МЕХАНИЗМ, ПРЕОБРАЗУЮЩИЙ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
CONVERSION MECHANISM OF LINEAR BACK-AND-FORTH MOVEMENT TO ROTATIONAL MOVEMENT, NAMELY FOR PISTON ENGINES

Изобретение относится к двигателям внутреннего или внешнего подвода энергии с прямолинейно движущимися поршнями, имеющими коленчатый вал. Возможно применение и для других аналогичных систем. Из уровня техники мне известно, что применяемые в данном изобретении внутренняя треугольная шестерня с парой прямых валов используются в насосе с вращающимися поршнями (патенты RU 1694986, RU 2285124 http://yandex.ru/yandsearch).
Техническим результатом предлагаемого изобретения для двигателей с прямолинейным ходом поршня являются: повышение кпд энергии возвратно-поступательного движения поршня и улучшение условий работы пары поршень-цилиндр (уменьшается трение).
Технический результат достигнут тем, что коленчатый вал заменен механизмом, включающим в себя полый диск (1) с внутренней треугольной шестерней (2) и два промежуточных вала (3) со своими, жестко с ними связанными шестернями. Стороны шестерни (2) имеют вид дуг окружностей, с центрами в вершинах равностороннего треугольника со сторонами, равными ходу поршня Н, умноженному на . Вертикальные оси валов неподвижны по отношению к цилиндру (4) и расположены симметрично к оси поршня (5) на расстоянии (). Параметры шестерней валов и угловых сегментов шестерни (2) одинаковы.
Краткое описание прилагаемых чертежей и диаграмм, где схема предлагаемого механизма для сравнения изображена со схемой, имеющей коленчатый вал с такой же величиной хода поршня (Н):
фиг.1 - схемы при расположении поршней в верхней точке цилиндра;
фиг.2 - то же, в средней точке цилиндра;
фиг.3 - диаграмм плеч передачи усилий от поршня, где:
1 - полый диск с внутренней треугольной шестерней (2);
3 - промежуточные валы со своими шестернями;
4, 5, 6 - цилиндр, поршень и шток поршня;
7 - кольцо, располагаемое в пазу диска (1);
8 - ограничитель боковых движений поршня;
9 - ось коленчатого вала;
10 - для варианта с коленчатым валом;
11 - для варианта без коленчатого вала при передаче усилия от штока (6) через кольцо (7) и наличия ограничителя (8);
12 - то же при передаче усилия от штока (6) непосредственно на диск (1).
Механизм действует следующим образом:
Усилие от штока поршня (6) через кольцо (7), свободно-сидящее на диске (1), перемещает диск (1) с внутренней шестерней (2), вращающейся вокруг оси промежуточного вала (3), на оси которого в данный момент находится угол треугольной шестерни. Шестерня (2) вращает валы (3) через их шестерни, с попеременно разными скоростями. Наличие кольца (7) и ограничителя (8) дает возможность блокировки группы цилиндров на общих промежуточных валах (хотя и сокращает максимальное плечо передачи усилия от поршня с 1Н до ) и при отсутствии этой необходимости может быть упразднено при передаче усилия непосредственно на диск (1). В случае единого вала отбора мощности промежуточные валы передают крутящий момент на него через муфты, обеспечивающие передачу момента с вала, имеющего скорость больше, чем у вала отбора мощности. В нижней точке хода поршня положение диска (1) и кольца (7) по отношению к валам (3) зеркально относительно оси поршня (5). Плечо передачи усилия при наличии поз. (7, 8) от поршня (5) на воспринимающий усилие диск (1) постоянно равно высоте равностороннего треугольника со сторонами, равными H, т.е. катету против угла 60° при гипотенузе H, т.е.
,
а при отсутствии поз. (7, 8) и передаче усилия от штока поршня (6) непосредственно на центр диска (1) до H, вместо 0 (в «мертвых точках») и 0,5Н (в середине хода поршня) при коленчатом вале. Максимальное боковое давление на пару поршень-цилиндр уменьшается из-за сокращения эксцентриситета до 0 при наличии поз. (7, 8), а при их отсутствии - примерно до 0,134H вместо 0,5Н при коленчатом вале. Площади эпюр на диаграммах плеч передачи усилий от поршня (на фиг.3) при Н=1 по «Wolfram Alpha» будут:
Для варианта с коленчатым валом -
Для варианта без коленчатого вала и при движении штока поршня (6) только в вертикальной плоскости: .
КПД предложения - .
Для варианта без коленчатого вала, без ограничения движения (шатуна) штока поршня (6) и передаче усилия непосредственно на центр диска (1):
Промышленное применение.
Изобретение может быть применено при разработке двигателей, использующих энергию возвратно-поступательного движения поршня, и для аналогичных поршневых систем, преобразующих ее во вращательное движение - работу. При двустороннем расположении цилиндров (симметричном относительно общей оси промежуточных валов) передающими усилие на вал отбора мощности будут попеременно оба вала (3). При движении штока поршня (6) только в вертикальной плоскости (при наличии поз.7 и 8) возможно использовать подпоршневое пространство.