Аксиально-поршневой двигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 17442 1 5 Р 02 В 75/04. 75/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССМф 1643757, кл, Р 02 В 13/06, 1988,ИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ользование; изобретенитель содержблоком цил коленчать,й5, качающую ОПИСАН К АВТОРСКОМУ(54) АКС ТЕЛЬ (57) Исп Сущност вой двиг вижным шатуны 7 вошипом двигателестроение. я: аксиально-поршнеит корпус 2 с неподиндров, поршни б вал с наклонным крися шайбу 9, установ1744289 ленную в корпусе при помощи карданного подвеса и кинематически связанную с шатунами 7 и наклонным кривошипом 5, цилиндрическую втулку 3, установленную с возможностью поворота относительно качающейся шайбы и наклонного кривошипа, так что ось втулки не параллельна оси наклонного кривошипа 5. Двигатель имеет механизм привода цилиндрической втулки 13, посредством которого Она приводится в колебательноее возвратно-вращательное движение относительно наклонного кривошипа 5 коленчатого вала, Приводной механизм содержит первую ось 1 б с двумя коническими шестернями 15 и 17 и торцовым кулачком 18,Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннегосгорания с барабанной компоновкой цилиндров и сферическлм приводным механизмом с качающейся шайбой. Кроме того, 5изобретение может использоас ь компрессоро- и насосостроении, а такх 8 в двиГа"талях .,ти рлын Га,Для преооразования движения первней во враценле выходного вала в двиате- Оле барабанно О типа (ДБТ) необходимсферическлй прлводной механизм,звестны сферические приводные механизмь с вращаОщимися и качающимисяшайбами. Механизмы с качающимися шай- ",5бами обладаО 1 гармоническим или почтигармоническим зако,ом движения поршней, В м 8 ха низлах с е,"ащдюЦимисЯ шайбами возможно Осуществление практическилюбого закона движения поршней. 20Для повышения зффективности работыв ДБТ с Вращающимися шайбами применяют такое их профилирование, при которомвеличина хода Горшня при расшиоениибольше Величины хода поршня при сжатии 25(и, соо Встственно, степень сжатия), Термодина 1 лческий цикл с такой особенностьюназывают цикг ам ри "тиансена (К-циклом,В цикле кристансена в т:чен.8 длительноСТИ Тег МОДИагИЧО КГО ЦИКЛа МеняетсЯ,3мгновенн:. е значение степени с:ка Гия и возможно ссущестВденле задержк 1 ГОршнЯ Вобласти верхней мертвой точки,Однако двигатели с вращающимисяшайбами отличаются сравнительно низкой 35надежностью и технологичес;ми трудностями в изготовленииНаиболее близким по технической су :ности к изобретенлю яв-,яется акслзлыгспоршневой двигатель.д ",вторую ось 25 с конической 27 и цилиндрической 24 шестернями, конический зубчатый венец 14 на цилиндрической втулке 13, толкатель 20 с зубчатой рейкой 23, Первая ось 16 проходит соосно коленчатому валу в полости одной из его коренных шеек, первая коническая шестерня 17 зацеплена с коническим зубчатым венцом 14 на втулке, вторая коническая шестерня 17 зацеплена с третьей конической шестерней 27 на второй оси 25. Цилиндрическая шестерня 24 второй Оси сцеплена с зубчатой рейкой 23, неподвижно связанной с толкателем 20, взаимодействующим с торцовым кулачком 18, жестко связанным с коленчатым валом. 1 ил,Двигатель-прототип содержит неподви)кнь." блок цилиндров с поршнями и шатунам в каждом, расположенных на КОРгУСВ ВОКРУГ КОЛЕНЧаОГО ВаЛа И ПаРаЛ- дед.но ему, коленчатый вал с наклонным кгРивошипом, качаюЩУюсЯ шайбУ, кигВмдически связанную с дополнительными ша,у ами и корпусом двигателя, В последнем случае кинематическая связь Вайбь, и корпуса осуществляется при помощи карданого подвеса, а наклонном кривошиге ;ОДЕНЧатОГО ВаЛВ ПОДВИЖНО ПО гоНОШЕНИЮ К НВМУ УС ГагОВЛВНВ ЦИЛИНДРИЧВСКВЯ ВТУДКа, образующая боковой гОверхн ости ксторой не параллельна Оси накгонного кривошипа. а продогьные оси симметрии последнегс и втулки ГересекаОтся в Одной точке с осью вращенля вала. Через зту же точку рохсдя г оси карданного подвесаДополниельные Ва 1 уны двиателяпрототипа подвижно сочденяюгся с качаощимися рыча Гаии, Оплрающимися на :орпус двигателя. очки опоры рычагов на кор усе двигателя могут перемещаться, в О-;-Зудьтате ЧЕ: О ИЗМЕНЯЕСя ЗНаЧЕНИЕ СТЕПЕ- ни сжатия двигателя вне зависииости спг велич.ы хода г.Оршня. Последняя регулиуется ,ри переходе с одного скоростного иди нагрузочного режима работы на другой за с" ет поворота ьтулки Относиельно наклонного крнзошипа вала, в результате чего ,зменяет "я величина угла наклона качающейся шайбы к оси вращения Вада, Поворотом втулки управляет гидравлический механизм,Не а Остатком консруци:дви ателя я В- ляется Относи.ге;ьн нлз,ая зф .,:тивность рабочего процесса Воледстзие гстоянств;: на каждом режиме работ,:.вГателя значе н .й ".,: с-:егени сжатия и хода поршня,результате чего расширение рабочего тела не осуществляется.Цель изобретения - повышение эффективности рабочего процесса аксиально-поршневого двигателя,Указанная цель достигается за счет того, что цилиндрическая втулка имеет зубчатый конический венец, установленный соосно оси наклонного кривошипа, и, установлена на кривошипе с возможностью относительного вращательного, колебательного движения относительно оси кривошипа; одна коренная шейка коленчатого вала выполнена полой; приводной механизм изменения угла наклона качающейся шайбы содержит первую ось с двумя коническими шестернями и торцовым кулачком, установленным между коническими шестернями; вторую ось с цилиндрической и третьей конической шестернями; зубчатую рейку с толкателем; первая ось установлена внутри полой коренной шейки коленчатого вала, причем одна из конических шестерен первой оси входит в зацепление с коническим венцом на цилиндрической втулке; вторая коническая шестерня входит в зацепление с третьей конической шестерней; зубчатая рейка зэцеплена "., цилиндрической шестерней на второй оси, а толкатель взаимодействует с торцовым кулачком.При работе механизма благодаря возвратно-поступательному, колебательному движению втулки изменяется мгновенное значение степени сжатия в пределах термодинамического цикла, а величина хода поршня при сжатии становится отличной от таковой при расширении,На чертеже показана кинематическая схема аксиал ьно-порш невого двигателя.В конкретном случае исполнения двигатель содержит цилиндры 1, установленные на неподвижном корпусе 2 в блоке по окружности вокруг коленчатого вала и параллельно ему, Коленчатый вал содержит коренные шейки 3 и 4 и наклонную шейку кривошипа 5. Одна из коренных шеек 3 выполнена полой и содержит центральное, соосное оси вращения вала сквозное отверстие.В цилиндрах 1 движутся поршни 6, подвижно сочлененные с шатунами 7, Указанное подвижное соединение осуществляется посредством сферического шарнира. Шатуны 7 на противоположном конце содержат также сферические шарниры 8 для подвижного соединения с качающейся шайбой 9.Качающаяся шайба 9 подвижно опирается на корпус 2 двигателя при помощи карданного подвеса, состоящего из крестовины 10 и двух пар цапф 11 и 12. Каждая пара цапф имеет общую продольную ось иобе эти оси лежат в одной плоскости, Посредством одной пары цапф 11 крестовинаподвижно соединяется с качающейся шай 5 бой, а посредством цапф 10, ось которыхперпендикулярна оси цапф 11, крестовинаподвижно сочленяется с корпусом двигателя,На наклонном кривошипе 5 коленчатого10 вала подвижно установлена цилиндрическая втулка 13, имеющая возможность вращения относительно оси кривошипа.Цилиндрическая втулка 13 выполнена с цилиндрической наружной поверхностью, об 15 разующая которой непараллельна осинаклонного кривошипа 5, Ось цилиндрической втулки 13 проходит через центр карданного подвеса (точку пересечения осейцапф 11 и 12 и оси вращения вала), На одном20 из торцов цилиндрической втулки 13 неподвижно по отношению к ней установлен конический зубчатый венец 14,Ось конического зубчатого венца 14 совпадает с осью наклонной кривошипной25 шейки 5, а плоскость втулки, на которойрасположен конический зубчатый венец 14,перпендикулярна продольной оси кривошипа 5, Конический зубчатый венец 14 находится в зацеплении с первой конической30 шестерней 15, жестко насаженной на первую ось 16, которая проходит соосно валу вполости его коренной шейки 3. На противоположном конце первой оси 16 жестко установлена вторая коническая шестерня 17.35 На орце полой шейки 3 вала жесткоустановлен торцовой кулачок 18 с профилем19, В центре кулачка 18 имеется сквозноеотверстие для прохода первой оси 16. Профиль кулачка обегает толкатель 20 с наконеч 40 ником 21 и пружиной 22, движущийсяотносительно неподвижного корпуса двигателя. С толкателем 20 жестко связаназубчатая рейка 23, сцепленная с цилиндрической шестерней 24, насаженной на вто 45 рую ось 25. Последняя вращается в опоре26, связанной с корпусом 2. На второй оси25 также жестко установлена третья коническая шестерня 27, сцепленная с второй конической шестерней 17,50 Профиль 19 торцового кулачка 18 имеетчисло идентичных участков подьема-спускатолкателя, равное числу цилиндров двигателяДвигатель работает следующим обра 55 зом.При расширении продуктов сгораниятоплива в цилиндрах 1 поршни 6 движутся к нижним мертвым точкам. При этом движущие силы со стороны поршней передаются через шатуны 7 со сферическими шарнира1744289 цилиндров, поршни, шатуны, коленчатый вал с наклонным кривошипом, качающуюся шайбу, установленную в корпусе при помощи карданного подвеса и кинематически связанную с шатунами и наклонным кривошипом, цилиндрическую втулку, размещенную с возможностью поворота относительно качающейся шайбы и наклонного кривошипа так, что ось отверстия цилиндрической втулки совпадает с осью наклонного кривошипа и пересекается с 10 осью симметрии цилиндрической втулки и 50 Составитель А.ЯманинТехред М,Моргентал Корректор С,Черни Редактор И.Касарда Заказ 2178 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыл.иям при ГК-" СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101 ми 8 на качающуюся шайбу 9, Шайба 9 суммирует усилия всех поршней и, совершая сферическое движение, приводит во вращение коленчатый вал, Сферическое движение шайбы складывается из двух конечных вращений вокруг осей цапф 11 и 12.На цапфах 11 шайба поворачивается относительно крестовины 10. На цапфах 12 вместе с крестовиной шайба вращается относительно корпуса двигателя, При сферическом движении шайбы ее точки, связанные с цилиндрической втулкой 13, движутся по окружности, вследствие чего вал через цилиндрическую втулку 13 приводится во вращение,При вращении вала вращается связанный с ним торцовой кулачок 18 с профилем 19, Последний воздействует на толкатель 20 и приводит его в движение. При этом через зубчатую рейку 23 возбуждается вращение шестерни 24 и второй оси 25 с третьей конической шестерней 27, При вращении колеса через вторую коническую шестерню 17 приводятся во вращение первая ось 1 б и связанная с ней первая коническая шестерня 15, а также цилиндрическая втулка 13. Последняя при этом получает относительное движение вокруг кривошипа, благодаря чему шайба 9 приобретает угловую скорость отличную от угловой скорости вала. Изменение указанной угловой скорости определяется профилем кулачка, В частности, профиль может быть выбран таким, что при прохождении каждым поршнем верхней мертвой точки его угловая скорость шайбы уменьшается и поршень проходит ВМТ с малой скоростью. Далее цилиндрическая втулка 13 движется с большей скоростью, так что средняя угловая скорость втулки равна угловой скорости вала. Профиль кулачка может быть выбран таким, что оптимизируются условия тепловыделения при сгорании топлива при постоянном обьеме.Формула изобретения Аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус с неподвижным блоком 15 20 25 30 35 40 45 качающейся шайбы в центре карданного подвеса, причем цилиндрическая втулка соединена с приводным механизмом изменения угла наклона качающейся шайбы, а шатуны шарнирно связаны с поршнями и качающейся шайбой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности рабочего процесса, приводной механизм изменения угла наклона качающейся шайбы содержит первую ось с двумя коническими шестернями и торцевым кулачком, свободно установленным на первой оси между коническими шестернями и жестко связанным с валом, вторую ось с цилиндрической и третьей конической шестерней, зубчатую рейку с толкателем, конический зубчатый венец, установленный на цилиндрлческой втулка соосно с осью наклонного кривоши па, коренная шейка коленчатого вала выполнена полой, первая ось расположена внутри полой коренной шейки коленчатого вала, причем одна из конических шестерней первой оси входит в зацепление с коническим зубчатым венцом цилиндрической втулки, вторая коническая шестерня входит в зацепление с третьей конической шестерней, зубчатая рейка входит в зацепление с цилиндрической шестерней, толкатель зубчатой рейки установлен с возможностью взаимодействия с торцевым кулацком, а цилиндрическая втулка установлена с возможностью колебательного движения относительно оси наклонного кривоши. па,