УПРАВЛЯЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) CONTROLLED MOTION CONVERTER (OPTIONS)
Изобретение относится к механизмам для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, и может быть использовано в поршневых двигателях, поршневых насосах и компрессорах.The invention relates to mechanisms for converting reciprocating motion into rotational motion and vice versa, and can be used in piston engines, reciprocating pumps and compressors.
Классическая схема механизма для преобразования поступательного движения во вращательное в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) описана монографии Кузнецова А.В. «Уcтpoйcтвo и эксплуатация двигателей внутреннего сгорания: учебное пособие для технических yчилищ». M.: Высшая школа, 1979, на стр. 40 [1] и поясняется на фигуре 1, где приведен чертеж кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания. На фигуре 1 цифрами обозначены: 101 — коленчатый вал (кривошип); 102 — шатун; 103 — ползун; 100 — стойка. Для лучшего понимания изложенного далее технического решения необходимо отметить, что в приведенной ссылке верхняя часть ползуна 103 выполняет также функции поршня, сжимающего в процессе преобразования вращательного движения в поступательное движение рабочую смесь в цилиндре, образованном стойкой 100, и предающего энергию взрыва рабочей смеси на механизм преобразования поступательного движения во вращательное.The classical scheme of the mechanism for converting translational motion into rotational motion in an internal combustion engine (ICE) is described by A.V. Kuznetsov monograph "The design and operation of internal combustion engines: a training manual for technical schools." M .: Higher school, 1979, on page 40 [1] and is illustrated in figure 1, which shows a drawing of a crank mechanism of an internal combustion engine. In figure 1, the numbers denote: 101 - the crankshaft (crank); 102 - connecting rod; 103 - slider; 100 - rack. For a better understanding of the technical solution described below, it should be noted that in the above link, the upper part of the slider 103 also acts as a piston, compressing the working mixture in the cylinder formed by the strut 100 during the rotation of the rotary motion into translational motion and transmitting the explosion energy of the working mixture to the conversion mechanism translational motion into rotational.
Известны также некоторые конструкции бесшатунных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, различные варианты которых описаны и проанализированы, в частности, в монографии Баландина CC. «Бecшaтyнныe поршневые двигатели внутреннего cгopaния», M.: Машиностроение, 1968, стр. 14 [2]. Практическая конструкция была защищена авторским
свидетельством СССР Ns 118471 [3], в котором описан бесшатунный механизм, содержащий коленчатый вал, две опорные шейки которого находятся в подшипниках кривошипов, а штоковые шейки расположены в подшипниках ползунов. Оригинальные технические решения в области конструирования поршневых бесшатунных механизмов описаны в патентах США No. 4,559,838 [4] и No. 6,631,671 [5].Also known are some designs of rod-free mechanisms for converting reciprocating motion into rotational motion and vice versa, various versions of which are described and analyzed, in particular, in the monograph of Balandin CC. “Chestless piston internal combustion engines”, M .: Mechanical Engineering, 1968, p. 14 [2]. The practical design was copyrighted USSR certificate Ns 118471 [3], which describes a rodless mechanism containing a crankshaft, two support journals of which are located in the bearings of the cranks, and rod necks are located in the bearings of the sliders. Original technical solutions for the design of piston rodless mechanisms are described in US Pat. 4,559,838 [4] and No. 6,631,671 [5].
Известно также техническое решение, предложенное в авторском свидетельстве СССР Ns 1573271 [6], в котором описан передаточный механизм, содержащий два эксцентрика, один из которых расположен внутри другого, причем один из эксцентриков шарнирно установлен в корпусе. Интересная конструкция-аналог упоминается в [2] на стр. 15, где описан бесшатунный механизм, содержащий спаренные эксцентрики и коленчатый вал.There is also a technical solution proposed in USSR author's certificate Ns 1573271 [6], which describes a transmission mechanism containing two eccentrics, one of which is located inside the other, and one of the eccentrics is pivotally mounted in the housing. An interesting analog design is mentioned in [2] on page 15, which describes a rodless mechanism containing twin eccentrics and a crankshaft.
Принципиальным недостатком известных бесшатунных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот является конструктивная невозможность управления преобразованием для остановки, изменения направления движения деталей механизма и т.д., при сохранении у вала способности вращаться, например, за счет других приводов. Устранение этого недостатка обеспечило бы возможность блокировки отдельных механизмов, приводимых одним валом или приводящих один вал, что значительно расширяет сферу применения механизма.The fundamental disadvantage of the known rodless mechanisms for converting reciprocating motion into rotational and vice versa is the constructive inability to control the conversion to stop, change the direction of movement of the parts of the mechanism, etc., while maintaining the ability of the shaft to rotate, for example, due to other drives. The elimination of this drawback would provide the possibility of blocking individual mechanisms driven by one shaft or leading one shaft, which greatly expands the scope of the mechanism.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является решение, описанное в патенте РФ Ns 2212552 [7], в котором предложена модульная конструкция бесшатунного двигателя со звездообразным расположением цилиндров. Каждый модуль состоит из двух картер- цилиндров, скрепленных стяжными болтами. В цилиндрах размещены две пары связанных штоками поршней, которые установлены попарно
перпендикулярно друг другу. На цилиндрах укреплены стяжными хомутами крышки под системы газораспределения золотникового типа. Каждая пара поршней, связанных со штоками, выполнена, как одно целое, в виде шток-поршня. Подшипники качения коленчатого вала установлены в картер-цилиндрах и взаимодействуют своими подвижными обоймами с противовесом силового механизма, выполненным из двух частей. На штоковой шейке коленчатого вала на подшипниках скольжения размещена пара эксцентриков с разнонаправленным эксцентриситетом и противовесами к ним. Эксцентрики размещены в отверстиях, обрамленных ступицей, в средней части шток-поршней. Направляющей для шток-поршней служат внутренние поверхности средней части картер-цилиндров. Перечисленные составляющие образуют модуль двигателя, причем двигатель можно снабжать одним или несколькими модулями. Двигатель снабжен редуктором, который помещен в секционном корпусе управления системами газораспределения и связан с ними кинематически.Closest to the claimed invention is the solution described in RF patent Ns 2212552 [7], which proposed a modular design of a rodless motor with a star-shaped arrangement of cylinders. Each module consists of two crankcase cylinders fastened with tie bolts. In the cylinders there are two pairs of pistons connected by rods, which are installed in pairs perpendicular to each other. On the cylinders are secured with coupling clamps of the cover for the valve-type gas distribution systems. Each pair of pistons associated with the rods, made as a whole, in the form of a rod-piston. Rolling bearings of the crankshaft are installed in the crankcase-cylinders and interact with their movable clips with a counterweight of the power mechanism made of two parts. A pair of eccentrics with multidirectional eccentricity and counterweights to them are placed on the rod neck of the crankshaft on sliding bearings. The eccentrics are located in the holes framed by the hub in the middle of the piston rods. The guide for the piston rods are the inner surfaces of the middle part of the crankcase. The listed components form an engine module, and the engine can be equipped with one or more modules. The engine is equipped with a gearbox, which is placed in a sectional control housing for gas distribution systems and kinematically connected with them.
Таким образом, в этом техническом решении предусматривается управление преобразователями движения за счет добавление или снятие отдельных блоков многоцилиндрόвого двигателя (по типу модульного конструктора) для достижения необходимой мощности двигателя. Но такая процедура возможна только в мастерской, требует специального оборудования и участия квалифицированных специалистов, что делает конструкцию весьма неудобной для практического применения, например, в автомобиле.Thus, this technical solution provides for the control of motion converters by adding or removing individual blocks of a multi-cylinder engine (as a modular designer) to achieve the required engine power. But such a procedure is possible only in the workshop, requires special equipment and the participation of qualified specialists, which makes the design very inconvenient for practical use, for example, in a car.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в том, чтобы, используя известные принципы конструирования преобразователей движения, разработать конструкцию
управляемого механизма, т.е. механизма способного, в частности, останавливать преобразование или изменять направления движения деталей при сохранении у вала способности вращаться, например, за счет других приводов. Технический результат достигается за счет того, что бесшатунный механизм на основе эксцентриков (вариант А) или эксцентриков и кривошипного вала (вариант В) снабжен устройством, обеспечивающим передачу движения между элементами вращательного и поступательного движения, и приспособлением, способным в одном режиме работы - блокировать возвратно-поступательное движение (в частности - зафиксировать ползун в неподвижном положении) при сохранении у вала возможности вращаться, во втором режиме работы - обеспечивать вышеуказанную передачу движения.The problem to which the invention is directed, is to, using the well-known principles of designing motion converters, develop a design controlled mechanism, i.e. mechanism capable, in particular, to stop the conversion or change the direction of movement of the parts while maintaining the ability of the shaft to rotate, for example, due to other drives. The technical result is achieved due to the fact that the rodless mechanism based on eccentrics (option A) or eccentrics and a crank shaft (option B) is equipped with a device that provides transmission of movement between the elements of rotational and translational motion, and a device capable of blocking back in one operation mode - progressive movement (in particular, to fix the slider in a fixed position) while maintaining the ability of the shaft to rotate, in the second mode of operation - to provide the above gear zheniya.
Сущность изобретения заключается в следующем. В варианте А управляемый преобразователь движения, т. е. механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, включает в себя, по меньшей мере, два помещенных один в другой эксцентрика разного диаметра и одинакового по величине эксцентриситета, причем малый эксцентрик жестко закреплен на валу вращения и служит осью большому эксцентрику, шарнирно связанному с ползуном, способным совершать возвратно-поступательные движения по направляющим, который, в свою очередь, связан со штоком поршня, а также управляемое стопорное устройство, выполненное с возможностью при его активации фиксировать привод возвратно-поступательного движения, в частном случае, путем фиксации ползуна механическим штырем-задвижкой или сердечником соленоида, при сохранении у вала возможности вращения.
В варианте В управляемый преобразователь движения, т. е. механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, включает в себя эксцентрик, осью вращения которому служит шип кривошипного вала, смещенный относительно оси вращения кривошипного вала на величину эксцентриситета эксцентрика, причем эксцентрик шарнирно соединен с ползуном, способным совершать возвратно-поступательные движения по направляющим, который, в свою очередь связан со штоком поршня, и управляемое стопорное устройство, выполненное с возможностью при его активации фиксировать привод возвратно-поступательного движения, в частном случае, путем фиксации ползуна механическим штырем-задвижкой или сердечником соленоида, при сохранении у вала возможности вращения.The invention consists in the following. In option A, a controlled motion transducer, i.e., a mechanism for converting reciprocating motion into rotational motion and vice versa, includes at least two eccentrics placed in one another of different diameters and of the same eccentricity, the small eccentric being rigidly fixed on the shaft of rotation and serves as the axis of a large eccentric pivotally connected to a slider capable of reciprocating movements along the guides, which, in turn, is connected with the piston rod, as well as an insertable locking device configured to fix the reciprocating drive when activated, in the particular case by fixing the slide with a mechanical pin-valve or core of the solenoid, while maintaining the possibility of rotation of the shaft. In the variant B, the controlled motion transducer, i.e., the mechanism for converting the reciprocating motion into rotational and vice versa, includes an eccentric, the axis of rotation of which is the crank of the crank shaft, offset relative to the axis of rotation of the crank shaft by the amount of eccentricity of the eccentric, moreover connected to a slider capable of reciprocating movements along the guides, which, in turn, is connected with the piston rod, and a controlled locking device, made f with the possibility, when activated, to fix the reciprocating drive, in a particular case, by fixing the slide with a mechanical pin-valve or the core of the solenoid, while maintaining the possibility of rotation of the shaft.
В рассматриваемых вариантах реализации изобретения ползун и поршень представлены как отдельные элементы, соединенные штоком 6, однако, не имеется препятствий для объединения их в единый блок, устраняющий шток 6. Кроме того, в обоих вариантах исполнения управляемого преобразователя для уменьшения сил трения и соответственно увеличения коэффициента полезного действия при взаимодействии деталей могут быть применены дополнительные элементы, например, подшипники, заменяющие трение скольжения трением качения, в том числе при взаимодействии ползуна с направляющими.In the considered embodiments of the invention, the slider and the piston are presented as separate elements connected by the rod 6, however, there are no obstacles for combining them into a single unit that eliminates the rod 6. In addition, in both versions of the controllable converter to reduce friction forces and accordingly increase the coefficient useful in the interaction of parts can be applied additional elements, for example, bearings, replacing sliding friction by rolling friction, including in the interaction slide with the guide.
Существенно, что вал, применяемый для варианта А управляемого преобразователя, технологически нетрудно сделать полым ввиду отсутствия кривошипов, что может быть полезно для облегчения конструкции, для пропускания через вал охлаждающей жидкости с целью уменьшения температурных нагрузок или, например, для пропускания через полый вал альтернативного привода.
Далее существо изобретения поясняется с привлечением графических материалов. Для варианта А на фигурах 2 - 4 цифрами обозначены:It is significant that the shaft used for option A of the controlled converter is technologically easy to make hollow due to the absence of cranks, which can be useful to simplify the design, to pass coolant through the shaft in order to reduce temperature loads, or, for example, to pass an alternative drive through the hollow shaft . Further, the invention is illustrated with the use of graphic materials. For option A in figures 2 to 4, the numbers indicate:
1 - ползун; 2 - направляющие;1 - slider; 2 - guides;
3 - эксцентрик большой;3 - large eccentric;
4 - эксцентрик малый;4 - small eccentric;
5 — вал;5 - shaft;
6 - шток; 7 - поршень;6 - stock; 7 - a piston;
11- механический элемент, отключающий привод возвратно- поступательного движения, в частном случае - путем фиксации ползуна. Эксцентрики 3 и 4 имеют одинаковый эксцентриситет, который на фигуре 2 обозначен буквой E. Управляемый преобразователь движения по варианту А (см. фигуру 2) включает в себя ползун 1, способный совершать возвратно- поступательные движения по направляющим 2 и имеющий шарнирное соединение с эксцентриком 3. Осью вращения эксцентрику 3 служит шарнирно связанный с ним эксцентрик 4. Эксцентрики 3 и 4 имеют одинаковый по величине, но разнонаправленный, эксцентриситет E. Эксцентрик 4 жестко закреплен на валу 5.11 - a mechanical element that disables the drive of the reciprocating movement, in the particular case - by fixing the slider. Eccentrics 3 and 4 have the same eccentricity, which is indicated by the letter E in figure 2. The controlled motion transducer according to option A (see figure 2) includes a slider 1 capable of reciprocating movements along the guides 2 and having a hinge joint with the eccentric 3 The axis of rotation of the eccentric 3 is the eccentric 4 pivotally connected to it. The eccentrics 3 and 4 have the same size, but multidirectional, eccentricity E. The eccentric 4 is rigidly fixed to the shaft 5.
Для варианта В на фигурах 5 - 7 цифрами обозначены:For option B in figures 5 to 7, the numbers indicate:
1 — ползун;1 - slider;
2 - направляющие; 6 — шток;2 - guides; 6 - stock;
7 - поршень;7 - a piston;
8 — шип кривошипного вала;8 - spike of the crank shaft;
9 - кривошипный вал;
10 - эксцентрик;9 - crank shaft; 10 - clown;
11- механический элемент, отключающий привод возвратно- поступательного движения, в частном случае - путем фиксации ползуна. Управляемый преобразователь движения по варианту В (см. фигуру 5) включает в себя ползун 1, способный совершать возвратно- поступательные движения по направляющим 2 и имеющий шарнирное соединение с эксцентриком 10. Осью вращения эксцентрику 10 служит шип 8 кривошипного вала 9, смещенный относительно оси вращения кривошипного вала на величину E, равную эксцентриситету эксцентрика 10.11 - a mechanical element that disables the drive of the reciprocating movement, in the particular case - by fixing the slider. The controlled motion converter according to option B (see figure 5) includes a slider 1 capable of reciprocating movements along the guides 2 and having a hinge connection with the eccentric 10. The axis of rotation of the eccentric 10 is the spike 8 of the crank shaft 9, offset relative to the axis of rotation the crank shaft by an amount E equal to the eccentricity of the eccentric 10.
Оба вышеуказанных варианта отличаются от прототипа тем, что содержат управляемое стопорное устройство 11, выполненное с возможностью в одном режиме работы фиксировать привод возвратно- поступательного движения, в частном случае - путем фиксации ползуна, (см. фигуры 3 и 6) при сохранении у вала возможности вращения, во втором режиме работы - не влиять на функционирование ползуна и, соответственно, на преобразование движения (см. фигуру 2 и фигуру 5). В качестве примера, на фигурах 2 - 11, изображен механизм в вертикальном положении с оппозитным расположением поршней 7 на штоках 6, но работа механизма, в частности, возможна и в горизонтальном положении и с одним поршнем.Both of the above options differ from the prototype in that they contain a controlled locking device 11, configured to fix the reciprocating drive in one operating mode, in the particular case by fixing the slide, (see figures 3 and 6) while maintaining the shaft rotation, in the second mode of operation, do not affect the functioning of the slider and, accordingly, the movement transformation (see figure 2 and figure 5). As an example, in figures 2 to 11, the mechanism is shown in a vertical position with the opposed arrangement of the pistons 7 on the rods 6, but the mechanism, in particular, is possible in a horizontal position and with one piston.
Характерной особенностью конструкции управляемого преобразователя движения в обоих рассматриваемых вариантах является наличие устройства, предназначенного для отключения/включения преобразования движения механизмом с сохранением у вала возможности вращения за счет других приводов, преимущественно аналогичной конструкции.
При этом фиксирующее устройство, а в данном примере это устройство, фиксирующее ползун в неподвижном положении, может работать за счет взаимодействия механических, электрических, пневматических, гидравлических, магнитных элементов или их комбинаций, и иметь ручную, полуавтоматическую или автоматическую систему управления, т. е. привод.A characteristic design feature of the controlled motion transducer in both cases is the presence of a device designed to disable / enable motion conversion by a mechanism while maintaining the possibility of rotation of the shaft due to other drives, mainly of a similar design. At the same time, the fixing device, and in this example this device, fixing the slider in a fixed position, can work due to the interaction of mechanical, electrical, pneumatic, hydraulic, magnetic elements or their combinations, and have a manual, semi-automatic or automatic control system, i.e. . drive unit.
В качестве одного из возможных вариантов выполнения такого устройства на фигурах 2, 3, 5, 6, 8, 9 показан механический элемент 11, способный зафиксировать ползун в неподвижном положении. На фигуре 2 изображен выполненный в варианте А управляемый преобразователь с двумя эксцентриками 3 и 4, при этом дается вид спереди с разрезом по центру. На фигуре 2 элемент 11 не фиксирует ползун 1, и тот способен совершать возвратно-поступательные движения по направляющим 2. На фигуре 4 показан вид механизма по варианту А сбоку с разрезом по центру, при этом вал 5 и эксцентрик 4 для лучшего понимания конструкции условно изображены без разреза.As one of the possible embodiments of such a device, figures 2, 3, 5, 6, 8, 9 show a mechanical element 11 capable of fixing the slider in a fixed position. The figure 2 shows a controllable converter made in variant A with two eccentrics 3 and 4, while a front view with a cut in the center is given. In figure 2, the element 11 does not fix the slider 1, and he is able to make reciprocating movements along the guides 2. Figure 4 shows a side view of the mechanism according to option A with a cut in the center, while the shaft 5 and the eccentric 4 are conventionally shown without a cut.
На фигуре 3 также изображен вариант А управляемого преобразователя движения с двумя эксцентриками 3 и 4 (вид спереди с разрезом по центру), но элемент 11 в данном случае фиксирует ползун 1 в неподвижном положении, однако вал 5 сохраняет способность совершать вращательные движения за счет других приводов.Figure 3 also shows option A of a controlled motion transducer with two eccentrics 3 and 4 (front view with a cut in the center), but element 11 in this case fixes the slider 1 in a fixed position, however, shaft 5 retains the ability to perform rotational movements due to other drives .
Управляемый преобразователь движения, показанный на фигурах 2- 4, работает следующим образом. При преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное возвратно-поступательное движение ползуна 1 сообщает эксцентрику 3 вращательное движение, эксцентрик 3, вращаясь вокруг эксцентрика 4, передает ему вращательное движение противоположного
направления. В свою очередь эксцентрик 4 передает валу 5 вращательное движение.The controlled motion transducer shown in figures 2-4, works as follows. When converting the reciprocating motion into a rotational reciprocating motion of the slider 1, the eccentric 3 informs the rotational movement, the eccentric 3, rotating around the eccentric 4, transfers the rotational movement of the opposite directions. In turn, the eccentric 4 transmits a rotational movement to the shaft 5.
При преобразовании вращательного движения в возвратно- поступательное вращательное движение вала 5, связанного с эксцентриком 4, передает эксцентрику 3 вращательное движение противоположного вращению вала 5 направления. Вращение эксцентрика 3 относительно эксцентрика 4 сообщает ползуну 1 возвратно-поступательное движение.When converting the rotational motion to the reciprocating rotational motion of the shaft 5 associated with the eccentric 4, transmits the eccentric 3 a rotational movement opposite to the rotation of the direction shaft 5. The rotation of the eccentric 3 relative to the eccentric 4 gives the slider 1 a reciprocating motion.
В качестве примера управляемое стопорное устройство 11 выполнено с возможностью, при его активации, фиксировать привод возвратно-поступательного движения путем фиксации ползуна 1. Как показано на фигуре 3, ползун не способен совершать возвратно- поступательные движения. При этом вал 5 может совершать вращательное движение в шарнирном соединении между эксцентриком 3 и ползуном 1 за счет внешних приводов.As an example, the controlled locking device 11 is configured to, when activated, lock the reciprocating drive by fixing the slider 1. As shown in figure 3, the slider is not able to make reciprocating movements. When this shaft 5 can rotate in a swivel between the eccentric 3 and the slider 1 due to external drives.
Управляемое стопорное устройство, которое на фигуре 3 (вариант А) в качестве примера показано как механический элемент 11, способно фиксировать привод возвратно-поступательного движения , в частном случае - путем фиксации ползуна, при сохранении у вала возможности вращения, когда ось вращения вала совпадает с геометрической осью большого эксцентрика 3.A controlled locking device, which is shown as a mechanical element 11 in figure 3 (option A) as an example, is capable of fixing the reciprocating drive, in the particular case by fixing the slide, while maintaining the possibility of rotation of the shaft when the axis of rotation of the shaft coincides with the geometric axis of the large eccentric 3.
Как показано на фигуре 3 (вариант А), ползун не способен совершать возвратно-поступательные движения. При этом вал 5 может совершать вращательное движение в шарнирном соединении между эксцентриком 3 и ползуном 1 за счет внешних приводов.As shown in figure 3 (option A), the slider is not able to make reciprocating movements. When this shaft 5 can rotate in a swivel between the eccentric 3 and the slider 1 due to external drives.
Таким образом, может происходить выключение привода возвратно-поступательного движения в управляемом преобразователе движения по варианту А.
Для включения привода возвратно-поступательного движения необходимо, чтобы механический элемент 11 перестал фиксировать ползун 1, т.е. занял положение, не препятствующее движению ползуна (см. механический элемент 11 на фигуре 2). Кроме того, ползуну 1 должно быть сообщено поступательное движение, выводящее его из статического состояния. Такое движение может быть сообщено ползуну за счет действия, например, силы тяжести (при его вертикальном положении), внешнего привода, например, с использованием толкателя, дополнительно наложенных на детали механических связей типа ограничений, например включением в конструкцию преобразователя деталей, способных допустить вращение большого эксцентрика и вала только во взаимно-противоположных направлениях и, таким образом, включающих привод возвратно-поступательного движения при сообщении валу вращательного движения. Включение привода возвратно-поступательного движения, также как и его выключение, должно происходить, когда ось вращения вала совпадает с геометрической осью большого эксцентрика 3 (например, см. фигуру 3).Thus, the drive of the reciprocating motion can be turned off in a controlled motion converter according to embodiment A. To enable the reciprocating drive, it is necessary that the mechanical element 11 ceases to fix the slider 1, i.e. took a position that does not impede the movement of the slider (see mechanical element 11 in figure 2). In addition, the slider 1 must be notified of the progressive movement, removing it from a static state. Such movement can be reported to the slider due to the action, for example, gravity (when it is upright), an external drive, for example, using a pusher, additionally imposed on the mechanical parts of the constraint type, for example, by including parts capable of allowing the rotation of large the eccentric and the shaft only in mutually opposite directions and, thus, including the drive of the reciprocating motion when the shaft rotational movement. Turning on the reciprocating drive, as well as turning it off, should occur when the axis of rotation of the shaft coincides with the geometric axis of the large eccentric 3 (for example, see figure 3).
Примером включения в конструкцию преобразователя деталей, способных допустить вращение большого эксцентрика и вала только во взаимно-противоположных направлениях при незафиксированном приводе возвратно-поступательного движения для варианта А управляемого преобразователя может служить конструкция, изображенная на фигурах 8, 9, 10 и 11, которая является одним из многих возможных вариантов реализации изобретения. На фигурах 8 - 11 цифрами обозначены:An example of the inclusion in the design of the converter of parts capable of allowing the rotation of a large eccentric and shaft only in mutually opposite directions with an unsecured reciprocating drive for option A of the controlled converter can be the structure depicted in figures 8, 9, 10 and 11, which is one of the many possible embodiments of the invention. In figures 8 to 11, the numbers indicate:
1 - ползун (на фигурах 8, 9 не показан);1 - slider (not shown in figures 8, 9);
2 - направляющие (на фигурах 10, 11 не показаны);
3 - эксцентрик большой;2 - guides (not shown in figures 10, 11); 3 - large eccentric;
4 - эксцентрик малый;4 - small eccentric;
5 - вал;5 - shaft;
6 - шток; 7 - поршень;6 - stock; 7 - a piston;
11 — механический элемент, способный фиксировать ползун (на фигурах 10 и 11 он не показан);11 - a mechanical element capable of fixing the slider (it is not shown in figures 10 and 11);
12 - шип, жестко закрепленный на оси симметрии малого эксцентрика 4; 13 - ограничительная пластина;12 - spike, rigidly fixed to the axis of symmetry of the small eccentric 4; 13 - restrictive plate;
14 - крепеж ограничительной пластины.14 - fasteners restrictive plate.
При этом на фигурах 8, 9 приводится вид спереди с разрезом по центру, а на фигурах 10, 11 - вид сбоку с разрезом по центру, а вал 5 и эксцентрик 4 для лучшего понимания конструкции условно изображены без разреза.In this case, Figures 8, 9 show a front view with a cut in the center, and in Figures 10, 11 a side view with a cut in the center, and shaft 5 and cam 4 are conventionally shown without a cut for a better understanding of the structure.
Ограничительная пластина 13, которая закреплена на ползуне посредством крепежных элементов 14, может занимать два положения. В положении пластины, показанном на фигуре 10, она способна при приведении во вращение вала 5 посредством воздействия на нее шипа 12 привести в возвратно-поступательное движение ползун 1 при отключенном фиксирующем элементе 11 и, тем самым, сообщить большому эксцентрику вращение взаимно-противоположного вращению вала направления, включив привод возвратно-поступательного движения. Ограничительная пластина 13, таким образом, может допустить вращение большого эксцентрика и вала только во взаимно- противоположных направлениях при незафиксированном приводе возвратно-поступательного движения.
На фигуре 11 показана ограничительная пластина 13, в положении, не ограничивающем перемещения эксцентрика 4 через шип 12, и допускающая вращение эксцентрика 4 при неподвижном ползуне 1 , который может быть остановлен фиксирующим элементом 11. Таким образом, отключается привод возвратно-поступательного движения.The restriction plate 13, which is fixed to the slider by means of the fastening elements 14, can occupy two positions. In the position of the plate, shown in figure 10, it is capable of driving the shaft 5 by acting on the spike 12 to reciprocate the slider 1 with the locking element 11 turned off and, thereby, tell the large eccentric the rotation of the opposite shaft rotation directions by turning on the reciprocating drive. The restriction plate 13, thus, can allow the rotation of the large eccentric and the shaft only in mutually opposite directions when the reciprocating drive is not locked. The figure 11 shows the restriction plate 13, in a position that does not limit the movement of the eccentric 4 through the spike 12, and allows the rotation of the eccentric 4 when the slider 1 is stationary, which can be stopped by the locking element 11. Thus, the reciprocating drive is turned off.
На фигуре 5 изображен вариант В реализации управляемого преобразователя движения с эксцентриком 10, осью вращения которому служит шип 8 кривошипного вала 9 (вид спереди с разрезом по центру).The figure 5 shows a variant In the implementation of a controlled motion converter with an eccentric 10, the axis of rotation of which is the spike 8 of the crank shaft 9 (front view with a cut in the center).
На фигуре 5 элемент 11 не фиксирует ползун 1, и тот способен совершать возвратно-поступательные движения по направляющим.In figure 5, the element 11 does not fix the slider 1, and he is able to make reciprocating movements along the guides.
Шип 8 кривошипного вала 9 смещен относительно оси вращения кривошипного вала на величину E, равную эксцентриситету эксцентрика 10.The spike 8 of the crank shaft 9 is offset relative to the axis of rotation of the crank shaft by an amount E equal to the eccentricity of the eccentric 10.
На фигуре 7 показан вид механизма по варианту В сбоку с разрезом по центру, при этом шип кривошипного вала 8 и кривошипный вал 9 для лучшего понимания конструкции условно изображены без разреза).The figure 7 shows a side view of the mechanism according to option B with a cut in the center, while the spike of the crank shaft 8 and the crank shaft 9 are conventionally shown without a cut).
На фигуре 6 также изображен вариант В управляемого преобразователя движения с эксцентриком 10, осью вращения которому служит шип 8 кривошипного вала 9 (вид спереди с разрезом по центру), но элемент 11 в данном случае фиксирует ползун 1 в неподвижном положении, однако кривошипный вал 9 сохраняет способность совершать вращательные движения за счет других приводов.Figure 6 also shows a variant B of a controlled motion converter with an eccentric 10, the axis of rotation of which is the spike 8 of the crank shaft 9 (front view with a cut in the center), but the element 11 in this case fixes the slider 1 in a fixed position, however, the crank shaft 9 retains ability to make rotational movements due to other drives.
Управляемый преобразователь движения, показанный на фигурах 5 - 7, работает следующим образом.The controlled motion Converter shown in figures 5 to 7, operates as follows.
При преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное, возвратно-поступательное движение ползуна 1 сообщает эксцентрику 10 вращательное движение, эксцентрик 10, вращаясь вокруг
шипа 8 кривошипного вала 9, передает ему вращательное движение противоположного направления.When converting the reciprocating motion into a rotational, reciprocating motion of the slider 1 informs the eccentric 10 of the rotational movement, the eccentric 10, rotating around stud 8 of the crank shaft 9, transmits to him the rotational movement of the opposite direction.
При преобразовании вращательного движения в возвратно- поступательное, вращательное движение кривошипного вала 9 с шипом 8 передает эксцентрику 10 вращательное движение противоположного вращению вала 9 направления. Вращение эксцентрика 10 относительно шипа 8 сообщает ползуну 1 возвратно- поступательное движение.When converting the rotational motion to the reciprocating, rotational motion of the crank shaft 9 with the spike 8 transmits the eccentric 10 to the rotational motion of the direction opposite to the rotation of the shaft 9. The rotation of the eccentric 10 relative to the spike 8 gives the slider 1 reciprocating motion.
В качестве примера управляемое стопорное устройство 11 выполнено с возможностью, при его активации фиксировать привод возвратно-поступательного движения путем фиксации ползуна 1. Как показано на фигуре 6, ползун не способен совершать возвратно- поступательные движения. При этом вал 9 может совершать вращательное движение в шарнирном соединении между эксцентриком 10 и ползуном 1 за счет внешних приводов.As an example, the controlled locking device 11 is configured to, when activated, lock the reciprocating drive by fixing the slider 1. As shown in figure 6, the slider is not able to make reciprocating movements. In this case, the shaft 9 can rotate in a swivel between the eccentric 10 and the slider 1 due to external drives.
Таким образом, может происходить выключение привода возвратно-поступательного движения в управляемом преобразователе движения по варианту В.Thus, the drive of the reciprocating motion can be turned off in a controlled motion converter according to embodiment B.
Для включения привода возвратно-поступательного движения необходимо, чтобы механический элемент 11 перестал фиксировать ползун 1, т.е. занял положение, не препятствующее движению ползунаTo enable the reciprocating drive, it is necessary that the mechanical element 11 ceases to fix the slider 1, i.e. took a position that does not interfere with the movement of the slider
(см. механический элемент 11 на фигуре 5). Кроме того, ползуну 1 должно быть сообщено поступательное движение, выводящее его из статического состояния. Такое движение может быть сообщено ползуну за счет действия, например, силы тяжести при его вертикальном положении, внешнего привода, дополнительно наложенных на детали управляемого преобразователя движения механических связей типа ограничений, например, включением ' в конструкцию преобразователя
деталей, способных допустить вращение большого эксцентрика и вала только во взаимно-противоположных направлениях и, таким образом, включающих привод возвратно-поступательного движения при сообщении валу вращательного движения. Включение привода возвратно-поступательного движения так же, как и выключение, должно происходить, когда ось вращения кривошипного вала 9 совпадает с геометрической осью эксцентрика 10 (например, см. фигуру 6).(see mechanical element 11 in figure 5). In addition, the slider 1 must be notified of the progressive movement, removing it from a static state. Such movement can be reported to the slider due to, for example, gravity when it is in vertical position, an external drive, additionally imposed on the details of the controlled motion transducer mechanical constraints such as restrictions, for example, by including ' in the design of the transducer parts capable of allowing the rotation of the large eccentric and the shaft only in mutually opposite directions and, thus, including a reciprocating drive when the shaft is rotationally moved. Turning on the reciprocating drive as well as turning it off should occur when the axis of rotation of the crank shaft 9 coincides with the geometric axis of the clown 10 (for example, see figure 6).
Для варианта В примером включения в конструкцию преобразователя деталей, способных допустить вращение большого эксцентрика и вала только во взаимно-противоположных направлениях при незафиксированном приводе возвратно-поступательного движения может служить конструкция, аналогичная приведенной выше для варианта А и изображенная на фигурах 8, 9, 10 и 11. Как видно из вышеприведенного описания, заявляемый управляемый преобразователь движения может изготавливаться на существующей производственной базе.For option B, an example of the inclusion in the design of the converter of parts capable of allowing the rotation of the large eccentric and the shaft only in mutually opposite directions with an unsecured reciprocating drive can serve as a design similar to that described above for option A and shown in figures 8, 9, 10 and 11. As can be seen from the above description, the inventive controlled motion converter can be manufactured on an existing production base.
Принципиально новым элементом, отличающим заявляемую конструкцию от аналогов и прототипа, является возможность управления преобразованием движения для остановки или изменения направления движения деталей механизма при сохранении у вала способности вращаться, например, за счет других приводов. Что дает возможность, например, блокировки и подключения отдельных механизмов, приводимых одним валом или приводящих один вал. Привод, т. е. система управления стопорным устройством преобразователя, может быть ручной, полуавтоматической и автоматической, построенной, например, с использованием микропроцессорных технологий. Представляется целесообразным, при
использовании управляемого преобразователя движения, например в поршневом двигателе, чтобы устройство управления преобразователем движения имело управление логически взаимосвязанное с работой других систем поршневого двигателя или транспортного средства, в котором данный двигатель установлен в качестве привода.A fundamentally new element that distinguishes the claimed design from analogues and prototype is the ability to control the conversion of motion to stop or change the direction of movement of the parts of the mechanism while maintaining the ability of the shaft to rotate, for example, due to other drives. That makes it possible, for example, to lock and connect individual mechanisms driven by a single shaft or leading a single shaft. The drive, i.e. the control system of the locking device of the converter, can be manual, semi-automatic and automatic, built, for example, using microprocessor technologies. It seems appropriate when using a controlled motion converter, for example in a piston engine, so that the motion converter control device has control logically interconnected with the operation of other systems of the piston engine or vehicle in which the engine is installed as a drive.
При этом в управляемый преобразователь движения может быть встроена система технической диагностики для обнаружения и локализации дефектов деталей механизма, для предсказания возможных отклонений в режимах их работы или состояниях. Систему диагностики предпочтительно конструировать с использованием микропроцессорных технологий и измерительных преобразователей, т. е. датчиков, различной природы.At the same time, a technical diagnostic system can be built into the controlled motion transducer to detect and localize defects in mechanism parts, to predict possible deviations in their operating modes or conditions. It is preferable to design a diagnostic system using microprocessor technologies and measuring transducers, i.e., sensors, of various nature.
При этом нет никаких препятствий для организации управления и диагностики, как преобразователя движения, так и поршневого двигателя, посредством телекоммуникационной системы с использованием информационных технологий.At the same time, there are no obstacles to the organization of control and diagnostics, both of the motion transducer and the piston engine, through a telecommunication system using information technology.
Как отмечается в [2], построенные бесшатунные двигатели по сравнению с аналогичными кривошипно-шатунными двигателями равной мощности имеют в несколько раз меньшие гaбapиты», следовательно, создается возможность, применив заявляемое изобретение, создать двигатель, минимизировав один из трех его размеров: или высоту, или длину или ширину. Таким образом, можно создать, например, плоский двигатель, который можно было бы разместить, например, под днищем автомобиля. Отмечаем также, что управляемый преобразователь движения заявляемой конструкции может быть применен, например:As noted in [2], the constructed rodless motors compared to similar crank engines of equal power have several times smaller dimensions, "therefore, it is possible, using the claimed invention, to create an engine by minimizing one of its three dimensions: or height, or length or width. Thus, it is possible to create, for example, a flat engine, which could be placed, for example, under the bottom of the car. We also note that the controlled motion converter of the claimed design can be applied, for example:
- В поршневых двигателях, за счет отключения и включения преобразования движения, отдельными механизмами можно изменять
количество работающих поршней, меняя тем самым другие характеристики двигателя, например - его мощность. Таким образом, появляется возможность создания унифицированных двигателей для различных классов транспортных средств. - В поршневых насосах и компрессорах для изменения производительности при работе от одного привода вращения, т. е. от одного двигателя.- In piston engines, by disabling and enabling motion conversion, individual mechanisms can be changed the number of working pistons, thereby changing other characteristics of the engine, for example, its power. Thus, it becomes possible to create unified engines for various classes of vehicles. - In piston pumps and compressors for changing performance when operating from a single rotation drive, i.e. from a single engine.
- В деревообрабатывающих и металлообрабатывающих станках для получения возможности отключения отдельных режущих инструментов при сохранении вращения приводящего вала с целью изменения способа обработки заготовки, например, для привода резцов в фанерострогальных станках, привода лесопильных станков, привода долбежных станков.- In woodworking and metalworking machines, in order to be able to turn off individual cutting tools while maintaining the rotation of the drive shaft in order to change the processing method of the workpiece, for example, to drive cutters in plywood machines, to drive sawmills, to drive mortising machines.
- В сельскохозяйственном оборудовании в качестве отключаемого привода рабочих органов механизмов. Например, в брикетировщике кормов данный механизм может быть применен для привода штемпеля брикетных камер.- In agricultural equipment as a disconnectable drive of working bodies of mechanisms. For example, in a feed briquetter, this mechanism can be used to drive the stamp of briquette chambers.
- В оборудовании текстильной промышленности для привода механизмов формирования материала, например, для отключения не используемых в работе нитеводителей ткацкого станка.- In the equipment of the textile industry to drive the mechanisms of material formation, for example, to turn off the looms of the loom that are not used in the work.
- Для привода рабочих органов машин, применяемых в горном деле, например, для привода бара во врубовых машинах.- To drive the working bodies of machines used in mining, for example, to drive a bar in cutting machines.
- В гидравлических и пневматических приводах машин, гидравлических и пневматических двигателях, в устройствах преобразования энергии, например, для снятия мощности с поршней машины, преобразующей энергию потока жидкости в механическую энергию ведомого звена типа вала или штока.
- В кузнечно-штамповочном производстве для привода рабочих органов машин, например, для приводов штампов кривошипного пресса, с возможностью отключения отдельных приводов.- In hydraulic and pneumatic drives of machines, hydraulic and pneumatic engines, in energy conversion devices, for example, for removing power from the pistons of a machine that converts the energy of a fluid flow into the mechanical energy of a driven unit such as a shaft or rod. - In the forging industry for the drive of the working bodies of machines, for example, for drives of dies of a crank press, with the possibility of disconnecting individual drives.
Вышеописанные примеры реализации заявляемого изобретения приведены в качестве иллюстрации, и специалистам должно быть понятно, что настоящим заявляется также охрана и иных вариантов реализации, предусматривающих дополнение или замену отдельных элементов механизма, в той мере, в какой такая охрана не превышает объема раскрытия изобретения в формуле изобретения, в описании и чертежах.
The above examples of the implementation of the claimed invention are given by way of illustration, and it should be understood by those skilled in the art that protection is also claimed for other embodiments providing for the addition or replacement of individual elements of the mechanism, insofar as such protection does not exceed the scope of the invention in the claims , in the description and drawings.