RU2005887C1

RU2005887C1 - Piston machine

Info

Publication number: RU2005887C1
Authority: RU
Inventors: Н.М. Харлов; С.Н. Харлов
Original assignee: Харлов Николай Михайлович
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: machine has case 1, cylinders which are provided with pistons 2,3,4,5 and located crosswise, take-off shaft 14 and crank mechanism by which pistons 2,3,4,5 are kinematically coupled with the shaft. The crank mechanism has a bearing unit made of race 8, pin 7 received in the race and axles. The pistons 2,3,4,5 are hollow and provided with side bosses 6 having axial openings. Inner surface of pistons 2,3,4,5 is provided with slot grooves 15,16 having balls. Power take-off shaft 14 is mounted in space of one of the pistons for interacting with the piston through ball-slot conjugation. Pistons 2,3,4,5 is mounted for reciprocation and rotation. The pistons is rigidly interconnected in pairs. Pistons of one pair is interconnected trough pin 7 received in the openings of bosses 6 and pistons of the other one is interconnected through axles received in the openings of bosses 6 and race 8 interposed between the axles. In addition machine has conical pinions mounted for interacting with each other, and pistons 22,3,4,5 are received in hubs of the pinions. The machine also has main and additional cylindrical pinions. The main pinion are set on the hubs of the conical pinions and the additional ones are set on the shaft for interaction with each other. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к поршневым машинам и может быть использовано при конструировании пневмо(гидро)двигателей, ДВС, компрессоров, насосов. The invention relates to piston machines and can be used in the design of pneumatic (hydro) engines, internal combustion engines, compressors, pumps.

Известна поршневая машина, содержащая крестообразно расположенные цилиндры с поршнями, вал отбора мощности и кривошипный механизм, посредством которого поршни кинематически связаны с валом. Однако данная машина имеет значительные габариты. Known piston machine containing a cross-shaped cylinders with pistons, a power take-off shaft and a crank mechanism through which the pistons are kinematically connected with the shaft. However, this machine has significant dimensions.

Цель изобретения - уменьшение габаритов поршневой машины. The purpose of the invention is the reduction of the dimensions of the piston machine.

Указанная цель достигается тем, что в поршневой машине, содержащей крестообразно расположенные цилиндры с поршнями, вал отбора мощности и кривошипный механизм, посредством которого поршни кинематически связаны с валом, кривошипный механизм снабжен подшипниковым узлом, выполненным в виде обоймы и установленного в ней пальца, и осями, поршни снабжены боковыми приливами с осевыми отверстиями и выполнены полыми, на внутренних поверхностях поршней выполнены шлицевые канавки с установленными в них шариками, вал отбора мощности установлен в полости одного из поршней с возможностью взаимодействия с последним посредством шарико-шлицевого сопряжения, причем поршни установлены с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения и попарно жестко связаны между собой, одна пара - посредством пальца, расположенного в отверстиях их приливов, а другая пара - посредством осей, расположенных в отверстиях их приливов, и обоймы, размещенной между осями. This goal is achieved by the fact that in a piston machine containing crosswise cylinders with pistons, a power take-off shaft and a crank mechanism, by means of which the pistons are kinematically connected with the shaft, the crank mechanism is equipped with a bearing assembly made in the form of a cage and a finger installed in it, and axes the pistons are provided with lateral tides with axial holes and are hollow, spline grooves with balls installed in them are made on the inner surfaces of the pistons, the power take-off shaft is installed in cavities of one of the pistons with the possibility of interacting with the latter by means of ball-splined pairing, the pistons being mounted with the possibility of reciprocating and rotational movement and pairwise rigidly interconnected, one pair by means of a finger located in the holes of their tides, and the other pair by axes located in the holes of their tides, and a cage placed between the axles.

Благодаря этому поршневая машина получается компактной - ее габариты уменьшаются. Thanks to this, the piston machine is compact - its dimensions are reduced.

На фиг. 1 показана машина в разрезе; на фиг. 2 - второй вариант выполнения машины; на фиг. 3 - третий подвариант выполнения машины; на фиг. 4 - вид по стрелке А-А на фиг. 3. In FIG. 1 shows a machine in section; in FIG. 2 - the second embodiment of the machine; in FIG. 3 - the third sub-embodiment of the machine; in FIG. 4 is a view along arrow AA in FIG. 3.

Поршневая машина (см. фиг. 1) состоит из корпуса 1, в котором крестообразно расположены четыре цилиндра. Оси этих цилиндров расположены в одной плоскости и они пересекаются в одной точке. В цилиндрах установлены поршни 2, 3, 4, 5. Каждый из этих поршней имеет прилив 6, в котором выполнены отверстия, параллельные оси поршня. Центральная ось отверстия каждого поршня находится на расстоянии R = S/2 от центральной оси поршня (цилиндра), где S - ход поршня(ней). Поршни 2 и 4 жестко связаны между собой пальцем 7, который запрессован в отверстиях приливов 6 этих поршней. На пальце 7 одета подшипниковая обойма 8, являющаяся подшипником скольжения (или качения), на которой выполнены две оси 9, расположенные с возможностью вращения в отверстиях приливов поршней 3 и 5. Своими концами оси 9 упираются в упорные подшипники 10. Этот механизм (дет. 6-10) и образует новый кривошипный механизм передачи возвратно-поступательного движения поршней и их вращения, что и является отличительным признаком данного технического решения. The piston machine (see Fig. 1) consists of a housing 1, in which four cylinders are located crosswise. The axes of these cylinders are located in the same plane and they intersect at one point. Pistons 2, 3, 4, 5 are installed in the cylinders. Each of these pistons has a tide 6 in which holes are made parallel to the axis of the piston. The central axis of the bore of each piston is at a distance R = S / 2 from the central axis of the piston (cylinder), where S is the stroke of the piston (s). Pistons 2 and 4 are rigidly interconnected by a finger 7, which is pressed into the holes of the tides 6 of these pistons. Finger 7 wears a bearing sleeve 8, which is a sliding (or rolling) bearing, on which two axles 9 are made, which are rotatably rotated in the tidal holes of the pistons 3 and 5. At their ends, the axles 9 abut against the thrust bearings 10. This mechanism (det. 6-10) and forms a new crank mechanism for the transfer of reciprocating motion of the pistons and their rotation, which is the hallmark of this technical solution.

Выполнение машины может быть таким, когда гильза 11 может вращаться в подшипнике 12 и подшипнике, установленном в крышке 13 (как показана гильза поршня 2), или когда гильзы стационарны в цилиндрах (гильзы поршней 3, 4, 5). The implementation of the machine may be such when the sleeve 11 can rotate in the bearing 12 and the bearing mounted in the cover 13 (as shown the piston sleeve 2), or when the liners are stationary in the cylinders (piston sleeves 3, 4, 5).

Передача вращения поршней во вращение вала 14 отбора мощности осуществляется при помощи шарико-шлицевого сопряжения, для чего на валу 14 и в отверстии поршня 4 выполнены шлицевые канавки 15, 16 сферического сечения, а в них заложены шарики (шлицевых канавок по окружности вала и отверстия поршня много штук - в зависимости от прочностного расчета). Поршневую машину на фиг. 1 можно выполнить небольшой мощности, к примеру, в качестве пневмодвигателя. The rotation of the pistons into the rotation of the power take-off shaft 14 is transmitted using ball-splined mating, for which spherical grooves 15, 16 are made on the shaft 14 and in the piston bore 4, and balls (splined grooves around the shaft circumference and the piston bore are embedded in them) many pieces - depending on the strength calculation). The piston engine in FIG. 1, it is possible to perform low power, for example, as an air motor.

На фиг. 2 показано выполнение машины в качестве ДВС. В этой машине поршни установлены не только внутри гильзы, но еще и в отверстиях шестерен. Или, как показано на фиг. 2, шестерни выполнены за одно целое с гильзами. Причем шестерня 17 находится в зацеплении с шестерней 18, а шестерня 19 - с шестерней 20. Их передаточное отношение 1: 1. Шестерни 17 и 20 кинематически между собой связаны, к примеру, при помощи цилиндрических шестерен, как показано на фиг. 4. In FIG. 2 shows the implementation of the machine as an internal combustion engine. In this machine, the pistons are installed not only inside the sleeve, but also in the holes of the gears. Or, as shown in FIG. 2, the gears are made in one piece with the sleeves. Moreover, gear 17 is meshed with gear 18, and gear 19 is with gear 20. Their gear ratio is 1: 1. Gears 17 and 20 are kinematically connected to each other, for example, using cylindrical gears, as shown in FIG. 4.

На фиг. 2 поршни с коническими шестернями связаны при помощи шарико-шлицевых сопряжений (по аналогии с фиг. 1). Ход поршней в зависимости от их диаметров, в отличии от выполнения приливов 6 на фиг. 1 будет больше, что гарантирует специальное выполнение приливов 6. На фиг. 2 позицией 8 показан вкладыш подшипника. In FIG. 2 pistons with bevel gears are connected using ball-splined mates (by analogy with Fig. 1). The stroke of the pistons, depending on their diameters, in contrast to the performance of tides 6 in FIG. 1 will be larger, which guarantees the special performance of tides 6. In FIG. 2, reference numeral 8 shows a bearing shell.

Для отвода отработанных газов в гильзах шестерен 17-20 выполнены окна 21, а в корпусе 1 - окно 22. Для подачи рабочей смеси в гильзах шестерен 17-20 выполнены окна 23, а в крышке 13 - окно 24. А чтобы газы не давили по оси на гильзы шестерен, дно этих гильз выполнено как показано на фиг. 2 и установлена стационарная шайба 25. For the removal of exhaust gases in the sleeves of the gears 17-20, the windows 21 are made, and in the housing 1 - the window 22. To supply the working mixture in the sleeves of the gears 17-20 the windows 23 are made, and in the cover 13 - the window 24. And so that the gases do not press on axis on the gear sleeves, the bottom of these sleeves is made as shown in FIG. 2 and the stationary washer 25 is installed.

На фиг. 3, 4 показана машина, в которой оси цилиндров перекрещиваются не под прямым углом, как в машине на фиг. 1, 2, а под углом α. Такое выполнение позволяет при одном и том же R увеличивать S. При повороте поршней 2, 4 на 180^о точка 0 придет в точку 0₂, значит S=

.In FIG. 3, 4, a machine is shown in which the cylinder axes do not intersect at right angles, as in the machine in FIG. 1, 2, and at an angle α. Such an arrangement allows for the same increase R S. When turning

pistons

2, 4 to ¹⁸⁰ 0 point comes to a point 0 _2, then S =

.

На фиг. 3, 4 показано, что на ступицах конических шестерен жестко закреплены цилиндрические шестерни 26, которые через шестерни 27 связаны с валом 28 отбора мощности и тем самым все конические шестерни, а значит и все поршни, взаимосвязаны между собой в своем повороте. In FIG. 3, 4 it is shown that on the hubs of the bevel gears, the cylindrical gears 26 are rigidly fixed, which are connected through the gears 27 to the power take-off shaft 28 and thereby all the bevel gears, and therefore all the pistons, are interconnected in their rotation.

На фиг. 4 дополнительно показан еще один подвариант клапанного управления газообмена (к примеру, в четырехтактном ДВС) - для этого на вале отбора мощности жестко закреплена шестерня 29, находящаяся в зацеплении с шестерней 30 i=

= 1/2. На торце шестерни 30 выполнены кулачки 31, которые управляют впускным клапаном 33, установленным подпружиненно (не показано) в отверстиях крышки 34.In FIG. Figure 4 additionally shows another sub-variant of the gas exchange valve control (for example, in a four-stroke ICE) - for this, gear 29 is rigidly fixed on the power take-off shaft, which is engaged with gear 30 i =

= 1/2. At the end of the gear 30, cams 31 are made, which control the inlet valve 33 mounted spring-loaded (not shown) in the openings of the cover 34.

Машина, к примеру в качестве ДВС на фиг. 2, работает следующим образом (ДВС - двухтактный). Проследим работу начиная с положения, показанного на фиг. 2: поршень 2 находится в крайнем правом положении - в цилиндре происходит выпуск отработанных газов; поршень 4 находится тоже в самом крайнем правом положении - в цилиндре произошло сжатие смеси и произошло ее зажигание: в цилиндре поршня 5 аналогично - выпуск отработанных газов; в цилиндре поршня 3 произошло зажигание рабочей смеси. Далее поршни 3 и 4 совершают рабочий ход, при этом поршень 4, двигаясь, поворачивает поршни 3 и 5 вокруг их оси, а поршень 3 поворачивает поршни 2 и 4 вокруг своей оси. Значит все поршни и двигаются и поворачиваются вокруг оси. Вращение поршней через шарико-шлицевые сопряжения передается на конические шестерни 17-20, а т. к. они находятся в зацеплении с i = 1: 1, то это вращение синхронными шестернями и сохраняется; затем это вращение поршней передается и на вал 28 отбора мощности (см. фиг. 4). При таком движении точка пересечения центральных линий пальцев 7 и 9 будет описывать кривую в плоскости, расположенной под углом 45^о к центральным линиям цилиндров, и эта плоскость перпендикулярна к плоскости, в которой расположены центральные линии цилиндров. В дальнейшем уже поршни 2 и 5 будут совершать рабочие хода и поворачивать и себя и поршни 3 и 4, и т. д.The machine, for example, as an internal combustion engine in FIG. 2, works as follows (ICE - push-pull). Let us trace the operation starting from the position shown in FIG. 2: piston 2 is in the extreme right position - exhaust gas is released in the cylinder; the piston 4 is also in the most extreme right position — the mixture was compressed in the cylinder and ignited: in the piston cylinder 5, the same way — exhaust gas discharge; in the cylinder of the piston 3 there was an ignition of the working mixture. Further, the pistons 3 and 4 make a stroke, while the piston 4, moving, rotates the pistons 3 and 5 around their axis, and the piston 3 rotates the pistons 2 and 4 around its axis. So all the pistons move and rotate around the axis. The rotation of the pistons through ball-splined joints is transmitted to the bevel gears 17-20, and since they are engaged with i = 1: 1, this rotation is synchronized gears and saved; then this rotation of the pistons is transmitted to the power take-off shaft 28 (see FIG. 4). In such movement, the point of intersection of the central lines of the fingers 7 and 9 would describe a curve in a plane at an angle ^of 45 to the central lines of the cylinder, and this plane is perpendicular to the plane in which are located the central line of the cylinder. In the future, already pistons 2 and 5 will make working strokes and turn themselves and pistons 3 and 4, etc.

Технико-экономический эффект будет достигаться за счет экономии материалов. (56) Баландин С. С. Бесшатунные поршневые ДВС, М. : Машиностроение, 1968 г. , с. 6, рис. 1. The technical and economic effect will be achieved by saving materials. (56) Balandin S.S. Rodless piston ICE, M.: Engineering, 1968, p. 6, fig. 1.

Claims

1. PISTON MACHINE containing crosswise arranged cylinders with pistons, a power take-off shaft and a crank mechanism, by means of which the pistons are kinematically connected with the shaft, characterized in that, in order to reduce the dimensions, the crank mechanism is equipped with a bearing assembly made in the form of a cage and installed in fingers, and with axes, pistons are provided with lateral tides with axial holes and are hollow, spline grooves with balls installed in them are made on the inner surfaces of the pistons, the selection shaft is powerful a tee is installed in the cavity of one of the pistons with the possibility of interaction with the latter by means of ball-splined coupling, the pistons being mounted with the possibility of reciprocating and rotational movement and pairwise rigidly interconnected, one pair is by means of a finger located in the holes of their tides, and the other pair is by means of axes located in the holes of their tides, and a cage placed between the axles.

2. The machine according to p. 1, characterized in that it is equipped with bevel gears mounted with the possibility of interaction with one another, and the pistons are located in the hubs of the gears.

3. The machine according to p. 1 and 2, characterized in that the longitudinal axis of the cylinders are located at an angle different from the straight line.

4. The machine according to claim 2, characterized in that it is equipped with main and additional cylindrical gears, the main gears being installed on the hubs of the bevel gears, and the additional ones on the shaft with the possibility of interaction with one another.