers along its profile surface, the shape of the profile of this oval can form an inconstant movement of the reciprocating elements with a movement delay at the upper and lower points. So, by placing on the profile surface of the flywheel at the upper and lower points of the profile symmetrical, relative to the axis of rotation, sections with a constant radius at these points, but proportional to the lengths equal to the given angle of rotation of the shaft (Fig. 3), the movement of the reciprocating elements is delayed by the time of rotation of the shaft at a given angle, with continuous rotation of the flywheel shaft.

Непосредственно сам механизм представлен на рис. 4, 5, 6. Для формирования направленного перпендикулярно оси вращения вала движения возвратно-поступательных элементов применяется по меньшей мере четыре маховика разнонаправленного вращения, взаимодействующих с контактными роликами возвратно-поступательных элементов по принципу ножниц (рис. 4), крайние из которых, имеющие на внешней боковой поверхности по оси вращения конические или цилиндрические шестерни, устанавливаются на подшипники качения или скольжения на валу и при помощи конических или цилиндрических шестерен связываются через корпус устройства с валом противоположным вращением одновременно синхронизируясь друг с другом, а средние маховики жестко, неподвижно устанавливаются на вал. Маховики на валу располагаются внутри ограниченной области ромбической конструкции, где каждый маховик контактирует с соответствующим роликом возвратно-поступательного элемента, а сам вал устанавливается на подшипниках в корпусе устройства (рис. 5-6, опоры маленьких шестерен и корпус с подшипниками не показаны).The mechanism itself is shown in Fig. 4, 5, 6. To form the movement of the reciprocating elements directed perpendicular to the axis of rotation of the shaft, at least four flywheels of multidirectional rotation are used, interacting with the contact rollers of the reciprocating elements according to the principle of scissors (Fig. 4), the outermost of which, having bevel or spur gears along the axis of rotation are mounted on rolling or plain bearings on the shaft and, with the help of bevel or spur gears, are connected through the body of the device with the shaft in opposite rotation simultaneously synchronizing with each other, and the middle flywheels are rigidly, motionless mounted on the shaft. The flywheels on the shaft are located within a limited area of a rhombic design, where each flywheel contacts the corresponding roller of the reciprocating element, and the shaft itself is mounted on bearings in the device housing (Fig. 5-6, small gear supports and housing with bearings are not shown).

Основное преимущество заявленного механизма заключается в возможности формирования задержки движения поршня в верхней и нижней мертвой точке в плоть до 45° угла поворота вала, что позволяет строить двигатели с более эффективным термодинамическим циклом. Отсутствие бокового воздействия поршня на стенки цилиндра значительно снижает потери на трение.The main advantage of the claimed mechanism is the possibility of forming a delay in the movement of the piston at the top and bottom dead center up to 45° of the shaft rotation angle, which makes it possible to build engines with a more efficient thermodynamic cycle. The absence of lateral action of the piston on the cylinder walls significantly reduces friction losses.

Claims (2)

1. Овал-ромбический механизм, представляющий из себя устройство для преобразования возвратно-поступательного движения в вращательное движение и вращательного движения в возвратно-поступательное движение, характеризующийся тем, что имеет четыре возвратно-поступательных элемента, последовательно соединенных друг с другом парами подвижных, жестких тяг в конструкцию в форме ромба, в вершинах которого располагаются контактные ролики возвратно-поступательных элементов, образуя ограниченную область, внутри которой на подшипниках, закрепленных в корпусе устройства, располагается вал с парой синхронизирующих конических или цилиндрических шестерен и маховиками между ними, имеющими симметричную профильную поверхность в форме, приближенной к овалу, обеспечивающей постоянный контакт рабочей, профильной поверхности маховиков одновременно со всеми роликами ромбовой конструкции на всех углах поворота вала, при этом крайние маховики, установленные на вал на подшипники качения или скольжения, имея на своей внешней боковой поверхности шестерни, аналогичные шестерням вала, синхронно вращаются в противоположном направлении к вращению вала и жестко закрепленным на нем средним маховикам, так как через корпус устройства связаны с валом обратным вращением посредством конических или цилиндрических шестеренчатых передач, обеспечивая, через группу роликов возвратно-поступательных элементов, по принципу "ножниц" строго перпендикулярное оси вращение вала перемещение этих возвратно-поступательных элементов.1. An oval-rhombic mechanism, which is a device for converting reciprocating motion into rotational motion and rotational motion into reciprocating motion, characterized in that it has four reciprocating elements connected in series to each other by pairs of movable, rigid rods into a rhombus-shaped structure, at the vertices of which there are contact rollers of reciprocating elements, forming a limited area, inside which, on bearings fixed in the device housing, there is a shaft with a pair of synchronizing bevel or cylindrical gears and flywheels between them, having a symmetrical profile surface in a shape close to an oval, providing constant contact of the working, profile surface of the flywheels simultaneously with all the rollers of a rhombus design at all angles of rotation of the shaft, while the outer flywheels mounted on the shaft on rolling or plain bearings, having gears similar to gears on their outer side surface shaft, rotate synchronously in the opposite direction to the rotation of the shaft and the middle flywheels rigidly fixed on it, since through the body of the device they are connected to the shaft with reverse rotation by means of bevel or cylindrical gears, providing, through a group of rollers of reciprocating elements, according to the principle of "scissors" movement of these reciprocating elements strictly perpendicular to the shaft rotation axis. 2. Овал-ромбический механизм по п. 1, отличающийся тем, что профильная поверхность маховика, в верхних и нижних точках рабочей поверхности профиля, содержит участки неизменного радиуса и с пропорциональными длинами, соответствующими заданному углу поворота вала, проходя по которым ролики не перемещают возвратно-поступательные элементы, создавая тем самым задержку в перемещении возвратно-поступательных элементов при постоянном перемещении или вращении вала.2. Oval-rhombic mechanism according to claim 1, characterized in that the profile surface of the flywheel, at the upper and lower points of the working surface of the profile, contains sections of a constant radius and with proportional lengths corresponding to a given angle of rotation of the shaft, passing through which the rollers do not move back - translational elements, thereby creating a delay in the movement of reciprocating elements with constant movement or rotation of the shaft.
RU2022121457A 2022-08-04 Oval-rhombic mechanism, device for converting reciprocal motion into rotary motion and rotary motion into reciprocating motion RU2798047C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798047C1 true RU2798047C1 (en) 2023-06-14

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1137898B (en) * 1960-07-08 1962-10-11 Porsche Kg Internal combustion piston engine with rotating cylinders
US3274982A (en) * 1964-09-23 1966-09-27 To Yota Motors Company Two-cycle two-cylinder internal combustion engine
SU724850A1 (en) * 1978-05-30 1980-03-30 Предприятие П/Я А-1346 Movement converting mechanism
DE3304939A1 (en) * 1983-02-12 1984-08-16 Heinz 7030 Böblingen Emmerich Transmission for converting a rectilinear movement into a rotational movement and vice-versa
JPH084551A (en) * 1994-06-17 1996-01-09 Sankyo Seisakusho:Kk Cam type engine
RU2374526C2 (en) * 2007-10-01 2009-11-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Псковский Государственный Политехнический Институт" Mechanism for movement transformation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1137898B (en) * 1960-07-08 1962-10-11 Porsche Kg Internal combustion piston engine with rotating cylinders
US3274982A (en) * 1964-09-23 1966-09-27 To Yota Motors Company Two-cycle two-cylinder internal combustion engine
SU724850A1 (en) * 1978-05-30 1980-03-30 Предприятие П/Я А-1346 Movement converting mechanism
DE3304939A1 (en) * 1983-02-12 1984-08-16 Heinz 7030 Böblingen Emmerich Transmission for converting a rectilinear movement into a rotational movement and vice-versa
JPH084551A (en) * 1994-06-17 1996-01-09 Sankyo Seisakusho:Kk Cam type engine
RU2374526C2 (en) * 2007-10-01 2009-11-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Псковский Государственный Политехнический Институт" Mechanism for movement transformation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102556680B1 (en) A device for converting reciprocating motion into rotational motion and vice versa
AU693954B2 (en) A reciprocating machine
WO2001065072A1 (en) Internal-combustion engine with improved reciprocating action
RU2140551C1 (en) Engine with three operating lobes cam
WO1998004821A1 (en) Rotational motion mechanism and engine
KR19980033568A (en) Coaxial rotating piston static pressure absorber
RU2798047C1 (en) Oval-rhombic mechanism, device for converting reciprocal motion into rotary motion and rotary motion into reciprocating motion
RU2530670C1 (en) Variable compression ratio ice
US6435145B1 (en) Internal combustion engine with drive shaft propelled by sliding motion
JPH04502047A (en) star cylinder machine
RU2349813C1 (en) Two-shaft connecting rod gear
EA003724B1 (en) Conversion of rectilinear reciprocating motion into rotational motion
RU2096638C1 (en) Piston-type machine (options)
RU2298107C1 (en) Internls combustion radial piston engine
US6799542B2 (en) Engine having piston-cam assembly powertrain
RU2781324C1 (en) Rodless mechanism of the piston machine
JP2680411B2 (en) Motion converter
US4173439A (en) Apparatus having expanding and contracting chamber
RU2088780C1 (en) Rotary drive of pistons of four-cylinder double-acting stirling engine
RU2026499C1 (en) Heat engine
RU2751012C1 (en) Multi-piston lever mechanism
RU2115851C1 (en) Mechanism for conversion of reciprocating motion into rotary motion or rotary motion into reciprocating motion (versions)
RU2701036C1 (en) Piston two-stroke engine
RU2196237C1 (en) Rodless internal combustion engine (versions)
WO2016118097A1 (en) Piston engine with internal combustion and moment of inertia