Поршневая машина
Машина может быть использована в качестве привода насосов и компрессоров и в качестве двигателя. Коренной вал расположен в подшипниковых опорах качающейся люльки картера, смещен относительно оси ее поворота и кинематически связан с валом отбора мощности поршневой машины. При этом кривошипы коренного вала выполнены с переменной величиной радиуса вращения, а сам коренной вал выполнен в виде валов-дисков с кривошипными коленчатыми валами, снабженными синхронным механизмом их разворота и фиксации относительно валов-дисков с кривошипными отверстиями. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, повышение механического КПД, изменение рабочего объема с постоянной степенью сжатия, создание удобств при обслуживании. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно, к поршневым машинам и в частности, к механизмам поршневого привода. Устройство может быть использовано в насосах, компрессорах и двигателях внутреннего сгорания.
Известны аксиально-поршневые машины, используемые в качестве двигателей внутреннего сгорания, способные осуществлять изменение рабочего объема в цилиндрах с наличием постоянной либо регулируемой степени сжатия. Регулирование рабочего объема в цилиндрах машины осуществляется за счет изменения угла наклона качающейся шайбы, а поддержание постоянной либо регулируемой степени сжатия достигается реверсивным осевым перемещением центрально опоры с качающейся шайбой (1, 2). Основным недостатком данной категории поршневых машин является сложность их конструкции, неудобство компоновки цилиндров для обслуживания и отсутствие преемственности традиционных поршневых машин, используемых в качестве двигателей внутреннего сгорания. Известно устройство поршневой машины с изменяемым рабочим объемом, содержащее блок цилиндра с размещенными в них поршнями с шатунами, шарнирно связанными с ползунами, снабженными направляющими, разворачивающимися в картере. Устройство содержит коренной вал, состоящий из совокупности двухкривошипного коленчатого вала, кинематически связанного с шатунами поршней и с валами-дисками с кривошипными отверстиями, снабженными шестеренчатым механизмом синхронизации (3). К недостаткам данного устройства поршневой машины относится сложность ее конструкции, переменность степени сжатия при изменении рабочего объема и низкий механический КПД вследствие постоянного трения ползунов о направляющие при работе. Звездообразная компоновка цилиндров машины создает неудобство в обслуживании во время эксплуатации при использовании поршневой машины в качестве двигателя внутреннего сгорания для наземных транспортных средств. Главной задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение механического КПД, изменение рабочего объема с постоянной степенью сжатия и создание удобств при обслуживании. Сущность изобретения заключается в том, что валы-диски с кривошипными отверстиями, являющиеся неотъемлемой частью коренного вала, снабжены шестеренчатым механизмом синхронизации, установлены в подшипниковых опорах качающейся люльки картера и кинематически связаны с валом его отбора мощности. При этом валы-диски с кривошипными отверстиями попарно связаны кинематически однокривошипными коленчатыми валами, снабженными синхронным механизмом их разворота и фиксации относительно валов-дисков с кривошипными отверстиями, общая ось вращения которых смещена относительно оси поворота люльки. Качающаяся люлька, установленная в коренных подшипниковых опорах картера, снабжена управляемым механизмом углового ее поворота. Дополнительной задачей изобретения является создание упрощенной конструкции синхронного механизма разворота и фиксации однокривошипных коленчатых валов коренного вала относительно валов-дисков с кривошипными отверстиями. Предлагается два варианта решения дополнительной задачи. Сущность первого варианта решения дополнительной задачи заключается в том, что синхронный механизм разворота и фиксации однокривошипных коленчатых валов относительно валов-дисков с кривошипными отверстиями выполнен в виде планетарных передач, центральные колеса которых снабжены зубчатым венцом с внутренним и наружным зацеплением и свободно установлены на валах-дисках с кривошипными отверстиями, а сателлиты, взаимодействующие с внутренними зубьями центральных колес, жестко связаны с однокривошипными коленчатыми валами. Механизм синхронизации планетарных передач выполнен в виде общего вала с жестко установленными на нем зубчатыми колесами, находящимися в зацеплении с наружными зубьями центральных колес планетарных передач. При этом шестеренчатый механизм синхронизации планетарных передач и шестеренчатый механизм синхронизации валов-дисков с кривошипными отверстиями выполнены с одинаковым передаточным отношением и связаны между собой устройством относительного реверсивного углового смещения их зубчатых колес. Устройство реверсивного относительного углового смещения зубчатых колес двух механизмов синхронизации коренного вала машины выполнено в виде аксиально-подвижного косозубого зубчатого колеса, установленного на шлицевом валу одного из механизмов синхронизации и находящегося в зацеплении с широковенцовым косозубым зубчатым колесом второго механизма синхронизации. Второй вариант решения дополнительной задачи отличается от первого тем, что валы-диски с кривошипными отверстиями коренного вала вместо планетарных передач снабжены свободно-подвижными венцовыми зубчатыми колесами с шестеренчатым механизмом синхронизации и связаны с однокривошипными коленчатыми валами кривошипно-шатунными механизмами. На фиг. 1 изображена развернутая кинематическая схема поршневой машины с изменяемым рабочим объемом и постоянной степенью ее сжатия; на фиг. 2 - кинематическая схема, поперечный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - развернутая кинематическая схема 2-го варианта качающейся люльки машины; на фиг. 4 - кинематическая схема, поперечный разрез Б-Б на фиг. 3. Поршневая машина с регулируемым рабочим объемом и постоянной степенью сжатия, представленная на фиг. 1, 2, содержит картер 1 с цилиндрами 2, несущими поршни 3 с шатунами 4. В коренных подшипниковых опорах картера 1 установлена качающаяся люлька 5, в подшипниковых опорах которой расположены выходные 6 и промежуточные 7 валы-диски с кривошипными отверстиями коренного вала. При этом ось вращения выходных 6 и промежуточных 7 валов-дисков с кривошипными отверстиями смещена относительно оси поворота качающейся люльки 5 на величину r. На выходных 6 и промежуточных 7 валах-дисках с кривошипными отверстиями установлены подвижно центральные колеса 7 планетарных передач с зубчатым венцом внутреннего и наружного зацепления. Выходные 6 и промежуточные 7 валы-диски с кривошипными отверстиями попарно связаны кинематически однокривошипными коленчатыми валами 9, а промежуточные 7 валы-диски с кривошипными отверстиями попарно связаны кинематически однокривошипным коленчатым валом 10. На коренных шейках однокривошипных кривошипных коленчатых валов 9 и 10 жестко установлены сателлиты 11, находящиеся в зацеплении с подвижными центральными колесами 8 планетарных передач выходных и промежуточных 6, 7 валов-дисков с кривошипными отверстиями. Шатунные шейки однокривошипных коленчатых валов 9 и 10 кинематически связаны с шатунами 4. Зубчатые венцы 12 жестко установлены на выходных 6 и промежуточных 7 валах-дисках с кривошипными отверстиями, синхронная связь между которыми обеспечивается взаимодействием зубчатых венцов 12 с общим валом 14 посредством зубчатых колес 15. Синхронная связь между однокривошипными коленчатыми валами 9 и 10 обеспечивается посредством планетарных передач, центральных их зубчатых колес 8, взаимодействующих внешними зубьями с зубчатыми колесами 15 общего вала 16, используя промежуточные свободно-вращающиеся на валу 13 сдвоенные блоки шестерен 17. Таким образом выходные 6 и промежуточные 7 валы-диски с кривошипными отверстиями и однокривошипные коленчатые валы 9 и 10 качающейся люльки 5 снабжены шестеренчатыми механизмами синхронизации с одинаковыми передаточными отношениями. Механизм реверсивного относительного углового смещения общих валов 13 и 16 выполнен в виде аксиально-подвижного косозубого зубчатого колеса 18, установленного на шлицах общего вала 16 и находящегося в зацеплении с широковенцовым косозубым зубчатым колесом 19, жестко связанным с общим валом 13. Механизм перемещения аксиально-подвижного косозубого зубчатого колеса 18 по шлицам общего вала 16 на схеме не показан. Поворот люльки 5 в коренных подшипниковых опорах картера 1 осуществляется гидроцилиндром 20 посредством кривошипно-шатунного механизма 21. В подшипниковых опорах картера 1 соосно оси качания люльки 5 установлен вал отбора мощности 22 с зубчатым колесом внутреннего зацепления 23, кинематически связанным с шестерней 24, установленной на выходном валу-диске 6 с кривошипными отверстиями. Как следует из фиг.2, радиус вращения R шатунных шеек однокривошипых коленчатых валов 9 и 10 изменяется в зависимости от угла поворота![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
Формула изобретения
1. Поршневая машина, содержащая блок-картер с рядным расположением цилиндров, размещенные в цилиндрах поршни с шатунами, механизм регулирования хода поршней и коренной вал, снабженный валами-дисками с кривошипными отверстиями, оснащенными шестеренчатым механизмом их синхронизации и кинематически связанным с шатунами поршней посредством коленчатого вала, отличающаяся тем, что валы-диски с кривошипными отверстиями расположены в подшипниковых опорах качающейся люльки и кинематически связаны с валом отбора мощности, размещенным в блоке-картере, а качающаяся люлька установлена в коренных подшипниковых опорах блока-картера и снабжена управляемым механизмом углового ее поворота, при этом общая ось вращения валов-дисков с кривошипными отверстиями смещена относительно оси поворота качающейся люльки, причем валы-диски с кривошипными отверстиями качающейся люльки попарно кинематически соединены однокривошипными коленчатыми валами, снабженными механизмами из разворота и связанными между собой шестеренчатым механизмом синхронизации, передаточное отношение которого равно передаточному отношению механизма синхронизации валов-дисков с кривошипными отверстиями, а механизм регулирования ходка поршней выполнен в виде устройства реверсивного относительного фиксированного углового смещения валов шестеренчатых механизмов синхронизации валов-дисков с кривошипными отверстиями и механизмов разворота однокривошипных коленчатых валов. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что механизмы разворота однокривошипных коленчатых валов выполнены в виде однорядных планетарных передач, содержащих центральные зубчатые колеса внутреннего зацепления, свободно установленные на валах-дисках с кривошипными отверстиями, а взаимодействующие с центральными зубчатыми колесами сателлиты жестко установлены на коренных шейках однокривошипных коленчатых валов. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что механизмы разворота однокривошипных коленчатых валов выполнены в виде кривошипно-шатунных механизмов с кривошипами, жестко установленными на однокривошипных коленчатых валах, и с шатунами, шарнирно связанными с венцовыми зубчатыми колесами, свободно установленными на валах-дисках с кривошипными отверстиями. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что устройство реверсивного относительного фиксированного углового смещения валов шестеренчатых механизмов синхронизации выполнено в виде аксиально-подвижной двухвенцовой вал-шестерни, один из зубчатых венцов которой находится в зацеплении с зубчатым колесом механизма синхронизации механизмов разворота однокривошипных коленчатых валов, а второй зубчатый венец вал-шестерни находится в зацеплении с зубчатым колесом механизма синхронизации валов-дисков с кривошипными отверстиями, при этом как минимум один из венцов двухвенцовой вал-шестерни выполнен косозубым.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4