[go: up one dir, main page]

RU2348822C2 - Crankshaft-rocker-coupler mechanism - Google Patents

Crankshaft-rocker-coupler mechanism Download PDF

Info

Publication number
RU2348822C2
RU2348822C2 RU2006142635/06A RU2006142635A RU2348822C2 RU 2348822 C2 RU2348822 C2 RU 2348822C2 RU 2006142635/06 A RU2006142635/06 A RU 2006142635/06A RU 2006142635 A RU2006142635 A RU 2006142635A RU 2348822 C2 RU2348822 C2 RU 2348822C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
crankshafts
shafts
rocker
rod
Prior art date
Application number
RU2006142635/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006142635A (en
Inventor
Павел Игнатьевич Загуменнов (RU)
Павел Игнатьевич Загуменнов
Original Assignee
Павел Игнатьевич Загуменнов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павел Игнатьевич Загуменнов filed Critical Павел Игнатьевич Загуменнов
Priority to RU2006142635/06A priority Critical patent/RU2348822C2/en
Publication of RU2006142635A publication Critical patent/RU2006142635A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2348822C2 publication Critical patent/RU2348822C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention is related to machine building, in particular, to mechanisms for transformation of reciprocal motion to rotary motion and may be used, for instance, in internal combustion engines, pumps and compressors. According to invention, mechanism comprises actuator, in particular case, piston hingedly fixed to stem, which is connected in guide and is hingedly fixed to rocker. Every arm of rocker is hingedly connected to couplers, which in its turn are hingedly connected to two synchronously rotating crank shafts. Besides, every end of rocker is connected to appropriate shaft by means of single coupler, and couplers may each move in their plane.
EFFECT: simplification of design, reduction of mass and dimensional parameters and increase of durability and reliability and also in provision of possibility to adjust characteristics of mechanism torque, speed and value of actuator stroke, without change of crankshafts radiuses.
4 cl, 17 dwg

Description

Данное устройство относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, насосах, компрессорах и механизмах для передачи возвратно-поступательного движения какой-либо детали во вращательное движение коленвалов (кривошипов) и обратно, вращательное движение коленвалов - в возвратно-поступательное движение какой-либо детали с возможностью задавания параметров характеристики этого возвратно-поступательного движения и характеристики крутящего момента на его валах без изменения радиуса кривошипов.This device relates to mechanical engineering and can be used in internal combustion engines, pumps, compressors and mechanisms for transferring the reciprocating movement of any part to the rotational movement of the crankshafts (cranks) and vice versa, the rotational movement of the crankshafts to the reciprocating movement of or parts with the ability to set parameters for the characteristics of this reciprocating motion and torque characteristics on its shafts without changing the radius of the cranks.

Известен кривошипно-шатунный механизм, использованный в поршневой машине (а.с. SU №1267013, опубл. 30.10.1986 г.), который состоит из двух шатунов, связанных с поршнем единым пальцем, и двух коленчатых валов, каждый из которых связан с одним из шатунов, а между собой валы связаны при помощи конической зубчатой передачи, причем коленчатые валы и шатуны расположены симметрично относительно оси поршня.Known crank mechanism used in a piston machine (AS SU No. 1267013, publ. 10/30/1986), which consists of two connecting rods connected to the piston with a single finger, and two crankshafts, each of which is connected with one of the connecting rods, and the shafts are connected to each other using a bevel gear, and the crankshafts and connecting rods are located symmetrically about the axis of the piston.

В качестве прототипа может быть принят двухвальный универсальный кривошипно-коромысло-шатунный механизм (патент RU №2275519, опубл. 2006.04.27), имеющий возможность настройки скорости и величины хода рабочего органа и характеристик крутящего момента на валах независимо от радиуса кривошипов и состоящий из двух синхронно вращающихся коленчатых валов, расположенных параллельно и связанных друг с другом шестернями с передаточным отношением, равным единице, коромысла, концы которого шарнирно связаны с одноименными шатунными шейками двух указанных коленчатых валов, и штанги, закрепленной с возможностью перемещения в направляющей, при этом штанга одним концом связана со средним шарниром коромысла, а другим концом связана с деталью или поршнем, при этом каждый из концов коромысла шарнирно связан с шатунной шейкой одного из коленчатых валов посредством пары шатунов таким образом, что пара шатунов, связанная с одним из коленчатых валов, расположена перекрестием к паре шатунов, связанной с другим коленчатым валом.As a prototype, a two-shaft universal crank-rocker-crank mechanism (patent RU No. 2275519, publ. 2006.04.27) can be adopted, having the ability to adjust the speed and magnitude of the stroke of the working body and torque characteristics on the shafts regardless of the radius of the cranks and consisting of two synchronously rotating crankshafts arranged in parallel and connected to each other by gears with a gear ratio equal to one of the rocker arm, the ends of which are pivotally connected to the connecting rods of the same name two x crankshafts, and a rod fixed with the possibility of movement in the guide, the rod at one end connected to the middle hinge of the rocker arm and the other end connected to the part or piston, while each end of the rocker arm is pivotally connected to the connecting rod neck of one of the crankshafts a pair of connecting rods in such a way that a pair of connecting rods connected to one of the crankshafts is located by a crosshair to a pair of connecting rods connected to another crankshaft.

Недостатками известного механизма является сложность и громоздкость конструкции и повышенный износ штанги и направляющей ввиду сложности установки и крепления в данной конструкции направляющей штанги с минимальным расстоянием к среднему шарниру коромысла, чтобы обеспечить минимальное плечо, при воздействии максимальной силы, направленной перпендикулярно оси штанги, возникающей в результате воздействия шатунов на коромысло, что существенно снижает долговечность и надежность известного механизма.The disadvantages of the known mechanism are the complexity and cumbersome design and increased wear of the rod and the guide due to the complexity of installation and fastening in this design of the guide rod with a minimum distance to the middle hinge of the rocker arm to provide a minimum shoulder when exposed to maximum force directed perpendicular to the axis of the rod resulting from the impact of the connecting rods on the beam, which significantly reduces the durability and reliability of the known mechanism.

Техническим результатом заявленного устройства является упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных параметров и повышение долговечности и надежности кривошипно-коромысло-шатунного механизма, имеющего возможность настройки характеристик крутящего момента механизма, скорости и величины хода рабочего органа без изменения радиуса кривошипов.The technical result of the claimed device is to simplify the design, reduce weight and size parameters and increase the durability and reliability of the crank-rocker-connecting rod mechanism, with the ability to adjust the characteristics of the torque of the mechanism, speed and magnitude of the stroke of the working body without changing the radius of the cranks.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что предлагаемый кривошипно-коромысло-шатунный механизм состоит из рабочего органа, в частном случае поршня, шарнирно связанного со штангой, которая расположена в направляющей и шарнирно связана с коромыслом. Каждое плечо коромысла шарнирно соединено с шатунами, в свою очередь шарнирно связанными с двумя синхронно вращающимися коленчатыми валами, которые связаны между собой шестернями с передаточным отношением, равным единице. При этом коромысло имеет форму, позволяющую связать его конец с соответствующим валом посредством одного шатуна, а шатуны имеют возможность перемещения каждый в своей плоскости. Рабочий орган и коромысло также могут быть связаны двумя штангами, а штанги выполняют такой формы, чтобы позволить шатунам беспрепятственно перемещаться. Коленчатые валы могут быть расположены как параллельно, так и соосно. При соосном расположении коленчатых валов их выполняют одноопорными и связывают между собой посредством, как минимум, одной конической передачи, обеспечивающей их встречное вращение.The specified technical result is achieved due to the fact that the proposed crank-rocker-connecting rod mechanism consists of a working body, in the particular case of a piston, pivotally connected to the rod, which is located in the guide and pivotally connected to the beam. Each rocker arm is pivotally connected to connecting rods, which in turn are pivotally connected to two synchronously rotating crankshafts, which are connected to each other by gears with a gear ratio equal to one. In this case, the beam has a shape that allows you to connect its end with the corresponding shaft by means of one connecting rod, and the connecting rods have the ability to move each in its own plane. The working body and the beam can also be connected by two rods, and the rods are shaped so as to allow the rods to move freely. Crankshafts can be located both parallel and coaxial. With the coaxial arrangement of the crankshafts, they are single-bearing and are interconnected by means of at least one bevel gear, which ensures their counter rotation.

Заявленный кривошипно-коромысло-шатунный механизм (далее ККШМ) поясняется чертежами:The claimed crank-rocker-connecting rod mechanism (hereinafter KKSHM) is illustrated by the drawings:

На фиг.1 изображена кинематическая схема ККШМ;Figure 1 shows the kinematic diagram of KKSHM;

На фиг.2 показан вид снизу кинематической схемы ККШМ;Figure 2 shows a bottom view of the kinematic scheme KKShM;

На фиг.3 показана кинематическая схема конструкции двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС);Figure 3 shows the kinematic diagram of the design of the internal combustion engine (hereinafter ICE);

На фиг.4 показана кинематическая схема заявляемого ККШМ в ДВС при перемещении поршня в цикле расширения;Figure 4 shows the kinematic diagram of the inventive KKShM in ICE when moving the piston in the expansion cycle;

На фиг.5 показана кинематическая схема ДВС с заявляемым ККШМ при перемещении поршня в цикле сжатия;Figure 5 shows the kinematic diagram of the internal combustion engine with the inventive KKShM when moving the piston in the compression cycle;

На фиг 6 показана кинематическая схема ККШМ и силы, действующие в нем при его работе, где Р - давление газов; φ - угол поворота валов, N1, N2 - поперечные силы, равные по величине;In Fig. 6, the KKShM kinematic diagram and the forces acting in it during its operation are shown, where P is the gas pressure; φ is the angle of rotation of the shafts, N1, N2 are the transverse forces of equal magnitude;

На фиг.7 показана кинематическая схема ККШМ в ДВС в положении, когда поперечные силы не равны по величине;Figure 7 shows the kinematic diagram of the CABG in the internal combustion engine in the position when the transverse forces are not equal in magnitude;

На фиг.8 изображены характеристики крутящего момента на валах ККШМ в ДВС при различных углах α - установки одного кривошипа относительно другого (при давлении рабочего газа Рг и радиусов кривошипов R, принятых равным единице), где Мкр - крутящий момент; А - характеристика при α=15°, В - характеристика при α=30°, С - характеристика при α=45°, D - характеристика при α=60°;On Fig depicts the characteristics of the torque on the shafts of the KKShM in the internal combustion engine at various angles α - installation of one crank relative to another (at a pressure of the working gas Rg and the radii of the cranks R, taken equal to unity), where Mkr - torque; A - characteristic at α = 15 °, B - characteristic at α = 30 °, C - characteristic at α = 45 °, D - characteristic at α = 60 °;

На фиг.9 изображен график зависимости действующего значения крутящего момента механизма Мкр от угла поворота валов φ при воздействии на поршень давления рабочего газа за один цикл, где: Мкр действ - действующий крутящий момент; А - действующий крутящий момент при установке кривошипов относительно друг друга на α=15°, В - действующий крутящий момент при установке кривошипов относительно друг друга на α=30°, С - действующий крутящий момент при установке кривошипов относительно друг друга на α=45°, D - действующий крутящий момент при установке кривошипов относительно друг друга на α=60°;Figure 9 shows a graph of the actual value of the torque of the mechanism Mkr from the angle of rotation of the shafts φ when the working gas pressure is applied to the piston for one cycle, where: Mkr is the effective torque; A - effective torque when installing cranks relative to each other at α = 15 °, B - effective torque when installing cranks relative to each other at α = 30 °, C - effective torque when installing cranks relative to each other at α = 45 ° , D is the effective torque when installing the cranks relative to each other at α = 60 °;

На фиг.10 изображен график зависимости перемещения рабочего органа от угла φ поворота валов, где Н - ход рабочего органа, А - характеристика одновальной системы, В - характеристика перемещения рабочего органа в заявляемом ККШМ;Figure 10 shows a graph of the dependence of the movement of the working body on the angle φ of rotation of the shafts, where N is the stroke of the working body, A is the characteristic of the single-shaft system, B is the characteristic of the movement of the working body in the inventive KKShM;

На фиг.11 показаны собственные характеристики передачи крутящего момента Мкр механизмов в зависимости от угла φ поворота валов, при давлении газа на поршень, принятом равным единице, и одинаковом радиусе кривошипов, принятом равным единице, где: А - характеристика одновальной системы, В - характеристика заявляемого ККШМ;Figure 11 shows the intrinsic characteristics of the transmission torque Mkr mechanisms depending on the angle φ of rotation of the shafts, with gas pressure on the piston, taken equal to unity, and the same radius of the cranks, taken equal to unity, where: A is a characteristic of a single-shaft system, B is a characteristic the claimed KKShM;

На фиг.12 показана кинематическая схема ККШМ с двумя штангами, вид снизу;On Fig shows a kinematic diagram of KKSHM with two rods, bottom view;

На фиг.13 показана кинематическая схема ККШМ с соосным расположением одноопорных коленвалов;On Fig shows a kinematic diagram of the CABG with the coaxial arrangement of single-bearing crankshafts;

На фиг.14 изображена кинематическая схема ККШМ с соосным расположением одноопорных коленвалов, вид сбоку;On Fig depicts the kinematic diagram of KKSHM with the coaxial arrangement of single-bearing crankshafts, side view;

На фиг.15 изображена кинематическая схема ККШМ с соосным расположением одноопорных коленвалов, вид снизу.On Fig depicts the kinematic diagram of KKSHM with the coaxial arrangement of single-bearing crankshafts, bottom view.

На фиг.16 изображена схема ККШМ в ДВС с двумя соосными одноопорными коленвалами в цикле сжатия.In Fig.16 shows a diagram of the crankshaft in the internal combustion engine with two coaxial single-bearing crankshafts in the compression cycle.

На фиг.17 изображена схема ККШМ в ДВС с двумя соосными одноопорными коленвалами в цикле расширения.On Fig shows a diagram of the crankshaft in the internal combustion engine with two coaxial single-bearing crankshafts in the expansion cycle.

Заявленный ККШМ имеет несколько вариантов исполнения:Declared KKShM has several options:

Вариант 1 исполнения ККШМ, использованного в конструкции ДВС.Option 1 performance KKShM used in the design of ICE.

Предлагаемый механизм состоит из двух параллельно расположенных коленчатых валов (кривошипов) 1 и 2 с установленными на них шестернями 3 и 4. Коленчатые валы 1 и 2 имеют возможность синхронного вращения в любых направлениях и связаны посредством шарниров 5 и 6 с шатунами 7 и 8. Шатуны 7 и 8 находятся в разных плоскостях и шарнирно связаны с противолежащими концами коромысла 9. Коромысло 9 расположено между шатунами 7 и 8 и своим средним шарниром связано со штангой 10. Коромысло 9 имеет форму, позволяющую связать каждый его конец с соответствующим валом посредством одного шатуна, при этом шатуны 7 и 8 имеют возможность перемещения каждый в своей плоскости. Штанга 10 связана с рабочим органом и установлена в направляющей 11 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. В качестве направляющей 11 может быть применена втулка, пара роликов или другая конструкция, обеспечивающая надежную опору и легкое перемещение штанги 10. Штанга 10 имеет форму, позволяющую беспрепятственно перемещаться шатунам 7 и 8, может быть, как один из вариантов, выполнена в виде вилки. В качестве рабочего органа в данном варианте использован поршень 12, который подвижно установлен в цилиндре 13. Применение коромысла такой формы в ККШМ позволяет разместить и закрепить направляющую 11, обеспечивая минимальное расстояние до среднего шарнира коромысла при положении поршня 12 в ВМТ. При таком положении поршня 12 давление рабочего газа максимально и максимальна величина поперечных сил, которые оказывают изгибающее воздействие на штангу 10.The proposed mechanism consists of two parallel located crankshafts (cranks) 1 and 2 with gears 3 and 4 mounted on them. Crankshafts 1 and 2 have the ability to synchronously rotate in any direction and are connected via hinges 5 and 6 with rods 7 and 8. Cranks 7 and 8 are in different planes and pivotally connected to the opposite ends of the beam 9. The beam 9 is located between the connecting rods 7 and 8 and is connected to the rod 10 with its middle hinge. The beam 9 has a shape that allows each end to be connected to the corresponding shaft m through one connecting rod, while the connecting rods 7 and 8 have the ability to move each in its own plane. The rod 10 is connected with the working body and is installed in the guide 11 with the possibility of reciprocating movement. As a guide 11, a sleeve, a pair of rollers, or another design that provides reliable support and easy movement of the rod 10 can be used. The rod 10 has a shape that allows the rods 7 and 8 to move freely, can be, as one of the options, made in the form of a fork. As a working body, in this embodiment, a piston 12 is used, which is movably mounted in the cylinder 13. The use of a beam of this shape in the KKShM allows you to place and fix the guide 11, providing a minimum distance to the middle hinge of the beam when the piston 12 is in TDC. With this position of the piston 12, the pressure of the working gas is maximum and maximum value of the transverse forces that have a bending effect on the rod 10.

Если предлагаемый механизм применить в двигателе внутреннего сгорания, то он работает следующим образом.If the proposed mechanism is used in an internal combustion engine, then it works as follows.

При сгорании топливно-воздушной смеси расширяющиеся газы воздействуют с силой Р на поршень 12, что приводит его в движение внутри цилиндра 13 (см. фиг.3). Поршень 12 толкает штангу 10, которая посредством коромысла 9 и шатунов 7 и 8 приводит коленчатые валы (кривошипы) 1 и 2 во вращение. При достижении поршнем 12 нижней мертвой точки (далее по тексту НМТ) происходит выпуск продуктов сгорания, после чего производят подачу новой порции топливо-воздушной смеси (см. фиг.4). Далее на штангу 10 воздействует сила инерции от вращающихся коленвалов 1 и 2, которая перемещает поршень 12 в положение ВМТ, производя при этом сжатие топливно-воздушной смеси (см. фиг.5). Далее цикл повторяется.During combustion of the fuel-air mixture, the expanding gases act with a force P on the piston 12, which causes it to move inside the cylinder 13 (see figure 3). The piston 12 pushes the rod 10, which, through the rocker arm 9 and the connecting rods 7 and 8, drives the crankshafts (cranks) 1 and 2 into rotation. When the piston 12 reaches the bottom dead center (hereinafter referred to as BDC), the combustion products are released, after which a new portion of the fuel-air mixture is supplied (see Fig. 4). Next, the rod 10 is affected by the inertia force from the rotating crankshafts 1 and 2, which moves the piston 12 to the TDC position, thereby compressing the fuel-air mixture (see Fig. 5). Next, the cycle repeats.

Характеристика крутящего момента на коленвалах 1, 2 и скорость перемещения поршня 12 в прямом и обратном направлении при неизменном радиусе кривошипов могут быть различными и зависят от угла α установки одного кривошипа относительно другого. Также характеристики крутящего момента на коленвалах 1, 2 и скорость перемещения поршня 12 можно задавать и геометрическими размерами шатунов 7 и 8, коромысла 9, межосевого расстояния валов 1 и 2, а также изменением их пропорций. Изменения характеристики крутящего момента на коленвалах 1, 2 и скоростной характеристики возвратно-поступательного движения поршня 12 как в прямом, так и в обратном направлении без изменения радиусов коленвалов 1 и 2 и их заданной угловой скорости можно осуществить за счет изменения длины шатунов 7 и 8. Чем больше длина шатунов 7 и 8 при неизменяемых других геометрических параметрах механизма, тем меньше соотношение угла поворота коленвалов 1 и 2 при движении поршня от НМТ к ВМТ к углу поворота при движении от ВМТ к НМТ и соответственно также будет меняться соотношение скорости при движении поршня 12 от НМТ к ВМТ к скорости поршня 12 от ВМТ к НМТ. Такой же закономерности подчиняются и соотношения значений максимальных крутящих моментов на валах в данных диапазонах. Чем больше длина шатунов, тем меньше соотношение этих величин и, наоборот, чем меньше длина шатунов, тем соотношение скоростей и максимальных крутящих моментов больше и минимальная величина длины шатунов ограничена конструктивными соотношениями остальных геометрических параметров механизма, обеспечивающими его работоспособность, беспрепятственное вращение валов 1 и 2 и исключающими заклинивание механизма.The characteristic of the torque on crankshafts 1, 2 and the speed of movement of the piston 12 in the forward and reverse directions with a constant radius of the cranks can be different and depend on the installation angle α of one crank relative to another. Also, the characteristics of the torque on crankshafts 1, 2 and the speed of movement of the piston 12 can be set by the geometric dimensions of the connecting rods 7 and 8, the rocker arm 9, the interaxal distance of the shafts 1 and 2, as well as by changing their proportions. Changes in the characteristics of the torque on crankshafts 1, 2 and the speed characteristics of the reciprocating motion of the piston 12 in both forward and reverse directions without changing the radii of the crankshafts 1 and 2 and their given angular velocity can be made by changing the length of the connecting rods 7 and 8. The greater the length of the connecting rods 7 and 8 with unchanged other geometric parameters of the mechanism, the smaller the ratio of the angle of rotation of crankshafts 1 and 2 when the piston moves from BDC to TDC to the rotation angle when moving from TDC to BDC and, accordingly, also b children vary the speed ratio of the piston 12 when moving from BDC to TDC for piston velocity 12 from TDC to BDC. The same regularities obey the ratio of the maximum torques on the shafts in these ranges. The greater the length of the connecting rods, the smaller the ratio of these values and, conversely, the smaller the length of the connecting rods, the greater the ratio of speeds and maximum torques and the minimum length of the connecting rods is limited by the structural ratios of the remaining geometric parameters of the mechanism, ensuring its operability, unimpeded rotation of the shafts 1 and 2 and excluding jamming mechanism.

Крутящий момент механизма определяется по формуле: Мкр=М1+М2, где:The torque of the mechanism is determined by the formula: Mkr = M1 + M2, where:

M1 - крутящий момент коленвала 1;M1 - crankshaft torque 1;

М2 - крутящий момент коленвала 2.M2 - crankshaft torque 2.

Крутящий момент вала 1 определяется по формуле: М1=Т1×R1, где:The torque of the shaft 1 is determined by the formula: M1 = T1 × R1, where:

T1 - тангенциальная сила коленвала 1;T1 - tangential force of the crankshaft 1;

R1 - радиус коленвала (кривошипа) 1.R1 - radius of the crankshaft (crank) 1.

Крутящий момент вала 2 определяется по формуле: M2=T2×R2, где:The torque of the shaft 2 is determined by the formula: M2 = T2 × R2, where:

Т2 - тангенциальная сила коленвала 2;T2 - tangential force of the crankshaft 2;

R2 - радиус коленвала 2.R2 - crankshaft radius 2.

Тангенциальная сила вала 1 определяется по формуле: T1=P×Sinγ1/Cosβ1, где:The tangential force of the shaft 1 is determined by the formula: T1 = P × Sinγ1 / Cosβ1, where:

Р - давление газов на поршень.P is the pressure of the gases on the piston.

Тангенциальная сила вала 2 определяется по формуле: Т2=Р×Sinγ2/Cosβ2, где:The tangential force of the shaft 2 is determined by the formula: T2 = P × Sinγ2 / Cosβ2, where:

Р - давление газов на поршень.P is the pressure of the gases on the piston.

Чтобы найти характеристику крутящего момента данного механизма в зависимости от его геометрических размеров и угла установки валов относительно друг друга принимаем P=1, R1=R2=1, при установке валов относительно друг друга на углы 15, 30, 45 и 60°, и получаем кривые А, В, С и D (см. фиг.8). Подставляя действующее значение давления рабочих газов за один цикл расширения при заданном угле поворота валов, получим действующий крутящий момент для характеристик А, В, С и D. Работа при вращательном движении находится по формуле:To find the torque characteristic of this mechanism depending on its geometric dimensions and the angle of the shafts relative to each other, we take P = 1, R1 = R2 = 1, when setting the shafts relative to each other at angles of 15, 30, 45 and 60 °, and we get curves A, B, C and D (see Fig. 8). Substituting the actual value of the working gas pressure for one expansion cycle at a given angle of rotation of the shafts, we obtain the effective torque for the characteristics A, B, C and D. The work during rotational motion is found by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

Где: Мкр - крутящий момент на валах ДВС, действующий за угол от 0 до φ2 - угол, на который поворачиваются валы при расширении рабочего газа и ходе поршня от ВМТ к НМТ.Where: MKR - torque on the ICE shafts, acting over an angle from 0 to φ2 - the angle by which the shafts rotate when the working gas expands and the piston travels from TDC to BDC.

Работа за один цикл расширения рабочего заряда равна сумме крутящих моментов, действующих за время поворота валов, за который произошло расширение рабочих газов. Из этого следует: площадь под кривыми будет равняться совершенной работе действительного цикла, тогда можно найти КПД ДВС, который показывает отношение полученной работы к подведенной теплоте. На графиках фиг.9 видим, что площадь под кривыми А, В, С, D становится больше при сдвиге максимального крутящего момента к максимальному давлению рабочего газа, то есть происходит повышение произведенной работы, а так как во всех случаях количество подведенной теплоты одинаково, значит происходит повышение КПД ДВС.Work in one cycle of expansion of the working charge is equal to the sum of the torques acting during the rotation of the shafts, during which the expansion of the working gases occurred. From this it follows: the area under the curves will be equal to the perfect work of the actual cycle, then you can find the efficiency of the internal combustion engine, which shows the ratio of the work received to the supplied heat. In the graphs of Fig. 9 we see that the area under the curves A, B, C, D becomes larger when the maximum torque is shifted to the maximum working gas pressure, that is, the work done is increased, and since in all cases the amount of heat supplied is the same, then there is an increase in the efficiency of the internal combustion engine.

КПД ДВС=Wполуч/Wподвед, где:Efficiency of ICE = W result / W sub, where:

Wполуч - полученная работа;W received - received work;

Wподвед - подведенная теплота.Wsupply - summed up heat.

Изменение угла α установки одного кривошипа относительно другого позволяет установить максимум Мкр - крутящего момента механической характеристики механизма в начало расширения рабочих газов, что позволяет более эффективно использовать энергию расширяющегося заряда, повысить крутящий момент на его валах, мощность, КПД и экономичность ДВС без увеличения расхода топлива. В процессе работы заявленного механизма на штангу 10, кроме продольной силы Р, действуют поперечные силы N1 и N2, которые направлены встречно и перпендикулярно продольной оси штанги 10 (см. фиг.6).Changing the installation angle α of one crank relative to another allows you to set the maximum MKR - the torque of the mechanical characteristics of the mechanism at the beginning of the expansion of the working gases, which allows more efficient use of the energy of the expanding charge, increase the torque on its shafts, power, efficiency and economy of the internal combustion engine without increasing fuel consumption . In the process of operation of the claimed mechanism on the rod 10, in addition to the longitudinal force P, the transverse forces N1 and N2 act, which are directed counter and perpendicular to the longitudinal axis of the rod 10 (see Fig.6).

В случае несимметричности конструкции механизма (установки коленвалов со сдвигом на какой-либо угол относительно друг друга) возникает неравенство поперечных сил и изгибающая штангу сила, что требует повышенной прочности штанги и, соответственно, увеличения ее сечения и ее массы, увеличивает износ узла "штанга-направляющая" и существенно снижает долговечность и надежность механизма. С целью снижения изгибающего момента, действующего на штангу, необходимо уменьшить плечо приложения результирующей поперечной силы. Для этого направляющую 11 устанавливают на минимальном расстоянии до среднего шарнира коромысла в положении, когда поршень находится в ВМТ (см. фиг.7). Благодаря такому расположению направляющей результирующая поперечная сила воздействует на узел "штанга-направляющая" с минимальным плечом, что позволяет существенно снизить нагрузку на узел и массогабаритные показатели данного узла.In case of asymmetric construction of the mechanism (installation of crankshafts with a shift by any angle relative to each other), an inequality of the transverse forces and a bending force of the rod occurs, which requires increased strength of the rod and, accordingly, an increase in its cross section and its mass, increases the wear of the "rod guide "and significantly reduces the durability and reliability of the mechanism. In order to reduce the bending moment acting on the bar, it is necessary to reduce the shoulder application of the resulting transverse forces. To do this, the guide 11 is installed at a minimum distance to the middle hinge of the rocker arm in the position when the piston is in TDC (see Fig. 7). Due to this arrangement of the guide, the resulting transverse force acts on the rod-guide assembly with a minimum shoulder, which can significantly reduce the load on the assembly and the overall dimensions of this assembly.

Данный механизм имеет возможность изменения различных параметров, таких как увеличение крутящего момента без увеличения радиуса кривошипов, увеличение и смещение к началу угла поворота максимального значения собственной несимметричной механической характеристики передачи крутящего момента механизма при обратном направлении движения поршня, которая показывает как изменяется крутящий момент на валах механизма при воздействии на штангу или поршень постоянной силы - Р и радиуса кривошипа - R, принятых за единицу, в зависимости от угла φ поворота валов, изменение хода поршня без изменения радиуса кривошипов (см фиг.10), уменьшение заданных значений ускорений поршня при перемене направления движения в НМТ и ВМТ, соответственно, уменьшение инерционных нагрузок на детали механизма.This mechanism has the ability to change various parameters, such as increasing the torque without increasing the radius of the cranks, increasing and shifting to the beginning of the rotation angle the maximum value of the intrinsic asymmetric mechanical characteristic of the transmission of torque of the mechanism in the opposite direction of the piston movement, which shows how the torque on the shafts of the mechanism changes when acting on a rod or piston of constant force - P and crank radius - R, taken per unit, depending on the angle φ rotation of the shafts, changing the piston stroke without changing the radius of the cranks (see figure 10), reducing the set values of the acceleration of the piston when changing the direction of movement in the BDC and TDC, respectively, reducing the inertial loads on the parts of the mechanism.

Вышеуказанные параметры можно изменять в зависимости от поставленной задачи, варьируя величиной сдвига угла α между кривошипами и геометрическими размерами коромысла, шатунов, межосевого расстояния валов и изменением их пропорций, которые ограничиваются заданными весогабаритными показателями механизма и прочностью применяемых материалов.The above parameters can be changed depending on the task, varying the shift of the angle α between the cranks and the geometric dimensions of the rocker arm, connecting rods, the interaxal distance of the shafts and the change in their proportions, which are limited by the specified weight and size parameters of the mechanism and the strength of the materials used.

Вариант 2 исполнения ККШМ, использованного в конструкции ДВСOption 2 execution KKShM used in the design of ICE

На фиг.12 показана кинематическая схема ККШМ, подобная механизму по варианту 1, с отличием в том, что поршень 12 соединен с коромыслом 9 двумя штангами 10. Данное обстоятельство позволяет также применить по одному шатуну на каждый вал, что также способствует достижению заявленного технического результата.On Fig shows a kinematic scheme KKSHM, similar to the mechanism according to option 1, with the difference that the piston 12 is connected to the beam 9 by two rods 10. This fact also allows the use of one connecting rod per shaft, which also contributes to the achievement of the claimed technical result .

Вариант 3 исполнения ККШМ, использованного в конструкции ДВСOption 3 design KKShM used in the design of ICE

На фиг.13-15 показана кинематическая схема ККШМ, подобная механизму по варианту 1, с отличием в том, что одноопорные коленчатые валы 1 и 2 расположены соосно и связаны между собой посредством, как минимум, одной конической передачи, обеспечивающей встречное вращение валов. На фиг.16-17 изображен ККШМ ДВС с двумя соосными одноопорными коленвалами. Соосное расположение валов позволяет уменьшить длину шатунов и, соответственно, снизить массогабаритные характеристики ДВС при одинаковых технических характеристиках. Величина хода поршня в ККШМ с параллельными валами зависит от радиуса коленвалов и их межосевого расстояния, а соосное расположение валов позволяет ход поршня сделать зависимым только от величины радиуса коленвалов и угла установки между валами. При этом для повышения крутящего момента с помощью увеличения радиуса кривошипов соосных валов мы незначительно увеличиваем ход поршня и его линейную скорость.13-15 show a KKShM kinematic diagram similar to the mechanism of embodiment 1, with the difference that the single-bearing crankshafts 1 and 2 are aligned and connected by at least one bevel gear that provides counter-rotation of the shafts. In Fig.16-17 depicted KKSHM ICE with two coaxial single-bearing crankshafts. The coaxial arrangement of the shafts allows to reduce the length of the connecting rods and, accordingly, to reduce the weight and size characteristics of the internal combustion engine with the same technical characteristics. The magnitude of the piston stroke in the KKShM with parallel shafts depends on the radius of the crankshafts and their center distance, and the coaxial arrangement of the shafts allows the piston stroke to be made dependent only on the magnitude of the radius of the crankshafts and the angle of installation between the shafts. Moreover, to increase the torque by increasing the radius of the cranks of the coaxial shafts, we slightly increase the piston stroke and its linear speed.

Вариант 4 исполнения ККШМ, использованного в конструкции насосаOption 4 of the KKShM version used in the design of the pump

Конструкция насоса аналогична конструкции ДВС, описанного в варианте 1. В процессе работы данного насоса коленчатые валы 1 и 2 приводят во вращение, например, при помощи электродвигателя либо другого устройства. Вращающиеся коленвалы 1 и 2 посредством шатунов, коромысла и штанги сообщают поршню 12 возвратно-поступательное движение внутри цилиндра 13. Поршень 12 оказывает воздействие на перекачиваемую жидкость или газ и приводит его в движение.The design of the pump is similar to the design of the ICE described in option 1. During the operation of this pump, the crankshafts 1 and 2 are rotated, for example, by an electric motor or other device. Rotating crankshafts 1 and 2 by means of connecting rods, rocker arm and rod communicate reciprocating motion to piston 12 inside cylinder 13. Piston 12 affects the pumped liquid or gas and sets it in motion.

Вариант 5 исполнения ККШМ, использования в конструкции механизма с возвратно-поступательным движением рабочего органаOption 5 execution KKShM, use in the design of the mechanism with reciprocating movement of the working body

Конструкция данного механизма аналогична конструкции, описанной в варианте 1, с разницей в том, что в качестве рабочего органа использован инструмент для выполнения определенной операции. В качестве рабочего органа могут быть использованы: вырубной штамп, игла, пила, резец, печатная матрица, манипулятор и пр. инструменты. В процессе работы данного механизма коленчатые валы 1 и 2 приводят во вращение, например, при помощи электродвигателя либо другого устройства. Вращающиеся валы 1 и 2 посредством шатунов, коромысла и штанги сообщают инструменту возвратно-поступательное движение.The design of this mechanism is similar to the design described in option 1, with the difference that a tool is used as a working body to perform a specific operation. As a working body, the following can be used: die cutter, needle, saw, cutter, printing matrix, manipulator and other tools. In the process of this mechanism, the crankshafts 1 and 2 are driven into rotation, for example, by an electric motor or other device. Rotating shafts 1 and 2 by means of connecting rods, rocker and rod inform the tool reciprocating motion.

Таким образом, описанные конструкции позволяют применить по одному шатуну на каждый вал и установить направляющую с минимальным расстоянием до среднего шарнира коромысла при нахождении рабочего органа в ВМТ, позволяют упростить конструкцию, уменьшить габаритные размеры и повысить долговечность и надежность кривошипно-коромысло-шатунного механизма, имеющего возможность настройки характеристик хода рабочего органа и характеристик крутящего момента на его валах путем изменения геометрических пропорций механизма без изменения радиусов кривошипов.Thus, the described structures make it possible to apply one connecting rod to each shaft and install a guide with a minimum distance to the middle hinge of the rocker arm when the working body is in the TDC, simplify the design, reduce overall dimensions and increase the durability and reliability of the crank-beam-crank mechanism having the ability to adjust the stroke characteristics of the working body and the characteristics of the torque on its shafts by changing the geometric proportions of the mechanism without changing the radius o cranks.

Claims (4)

1. Кривошипно-коромысло-шатунный механизм, состоящий из рабочего органа, шарнирно связанного со штангой, которая расположена в направляющей и шарнирно связана с коромыслом, каждое плечо которого шарнирно соединено с шатунами, в свою очередь, шарнирно связанными с двумя синхронно вращающимися коленчатыми валами, связанными между собой шестернями с передаточным отношением, равным единице, отличающийся тем, что коромысло имеет форму, позволяющую связать его конец с соответствующим валом посредством одного шатуна, при этом шатуны имеют возможность перемещения каждый в своей плоскости.1. Crank-yoke-connecting rod mechanism, consisting of a working body pivotally connected to the rod, which is located in the guide and pivotally connected to the beam, each arm of which is pivotally connected to the connecting rods, in turn, pivotally connected to two synchronously rotating crankshafts, gears connected to each other with a gear ratio equal to one, characterized in that the beam has a shape that allows its end to be connected to the corresponding shaft by means of one connecting rod, while the connecting rods have ozhnost move each in its own plane. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что рабочий орган и коромысло связаны двумя штангами.2. The mechanism according to claim 1, characterized in that the working body and the beam are connected by two rods. 3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что валы расположены соосно и связаны между собой посредством, как минимум, одной конической передачи, обеспечивающей встречное вращение валов.3. The mechanism according to claim 1, characterized in that the shafts are coaxial and interconnected by at least one bevel gear, providing counter-rotation of the shafts. 4. Механизм по п.1, отличающийся тем, что штанга имеет форму, позволяющую беспрепятственно перемещаться шатунам. 4. The mechanism according to claim 1, characterized in that the rod has a shape that allows the rods to move freely.
RU2006142635/06A 2006-12-04 2006-12-04 Crankshaft-rocker-coupler mechanism RU2348822C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142635/06A RU2348822C2 (en) 2006-12-04 2006-12-04 Crankshaft-rocker-coupler mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142635/06A RU2348822C2 (en) 2006-12-04 2006-12-04 Crankshaft-rocker-coupler mechanism

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006142635A RU2006142635A (en) 2008-06-10
RU2348822C2 true RU2348822C2 (en) 2009-03-10

Family

ID=39581136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006142635/06A RU2348822C2 (en) 2006-12-04 2006-12-04 Crankshaft-rocker-coupler mechanism

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2348822C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2405953C1 (en) * 2009-09-16 2010-12-10 Юрий Михайлович Мухутдинов Rhombic crank-planetary piston gear

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH187502A (en) * 1935-11-29 1936-11-15 Berggren Ragnar Power machine with opposing pistons.
FR1213644A (en) * 1958-12-10 1960-04-01 Double-acting crankshaft device for internal combustion engines, in particular those of the four-stroke cycle
SU1267013A1 (en) * 1984-11-12 1986-10-30 Kotov Vladimir M Piston machine
US5435232A (en) * 1989-09-29 1995-07-25 Hammerton; Ian R. Multi-connecting rod reciprocating machine
RU2064599C1 (en) * 1992-12-28 1996-07-27 Николай Алексеевич Строгин Internal combustion engine
SU1289141A1 (en) * 1984-10-19 1996-08-20 А.И. Рябов Internal combustion engine
RU2275519C1 (en) * 2004-12-07 2006-04-27 Павел Игнатьевич Загуменнов Universal two-shaft crank-rocker-connecting rod mechanism and internal combustion engine employing such mechanism

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH187502A (en) * 1935-11-29 1936-11-15 Berggren Ragnar Power machine with opposing pistons.
FR1213644A (en) * 1958-12-10 1960-04-01 Double-acting crankshaft device for internal combustion engines, in particular those of the four-stroke cycle
SU1289141A1 (en) * 1984-10-19 1996-08-20 А.И. Рябов Internal combustion engine
SU1267013A1 (en) * 1984-11-12 1986-10-30 Kotov Vladimir M Piston machine
US5435232A (en) * 1989-09-29 1995-07-25 Hammerton; Ian R. Multi-connecting rod reciprocating machine
RU2064599C1 (en) * 1992-12-28 1996-07-27 Николай Алексеевич Строгин Internal combustion engine
RU2275519C1 (en) * 2004-12-07 2006-04-27 Павел Игнатьевич Загуменнов Universal two-shaft crank-rocker-connecting rod mechanism and internal combustion engine employing such mechanism

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2405953C1 (en) * 2009-09-16 2010-12-10 Юрий Михайлович Мухутдинов Rhombic crank-planetary piston gear

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006142635A (en) 2008-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5673665A (en) Engine with rack gear-type piston rod
US7293542B2 (en) Motor with rotary connecting rod bolt
EP2066889B1 (en) Improved opposed piston combustion engine
US20060150949A1 (en) Rotary internal combustion engine
US5836273A (en) Reciprocating machine
JPH11159339A (en) Internal combustion engine for converting reciprocating motion of piston to rotating motion by rack and pinion mechanism
JPH0419454A (en) Crank drive with planetary pivot pin
RU2348822C2 (en) Crankshaft-rocker-coupler mechanism
US6273052B1 (en) Coupling arrangement for reciprocating piston engine
RU2349813C1 (en) Two-shaft connecting rod gear
US10781903B2 (en) Slider-crank mechanism for eliminating side forces
RU2658209C1 (en) Mechanism of motion convertion for piston machine
JP2005501204A (en) Crankshaft with continuous main journal and corresponding connecting structure
RU2239075C2 (en) Free-piston internal combustion engine with shaft torque constant arm of force
JP2005330889A (en) Power converter with reduced thrust load on cylinder side wall
RU2026499C1 (en) Heat engine
KR970004671B1 (en) Oldham Drive Engine
WO2000058612A1 (en) Coupling arrangement for reciprocating piston engine
CA2625535A1 (en) A connecting rod free piston machine
RU2228453C1 (en) Internal combustion engine
RU2420680C1 (en) Conrod-free mechanism of motion conversion
WO2021255485A1 (en) Variable internal combustion engine crank
US3260249A (en) Internal combustion engine
RU2215919C1 (en) Rotary motion-into-reciprocating motion and reciprocating motion-into-rotary motion converter
CA2326705C (en) Crank system with sinusoidal piston motion

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121205