SU1229398A1 - Двигатель внутреннего сгорани - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к двигате- лестроению, преимущественно к силовым установкам дл  транспортных машин , в частности с поршневьнми двигател ми внутреннего сгорани .

Цель изобретени  повышение надежности работы и эксплуатационных характеристик привода вала двигател  внутреннего сгорани .

На фиг, 1 изображена кинематическа  схема двухдилиндрового двигател  внутреннего сгорани , вид спереди на фиг. 2 - то же, вид сбоку;; на фиг. 3 - кинематическа  схема одноцилиндрового двигател  внутреннего сгорани , вид спереди; на фиг.4- то же, вид сбоку.

Двигатель (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1, в котором последовательно расположены, например, два цилиндра 2. В каждом цилиндре 2 размещен поршень 3, соединенный неподвижно со штоком 4, имеющим неподвижные направл ющие 5. Шток 4 пшрнирно соединен с общими концами равноплечих коромысел 6. Раздельные концы коромысел 6 соединены шарнирно с различными сдвоенными водилами 7 и 8, например концы коромысел 6, соединенных со штоком 4 правого поршн  3, св заны с водилом 7 (фиг, 1 и 2, сплошна  лини  1-1) и с водилом 8 (фиг. и 2 пунктирна  лини  IV-IV) Оба водила 7 и 8 сдвоенные,,поэтому левые половинки водила 7 (фиг. 1 и 2, сплошна  лини  Ill-Ill) и водила 8 (фиг. 1 и 2, пунктирна  лини  II- II) соединены шарнирно с раздельными концами равноплечих коромысе:а 6, св занных подвижно со штоком 4 левого поршн  3. Водила 7 и 8 на шарикоподшипниках 9 и 10 установле:ны на общем выходном валу 11 привода. На этом же валу 11, установленном в подшипниках 2, неподвижно закреплены центральные солнечные зубчатые коле са 13 планетарных передач привода и внутренний эксцентрик 14 несилового регулировочного кривошипно-полэунно- го механизма. Наружный эксцентрик 15 этого механизма, установленный подвижно на внутреннем эксцентрике I4, шарнирно подшипникам в его кольцевом пазу через шатун 16 соединен со штоком 4 одного, например правого , поршн  3. Вследствие того, что обе поршневые группы взаимосв заны между собой через коромысла 6 и сдвICi

35

293982

енные водила 7 и 8, то при повороте наружиог о эксцентрика 15 отчоснтель- но внутреннего эксцентрика 14, например э вручную мокло отрегулировать

5 длину кривошипа, составленного из , эксцентриков 14 и 5, и тем самым на одинаковую величину хода обоих поршкей 3,. угол поворота общего выходного вала 1 I за один ход поршн  3 или скорость его вращени . Права  половина водила 7 1нарнирно с помощью осей 17 соединена с двум  диаметрально противоположно расположенными сателлитами 18, а лева  половинка

водила 8 - с помощью осей 19 с сателлитами 20. Сателлиты 18 и 20 за- цепле;ны с правым и левым центральными солнечными колесами 3 и эпициклами 21, установленными в шари- коподщипниках 22, Один из сателлитов 18 и 20 спарен с сателлитами 23, закрепленными неподвижно на ос х 7 и 19,, расположенными диаметрально противоположно и зацепленными с дополнительным колесом 24 с внутреннем зацеплением. Колесо 24 закреплено неподви сно в корпусе 1 между планетарными передачами и  вл етс  общим неподвилсным звеном дл  этих

З О передач., Сателлиты 18, 20 и 23, центральные солнечные колеса 13, эпициклы 21 и колесо 24 имеют одинаковое число зубьев. Нижние обга;ие шарниры равноплечих коромысел 6 могут сое-

35 дин тьс  с помощью пружин 25 раст жени  подвижно и упруго с корпусом 1, а эпициклы 21 могут служить приводными элементами дополнительных механизмов, напр1 мер механизма

40 вала отбора .мощности.

Двигатель (фиг. 3 и 4) содержит корпус I с цилиндром 2, в котором размещен поршень 3, соединенный неподвижно со штоком 4, установленным

45 в направл ющтнх 5. Шток 4 шарнирно соединен с общими концами равноплечих коромысел 6. Раздельные концы коромысел 6 соединены шарнирно с ос ми 17 и 19 сателлитов 18 и 20

50 планетарных передач. В каждой планетарной передаче - два сателлита 8 или 20, расположенные диаметрально противоположно и зацепленные с эпициклами 21, установленными подвиж

55 но в корпусе 1. Вторые сателлиты 1В и 20 в передачах расположены на ос х 26 и 27. На ос х 17 и 27 диагонально противоположно расположены

3

два дополнительных сателлита 23 и 28, зацепленные с колесом 24, Все сателлиты 18, 20, 23 и 28 закреплены на ос х 17, 19, 26 и 27 неподвижно. Колесо 24 с внутренним зацеплением  вл етс  общим, неподвижным звеном обеих планетарных передач и закреплено неподвижно в корпусе 1. Водила 29 и 30 этих передач установлены подвижно на общем выходном валу 11 привода. На этом же валу 11 неподвижно закреплены центральные или солнечные зубчатые колеса 13 планетарных передач и внутренний эксцентрик 14 несилового регулировочного кривошипно-ползунного механизма. Наружный эксцентрик 15 этого механизма , установленный на внутреннем эксцентрике 14 с возможностью изменени  их расположени  оДин относительно , другого, шарнирно с помощью шарикоподшипника (не показан).в своем кольцевом пазу через шатун 16 соединен со штоком 4. Длина кривошипа , представл юща  собой суммарный эксцентриситет эксцентриков 14 и 15, регулируетс  проворотом наружного эксцентрика относительно внутреннего . При этом измен етс  ход поршн  3, углы поворота ведущих водил 29 и 30, угол поворота общего выходного вала 11 за один ход поршн  3, а следовательно, скорость вращени  этого вала. Числа зубьев сателлитов 18, 20, 23 и 28 равны, также одинаковы числа зубьев у центральных колес 13, эпициклов 21 и колеса 24. У всех этих зубчатых колес модули одинаковы.

Предлагаемый двухцилиндровый двигатель внутреннего сг( работает следующим образом.

В случае, например, двухтактного двигател  в одном цилиндре 2, в частности в правом, происходит рабочий ход (поршень 3 вначале находитс  в крайнем верхнем положении), а в другом левом - сжатие (поршень 3 находитс  в крайнем нижнем положении). Так как обе поршневые группы взаимосв заны между собой, при рабочем ходе правого поршн  3 вниз левый поршень 3 поднимаетс  вверх и производит сжатие в левом цилиндре 2. При этом сдвоенное крестообразное водило 7 (обе половинки 1-1 и Ill-Ill) вращаетс  по часовой стрелке, сателлиты I8, опира сь на неподвижный правый эпицикл 21, вращают правое

15

293984

це 1тральное колесо 13, а следовательно , общий выходной вал П по часовой стрелке (фиг. 1). Отсутствие враще- ни  правого эпицикла 2I в этом слу- J чае объ сн етс  тем, что права  планетарна  передача при ведущем водила 7 (права  половинка Т-Т) представл ют собой редуктор Давида с двум  внутренними зацеплени ми, переда 0 точное отношение которого при равных .числах зубьев сателлитов 18 и 23, при равных числах зубьев колеса 24 и правого эпицикла 21 равно бесконечности .

Причем передаточное отношение в этих звень х в обратном направлении равно нулю, поэтому в этом направ- лении движение также невозможно, так как передача подвержена самотор-

jn можению. Таким образом, в редукторе Давида с двум  внутренними зацеплени ми с ведушлм водилом при неподвижном колесе 24 неподвижен и правый эпицикл 21.В таком редукторе опорный

25 реактивный момент воспринимают через блок сателлитов 18 и 23, колесо 24 и правый эпицикл 21 независимо от того, установлены ли подвижно сателлиты 18 на ос х 17 и 26, а правый эпицикл 21 в подшипниках 22. При этом под воздействием левого плеча коромысла 6, св занного также с правым рабочим поршнем 3 и правой половинкой IV-IV сдвоенного водила 8, последнее вращаетс  против часо

5 вой стрелки при одновременном продолжении вращени  общего выходного вала 1 1 в прежнем направлении по часовой стрелке. В этом случае лева  плане тарна  передача представл ет собой

дифференциальный механизм, имеющий два входа от левого центрального колеса 13 и от водила 8 при одном выходе на левый эпицикл 21 , вращак ций- с  против часовой стрелкн.

Измен   относительное положение эксцентриков 14 и 15, можно регулировать угол поворота водил 7 и 8 за один ход вниз поршней 3.

При рабочем ходе в левом цилинд-

50 ре 2 и сжатии в правом цилиндре 2 цикл повтор етс  снова при однонаправленном вращении по часовой стрелке общего выходного вала 11 с той лишь разницей, что в этом случае

55 лева  планетарна  передача работает как редуктор Давида, а права  планетарна  передача - как дифференциальный механизм. Пружины 25 выполн 30

ют частично роль маховика и могут использоватьс , когда привод осуш,е-- ствл етс ; например, от четырехтакт- bibix двигателей внутреннего сгорани .

Эпицик;ш 2, поскольку они совершают вращение с периодическими остановками в данном случае в направлении против часовой стрелки, могут использоватьс  дл  привода одного

общего вала механизма оборота мощности или дл  прерывистого движени  различных валов других меха-- низмов.

Предлагаемьш одноцилиццровый дни- гатель внутреннего сгорани  работает следующим образом.

При рабочем ходе поршн  3 вниз (верхнее положение поршн  3 и др. элементов привода показано сплошной линией фиг.З и 4), равноплечие коромысла 6, воздейству  через оси 17 и 19, вращают водила - правое 29 напрш 5ер, по часовой стрелке в сторону вращени  выходного вала 11, а левое 30, противоположно направлению вращени  этого вала. Выходной вал 11 первоначальное вращение приобретает от стартера. В этом случае права  планетарна  передача с води- лом 29 работает как редуктор Давида с двум  внутренними зацеплени ми, параметры сателлитов 18 и 23, колес 21 и 24 которого одинаковы. Такой частный случай выполнени  редуктора Давида имеет передаточное число от ведущего водила 29 до эпидикла 21, равное бесконечности.

Равенство передаточного числа бесконечности означает, что выходное звено - эпицикл 21 такого редуктора Давида независимо от того, установлено ли оно подвижно, HanpiiMep, в подпшпниках, сохран ет неподвижное свое попожение. Поэтому при совпаде- НИИ наиравлений вращени  водих а 29 и центрального колеса с выходным валом 11 права  планетарна  передача представл ет собой редуктор Давида , в котором опорньм или реактив- ный момент воспринимают непод1 ижные эпициклы 21 и колесо 24.

Лева  планетарна  передачаj в которой водило 30 вращаетс .в противоположном направлении против часовой стрелки,, представл ет собой д1-:1фферен цнальнсый механизм, имеющий оджгн . вход от водила 30 и два выхода на ле

вое цент ральноа колесо 1.3 и на ле- вый .эпицикл 21.

Если оба выхода дифферепциального механизма имеют одну и ту же непод- ккжиу о ось вр.ащени  и дополчиге ьно св заны между собой замыкаюшкы их звеном тоже с неподвижной осью вращени ,, то такой механизм замкнутый. В данном случае левое центральное колесо 3 и левый эпицикл 21 имеют одну и ту же неподвижную ось вращени  и зацеплены друг с другом с помощью сателлитов 20, Зс и сатеплиты 205 нмеюЕ(ие подвий;ные оси, не могут сами по себе выполн ть функцию эамы- каю1);его звена, то один iis сателлитов 20 сблокирован с д.ополннтельныЕМ сателлитом 28, зацепленным с непод- вида1ым колесом 24,, Такой б.лок сателлитов 20 и 28, будучи св зан с не- подвижньпм колесом 24, успешно выполн ет фу/нкцию замыкающего .звена. Таким образом, лева  планетаркаЕ передача ., когда права  передача работает как редуктор Давида, представл ет собой зэ пснутый дифференциальный механизм ее степенью подвижности, равной единице, заключающейс  во вращении левого центрального колеса 13 вместе с выходным валом 1 в необ хо- димом направлении по часовой.стрелке .

Так как обе части привода взаимосв заны кеж;1,у собой с помощью вала П, ; то оба коромысла б при этом испмтывшот одинаковые нагрузкиs что обуславливает отсутствие боковых нагрузок на штоке 4 и порише 3.

При холостом ходе поршн  3 вверх (нижнее положение поршн.  3 и др., зле ментов привода показано пунктирной линией,р фиг, 1 и 2) направление вра- игеин  водил 29 и 30 изменитс  на об- ратгюе., nosToi iy Б этом случае благодар  идентичности устройс гва сбе- нх частей лева  планетарна  передача работает как редуктор Д.авида, а пра- в.а  выступает как днффе |с.нцналь -п й зa жнyтый механизм, далее, циклы повтор ютс  снова при однокаправлен- ном .вращении зыходного вала 1 1 по часовой стрет:(ке. Измен   от:госктель- ное пололсекне эксцентриков 14 и 15, рег хгируетс  угол поворота водил 29 и 30 за один ход поршн  3 вниз. На- ,, если за один ход. ЛОРГШ-Ш 3 знкз вал 1 1 повора.чивавтс  на угол

7

80, как и в обычном кривошипно- ползунком механизме, то водила 29 .и 30 поворачиваютс  в разные стороны на угол в четыре раза меньше, т.е. на +45 , а левый эпицикл 21 - на угол 120 . Таким образом, при одной и той же скорости перемещени  поршн  3 скорость вращени  вала 1 в четыре раза больше, чем скорость вращени  коленчатого вала в обычном кривошипно-ползунном механизме. Следовательно , предлагаемый привод может успешно примен тьс  в более быстроходных двигател х внутреннего сгорани .

Предлагаемый пртшод вала двигателей внутреннего сгорани  имеет знчительные преимущества по сравнению с известными приводами в виде криво шипно-ползунных механизмов поршневых двигателей.

Это объ сн етс  тем, что предлагаемый привод вследствие значительного уменьшени  действи  сил инерции , например, из-за исключени  деталей типа шатунов и других неуравновешенных масс, вследствие симметричной передачи движущих сил от поршней на равноплечие коромысла в обе противоположные стороны и компенсации тем самым противоположно направленных и перераспределенных реакций действи  движущих сил на обеих взаимосв занных между собой поршневых группах обеспечивает отсутствие дополнительных динамических нагрузок, строго пр молинейное перемещение порней и штоков в цилиндрах, отсутствие тем самым реакций действи  неподвижных направл ющих - стенок цилиндров на поршни, т.е. боковых нагрузок . Этим самым в приводе резко ограничиваетс  износ поршневых колец стенок цилиндров, осей и подшипников шарниров и т.д. Привод не содержит никаких муфт обгона, зубчатых колес с прерывистым расположением зубьев, тормозных устройств и т.д., чем достигаетс  отсутствие ударных нагрузок, надежна  работа его узлов.

Предлагаемый привод имеет пр мой общий выходной вал вместо коленчатого или эксцентриковых, не имеет упругих торсионных валов, дополнительных направл ющих колец, боковых несиловых прлзунов и т.д., чем. достигаетс  значительное упрощение конструкции и технологии изготовлени .

293988

Привод не и.1 е ет мертвых крайних положений, какие имеют механизмы с коленчатым или эксцентриковыми валами когда шатун накладываетс  или  в- 5 л етс  продолжением кривошипа по одной пр мой и поэтому угол давлени  между векторами движущей силы и скорости ведомого вала в коренном под- пшпнике соединени  кривошипа с щату10

ts

нок составл ет недопустимьй дл  плос ких шарнирных механизмов угол 90 и крут щий от движущей силы на вал не передаетс . Когда же шатун наиболее отклонен от линии действи 

движущей силы, угол давлени  составл ет или принимает допустимые значени , однако при этом действуют нежелательные реакции стенок цилинд-/ ров, инерционные силы неуравновешен- 0 ньк масс типа шатунов и т.д. Така  пульсаци  крут щего момента, инерционных сил, реакций неподвижных звеньев существенно снргжает 1ШД машины , вызывает колебани  и вибрации не только деталей двигателей, но и всей самоходной машины с частотой вращени  коленчатого или эксцентри- . кового вала.

В предлагаемом приводе угол дав-  ени  между плечами коромысел 6 и водилами 7, 8 даже в крайних положени х последних при-угле поворота их равном 45 , соответствующих крайним положени м кривошипно-ползунного ме- 35 ханизма, когда в обоих случа х выходной вал поворачиваетс  на един и тот же угол 80 , не превышает 30 , а колено-рычажна  схема привода при этом позвол ет получать максимальные 40 составл ющие движущих сил на водилах. В этом случае крут щий момент от движущих сил на выходном валу незна чительно отличаетс  от посто нной величины, следовательно, машину с та- 45 КИМ приводом меньше тр сет, так как двигатели не  вл ютс  источником колебаний и вибраций. Привод, таким образом , позвол ет полнее в течение всего цикла, соответствующего одному 50 обороту вала, использовать движущие силы поршней, не привлека  дл  этих целей дополнительные маховые массы, поэтому он имеет более высокий КПД, более равномерную скорость вращени  5S выходного вала, меньший коэффициент неравномерности хода.

Предлагаемый привод всетопливный, так как регулиру  общий зксцентриси91

тет эксцентриков 14 и 15 и тем самым одинаково ход поршней, можно измен ть степень сжати  горючих смесей и заодно скорость вращени  выходного вала.

Привод выполнен в виде колено- рычажных схем и планетарных зубчатых передач, вполне оправдавших себ  в отношении надежности работы в технике . Вследствие симметричности действи  сил и многопарности зацеплений планетарные передачи имеют меньшие параметры при одном и том же передаваемом моменте, поэтому предлагаемый привод относительно меньше габаритами и массой, так как короткоходовые поршни со штоками-равноплечими коромыслами св заны с водилами,  вл ющимис  общими элементами колено-рычажных схем и планетарных передач, ус229398

10

тановлеиными компактно наравне с дру гимн элементами этих передач коакси- ально вокруг общего выходного вала с центральными колесами.

Линейные скорости в зацеплени х дл  частоты вращени  вала, например, 2400 об/мин при средних габаритах (модуль зубьев 2-3 мм) и средней передаваемой мощности 25-40 л.с. не превьш1ают 20 м/с, что намного меньше допустимых скоростей дл  пр мо- ходовых передач.

Таким образом, описанные преимущества дают возможность использовать предлагаемый привод в высоконагруженных , в высокоскоростных двигател х при наименьшей вибрации и наибольшем КПД, различных частотах вращени  выходного вала и различном

топлиЕ1е.

Фиг:1

r

5о

2

vfyr

о

фиг л

Claims (4)

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с цилиндрами, поршни с штоками, равноплечие коромысла, соединенные со штоками общими шарнирами и с выходным валом через первый и второй планетарные механизмы, имеющие кол%со внутреннего зацепления, свободное водило, центральную шестерню и два сателлита, механизм ограничения и регулирования хода поршня, выполненный в виде наружного и внутреннего эксцентриков и шатуна, соединенного подвижно с общим шарниром одного из штоков и с наружным эксцентриком, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эксплуатационных характеристик, в корпусе между планетарными механизмами неподвижно установлено зубчатое колесо внутреннего зацепления с двумя сателлитами, один из которых жестко соединен с осью сателлита первого планетарного механизма, а другой - с осью сател лита второго планетарного механизма, водила подвижно установлены на выходном валу и кинематически соединены с сателлитами и через равноплечие коромысла со штоками поршней, причем центральные шестерни неподвижно закреплены на выходном валу, а колеса внутреннего зацепления планетарных механизмов размещены в корпусе с возможностью вращения.

2. Двигатель по п. ^'отличающийся тем, что содержит первый и второй цилиндры с соответствующими поршнями со штоками,водила выполнены крестообразными, причем водило первого планетарного механизма одним концом через ось сателлита и коромысло шарнирно связано со штоком поршня первого цилиндра, а другим концом через коромысло - со штоком поршня второго цнлинд- ра, водило второго планетарного механизма одним концом через ось.сателлита и коромысло шарнирно связано со штоком поршня второго цилиндра, а другим концом через коромысло - со штоком поршня первого цилиндра.

3. Двигатель по π. 1, отличающийся тем, что водила первого и второго планетарных механизмов шарнирно соединены через равноплечие коромысла со штоком поршня одного цилиндра.

4. Двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что снабжен дополнительными равноплечими коромыслами с общим шарниром, упруго соединенным с корпусом, концы дополнительных коромысел шарнирно соединены со свободными концами водил.

SU 1229398 А1