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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Abstract
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
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
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
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)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2798047C1 true RU2798047C1 (en) | 2023-06-14 |
Family
ID=
Citations (6)
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)
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 |