Ротативная Машина Голубева В. И. плоского типа («РМГ»)

Особенности кинематики, геометрии и компоновки

Кинематическая схема устройств ("ротативные двигатели", "ротативные насосы") с Ротативной Машиной Голубева В. И. плоского типа («РМГ») является, как уже отмечалось, «разверткой» пространственного механизма Сферическая Машина Голубева В. И. «СМГ» на плоскость. При этом новый механизм представляет собой механизм плоскопараллельного перемещения рабочего органа (т.н. механизм параллельных кривошипов) в виде жесткого блока пересекающихся своими осями цилиндров и размещенных в них замыкателей–поршней. В процессе перемещения любые точки блока и замыкателей описывают окружности равного радиуса с равными и противоположными угловыми скоростями. Возможность синхронного и согласованного по фазе перемещения замыкателей–поршней обеспечивается механизмом синхронизации, при этом фазы движения замыкателей–поршней определяются углами пересечения осей цилиндров. Относительные линейные перемещения замыкателей–поршней и цилиндров можно рассматривать как сложение двух равных по величине и угловой скорости, но разных по знаку векторов с круговой поляризацией в линейно–поляризованный вектор, причем векторы одного направления вращения синфазны (это рабочий орган — блок цилиндров), а векторы противоположного направления осей вращения имеют фазовый сдвиг, определяемый углами пересечения осей цилиндров.

Иначе говоря, подвижные элементы машины совершают чисто вращательные движения с постоянной угловой скоростью, что позволяет говорить о принципиальной возможности полного уравновешивании устройства. Более того, кинематическое взаимодействие замыкателей–поршней и стенок цилиндров теоретически отсутствует, а на практике определяется точностью изготовления механизма синхронизации.

Конструктивное выполнение рабочего органа может иметь вид плоского кольцевого тела («шайбы») с тангенциально или радиально расположенными рабочими камерами (с внешним или внутренним пересечениями, преимущественно с равными углами, осей цилиндров). Число рабочих камер предпочтительно четное, от 8 и более (обычно 12–16), при этом одинаковые рабочие процессы происходят в диаметрально разнесенных и одинаково ориентированных рабочих камерах. Выполнение рабочего органа с тангенциально расположенными рабочими камерами возможно для всех видов рабочих машин, но нежелательно для ДВС, для которых предпочтительно выполнение рабочего органа с радиальным расположение рабочих камер. Это связано с возникновением опрокидывающего момента в рабочем органе первого типа при пропуске вспышки в одной из параллельных рабочих камер. При реализации машины в виде, например, насоса, гидродвигателя или паровой машины, вероятность «пропуска» отсутствует. Возможны и более сложные и интересные компоновочные схемы с комбинациями в одном рабочем органе тангенциальных и радиальных рабочих камер, а также расположенных под произвольным углом.

«РМГ» допускает (при некотором увеличении габаритов, прежде всего в радиальном направлении) выполнение рабочих камер и замыкателей–поршней в виде круговых цилиндров с хорошо отработанными элементами уплотнений в виде поршневых колец. Это обстоятельство позволяет создавать устройства на горячем газе с высоким давлением в рабочем цикле, например дизельные ДВС, в том числе типа HCCI.

Качественный анализ «распределенного» по поверхности механизма перемещения в виде многих кривошипов и эксцентриков показывает, что (учитывая примерно квадратичную зависимость механических потерь от диаметра вала) эти суммарные потери приблизительно равны (и меньше), чем у эквивалентного от подшипников коленчатого вала, воспринимающего соизмеримые нагрузки. При этом поверхность отвода тепла пропорциональна «дроблению» механизма.

Рабочий объем машины зависит от величины эксцентриситета кривошипов «Э» («ход поршня» — S=4Э), среднего радиуса рабочего органа Rср=( Rмакс- Rмин)/2, отношения «хода поршня» к его диаметру (или эквивалентному по площади, диаметру для некруглых поршней) — S/d. При конструктивно принимаемых рабочий объем может быть определен оценочно пределами:
V_раб= (40-50)Э R_ср/S/d;
Так, например, при Э=12, Rср=200 мм, S/d=2 («короткоходный») рабочий объем машины может лежать в пределах от 1,6л до 2л, в зависимости от «плотности упаковки» и рабочего давления.

При фиксированных эксцентриситете и размерах рабочих камер, увеличение среднего радиуса и, соответственно, числа рабочих полостей приводит к увеличению общего рабочего объема примерно в 1,5 раза быстрее, чем увеличивается средний радиус. Иначе говоря, «выгодно» выполнять «РМГ» с максимально малыми рабочими камерами (т.е. с увеличением «дробления» общего рабочего объема) и максимально возможным Rср, что приводит к росту «выбрасываемой» площади из центра, которая пропорциональна квадрату среднего радиуса.

Представляется интересным и такая особенность возможного выполнения «РМГ», как, в общем случае, возможность произвольной формы «РМГ», например, с одним «разрывом» или даже с несколькими, если удается реализовать механизм синхронизации. Появляется также принципиальная возможность выполнения машины с размерами, позволяющими разместить ее по периферии объекта, например, поворотной платформы.

Сопоставляя свойства «РМГ» со свойствами традиционной элементной базы можно утверждать, что возможно использование массы рабочего органа «РМГ» в качестве маховика. Наиболее эффективно использование предлагаемого устройства для создания объемных устройств, интегрированных с редукторами циклоидного типа с блоком цилиндров в качестве ведущего звена и маховика.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к полностью уравновешиваемым, многокамерным ротативным поршневым объемным устройствам с плоско–параллельным вращательным движением блока (блоков) цилиндров и поршней, перемещающихся во взаимно противоположных направлениях. Устройство может быть использовано для работы с несжимаемыми и сжимаемыми рабочими телами, в том числе и на горячем газе (например, в качестве основы для ДВС, а также устройств типа «мотор–редуктор»).

Известно объемное устройство «Ротативная машина Голубева В.И.» [1], развитием которого является предлагаемое техническое решение. Известное устройство выполнено в виде корпуса (основания) и блока из, по меньшей мере, двух пересекающихся под произвольными углами осями цилиндров с размещенными в них поршнями. Блок цилиндров и поршни установлены с возможностью плоско–параллельного (при котором оси цилиндров не меняют направлений), по окружностям равного радиуса, с равными угловыми скоростями согласованного и синхронизированного движения во взаимно противоположных для блока цилиндров и поршней направлениях при помощи приводных кривошипов, или кинематически им эквивалентных звеньев. (Очевидно, что приводное звено, функционально эквивалентное кривошипу может иметь различное конструктивное воплощение, например, в виде эксцентриковых, или коленчатых валов, пальца с роликом в круговой направляющей, серьги на двух пальцах и т. д.). Присоединение к внешнему устройству для передачи или получения энергии вращения осуществляется при помощи присоединительного звена (ведущего или ведомого). Согласованное и синхронизированное перемещение блока цилиндров и поршней достигается при помощи соединяющих их синхронизирующих звеньев. Перемещение поршней и блока цилиндров возможно при условии, что начальные фазы (положения) поршней в цилиндрах и соответствующих приводных кривошипов согласованы с угловым положением осей соответствующих цилиндров, при этом противоположно направленные вращательные движения поршней и блока цилиндров приводят к относительному линейному перемещению поршней в цилиндрах. Условием упомянутого согласования является непрерывное равенство проекций на ось каждого цилиндра условных векторов приводных кривошипов поршней и блока цилиндров, равных по величине эксцентриситету приводных кривошипов и совпадающих с ними по направлению. В известном устройстве синхронизирующие звенья, выполнены в виде одинаковых зубчатых колес внешнего зацепления, установленных на приводных кривошипах поршней и блока цилиндров. При этом для уменьшения влияния зазоров в зацеплении, вызываемых неравномерным износом и термическим расширением, соединение зубчатых колес между собой выполнено через промежуточные зубчатые упругие кольца из антифрикционного материала.

Цилиндры в блоке могут иметь различное поперечное сечение — круглое, овальное, прямоугольное, часть стенок цилиндров может быть образована стенками корпуса (основания). В частности, известное устройство имеет блок цилиндров в форме плоского кольца, снабженного тангенциально размещенными сквозными полостями, образующими совместно с установленными в них двухсторонними поршнями и стенками корпуса (основания) рабочие камеры, перемещающиеся относительно размещенных в стенках основания окон и каналов подвода и отвода рабочего тела. Так как в известном устройстве с рабочим телом взаимодействуют в равной мере поршни и блок цилиндров, а синхронизирующие звенья их кинематически объединяют, то присоединительное звено, в принципе, может быть соединено с блоком цилиндров или любым поршнем, однако, из конструктивных соображений, чаще всего предпочтителен блок цилиндров, суммирующий силовые потоки нескольких приводных кривошипов. Так, например, в известном устройстве присоединительное звено выполнено в виде установленного в корпусе с возможностью вращения зубчатого колеса с внешним зацеплением, по которому обкатывается жестко закрепленный на блоке цилиндров зубчатый венец с внутренним зацеплением. Очевидно, что возможно выполнение венца с внешним зацеплением, а зубчатого колеса — с внутренним.

Известное устройство характеризуется перемещением центров масс поршней и блока цилиндров по окружностям относительно небольшого радиуса, что существенно уменьшает центробежные силы и позволяет принципиально полностью уравновесить устройство. Однако, для нормальной работы устройства требуется высокая точность и постоянство параметров взаимного перемещения поршней и блока цилиндров, что в значительной степени определяется видом кинематических пар, связывающих между собой синхронизирующие звенья и приводные кривошипы перемещения поршней и блока цилиндров. В известном устройстве синхронизирующие звенья связаны зубчатыми зацеплениями, относящимся к высшим кинематическим парам. Для таких пар характерно высокое удельное давление в пятне контакта и необходимость в зубчатом зацеплении гарантированного зазора, что приводит к погрешности взаимного перемещения поршней и блока цилиндров. Этот недостаток усугубляется общим износом зубчатых зацеплений и особенно локальными износами на участков зацеплений, работающих в моменты скачков высокого давления в соответствующих им рабочих камерах. Уменьшение точности перемещения блока цилиндров и поршней приводит к возникновению силового взаимодействия между ними, появлению ударных нагрузок в синхронизирующих и приводных звеньях, вибрации и повышенного шума. Это приводит, в целом, к увеличению механических потерь и уменьшению надежности устройства. Можно также отметить, что в условиях действия высоких удельных давлений в пятне контакта, усиливаемого локальным приложением ударных нагрузок, не дает должного результата применение плакирующих смазок, создающих эффект «трения без износа» в кинематических парах, с удельным давлением, не превышающем примерно 250 МПа, что заметно меньше обычных удельных давлений в пятне контакта зубчатых зацеплений, величина которых, в зависимости от материалов и технологии изготовления зубчатых колес, составляет 500–1000 МПа. К дополнительному недостатку известного устройства можно отнести повышенные механические потери, вызываемые действием на кривошипы привода блока цилиндров сил увеличенного в передаточное число раз реактивного момента, передаваемого от присоединительного звена блоку цилиндров. Можно отнести также к дополнительным недостаткам определенные компановочные ограничения, обусловленные необходимым круговым расположением приводных кривошипов, связанных синхронизирующим зубчатым кольцом.

Предлагаемое изобретение решает задачу устранения основного недостатка прототипа — наличие высокого удельного давления и непостоянных (локальных) зазоров в зубчатых зацеплениях синхронизирующих звеньев. Основным техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение точности взаимного перемещения блока цилиндров и поршней и, соответственно, надежности и долговечности путем исключения зубчатых зацеплений в соединениях синхронизирующих звеньев, т.е. путем уменьшения удельных давлений и влияния зазоров в кинематических парах, связывающих синхронизирующие звенья с кривошипами привода рабочих органов за счет использования, преимущественно, низших кинематических пар или эквивалентных им кинематических соединений. (По определению [2], в низшей кинематической паре звенья соприкасаются по поверхности, или по линиям и точкам, через которые можно провести поверхность, а кинематическое соединение конструктивно заменяет кинематическую пару, например, соприкосновение звеньев через роликовый или игольчатый подшипники — эквивалентно низшей вращательной кинематической паре). Дополнительными техническими результатами являются:

• снижение потерь за счет уменьшения сил реактивного момента, действующего на приводные кривошипы блока цилиндров;
• расширение функциональных и компоновочных возможностей (конструктивной базы) предлагаемого устройства за счет вариантности выполнения синхронизирующих и присоединительных звеньев, а также их соединений.

Для этого в известной ротативной машине, выполненной в виде корпуса и блока из, по меньшей мере, двух пересекающихся своими осями цилиндров и размещенных в цилиндрах поршней, установленных с возможностью плоско–параллельного, по окружностям равного радиуса, с равными угловыми скоростями, синхронизированного и согласованного движения во взаимно противоположных для поршней и блока цилиндров направлениях, осуществляемого при помощи приводных кривошипов блока цилиндров и приводных кривошипов поршней, или кинематически эквивалентных упомянутым приводным кривошипам звеньев, с блоком цилиндров и поршнями, кинематически соединенными с, по меньшей мере, одним присоединительным звеном, и с синхронизацией движения блока цилиндров и поршней, выполненной посредством кинематически соединяющей их синхронизирующих звеньев, для достижения основного технического результата во всех вариантах реализации устройства, синхронизирующие звенья и их кинематичесие соединения выполнены с образованием поступательных и вращательных кинематичесих пар (или эквивалентных им кинематических соединений). Предложенное общее техническое решение охватывает различные конкретные варианты его реализации, определяемые вариантами выполнения синхронизирующих звеньев и их соединений, а также вариантами выполнения присоединительного звена и его соединения. При этом очевидно, что поступательная кинематическая пара образуется взаимодействием направляющей и ползуна, а вращательная кинематическая пара — шарнирным соединением звеньев.

Первый вариант (1а) выполнения синхронизирующих звеньев и их кинематических соединений может быть представлен в виде:

• синхронизирующих кривошипов блока цилиндров и поршней, соединенных по общим осям вращения с соответствующими приводными кривошипами блока цилиндров и поршней;
• установленных на блоке цилиндров параллельно оси каждого цилиндра цилиндровых направляющих, взаимодействующих с установленными на каждом поршне поршневыми ползунами;
• по меньшей мере, одного блока поперечных направляющих, перпендикулярных осям цилиндров и взаимодействующих с поперечными ползунами, при этом блок поперечных направляющих должен быть шарнирно соединен с синхронизирующими кривошипами блока цилиндров, а поперечные ползуны должны быть шарнирно соединены с синхронизирующими кривошипами поршней.

Очевидно, что форма блока поперечных направляющих определяется ее соответствием конфигурации блока цилиндров.

В качестве параллельных осям цилиндров направляющих могут быть использованы стенки цилиндров, а в качестве поршневых ползунов — тронки поршней. При необходимости исключения силового взаимодействия поршней со стенками цилиндров, поршневые ползуны и поперечные направляющие могут быть выполнены подобно известному крейцкопфному механизму.

Соединение синхронизирующих звеньев в первом варианте выполнения работоспособно при условии, что синхронизирующие кривошипы поршней направлены противоположно соединенным с ними приводным кривошипам поршней, а синхронизирующие кривошипы блока цилиндров направлены в одну сторону с приводными кривошипами блока цилиндров.

В этом случае второй вариант (1б) выполнения синхронизирующих звеньев и их соединений (на основе варианта 1а) может быть представлен в виде:

• синхронизирующих и приводных кривошипов с равным эксцентриситетом;
• синхронизирующих кривошипов блока цилиндров, совмещенных с приводными кривошипами блока цилиндров;
• блока поперечных направляющих, объединенных с блоком цилиндров;
• поперечных направляющих в виде дополнительных цилиндров и, соответственно, поперечных ползунов в виде дополнительных тронковых поршней.

Иначе говоря, синхронизирующие звенья в этом случае условно «исчезают» (т.е. функцию синхронизирующих кривошипов выполняют приводные кривошипы) при выполнении блока цилиндров с крестообразно размещенными исходными и дополнительными цилиндрами (возможно — с различным поперечным сечением) и крестообразно размещенными в них исходными и дополнительными поршнями, шарнирно связанными с соответствующими одинаково выполненными синхронизирующими кривошипами поршней и приводными кривошипами поршней, соосно объединенных в совмещенные кривошипы. Предложенное частное решение предполагает выполнение блока из некоторого множества крестообразно соединенных цилиндров, центры пересечения осей которых могут быть размещены, в общем случае, по линии произвольной формы, например, по окружности.

Cоединение синхронизирующих звеньев в первом варианте выполнения работоспособно также при условии, что синхронизирующие кривошипы поршней направлены в одну сторону с приводными кривошипами поршней, а синхронизирующие кривошипы блока цилиндров направлены противоположно приводным кривошипам блока цилиндров.

В этом случае, третий вариант (1в) выполнения синхронизирующих звеньев и их соединений (на основе варианта 1а) может быть представлен в виде двух блоков поперечных направляющих, выполненых в виде блока дополнительных поперечных цилиндров, а поперечные ползуны — в виде дополнительных поперечных тронковых поршней, при этом блоки дополнительных поперечных цилиндров должны быть размещены симметрично по обе стороны блока цилиндров, что позволяет уравновесить блок цилиндров без использования противовесов.

Для уравновешивание блока цилиндров за счет противофазного перемещения блоков дополнительных поперечных цилиндров необходимо, чтобы произведение массы блоков дополнительных поперечных цилиндров на эксцентриситет синхронизирующих кривошипов было равно произведению массы блока цилиндров на эксцентриситет приводных кривошипов блока цилиндров.

Четвертый вариант (1г) выполнения синхронизирующих звеньев и их соединений, может быть представлен в виде:

• синхронизирующих кривошипов блока цилиндров и поршней, соединенных по общим осям вращения с соответствующими приводными кривошипами блока цилиндров и поршней, при этом все синхронизирующие кривошипы должны быть направлены под прямым углом по отношению к соединенным с ними приводным кривошипам по ходу или против хода вращения приводных кривошипов(т.е. должны опережать или отставать по фазе на 90?);
• установленных на блоке цилиндров параллельно оси каждого цилиндра цилиндровых направляющих, взаимодействующих с установленными на каждом поршне поршневыми ползунами;
• по меньшей мере, одного блока продольных направляющих, параллельных осям цилиндров и взаимодействующих с продольными ползунами, при этом блок продольных направляющих должен быть шарнирно соединен с синхронизирующими кривошипами блока цилиндров, а продольные ползуны должны быть шарнирно соединены с синхронизирующими кривошипами поршней.

Пятый вариант выполнения синхронизирующих звеньев и их соединений на кинематической основе варианта 1б с дополнительными цилиндрами и поршнями, может быть представлен в виде:

• установленных на одной центральной (единой) оси вращения общих кривошипов, объединяющих функции синхронизирующих кривошипов поршней и приводных кривошипов поршней;
• цилиндровых направляющих, взаимодействующих с поршневыми ползунами, шарнирно соединенными с общими кривошипами;
• блока цилиндров, состоящего из, по меньшей мере, двух пар соосных, оппозитных цилиндров, пересекающихся своими осями под прямым углом на шарнирных соединениях общих кривошипов (т.е. блок цилиндров выполняется в виде четной «звезды» с радиально разнесенными цилиндрами).

Здесь совмещение синхронизирующих и приводных кривошипов предполагает выполнение каждым кривошипом как функции привода (для «своих» поршней и цилиндров), так и функции синхронизации (для перпендикулярных поршней и цилиндров). При этом также условно «исчезают» синхронизирующие звенья, так как каждая пара соосных цилиндров, жестко соединенных между собой (например, поршневыми ползунами в виде штоков) и приводными (они же и синхронизирующие) кривошипами поршней, выполняет функцию синхронизации по отношению к перпендикулярной к ней такой же соосной паре цилиндров с так же соединенными поршнями.

(Этот вариант предпочтителен, например, при реализации устройства в качестве ДВС. В этом случае штоки могут быть разгружены от изгибающих усилий при помощи переноса цилиндровых направляющих и поршневых ползунов, в область упомянутой центральной оси вращения).

Шестой вариант выполнения синхронизирующих звеньев и их соединений, может быть представлен в виде:

• установленных параллельно и направленных в одну сторону синхронизирующих кривошипов поршней, соединенных по общим осям вращения с соответствующими приводными кривошипами поршней;
• установленных на блоке цилиндров параллельно оси каждого цилиндра цилиндровых направляющих, взаимодействующих с установленными на каждом поршне поршневыми ползунами;
• по меньшей мере, одного синхронизирующего шатуна, шарнирно соединенного с синхронизирующими кривошипами поршней.

(В общем случае, синхронизирующие кривошипы поршней могут быть направлены в произвольную сторону. Однако, для усреднения условий работы синхронизирующего шатуна, целесообразно направление синхронизирующих кривошипов поршней принять несовпадающим с направлением приводных кривошипов поршней, например, на угол, примерно кратный половине угла между направлениями смежных приводных кривошипов поршней. Здесь также, с целью упрощения конструкции, цилиндровые направляющие могут быть образованы стенками цилиндров, а поршневые ползуны могут быть выполнены в виде тронкового поршня).

Конкретное выполнение синхронизирующих шатунов зависит от конфигурации блока цилиндров. Например, для блока цилиндров в форме диска, синхронизирующие шатуны могут быть выполнены в виде, плоских колец, размещенных симметрично по обе стороны блока цилиндров. (Возможно также выполнение синхронизирующего шатуна в виде размещенного в плоскости симметрии блока цилиндров плоского кольца, снабженного радиально выступающими внутрь, или наружу площадками, шарнирно связанными с синхронизирующими кривошипами поршней.

Седьмой вариант выполнения синхронизирующих звеньев и их соединений, может быть представлен в виде:

• синхронизирующих кривошипов блока цилиндров и поршней, соединенных по общим осям вращения с соответствующими приводными кривошипами блока цилиндров и поршней, при этом синхронизирующие кривошипы блока цилиндров должны быть одинаково или противоположно направлены относительно приводных кривошипов блока цилиндров, а синхронизирующие кривошипы поршней — противоположно или одинаково направлены относительно приводных кривошипов поршней;
• установленных на блоке цилиндров параллельно оси каждого цилиндра цилиндровых направляющих, взаимодействующих с установленными на каждом поршне поршневыми ползунами;
• установленных на корпусе параллельно оси каждого цилиндра корпусных направляющих, взаимодействующих с промежуточными ползунами, каждый из которых, в свою очередь, снабжен размещенными перпендикулярно оси «своего» цилиндра поперечной поршневой направляющей и поперечной цилиндровой направляющей, взаимодействующими, соответственно, со «своими» поперечным поршневым ползуном и поперечным цилиндровым ползуном, при этом поперечные поршневые ползуны шарнирно соединены с синхронизирующими кривошипами поршней, а поперечные цилиндровые ползуны шарнирно соединены с синхронизирующими кривошипами блока цилиндров.

(Можно отметить, что поршневая и цилиндровая направляющие могут лежать на одной прямой и могут быть выполнены в виде единой направляющей. С целью минимизации зазоров каждая корпусная направляющая может быть выполнена в виде пластины, установленной на корпусе и снабженной канавкой, играющей роль направляющей. Соответственно, промежуточный ползун может быть выполнен в виде пластины, снабженной с одной стороны гребнем, размещенным в упомянутой канавке, а с другой стороны — канавкой, в которой размещены снабженные подшипниками поршневые и цилиндровые ползуны).

Для увеличения точности синхронизирующей передачи эксцентриситет синхронизирующих кривошипов может превышать эксцентриситет приводных кривошипов поршней, кроме варианта 1б с выполнением направляющих в виде дополнительных цилиндров, размещенных в исходном (т.е. едином) блоке, а также в пятом варианте с центральной осью вращения общих кривошипов.

С целью уменьшения реактивных сил, действующих на приводные кривошипы блока цилиндров и расширения диапазона передаточных чисел, присоединительное звено может быть выполнена в виде установленного в корпусе с возможностью вращения центрального зубчатого колеса с внешним зацеплением, взаимодействующего с установленном в корпусе с возможностью вращения промежуточным зубчатым колесом с внутренним зацеплением, взаимодействующим с установленным на корпусе без возможности вращения зубчатым венцом с внешним зацеплением, при этом зубчатые зацепления выполнены с разными передаточными числами. В этом случае реактивный момент воспринимается установленным на корпусе зубчатым венцом, а наличие двух зубчатых зацеплений увеличивает число возможных комбинаций передаточных чисел. (Можно отметить, что делительный диаметр зацеплений может быть одинаковыми, но должны отличаться модули зацеплений).

Во многих случаях выполнения устройства (например, в виде ДВС) нет необходимости в редуцировании или в мультипликации частоты вращения приводных кривошипов. В этом случае, при выполнении блока цилиндров в виде четной «звезды» (пятый вариант соединения и выполнения синхронизирующих звеньев), присоединительное звено может быть выполнено в виде установленного в корпусе с возможностью вращения по центральной оси эксцентрикового вала, объединяющего выполненные в виде эксцентриков общие кривошипы. Такое выполнение присоединительного звена позволяет выполнить блок цилиндров с цилиндрами в одной плоскости.

Аналогично присоединительное звено может быть выполнено в виде установленного в корпусе с возможностью вращения коленчатого вала, шарнирно связанного с блоком цилиндров. (При этом, упомянутый коленчатый вал должен соответствовать передаваемому потоку мощности, а его расположение относительно блока цилиндров может быть выбрано достаточно произвольно, в том числе, на внешней стороне блока. Однако, при расположении цилиндров по окружности из конструктивных соображений, предпочтительно его центральное расположение).

Предложенные варианты соединения и выполнения синхронизирующих звеньев решают, в принципе, поставленную задачу и оправдывают их представление в виде обобщенных кинематических терминов отличительных существенных признаков, необходимых и достаточных для получения технического результата.

На фиг. 1а–г представлена кинематическая схема устройства с кольцевым блоком тангенциальных цилиндров и присоединительным звеном в виде зубчатого колеса, показывающая варианты выполнения синхронизирующей передачи (условно отделены линиями разрыва): 1а — с поперечными ползунами и блоком поперечных направляющих, синфазным блоку цилиндров; 1б — с поперечными направляющими и ползунами в виде дополнительных цилиндров и поршней; 1в — с поперечными ползунами и блоком поперечных направляющих, противофазным блоку цилиндров; 1г — с продольными ползунами и блоком продольных направляющих. На фиг. 2 представлена кинематическая схема устройства с присоединительным звеном в виде центрального эксцентрикового вала и блоком радиальных цилиндров с объединенными синхронизирующими и приводными кривошипами поршней. На фиг. 3а,б представлена кинематическая схема устройства с присоединительным звеном в виде коленчатого вала и кольцевым блоком тангенциальных цилиндров, показывающая варианты соединения и выполнения синхронизирующих звеньев (отделены линиями разрыва): 3а — с общим шатуном; 3б — с корпусными направляющими и промежуточными ползунами. На фиг. 4а,б представлен чертеж (разрезы в плоскости движения) вариантов устройства, соответствующих: 4а — фиг. 1а; 4б — фиг. 1б. На фиг. 5а,б представлены поперечные разрезы вариантов устройства, соответствующие фиг. 4а,б.

Предлагаемое устройство (например, пневмомотор) cодержит (cм. фиг. 1а — фиг. 5а,б) корпус 1 и подвижный блок цилиндров 2 (пересекающихся своими осями) с размещенными в них поршнями 3. Плоско–параллельное по окружностям равного радиуса синхронизированное движение во взаимно противоположных для блока цилиндров 2 и поршней 3 направлениях осуществляется при помощи установленных в корпусе 1 приводных кривошипов 4 блока цилиндров 2 и приводных кривошипов 5 поршней 3 (или кинематически эквивалентных приводным кривошипам звеньев). Необходимая синхронизация движения блока цилиндров 2 и поршней 3 достигается, в общем случае, при помощи синхронизирующих звеньев и их кинематических соединений, образующих только поступательные и вращательные кинематические пары, конкретная реализация которых представлена различными вариантами их выполнения. Эти варианты показаны в виде кинематических схем (фиг. 1 — 3), при этом предполагается, что блок цилиндров 2 на каждой кинематической схеме является общим для всех вариантов, а варианты отделены линиями разрыва. Возможные конструктивные реализации предлагаемого устройства, соответствующие кинематическим схемам фиг. 1а,б (в компановке, подобной прототипу) показаны на фиг. 4а,б и 5а,б. При этом блок цилиндров 2 имеет форму диска с тангенциально размещенными прямоугольными цилиндрами, образованными стенками блока цилиндров 2 и стенками корпуса 1. Соответственно, и распределительный механизм (не показан) может быть выполнен также, как у прототипа, а именно — путем соответствующего размещения подводящих и отводящих рабочее тело каналов в стенках корпуса 1 по траекториям перемещения рабочих камер 6. Соединение предлагаемого устройства с источником мощности (приводом), или с потребителем мощности (нагрузкой) осуществляется при помощи присоединительного звена 7 (ведомого или ведущего), кинематически соединенного (чаще всего) с блоком цилиндров 2 (фиг. 1, 3, 4, 5), или с поршнями 3 (фиг. 2).

В первом варианте (фиг. 1а, 4а, 5а), реализация синхронизирующих звеньев и их кинематических соединений представлена в виде:

• синхронизирующих кривошипов 8 блока цилиндров 2 и синхронизирующих кривошипов 9 поршней 3, соединенных по общим осям вращения 10 и 11, соответственно, с приводными кривошипами 4 блока цилиндров 2 и приводными кривошипами 5 поршней 3, при этом, синхронизирующие кривошипы 9 поршней 3 направлены противоположно приводным кривошипам 5 поршней 3, а синхронизирующие кривошипы 8 блока цилиндров 2 направлены в одну сторону с приводными кривошипами 4 блока цилиндров 2;
• установленных на блоке цилиндров 2 параллельно оси каждого цилиндра цилиндровых направляющих 12, взаимодействующих с установленными на каждом поршне 3 поршневыми ползунами 13;
• двух блоков поперечных направляющих 14, перпендикулярных осям цилиндров и взаимодействующих с поперечными ползунами 15, при этом блоки поперечных направляющих 14 шарнирно соединены с синхронизирующими кривошипами 8 блока цилиндров 2, а поперечные ползуны 15 шарнирно соединены с синхронизирующими кривошипами 9 поршней 3;

Очевидно, что в качестве цилиндровых направляющих 12 и поршневых ползунов 13 могут быть применены (чаще всего) — стенки цилиндров и тронки поршней. В частности, в конструктивной реализации устройства (фиг. 4а, 5а) с соединением синхронизирующих звеньев по кинематической схеме фиг. 1а, цилиндровые направляющие 12 и поршневые ползуны 13 объединены с цилиндрами и поршнями, а два размещенных с двух сторон корпуса 1 блока поперечных направляющих 14 выполнены в виде облегченных дисков, снабженных радиально размещенными сквозными пазами, в которых размещены призматические поперечные ползуны 15. При этом, для увеличения точности позиционирования поршней 3 эксцентриситет синхронизирующих кривошипов 8, 9 превышает эксцентриситет приводных кривошипов 4, 5.

Во втором варианте (фиг. 1б, 4б, 5б) реализация синхронизирующих звеньев и их кинематических соединений представлена в виде блока цилиндров 2 с дополнительными цилиндрами 16 (выполняющими функции блока поперечных направляющих 14) и снабженных тронками дополнительных поршней 17 (выполняющих функции поперечных ползунов 15).

Предложенные примеры конструктивного выполнения устройства и соединений синхронизирующих звеньев (фиг. 4а,б, 5а,б) показывают также возможный принцип реализации подобных устройств с другим выполнением синхронизирующих звеньев и их соединением, представленным на кинематических схемах фиг. 1в,г, 2, 3а,б.

В третьем варианте (фиг. 1в), реализация синхронизирующих звеньев и их кинематических соединений представлена в виде двух блоков дополнительных поперечных цилиндров 18 (выполняющих функции блока поперечных направляющих 14) и дополнительных поперечных поршней 19 (выполняющих функции поперечных ползунов 15).

При этом блоки дополнительных поперечных цилиндров 18 конструктивно могут быть подобны блоку цилиндров 2 и симметрично размещены относительно его (не показано), а эксцентриситет синхронизирующих кривошипов может быть больше эксцентриситета приводных кривошипов. Для уравновешивания произведение массы блоков дополнительных поперечных цилиндров 18 на эксцентриситет синхронизирующих кривошипов 8 блока цилиндров 2 должно быть равно произведению массы блока цилиндров 2 на эксцентриситет приводных кривошипов, чем достигается компенсация центробежных сил, действующих на блок цилиндров 2.

Наверх


карта сайта