БЕСШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ

Название	БЕСШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ
Разработчик (Авторы)	Волков Глеб Юрьевич, Курасов Дмитрий Алексеевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2345259
Дата регистрации	16.07.2007
Правообладатель	Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курганский государственный университет
Область применения (класс МПК)	F16H 21/18 (2006.01) F16H 21/16 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к поршневым машинам и может быть использовано для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала и наоборот двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и насосов.

Известен бесшатунный механизм (Баландин С.С.Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1968, с.14 рис.11а., А.с.118471 СССР), содержащий корпус, кривошипный вал, установленный на нем своими коренными шейками, «планетарный» коленчатый вал с плечом эксцентричных шеек, равным плечу кривошипа, ползуны, выполненные в виде двух поршней, объединенных общим штоком, который в средней своей части шарнирно связан с соответственной шатунной шейкой коленчатого вала. Причем ось шарнира ползуна движется в плоскости, проходящей через ось коренных шеек кривошипного вала. Кривошипный вал состоит из двух кривошипов, согласованное вращение которых обеспечено наличием синхронизирующего вала, связанного с каждым из кривошипов одинаковой зубчатой передачей. Недостатки данного устройства: 1) наличие кривошипного вала с одним коленом вызывает значительный по величине дисбаланс системы, компенсация которого требует массивных противовесов, утяжеляющих конструкцию; 2) наличие соединительного синхронизирующего вала с зубчатыми передачами усложняет конструкцию механизма; 3) обязательное требование спаренных поршней ограничивает компоновочные возможности устройства.

В другом варианте бесшатунного механизма (Баландин С.С.Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1968, с.14 рис.11в) «планетарный» коленчатый вал заменен «планетарным» эксцентриковым блоком. Это позволило выполнить кривошипный вал в виде единого звена и исключить синхронизирующий вал с зубчатыми передачами, но потребовало увеличения диаметров шарниров, связывающих эксцентричные шейки «планетарного» блока с ползунами. При этом данные шарниры неизбежно должны быть выполнены в виде подшипников качения.

В бесшатунном механизме (Баландин С.С.Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1968, с.14 рис.11б) кривошипный вал выполнен из двух половин, которые связаны между собой не специальным соединительным валом, а установленными на них шестернями, взаимодействующими с внутренними зубчатыми венцами, выполненными на корпусе механизма, имеющими вдвое большее число зубьев, чем эти шестерни. В отличие от предыдущего, это устройство не требует обязательного наличия сдвоенных поршней.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное поршневой машины (А.с.2107204 РФ), содержащий корпус, ползуны, выполненные в виде сдвоенных, оппозитно расположенных поршней с общим штоком, кривошипный вал, ось коренных шеек которого перпендикулярна линии движения ползунов, установленный на нем «планетарный» эксцентриковый блок, эксцентричные шейки которого посредством подшипников качения шарнирно связаны с ползунами. Причем оси шарниров ползунов движутся в плоскости, проходящей через оси коренных шеек кривошипного вала. Плечо кривошипного вала равно эксцентриситету шеек «планетарного» эксцентрикового блока. «Планетарный» эксцентриковый блок связан с корпусом зубчатой передачей, шестерня которой закреплена на блоке, а имеющее вдвое большее количество зубьев колесо с внутренними зубьями установлено в корпусе. Наличие зубчатой передачи делает необязательным выполнение поршней сдвоенными. Недостатком данного механизма является то, что наличие кривошипного вала с одним коленом вызывает значительный по величине дисбаланс системы, компенсация которого требует массивных противовесов, утяжеляющих конструкцию. Кроме того, конструкция усложнена наличием нетехнологичного «планетарного» эксцентрикового блока.

Для устранения этих недостатков в бесшатунном механизме для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, содержащем корпус с направляющими для ползунов, коленчатый вал, ось коренных шеек которого расположена в корпусе перпендикулярно направляющим ползунов, ползуны, имеющие для взаимодействия с коленчатым валом цилиндрические отверстия, оси которых параллельны оси коренных шеек коленчатого вала и движутся в плоскости, проходящей через эту ось, зубчатую передачу внутреннего зацепления, число зубьев шестерни которой вдвое меньше числа зубьев внутреннего венца, эксцентричные шейки коленчатого вала выполнены в виде шестерен с внешними зубьями, цилиндрические отверстия ползунов выполнены в виде зубчатых венцов с внутренними зубьями, которые находятся в зацеплении с шестернями коленчатого вала, в свободном пространстве между шестерней и зубчатым венцом отверстия ползуна помещена система тел качения, обеспечивающих их постоянное прижатие.

Совокупность указанных обстоятельств приводит к тому, что в организации плоскопараллельного движения ползуна не требуется второго ползуна, расположенного в перпендикулярной плоскости. Это делает возможным выполнять коленчатый вал не только в форме кривошипного вала с одним коленом, но и с любым расположением эксцентриковых шеек, в том числе с симметричным. За счет этого устраняется главный компонент неуравновешенности механизма. Кроме того, устраняется нетехнологичное звено - эксцентриковый блок и игольчатые подшипники в шарнирах, связывающих его с ползуном.

Для упрощения условий работы зубчатой передачи эксцентричные шейки коленчатого вала и отверстия ползунов, помимо эвольвентных прямозубых зубчатых венцов, содержат опорные дорожки качения, имеющие диаметры, близкие или равные диаметрам соответственных начальных окружностей зубчатых венцов.

В одном конструктивном варианте предлагаемого устройства система тел качения содержит три промежуточных зубчатых колеса, имеющих также опорные дорожки качения: одно - центральное, взаимодействующее с шестерней, и два - периферийных, взаимодействующих с зубчатым венцом отверстия ползуна и центральным промежуточным телом качения.

В другом конструктивном варианте бесшатунного механизма система тел качения содержит три промежуточных ролика: один - центральный, взаимодействующий с опорными дорожками шестерни, и два - периферийных, взаимодействующих с опорными дорожками отверстия ползуна и центральным промежуточным роликом, а также поводок, шарнирно связанный с осями периферийных тел качения и фиксирующий расстояние между ними.

Для увеличения числа поршней бесшатунного механизма ползуны выполнены в виде сдвоенных оппозитно расположенных поршней, связанных общим штоком, и имеют звездообразное расположение, симметричное относительно оси коленчатого вала.

Для использования бесшатунного механизма в двигателях с рядным расположением цилиндров все ползуны расположены в одной плоскости, проходящей через ось коленчатого вала.

На фиг.1 показан общий вид бесшатунного механизма для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное со звездообразным расположением ползунов, симметрично относительно оси коленчатого вала; на фиг.2 - его разрез по А-А; на фиг.3 показан общий вид бесшатунного механизма с расположением всех ползунов в одной плоскости, проходящей через ось коленчатого вала; на фиг.4 - его разрез по Б-Б.

Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, показанный на фиг.1 и 2, содержит корпус 1 с направляющими 2 для ползунов, коленчатый вал 3, ось 4 коренных шеек которого расположена в корпусе 1 перпендикулярно направляющим 2 ползунов, ползуны 5, имеющие для взаимодействия с коленчатым валом 3 цилиндрические отверстия 6, оси которых параллельны оси 4 коренных шеек коленчатого вала 3 и движутся в плоскости, проходящей через эту ось. Эксцентричные шейки 7 коленчатого вала 3 выполнены в виде шестерен 8 с внешними зубьями, а цилиндрические отверстия 6 ползунов 5 выполнены в виде зубчатых венцов 9 с внутренними зубьями, которые находятся в зацеплении с шестернями 8 коленчатого вала 3. Число зубьев шестерни 8 вдвое меньше числа зубьев внутреннего венца 9, а начальный диаметр шестерни 8 вдвое больше эксцентриситета шеек 7 коленчатого вала 3. В свободном пространстве между шестерней 8 и зубчатым венцом 9 отверстия 6 ползуна 5 помещена система тел качения, обеспечивающих постоянное прижатие зубьев. Эксцентричные шейки 7 коленчатого вала 3 и отверстия 6 ползунов 5, помимо эвольвентных прямозубых зубчатых венцов, содержат опорные дорожки качения К и L, имеющие диаметры, близкие или равные диаметрам соответственных начальных окружностей зубчатых венцов. При этом система тел качения содержит три промежуточных гладких ролика: один 10 - центральный, взаимодействующий с опорными дорожками шестерни 8, и два 11 - периферийных, взаимодействующих с опорными дорожками отверстия 6 ползуна 5 и центральным промежуточным роликом 10, а также поводок 12, шарнирно связанный с осями 13 периферийных тел качения с помощью гаек 14 и фиксирующий расстояние между ними. Ползуны 5 выполнены в виде сдвоенных оппозитно расположенных поршней 15, связанных общим штоком, и имеют звездообразное расположение, симметричное относительно оси 4 коленчатого вала 3.

Бесшатунный механизм работает следующим образом. При повороте коленчатого вала 3 шестерня 8, зафиксированная на его эксцентричных шейках 7, обкатывается по опорным дорожкам качения и зубчатому венцу 9 с внутренними зубьями цилиндрического отверстия 6. Система тел качения, состоящая из трех гладких роликов, расположенная между эксцентричной шейкой 7 и отверстием 6, служит для постоянного прижатия зубьев шестерни 8 и венца 9. При этом ползуны 5, выполненные в виде сдвоенных оппозитно расположенных поршней 15 и соединяющего их штока, совершают возвратно-поступательное движение.

Бесшатунный механизм, показанный на фиг.3 и 4 отличается от предыдущего тем, что система тел качения содержит три промежуточных зубчатых колеса, имеющих также опорные дорожки качения: одно 16 - центральное, взаимодействующее с шестерней 8, и два 17 - периферийных, взаимодействующих с зубчатым венцом 9 отверстия 6 ползуна 5 и центральным промежуточным телом качения 16. При этом оси отверстий 6 всех ползунов 5 расположены в одной плоскости, проходящей через ось 4 коленчатого вала 3.

Работа данного устройства осуществляется аналогично, но ползуны 5 совершают вертикальное движение в одной плоскости, проходящей через ось 4 коленчатого вала 3.

Предлагаемое устройство позволяет улучшить компоновочные условия поршневой машины, сократить размеры корпуса, максимально приблизить к валу цилиндры, благодаря чему уменьшаются поперечные габариты машины. Имеется возможность наращивания мощности машины за счет увеличения числа цилиндров на коленчатом валу. Кроме того, по сравнению с прототипом достоинством предлагаемого механизма является уравновешенность его основных звеньев и простота конструкции.

Формула изобретения

1. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, содержащий корпус с направляющими для ползунов, коленчатый вал, ось коренных шеек которого расположена в корпусе перпендикулярно направляющим ползунов, ползуны, имеющие для взаимодействия с коленчатым валом цилиндрические отверстия, оси которых параллельны оси коренных шеек коленчатого вала и движутся в плоскости, проходящей через эту ось, зубчатую передачу внутреннего зацепления, число зубьев шестерни которой вдвое меньше числа зубьев внутреннего венца, а начальный диаметр шестерни вдвое больше эксцентриситета шеек коленчатого вала, отличающийся тем, что эксцентричные шейки коленчатого вала выполнены в виде шестерен с внешними зубьями, а цилиндрические отверстия ползунов выполнены в виде зубчатых венцов с внутренними зубьями, которые находятся в зацеплении с шестернями коленчатого вала, а в свободном пространстве между шестерней и зубчатым венцом отверстия ползуна помещена система тел качения, обеспечивающих их постоянное прижатие.

2. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.1, отличающийся тем, что эксцентричные шейки коленчатого вала и отверстия ползунов, помимо эвольвентных прямозубых зубчатых венцов, содержат опорные дорожки качения, имеющие диаметры, близкие или равные диаметрам соответственных начальных окружностей зубчатых венцов.

3. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.2, отличающийся тем, что система тел качения содержит три промежуточных зубчатых колеса, имеющих также опорные дорожки качения: одно центральное, взаимодействующее с шестерней, и два периферийных, взаимодействующих с зубчатым венцом отверстия ползуна и центральным промежуточным телом качения.

4. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.2, отличающийся тем, что система тел качения содержит три промежуточных гладких ролика: один центральный, взаимодействующий с опорными дорожками качения шестерни, и два периферийных, взаимодействующих с опорными дорожками качения отверстия ползуна и центральным промежуточным роликом, а также поводок, шарнирно связанный с осями периферийных тел качения и фиксирующий расстояние между ними.

5. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.1, отличающийся тем, что ползуны выполнены в виде сдвоенных оппозитно расположенных поршней, связанных общим штоком, и имеют звездообразное расположение, симметричное относительно оси коленчатого вала.

6. Бесшатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное по п.1, отличающийся тем, что все ползуны расположены в одной плоскости, проходящей через ось коленчатого вала.

Изобретение "БЕСШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ" (Волков Глеб Юрьевич, Курасов Дмитрий Алексеевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога