МЕХАНИЗМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ПОРШНЕЙ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ВАЛА В АКСИАЛЬНЫХ МАШИНАХ
CONVERSION MECHANISM OF BACK-AND-FORTH MOVEMENT OF PISTONS TO ROTATIONAL MOVEMENT OF SHAFT IN AXIAL MACHINES

Изобретение относится к поршневым машинам, а именно к механизмам преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала в аксиальных двигателях и компрессорах, у которых цилиндры расположены вокруг оси вращения коленчатого вала.
Наиболее успешно настоящее изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием и в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением топлива от сжатия, применяемых в транспортных средствах.
Известна аксиально-поршневая машина (патент FR 2277233, МПК F01B 3/10, F02D 15/02, опубл. 06.05.1977), содержащая корпус, цилиндры с размещенными в них поршнями, вал с наклонной шейкой, наклонную шайбу, связанную с поршнями при помощи шатунов, размещенную на сферической опоре посредством вкладышей и связанную с наклонной шейкой вала при помощи конусообразного элемента, карданный механизм, связанный с наклонной шайбой и с ее сферической опорой и расположенный внутри последних.
Недостатком данной аксиально-поршневой машины является недолговечность из-за небольшого срока службы сферической опоры.
Прототипом данного изобретения является аксиально-поршневая машина (патент RU 2030610, МПК F02B 75/26, опубл. 10.03.1995), содержащая блок цилиндров с поршнями, связанными при помощи шатунов с наклонной шайбой, взаимодействующий через шаровой элемент с наклонной шейкой вала. Шайба состоит из звездообразного элемента и конусообразного элемента, в котором расположены вкладыши, через которые шайба опирается на опору. Привод распределительного механизма осуществляется с помощью валика, жестко соединенного с валом.
Механизм преобразования выполнен в виде наклонной шайбы, охватывающей сферическую опору, выполненную в виде тонкостенной чаши. Шайба состоит из звездообразного элемента с гнездами для шарниров, соединяющих шатуны с шайбой, и конусообразного элемента, выполненного в виде купола заодно со ступицей шайбы. Звездообразный и конусообразный элементы наклонной шайбы соединены между собой крепежными элементами. В звездообразном элементе выполнена кольцевая постель для чашеобразного вкладыша подшипника, выполненного из антифрикционного материала и сопряженного со сферической опорой наклонной шайбы. Коленчатый вал имеет наклонную шейку, на которой на втулке установлен шаровой элемент, размещенный в конусообразном элементе наклонной шайбы. Для предотвращения проворачивания наклонной шайбы относительно ее оси имеется кинематическая связь шайбы с блоком цилиндров, содержащая два универсальных соединения, образующих двойной карданный механизм.
Недостатком данной машины являются невысокие работоспособность и долговечность, а также сложность конструкции. Данная конструкция предусматривает опору качающейся шайбы (в заявке ее называют косой шайбой) на сферический подшипник, через который проходит силовой элемент его подвески к корпусу и вал. Таким образом, исключается самая полезная часть сферы, т.к. силы действуют на поверхность сферы близко к касательной создается эффект «клина», что приводит к высоким удельным нагрузкам в данной контактной паре. Внутри сферического подшипника установлен шарнир равных угловых скоростей (спаренный шарнир Гука), один конец которого связан с качающейся шайбой, другой через шлицевое соединение - с корпусом. Данный узел парирует избыточную степень свободы, фиксируя качающуюся шайбу от вращения.
В основу изобретения поставлена задача - повысить работоспособность и упростить механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала.
Задача осуществляется за счет того, что в механизме преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала в аксиально-поршневой машине, содержащей корпус, цилиндры с размещенными в них поршнями, вал с наклонной шейкой, опору, установленную в корпусе соосно с валом, наклонную шайбу, связанную с поршнями при помощи шатунов и с наклонной шейкой вала при помощи конусообразного элемента, согласно изобретению, опора выполнена в виде серьги, в проушины которой установлены цапфы крестовины, перпендикулярные цапфы крестовины установлены в проушины наклонной шайбы, при этом шайба имеет две степени свободы вокруг осей крестовины и возможность равномерной прецессии относительно оси вала.
Кроме того, наклонная шайба выполнена за одно целое с конусообразным элементом.
Усилие со стороны качающейся шайбы на наклонную шейку кривошипа вала передается как рычагом развитием шайбы от плоскости прецессии через сферический подшипник, аналогично прототипу. Предлагаемый механизм дает возможность применения стандартных подшипников качения, что существенно повышает технологичность конструкции, упрощает систему смазки и дает широкий выбор по типу и несущей способности подшипников.
На фиг.1 изображена аксиально-поршневая машина, в частности аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг.2, 3 - представлен механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала
Конструкция состоит из корпуса 1 аксиально-поршневой машины, в котором расположен блок цилиндров 2 с размещенными в них поршнями 3. Каждый поршень 3 шарнирно соединен с одним концом шатуна 4, другой конец которого шарнирно соединен с наклонной шайбой 5. В конусообразном элементе 6 наклонной шайбы установлен сферический подшипник 7, связанный с наклонной шейкой 8 коленчатого вала 9. В наклонной шайбе установлены два стакана 10, в которых смонтированы подшипники 11, с помощью которых выполнена связь с цапфами крестовины 12. Две другие цапфы крестовины 12 устанавливаются в подшипники 13, расположенные в стаканах 14, смонтированных в проушинах серьги 15, которая крепится к корпусу соосно коленчатому валу 9. На коленчатый вал 9 установлен подшипник 16, расположенный в серьге 15, и крестовины 12. Наклонная шайба 5 имеет две степени свободы вокруг осей крестовины 12 и зафиксирована вдоль данных осей, и имеет возможность равномерной прецессии вокруг точки пересечения осей крестовины и оси вала.
Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала аксиально-поршневой машины в режиме двигателя работает следующим образом.
Давление от горячих газов в блоке цилиндров 2 воздействует на поршни 3. Усилия от горячих газов, возникающие на поршнях 3, через шатуны 4 передаются на наклонную шайбу 5 и через ее конический элемент 6 воздействуют на наклонную шейку 8 коленчатого вала 9, заставляя его вращаться. Поступательное перемещение поршней 2 вызывает сложное качательное движение наклонной шайбы 5, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 9. При работе двигателя наклонная шайба 5 качается на подшипниках 11 относительно одной из осей крестовины 12. Совместно наклонная шайба 5 и крестовина 12 качаются относительно второй оси крестовины 12 на подшипниках 13, расположенных в стаканах 14, смонтированных в проушинах серьги 15. Совокупное движение относительно двух осей дает равномерную прецессию наклонной шайбы 5. Коленчатый вал имеет две опоры - подшипники 16 и 17.
Данный механизм позволяет повысить работоспособность и упростить механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала.