РОМБИЧЕСКИЙ КРИВОШИПНО-ПЛАНЕТАРНЫЙ ПОРШНЕВОЙ МЕХАНИЗМ
RHOMBIC CRANK-PLANETARY PISTON GEAR

Изобретение относится к машиностроению, в частности к бесшатунным поршневым механизмам. Может применяться в поршневых двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах и т.п.
Ромбический кривошипно-планетарный поршневой механизм предназначен для взаимопреобразования вращательного движения кривошипов в возвратно-поступательное перемещение поршней бесшатунным способом.
Известен механизм двигателей с бесшатунным механизмом (С.С.Баландин. «Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания». М.: Машиностроение, 1972), в котором вместо шатуна используется жестко соединенный с поршнями шток, который возвратно-поступательно перемещается по боковым направляющим, связан с коленчатым валом, вращающимся в цапфах, синхронизированных через промежуточный вал зубчатой передачей.
Однако в известном механизме отсутствует компенсация предельных отклонений размеров межцентровых расстояний в коленчатом вале и радиусах кривошипов, что требует высочайшей точности изготовления и значительно снижает ресурс работы двигателя.
Известен механизм двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2157897, МПК F02B 33/16, F02B 75/30, опубл. 20.10.2000), ближайший по технической сущности к заявляемому и принятый за прототип, содержащий корпус с цилиндром, в котором расположен шток, соединенный с поршнем, и имеющий шарнирный узел, соединенный с планетарными шатунами, связанными с кривошипами. Планетарные шатуны имеют равные радиусам кривошипов межцентровые расстояния. Выходной вал выполнен с возможностью передачи вращения одного кривошипа тремя шестернями и другого кривошипа - двумя шестернями с сохранением передаточного отношения.
Однако в известном механизме двигателя невозможно осуществить его запуск непосредственным вращением кривошипов, т.к. в серединном положении, когда шарнирный узел становится соосным планетарным шатунам и кривошипам, кривошипы и планетарные шатуны будут вращаться совместно, при этом отсутствует перевод суммарной силы, сосредоточенной на шарнирном узле, в крутящий момент на встречно-вращающихся кривошипах, и обратно: отсутствует перевод крутящего момента на кривошипах в силу на шарнирном узле.
Также в известном механизме двигателя отсутствует устройство, компенсирующее предельные отклонения размеров межцентровых расстояний планетарных шатунов и радиусов кривошипов, что требует высокой точности изготовления и снижает надежность работы механизма в целом.
Приведенные известные механизмы обладают сложной технологичностью изготовления и низким уровнем ремонтопригодности.
Задачей изобретения является повышение надежности работы механизма, уменьшение износа и увеличение ресурса механизма при допустимом упрощении технологии изготовления и ремонтопригодности.
Поставленная задача достигается тем, что в ромбическом кривошипно-планетарном поршневом механизме, включающем корпус с цилиндром, в котором расположен шток с закрепленным на нем поршнем, соединенный через шарнирный узел с планетарными шатунами, связанными с кривошипами, причем межцентровые расстояния планетарных шатунов равны радиусам кривошипов, выходной вал с возможностью передачи вращения от правого кривошипа тремя шестернями, и от левого кривошипа - двумя шестернями с сохранением передаточного отношения, новым является то, что шарнирный узел содержит центральный шарнир и закрепленный в нем шарнирный палец, а планетарные шатуны имеют синхронизирующие упоры, расположенные на линии, проходящей через центры вращения планетарных шатунов, на расстоянии, равном радиусу кривошипов от центров вращения планетарных шатунов, а в корпусе расположены гнезда упоров на линии, проходящей через центры вращения кривошипов на расстоянии, равном двум радиусам кривошипов, и перпендикулярной оси движения штока.
Планетарные шатуны связаны с кривошипами через посадочные гнезда.
Шарнирный узел дополнительно содержит сферические подшипники, установленные в посадочные гнезда планетарных шатунов.
В центрах вращения планетарных шатунов, кривошипов, трех шестерней правого кривошипа и двух шестерней левого кривошипа установлены подшипники качения.
Кривошипы выполнены соосными и встречно-вращающимися.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, фиг.2 и фиг.3.
На фиг.1 представлен ромбический кривошипно-планетарный поршневой механизм.
На фиг.2 представлен ромбический кривошипно-планетарный поршневой механизм при движении штока с поршнем в нижнюю мертвую точку (НМТ).
На фиг.3 представлен ромбический кривошипно-планетарный поршневой механизм в середине рабочего хода.
Здесь 1 - корпус с цилиндром; 2 - шток; 3 - центральный шарнир; 4 - планетарные шатуны; 5 - кривошипы; 6 - выходной вал; 7 - три шестерни правого кривошипа; 8 - две шестерни левого кривошипа; 9 - синхронизирующие упоры; 10 - гнезда упоров; 11 - шарнирный палец; 12 - сферические подшипники; 13 - направляющая штока; 14 - поршень.
Ромбический кривошипно-планетарный поршневой механизм содержит корпус с цилиндром 1, в котором закреплен шток 2, соединенный с поршнем 14. Шток 2 центрируется по оси движения поршня 14 в направляющей штока 13 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Шток 2 имеет шарнирный узел, состоящий из центрального шарнира 3, установленного в нем шарнирного пальца 11 и сферических подшипников 12. По концам шарнирного узла смонтированы планетарные шатуны 4 на сферических подшипниках 12. Планетарные шатуны 4 осями вращения связаны с посадочными гнездами кривошипов 5 и имеют межцентровые расстояния R, равные радиусам кривошипов 5. Кривошипы 5 выполнены соосными и встречно-вращающимися. По оси планетарных шатунов 4 расположены синхронизирующие упоры 9 на расстоянии R, равном радиусу кривошипов 5. Выходной вал 6 расположен с возможностью передачи вращения от правого кривошипа 5 тремя шестернями 7, а вращения от левого кривошипа 5 - двумя шестернями 8 с сохранением передаточного отношения. В корпусе с цилиндром 1 расположены гнезда упоров 10 на расстоянии 2R, равном двум радиусам кривошипов 5. Гнезда упоров 10 расположены на линии, проходящей через центр кривошипов 5 под углом 90° относительно оси движения штока 2.
Работает устройство следующим образом.
При перемещении штока 2 вместе с поршнем 14 в корпусе с цилиндром 1 из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ) (фиг.2) по направляющей штока 13 планетарные шатуны 4 совершают вращательные движения относительно посадочных гнезд в кривошипах 5, при этом синхронизирующие упоры 9 перемещаются по оси, проходящей через центр кривошипов 5 и перпендикулярной оси движения штока 2. В серединном положении (фиг.3), когда центральный шарнир 3 становится соосным планетарным шатунам 4, синхронизирующие упоры 9 входят в гнезда упоров 10, благодаря чему происходит осевая фиксация планетарных шатунов 4, что предотвращает совместное их вращение с кривошипами 5. При этом происходит перевод суммарной силы, сосредоточенной на центральном шарнире 3, через шарнирный палец 11 и сферические подшипники 12, установленные в посадочные гнезда кривошипов 5, в крутящий момент на встречно-вращающихся кривошипах 5. Далее крутящий момент через три шестерни правого кривошипа 7 и две шестерни левого кривошипа 8 передается на выходной вал 6.
При этом образованная пара кривошип 5 - планетарный шатун 4 сообщает штоку 2 ход, равный учетверенному радиусу кривошипа 5.
Повышение надежности работы механизма, уменьшение износа и увеличение ресурса достигается за счет компенсации предельных отклонений межцентровых расстояний в кривошипах 5 и планетарных шатунах 4 путем применения шарнирного узла, содержащего центральный шарнир 3, шарнирный палец 11 и расположенные на нем сферические подшипники 12 и применения синхронизирующих упоров 9, расположенных на планетарных шатунах 4, и гнезд упоров 10, расположенных в корпусе с цилиндром 1.
Допустимое упрощение технологии изготовления и проведение ремонта механизма достигается благодаря установке в центрах вращения планетарных шатунов 4, кривошипов 5, трех шестерней правого кривошипа 7 и двух шестерней левого кривошипа 8 стандартных подшипников качения массового производства, что упрощает систему смазки механизма, снижает высокие требования к качеству масла и снижает эксплуатационные расходы.