RU2820580C1

RU2820580C1 - Opposed crank gear

Info

Publication number: RU2820580C1
Application number: RU2023119431A
Authority: RU
Inventors: Абдурахман Багаудинович Абдурахманов; Игорь Владимирович Пугин
Original assignee: Абдурахман Багаудинович Абдурахманов; Игорь Владимирович Пугин
Filing date: 2023-07-21
Publication date: 2024-06-05

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to motion transmission mechanisms. Opposite crank mechanism comprises cylinder with piston and rod. Piston is rigidly fixed with a forked rod. Arms of the forked stock are connected to coaxial axes having the possibility of performing a complex translational-rotational movement. Coaxial axes have two diametrically oppositely directed cranks, spaced apart in axial directions. Mid cranks are connected by crank pin. Connecting rod with the swinging axis in the housing is located opposite to the working cylinder side from the main shaft axis. Connecting rod axis in the upper dead point and the lower dead point is located on the extension of the straight line of the cylinder axis. Cranks of the main shaft are connected by axes of rotation with cranks of coaxial axes, and the length of the connecting rod exceeds the radius of the crank of the main shaft by more than two times.

EFFECT: mutual conversion of rotational and reciprocal motion is achieved.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для конструирования поршневых машин двойного действия.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used to design double-acting piston machines.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.To assess the novelty of the claimed solution, we will consider a number of well-known technical means of a similar purpose, characterized by a set of features similar to the claimed device.

Известен кривошипно-шатунный механизм по патенту РФ №2613748, содержащий ведомое звено, которое может быть выполнено в виде ползуна или коромысла, шарнирно соединенный с ним шатун и кривошип, образующий шарнирную пару со вторым шатуном, составляющим шарнирный трехзвенник с шатуном и коромыслом-шатуном, имеющим шарнирную опору, отличающийся тем, что в нем опора имеет возможность перемещения по направляющей, траектория которой находится в пределах зоны, определяемой окружностями, центры которых совпадают с осью вращения кривошипа, при этом радиус одной равен длине коромысла-шатуна за вычетом из нее разницы длин второго шатуна и кривошипа, а радиус второй - длине коромысла-шатуна плюс разница длин второго шатуна и кривошипа. В данном механизме траектория направляющей опоры коромысла-шатуна выполнена по форме окружности, радиус которой равен длине коромысла-шатуна, при этом центр ее находится в зоне, определяемой окружностями, радиус одной из которых равен сумме длин второго шатуна и кривошипа, а радиус второй - их разнице.A known crank mechanism according to RF patent No. 2613748 contains a driven link, which can be made in the form of a slider or rocker arm, a connecting rod and a crank pivotally connected to it, forming a hinged pair with a second connecting rod, constituting a hinged three-link with a connecting rod and a rocker arm-rod, having a hinged support, characterized in that the support in it has the ability to move along a guide, the trajectory of which is within the zone defined by circles, the centers of which coincide with the axis of rotation of the crank, while the radius of one is equal to the length of the rocker arm minus the difference in lengths the second connecting rod and crank, and the radius of the second is the length of the rocker arm-connecting rod plus the difference in the lengths of the second connecting rod and crank. In this mechanism, the trajectory of the guide support of the rocker arm-connecting rod is made in the shape of a circle, the radius of which is equal to the length of the rocker arm-connecting rod, while its center is located in the zone defined by circles, the radius of one of which is equal to the sum of the lengths of the second connecting rod and crank, and the radius of the second is their difference.

В этом известном решении расширение технических возможностей известного кривошипно-шатунного механизма заключается в увеличении диапазона изменения величины перемещения шарнира шатун-ведомого звена и, как следствие, диапазона изменения скорости его движения, а также в возможности изменения скорости перемещения шарнира шатун-ведомого звена во времени.In this known solution, the expansion of the technical capabilities of the known crank mechanism consists in increasing the range of change in the amount of movement of the connecting rod-driven link hinge and, as a consequence, the range of changes in the speed of its movement, as well as in the possibility of changing the speed of movement of the connecting rod-driven link hinge over time.

Известен кривошипно-шатунный механизм со смещенной шатунной шейкой по патенту №2597703, содержащий рабочий цилиндр, шарнирно связанные между собой поршень с поршневым пальцем, шатун и кривошип коленчатого вала, отличающийся тем, что ось кривошипной головки жестко связана с кривошипом, смещена от оси поршня и оси симметрии кривошипа на угол, равный 10°. Техническим результатом данного изобретения является повышение ресурса КШМ, вращающего момента на валу двигателя и упрощение конструкции механизма.A known crank mechanism with an offset crankpin according to patent No. 2597703, containing a working cylinder, a piston with a piston pin, a connecting rod and a crankshaft crank pivotally connected to each other, characterized in that the axis of the crank head is rigidly connected to the crank, offset from the piston axis and axis of symmetry of the crank by an angle of 10°. The technical result of this invention is to increase the service life of the crankshaft, the torque on the motor shaft and simplify the design of the mechanism.

Из известных источников информации кривошипно-шатунных механизмов с оппозитным относительно коренного вала расположением шатуна с осью качания в корпусе, не выявлено.From known sources of information, crank mechanisms with an opposite arrangement of the connecting rod with the swing axis in the housing relative to the main shaft have not been identified.

Недостатками всех известных кривошипно-шатунных механизмов, которые устраняются заявленным техническим решением, являются:The disadvantages of all known crank mechanisms, which are eliminated by the claimed technical solution, are:

- невозможность использования в поршневых машинах с цилиндрами двойного действия;- impossibility of use in piston machines with double-acting cylinders;

- возникновение боковой силы, оказываемой поршнем на гильзу цилиндра, приводящей к эллиптическому износу тронковых двигателей;- the occurrence of a lateral force exerted by the piston on the cylinder liner, leading to elliptical wear of trunk engines;

- недостаточные нагрузочные способности, приводящие в частности, к невозможности повышения давления наддува в дизелях;- insufficient load capacity, leading in particular to the impossibility of increasing the boost pressure in diesel engines;

- недостаточный механический КПД, лимитированный радиусом кривошипа.- insufficient mechanical efficiency, limited by the crank radius.

- невозможность устранения реактивного опрокидывающего момента;- impossibility of eliminating the reactive overturning moment;

- необходимость уравновешивания двигателей, противодействуя ударно-вибрационным нагрузкам;- the need to balance the engines, counteracting shock and vibration loads;

- невозможность реализовать моменты пары сил.- inability to realize the moments of a couple of forces.

Задачей заявляемого изобретения является создание оппозитного кривошипно-шатунного механизма, в котором устранены вышеперечисленные недостатки.The objective of the claimed invention is to create an opposed crank mechanism in which the above disadvantages are eliminated.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для получения обеспечиваемого изобретением технического результата.The essence of the claimed technical solution is expressed in the following set of essential features, sufficient to obtain the technical result provided by the invention.

Согласно изобретению заявленный оппозитный кривошипно-шатунный механизм, включающий цилиндр с поршнем и штоком, отличается тем, что поршень жестко закреплен с вильчатым штоком, рожки вильчатого штока соединены с коаксиальными осями, имеющими возможность совершать сложное поступательно-вращательное движение, коаксиальные оси имеют по два диаметрально противоположно направленных кривошипа, разнесенных в осевых направлениях, причем срединные кривошипы соединены шатунной шейкой, шатун с осью качания в корпусе оппозитно расположен в противоположную рабочему цилиндру сторону от оси коренного вала, ось шатуна в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке находится на продолжении прямой линии оси цилиндра, кривошипы коренного вала соединены осями вращения с кривошипами коаксиальных осей, а длина шатуна превосходит радиус кривошипа коренного вала более чем в два раза.According to the invention, the claimed opposed crank mechanism, including a cylinder with a piston and a rod, is characterized in that the piston is rigidly fixed to a fork rod, the horns of the fork rod are connected to coaxial axes, which have the ability to perform a complex translational-rotational movement, the coaxial axes have two diametrically oppositely directed cranks spaced apart in axial directions, with the middle cranks connected by a connecting rod journal, the connecting rod with the swing axis in the housing is oppositely located in the direction opposite to the working cylinder from the axis of the main shaft, the connecting rod axis at the top dead center and bottom dead center is located on the continuation of the straight line of the axis cylinder, the main shaft cranks are connected by axes of rotation to the cranks of the coaxial axes, and the length of the connecting rod exceeds the radius of the main shaft crank by more than twice.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается во взаимном преобразовании вращательного и возвратно-поступательного движения, требуемого для осуществления рабочих процессов в поршневых машинах с цилиндрами двойного действия, в которых поршень со штоком является одним звеном, имеющим одну обобщенную координату, соответствующую поступательному движению. Это достигается за счет оппозитного расположение шатуна с осью качания в корпусе в противоположную рабочему цилиндру сторону от оси коренного вала, формирования моментов пары сил и образования самоустанавливающегося механизма, приводящего к уравновешиванию механизма в целом, а также к возрастанию нагрузочных способностей за счет опор на корпус оси шатуна и опорных цапф коренного вала.The declared set of essential features ensures the achievement of a technical result, which consists in the mutual transformation of the rotational and reciprocating motion required for the implementation of work processes in piston machines with double-acting cylinders, in which the piston with the rod is one link, having one generalized coordinate corresponding to the translational movement. This is achieved due to the opposed arrangement of the connecting rod with the swing axis in the housing in the opposite direction to the working cylinder from the main shaft axis, the formation of moments of a pair of forces and the formation of a self-aligning mechanism, leading to balancing of the mechanism as a whole, as well as to an increase in load capacity due to supports on the axle housing connecting rod and main shaft support journals.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена кинематическая схема заявленного механизма.The essence of the proposed technical solution is illustrated by a drawing that shows the kinematic diagram of the claimed mechanism.

Оппозитный кривошипно-шатунный механизм (ОКШМ) конструктивно состоит из поршня 1, жестко закрепленного с вильчатым штоком 2, проходящим через сальник крышки цилиндра 3. Рожки 4 и 5 вильчатого штока 2 закреплены с наружными кольцами двух подшипников, установленных параллельно оси коренного вала. Внутренние кольца подшипников в осевом направлении имеют два диаметрально противоположных кривошипа 6 и 7, образующих вместе с внутренними кольцами подшипников одну цельнолитую деталь. Установленные в средней части механизма кривошипы 7 соединены шатунной шейкой 8. Шатун 9 установлен оппозитно с осью качания 10 в корпусе поршневой машины, снабженной механизмом заявленной конструкции. Ось шатуна 9 в верхней мертвой точке (ВМТ) и нижней мертвой точке (НМТ) находится на продолжении прямой линии оси рабочего цилиндра 3 оппозитно по другую сторону от оси коренного вала. Длина шатуна 9 превосходит радиус кривошипа коренного вала более чем в два раза. Кривошипы 6 и 7, установленные диаметрально противоположно срединным кривошипам, образующим шатунную шейку коленчатого вала 12, консольно соединены подшипниками тел скольжения с кривошипами коленчатого вала в оба осевых направления от плоскости качания шатуна 9. Уравновешивание коленчатого вала 12 корректирующими массами противовесов 11 выполнено известным из уровня техники образом.The opposed crank mechanism (OCM) structurally consists of a piston 1, rigidly fixed to a fork rod 2 passing through the cylinder cover seal 3. Horns 4 and 5 of the fork rod 2 are fixed to the outer rings of two bearings installed parallel to the axis of the main shaft. The inner rings of the bearings in the axial direction have two diametrically opposed cranks 6 and 7, which together with the inner rings of the bearings form one solid part. The cranks 7 installed in the middle part of the mechanism are connected by a connecting rod journal 8. The connecting rod 9 is mounted oppositely with the swing axis 10 in the body of a piston machine equipped with a mechanism of the claimed design. The axis of the connecting rod 9 at the top dead center (TDC) and bottom dead center (BDC) is located on the continuation of the straight line of the axis of the working cylinder 3 oppositely on the other side of the axis of the main shaft. The length of connecting rod 9 exceeds the radius of the main shaft crank by more than twice. Cranks 6 and 7, installed diametrically opposite to the middle cranks forming the connecting rod journal of the crankshaft 12, are cantilever connected by sliding body bearings to the crankshaft cranks in both axial directions from the swing plane of the connecting rod 9. Balancing the crankshaft 12 with corrective masses of counterweights 11 is performed in a manner known from the prior art way.

Заявленный оппозитный кривошипно-шатунный механизм работает следующим образом.The claimed opposed crank mechanism works as follows.

При вращении коленчатого вала 12 его вращательное движение кривошипами 13 передается через вращательную кинематическую пару на кривошипы 6. При этом ось вращения кривошипов 6 и 7, образующих моменты пары сил, совершает сложное поступательно-вращательное движение, чему способствует качательные движения шатуна 9 по дуге окружности с радиусом, равным длине шатуна.When the crankshaft 12 rotates, its rotational motion by the cranks 13 is transmitted through a rotational kinematic pair to the cranks 6. In this case, the axis of rotation of the cranks 6 and 7, which form the moments of the pair of forces, performs a complex translational-rotational motion, which is facilitated by the rocking movements of the connecting rod 9 along a circular arc with radius equal to the length of the connecting rod.

Таким образом, вращательные движения коленчатого вала 12, сложное поступательно-вращательное движение оси диаметрально противоположных, разнесенных в осевом направлении кривошипов, и качательные движения шатуна следует считать одним движением.Thus, the rotational movements of the crankshaft 12, the complex translational-rotational movement of the axis of diametrically opposite cranks spaced apart in the axial direction, and the rocking movements of the connecting rod should be considered one movement.

Этим обеспечивается достижение следующих преимуществ перед известными техническими решениями:This ensures the achievement of the following advantages over known technical solutions:

- повышается механический КПД, эксплуатационный ресурс за счет формирования моментов пары сил и образования самоустанавливающегося механизма, приводящего к уравновешиванию механизма в целом;- mechanical efficiency and service life are increased due to the formation of moments of a pair of forces and the formation of a self-aligning mechanism, leading to balancing of the mechanism as a whole;

- ударно-вибрационные воздействия снижаются и демпфируются совокупно кривошипным коленчатым валом и оппозитно установленным шатуном с осью качания в корпусе машины, находящейся на продолжении прямой линии оси цилиндра по другую сторону от точки пересечения этой прямой линии с перпендикулярной ей линией оси коренного вала. Одновременно устраняются крутильные колебания и снижается реактивный опрокидывающий момент;- shock and vibration impacts are reduced and damped jointly by the crank crankshaft and the opposed-mounted connecting rod with the swing axis in the machine body, located on the continuation of the straight line of the cylinder axis on the other side of the point of intersection of this straight line with the line of the main shaft axis perpendicular to it. At the same time, torsional vibrations are eliminated and the reactive overturning moment is reduced;

- снижаются масса и габариты поршневой машины благодаря уменьшению радиальных размеров, массы деталей ОКШМ, совершающих поступательное движение. Указанные преимущества заявленного механизма обеспечивают возможность его эффективной работы в поршневых машинах с цилиндрами двойного действия, в тронковых двигателях и других кривошипно-шатунных механизмах.- the weight and dimensions of the piston machine are reduced due to a decrease in the radial dimensions and the mass of the OKShM parts performing translational motion. The indicated advantages of the claimed mechanism ensure the possibility of its effective operation in piston machines with double-acting cylinders, in trunk engines and other crank mechanisms.

Заявленное технического решения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, может быть промышленным образом реализовано с использованием известного оборудования, технических и технологических средств.The claimed technical solution in the form as it is characterized in the claims can be industrially implemented using known equipment, technical and technological means.

Claims

Opposed crank mechanism, including a cylinder with a piston and a rod, characterized in that the piston is rigidly fixed to a fork rod, the horns of the fork rod are connected to coaxial axes that have the ability to perform a complex translational-rotational movement, the coaxial axes have two diametrically oppositely directed cranks , spaced in axial directions, and the middle cranks are connected by a connecting rod journal, the connecting rod with the swing axis in the housing is oppositely located in the direction opposite to the working cylinder from the main shaft axis, the connecting rod axis at top dead center and bottom dead center is located on the continuation of the straight line of the cylinder axis, cranks The main shaft is connected by axes of rotation to the cranks of the coaxial axes, and the length of the connecting rod exceeds the radius of the main shaft crank by more than twice.