WO2022191737A1 - Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней в аксиальных машинах - Google Patents
Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней в аксиальных машинах Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022191737A1 WO2022191737A1 PCT/RU2021/050348 RU2021050348W WO2022191737A1 WO 2022191737 A1 WO2022191737 A1 WO 2022191737A1 RU 2021050348 W RU2021050348 W RU 2021050348W WO 2022191737 A1 WO2022191737 A1 WO 2022191737A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- pistons
- bearings
- bearing housing
- crankshaft
- trunnions
- Prior art date
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F01B3/02—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis with wobble-plate
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/26—Engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main-shaft axis; Engines with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main-shaft axis
Definitions
- the invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to axial piston motor building, and in particular to mechanisms for converting the reciprocating motion of pistons into rotational motion of the crankshaft in axial engines and compressors, in which the cylinders are located around the axis of rotation of the crankshaft.
- the closest in terms of a set of essential features is the mechanism for converting the reciprocating motion of pistons into rotational motion of the shaft in axial machines (RF patent 2503818, IPC F01B 3/02, F02B 75/26, publ. 10.01.2014), according to which the mechanism contains the yoke of the cross, which is attached to the cylinder block, the trunnions of the trunnion are inserted into the lugs of the yoke of the yoke through the rolling bearings, the other pair of trunnions of the cross is inserted through the rolling bearings into the lugs of the swash plate, the swash plate precession occurs around the center of the cross, at some distance from the center of the precession - in the area At the bottom of the crankshaft there is a spherical bearing through which the swash plate transmits forces to the inclined journal of the crankshaft.
- the crosspiece is a part through which torque is transmitted in the cardan shafts and is included in the design of the Hooke hinge, which in turn is connected to the shaft by means of splines, and the forces acting on the trunnions lie in the plane of the intersecting axes of the trunnions.
- the crosspiece additionally receives the load from the gas forces acting on the pistons along the axis of the engine and, ultimately, on a pair of trunnions included in the swash plate.
- Another pair of trunnions of the cross which is included in the lugs of the earring of the cross, fends off these forces with forces equal in magnitude, but directed in the opposite direction.
- the technical problem to be solved by the invention is to increase the compactness of the engine, reduce its weight and midsection, which is especially important for aircraft engines, increase the mechanical efficiency - the connecting rods deviate from the cylinder axis by an angle close to 1 °, i.e. the piston practically does not pressed against the wall of the cylinder by gas forces.
- the problem becomes solvable due to the fact that fundamentally two new parts appear in the power circuit in comparison with the prototype: the base and the bearing housing instead of the cross and cross earrings.
- the technical result of the claimed technical solution is to increase the reliability and efficiency of the mechanism by reducing the dimensions and weight due to the reduction in the distance between the pins, and hence the bending stresses, since the shoulders of the forces are reduced - the mechanism becomes more rigid.
- the mechanism for converting the reciprocating movement of the pistons into the rotational movement of the shaft in an axial piston machine containing a crankshaft with an inclined neck, a support installed in the housing coaxially with the shaft and a swash plate associated with the pistons and with an inclined neck shaft, additionally contains a bearing housing with seats for their installation, moreover, the swash plate also has seats for installing bearings, and a base is used as a support, having a flange with holes for attaching to the cylinder block of an axial piston machine, a stepped cylindrical section with reinforcement, in in which a pair of coaxial trunnions are placed for fitting the inner races of the bearings, through the outer races of the bearings, the trunnions of the base are connected to the sockets of the bearing housing, and on the axis perpendicular to the axis of the sockets of the bearing housing, trunnions are also made for fitting the inner races of the bearings, through the outer races of
- Fig. 1 - shows an axial piston internal combustion engine, a longitudinal section; in fig. 2 - the transformation mechanism is presented; in fig. 3 - the main component (base) of the mechanism is presented; in fig. 4 - the housing of the bearings of the mechanism is presented (the main component); in fig. 5 - the swing washer of the mechanism is presented; in fig. 6 - the crankshaft of the mechanism is presented.
- the design of an axial piston internal combustion engine consists of a block of cylinders (1) with pistons (2) placed in them. Each piston is pivotally connected to one end of the connecting rod (3), the other end of which is pivotally connected to the swash plate (4) of the conversion mechanism.
- the mechanism contains a base (5), a bearing housing (6) and a crankshaft (7).
- the base (5) consists of a flange (8) for fastening to the cylinder block, a cylindrical section (9) and a reinforcement (10) with trunnions (11) for fitting the inner bearing races.
- the bearing housing (6) contains sockets (12) for installing the outer races of bearings and pins (13) made on an axis perpendicular to the axis of the sockets (12) for bearings.
- the rocking washer (4) also contains sockets (14) for installing the outer races of the bearings, in which the pins (13) of the bearing housing (6) are installed.
- the mechanism for converting the reciprocating motion of the pistons into the rotational motion of the crankshaft of an axial piston machine in the engine mode operates as follows.
- the pressure from the hot gases in the cylinder block (1) acts on the pistons. Forces from hot gases arising on the pistons are transmitted through the connecting rods (3) to the rocking washer (4) and through it act on the inclined neck (15) of the crankshaft (7), causing it to rotate. The translational movement of the pistons causes a complex rocking motion of the swash plate (4), which is converted into a rotational motion of the crankshaft (7).
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к аксиальному поршневому моторостроению, а именно к механизмам преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала в аксиальных двигателях и компрессорах, у которых цилиндры расположены вокруг оси вращения коленчатого вала. Конструкция аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания состоит из блока цилиндров (1) с размещенными в них поршнями (2). Каждый поршень шарнирно соединен с одним концом шатуна (3), другой конец которого шарнирно соединен с качающейся шайбой (4) механизма преобразования. Механизм содержит базу (5), корпус подшипников (6) и коленчатый вал (7). Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности и эффективности работы механизма за счет снижения габаритов и массы, повышения жёсткости.
Description
МЕХАНИЗМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ПОРШНЕЙ В АКСИАЛЬНЫХ МАШИНАХ
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к аксиальному поршневому моторостроению, а именно к механизмам преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала в аксиальных двигателях и компрессорах, у которых цилиндры расположены вокруг оси вращения коленчатого вала.
Аксиальная схема объёмной поршневой машины позволяет изменять ход поршня - рабочий объём и степень сжатия (Журнал Автомобильная промышленность «Аксиальный ДВС» N°6/ 1992г. N°5/ 1993т). Более ста лет инженеры пытаются воплотить данную схему двигателя в жизнь. Причинами неудач являются порочные механизмы преобразования возвратно - поступательного движения во вращательное применяемые в данных моторах, поршни в цилиндре работают штатно. С точки зрения удельных нагрузок в контактных парах, наиболее перспективными являются механизмы с качающейся шайбой. С 70-х годов прошлого века в теоретической механике стали чётко различать механизмы с косой или наклонной шайбой и качающейся шайбой. Во всех аксиальных машинах поршни с качающейся шайбой связаны штоками - шатунами через сферические шарниры, а коленчатые валы выполнены с наклонной кривошипной шейкой.
Известна аксиально-поршневая машина (патент РФ 2030610, МПК F02B 75/26, опубл. 10.03.1995), в механизме которой применена чашеобразная качающаяся шайба с опорой на сферу, вокруг центра которой происходит прецессия, на некотором расстоянии от центра прецессии - в области дна чаттти находится сферический подшипник, через который качающаяся шайба передаёт усилия на наклонную шейку коленчатого вала.
Применять сферу в качестве опоры качающейся шайбы нецелесообразно, т. к. образуется лишняя степень свободы - вращение вокруг оси двигателя. В данном устройстве её парируют двойным шарниром Гука - универсальным. Недостаток данной конструкции усиливается отверстием в опорной сфере для прохода через неё коленчатого вала, что существенно снижает полезную площадь опоры качающейся шайбы, т. е. в данном месте возникнут высокие удельные нагрузки.
Наиболее близким по набору существенных признаков является механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиальных машинах (патент РФ 2503818, МПК F01B 3/02, F02B 75/26, опубл. 10.01.2014 г.), согласно которому механизм содержит серьгу крестовины, которая крепится к блоку цилиндров, в проушины серьги крестовины через подшипники качения вставлены цапфы крестовины, другая пара цапф крестовины через подшипники качения вставлена в проушины качающейся шайбы, вокруг центра крестовины происходит прецессия качающейся шайбы, на некотором расстоянии от центра прецессии - в области дна чатттн находится сферический подшипник через который качающаяся шайба передаёт усилия на наклонную шейку коленчатого вала.
В абсолютном большинстве механизмов крестовина является деталью, через которую передаётся крутящий момент в карданных валах и входит в конструкцию шарнира Гука, который в свою очередь соединён с валом посредством шлиц, и силы, действующие на цапфы, лежат в плоскости пересекающихся осей цапф. В конструкции аналога крестовина воспринимает дополнительно нагрузку от газовых сил, действующих на поршни вдоль оси двигателя и в конечном итоге на пару цапф, входящих в качающуюся шайбу. Другая пара цапф крестовины, входящая в проушины серьги крестовины, парирует данные силы силами, равными по величине, но направленными в противоположном направлении. В центре крестовина имеет отверстие для свободного прохождения коленчатого вала, что вынуждает разнести цапфы
друг от друга. Массив металла между цапфами крестовины должен надёжно передавать силы, действующие на цапфы. Этими факторами обусловлены габариты крестовины.
Опыт изготовления, сборки и эксплуатации показал некоторые слабые места конструкции - сложность центровки, регулировки зазора-натяга по коническим роликам и главное - удержание полученных результатов в исходном состоянии при работе. Нарушение регулировок происходило в большей степени по вине вспомогательных деталей. Основные детали сохраняли свою работоспособность. При всем при этом, массивная крестовина с отверстием в центре для прохода коленчатого вала и подшипники на цапфах определяют габариты остальных деталей - серьги крестовины и качающейся шайбы, что не дает сделать механизм более компактным.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является увеличение компактности двигателя, снижения его массы и миделя, что особенно важно для авиационных моторов, повышения механического КПД - шатуны отклоняются от оси цилиндра на угол близкий к 1°, т. е. поршень практически не прижимается газовыми силами к стенке цилиндра. Проблема становится решаемой за счёт того, что в силовой схеме появляются принципиально две новые детали в сравнении с прототипом: база и корпус подшипников взамен серьги крестовины и крестовины.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности и эффективности работы механизма за счет снижения габаритов и массы ввиду сокращения расстояний между цапфами, а значит и изгибных напряжений, т. к. плечи действия сил уменьшаются - механизм становится более жёстким.
Технический результат достигается за счет того, что механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиально -поршневой машине, содержащий коленчатый вал с наклонной шейкой, опору, установленную в корпусе соосно с валом и качающуюся шайбу, связанную с поршнями и с наклонной шейкой
вала, дополнительно содержит корпус подшипников с гнездами для их установки, причем качающаяся шайба также имеет гнезда для установки подшипников, а в качестве опоры использована база, имеющая фланец с отверстиями для крепления к блоку цилиндров аксиально -поршневой машины, ступенчатый цилиндрический участок с усилением, в котором размещены пара соосных цапф для посадки внутренних обойм подшипников, через наружные обоймы подшипников цапфы базы связаны с гнездами корпуса подшипников, а на оси перпендикулярной оси гнезд корпуса подшипников также выполнены цапфы для посадки внутренних обойм подшипников, через наружные обоймы подшипников цапфы корпуса подшипников связаны с гнездами качающейся шайбы, при этом качающаяся шайба имеет две степени свободы вокруг осей корпуса подшипников и возможность равномерной прецессии относительно оси вала.
Наличие базы с фланцем и цапфами позволяет разместить подшипники более компактно, что повышает эффективность работы механизма.
Совокупность использования базы, корпуса подшипников и качающейся шайбы, а также их эффективного расположения друг относительно друга с помощью подшипников, позволяет также повысить надежность данного технического решения.
Заявленное техническое решение характеризуется следующими чертежами: на фиг. 1 - изображен аксиально -поршневой двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг. 2 - представлен механизм преобразования; на фиг. 3 - представлена основная составляющая (база) механизма; на фиг. 4 - представлен корпус подшипников механизма (основная составляющая) ; на фиг. 5 - представлена качающаяся шайба механизма; на фиг. 6 - представлен коленчатый вал механизма.
Конструкция аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания состоит из блока цилиндров (1) с размещенными в них поршнями (2). Каждый поршень шарнирно соединен с одним концом шатуна (3), другой конец которого шарнирно соединен с качающейся шайбой (4) механизма преобразования. Механизм содержит базу (5), корпус подшипников (6) и коленчатый вал (7). База (5) состоит из фланца (8) для крепления с блоком цилиндров, цилиндрического участка (9) и усиления (10) с цапфами (11) для посадки внутренних обойм подшипников. Корпус подшипников (6) содержит гнезда (12) для установки наружных обойм подшипников и цапфы (13), выполненные на оси перпендикулярной оси гнезд (12) для подшипников. Качающаяся шайба (4) содержит также гнезда (14) для установки наружных обойм подшипников, в которые установлены цапфы (13) корпуса подшипников (6).
Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала аксиально -поршневой машины в режиме двигателя работает следующим образом.
Давление от горячих газов в блоке цилиндров (1) воздействует на поршни. Усилия от горячих газов, возникающие на поршнях, через шатуны (3) передаются на качающуюся шайбу (4) и через нее воздействуют на наклонную шейку (15) коленчатого вала (7), заставляя его вращаться. Поступательное перемещение поршней вызывает сложное качательное движение качающующейся шайбы (4), которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала (7). Вокруг точки пересечения осей корпуса подшипников (6), происходит прецессия качающейся шайбы (4), на некотором расстоянии от центра прецессии - в области дна шайбы (16) находится сферический подшипник через который качающаяся шайба (4) передаёт усилия на наклонную шейку (15) коленчатого вала (7), таким образом механизм обеспечивает равномерную прецессию при равномерном вращении коленчатого вала.
Claims
Формула изобретения
Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиально-поршневой машине, содержащий коленчатый вал с наклонной шейкой, опору, установленную в корпусе соосно с валом, качающуюся шайбу, связанную с поршнями и с наклонной шейкой вала, отличающийся тем, что механизм дополнительно содержит корпус подшипников с гнездами для их установки, причем качающаяся шайба также имеет гнезда для установки подшипников, а в качестве опоры использована база, имеющая фланец с отверстиями для крепления к блоку цилиндров аксиально -поршневой машины, ступенчатый цилиндрический участок с усилением, в котором размещены пара соосных цапф для посадки внутренних обойм подшипников, через наружные обоймы подшипников цапфы базы связаны с гнездами корпуса подшипников, а на оси перпендикулярной оси гнезд корпуса подшипников также выполнены цапфы для посадки внутренних обойм подшипников, через наружные обоймы подшипников цапфы корпуса подшипников связаны с гнездами качающейся шайбы, при этом качающаяся шайба имеет две степени свободы вокруг осей корпуса подшипников и возможность равномерной прецессии относительно оси вала.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105873 | 2021-03-09 | ||
| RU2021105873A RU2764854C1 (ru) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиальных машинах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022191737A1 true WO2022191737A1 (ru) | 2022-09-15 |
Family
ID=80445300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2021/050348 WO2022191737A1 (ru) | 2021-03-09 | 2021-10-20 | Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней в аксиальных машинах |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2764854C1 (ru) |
| WO (1) | WO2022191737A1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2424660A (en) * | 1945-05-07 | 1947-07-29 | Frank C Howard | Wobble plate engine |
| FR2277233A1 (fr) * | 1974-07-05 | 1976-01-30 | Girodin Marius | Moteur a cylindree variable |
| WO1992011450A1 (en) * | 1990-12-17 | 1992-07-09 | Tsentralny Nauchno-Issledovatelsky Avtomobilny I Avtomotorny Institut | Axial-piston machine |
| RU2030610C1 (ru) * | 1990-10-02 | 1995-03-10 | Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт | Аксиально-поршневая машина |
| RU2503818C2 (ru) * | 2012-02-01 | 2014-01-10 | Игорь Викторович Ниппард | Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиальных машинах |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US242660A (en) * | 1881-06-07 | Hbevet law |
-
2021
- 2021-03-09 RU RU2021105873A patent/RU2764854C1/ru active
- 2021-10-20 WO PCT/RU2021/050348 patent/WO2022191737A1/ru active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2424660A (en) * | 1945-05-07 | 1947-07-29 | Frank C Howard | Wobble plate engine |
| FR2277233A1 (fr) * | 1974-07-05 | 1976-01-30 | Girodin Marius | Moteur a cylindree variable |
| RU2030610C1 (ru) * | 1990-10-02 | 1995-03-10 | Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт | Аксиально-поршневая машина |
| WO1992011450A1 (en) * | 1990-12-17 | 1992-07-09 | Tsentralny Nauchno-Issledovatelsky Avtomobilny I Avtomotorny Institut | Axial-piston machine |
| RU2503818C2 (ru) * | 2012-02-01 | 2014-01-10 | Игорь Викторович Ниппард | Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиальных машинах |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2764854C1 (ru) | 2022-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2447499B1 (en) | Internal combustion engine | |
| GB2470808A (en) | Positive Displacement Machines with balanced hypocycloidal drive | |
| RU2213227C2 (ru) | Поршневая машина с бесшатунным механизмом | |
| US6349679B1 (en) | Circularly-curved piston engine | |
| US6003480A (en) | Wobble plate engine | |
| RU2764854C1 (ru) | Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиальных машинах | |
| EP0563378B1 (en) | Axial-piston machine | |
| US6435145B1 (en) | Internal combustion engine with drive shaft propelled by sliding motion | |
| JP4331588B2 (ja) | 往復動圧縮機 | |
| US6334423B1 (en) | Reciprocating piston engine and its link mechanism | |
| JP2007524026A (ja) | ハイブリッド摂動ポンプ | |
| RU2503818C2 (ru) | Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиальных машинах | |
| US3133447A (en) | Reciprocating engine or pump | |
| JP4653511B2 (ja) | クランク機構、およびこのクランク機構を利用した圧縮機またはポンプ | |
| RU51110U1 (ru) | Аксиально-поршневой двигатель | |
| RU2268366C2 (ru) | Аксиально-поршневой двигатель с противоположно движущимися поршнями | |
| RU2030610C1 (ru) | Аксиально-поршневая машина | |
| RU2046968C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями | |
| RU2269663C2 (ru) | Поршневая машина | |
| RU2033543C1 (ru) | Поршневой двигатель | |
| US8424400B2 (en) | Crank-and-rocker piston machine | |
| RU2125162C1 (ru) | Поршневой двигатель сахарнова | |
| RU36474U1 (ru) | Механизм взаимного преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное | |
| RU2064056C1 (ru) | Рычажный аксиальный двигатель | |
| RU2044127C1 (ru) | Поршневая машина |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21930509 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21930509 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |