устройство для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот и устройство с возвратно-поступательно движущимися частями

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, содержащее агрегат поршневого двигателя, направляемый для возвратно-поступательного движения в первом направлении и содержащий первый и второй элементы, совершающие возвратно-поступательное движение, каждый из которых заканчивается планарной направляющей поверхностью, перпендикулярной возвратно-поступательному движению, и разнесенные соединительные средства, соединяющие два элемента, совершающие возвратно-поступательное движение на противоположных концах направляющих поверхностей, чтобы поддержать направляющие поверхности параллельными, разнесенными и обращенными одна к другой, узел привода, имеющий оппозитные направляющие поверхности, каждая из которых контактирует с возможностью скольжения с соответствующей одной из направляющих поверхностей элементов, совершающих возвратно-поступательное движение, поворотный элемент, установленный для вращения вокруг оси, перпендикулярной указанному направлению возвратно-поступательного движения, и имеющий эксцентрическую часть, контактирующий с возможностью скольжения в подшипнике скольжения в узле привода, и систему смазки для подачи смазки под давлением через поворотный элемент к множеству выходных отверстий в поверхности эксцентрической части, причем узел привода имеет канал, ведущий к соответствующим направляющим поверхностям от соответствующих отверстий в подшипнике скольжения, расположенных для соединения с выходными отверстиями эксцентрической части, когда последняя поворачивается в своем подшипнике, отличающееся тем, что отверстие или отверстия подшипника, соединенные с направляющей поверхностью, лежат в секторе подшипника скольжения, причем два сектора находятся на противоположных сторонах оси подшипника, а все выходные отверстия в эксцентрической части лежат в его секторе, меньшем угловой протяженности части без отверстий подшипника, отделяющей отверстия, соединенные с различными направляющими поверхностями узла привода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эксцентрическая часть поворотного элемента имеет два выходных отверстия, разнесенных друг от друга приблизительно на 90^o.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что эксцентрическая часть имеет два выходных отверстия в ее радиальной внешней области по отношению к оси вращения поворотного элемента, причем отверстия лежат на противоположных сторонах плоскости, проходящей через оси выходного вала и его эксцентрической части.

4. Устройство по любому из пп.1 3, отличающееся тем, что узел привода и вкладыш подшипника скольжения разделены на две равные половины в плоскости, проходящей через ось эксцентрической части, каждая половина вкладыша подшипника скольжения имеет отверстие вблизи, но на некотором расстоянии от каждого его конца, и узел привода имеет для каждой направляющей поверхности подающий канал, ведущий от и соединенный с одним отверстием каждой половины вкладыша.

5. Устройство с возвратно-поступательно движущимися частями, например двигатель внутреннего сгорания, содержащее по меньшей мере одну пару оппозитных поршней на противоположных сторонах поворотного элемента в виде коленчатого вала, отличающееся тем, что поршни в каждой паре соединены с устройством по любому из пп.1 4.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройству для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот.

Такое устройство, в частности, пригодно для соединения пары оппозитных поршней с радиусом кривошипа коленчатого вала в устройствах с положительным перемещением жидкости таких, как насосы и двигатели внутреннего сгорания.

В известных устройствах проблемой является обеспечение адекватной смазки планарных направляющих поверхностей при высоких нагрузках, воздействующих на них, особенно при высоких скоростях.

Задачей, решаемой с помощью изобретения, является улучшение условий смазки и, как следствие, условий эксплуатации.

Указанная задача решается за счет того, что устройство содержит агрегат поршневого двигателя, направляемый для возвратно-поступательного движения в первом направлении и содержащий первый и второй элементы, совершающие возвратно-поступательное движение, каждый из которых заканчивается планарной направляющей поверхностью, перпендикулярной возвратно-поступательному движению, и разнесенные соединительные средства, соединяющие два элемента, совершающие возвратно-поступательное движение на противоположных концах направляющих плоскостей, чтобы поддержать направляющие поверхности параллельными, разнесенными и обращенными друг к другу, узел привода, имеющий оппозитные направляющие поверхности, каждая из которых контактирует с возможностью скольжения с соответствующей одной из направляющих поверхностей элементов, совершающих возвратно-поступательное движение, поворотный элемент, установленный для вращения вокруг оси, перпендикулярной указанному направлению возвратно-поступательного движения, имеющий эксцентрическую часть, контактирующий с возможностью скольжения в подшипнике скольжения в узле привода, и систему смазки для подачи смазки под давлением через поворотный элемент к множеству выходных отверстий в поверхности эксцентрической части, причем узел привода имеет канал, ведущий к соответствующим направляющим по поверхностям от соответствующих отверстий в подшипнике скольжения, расположенных для соединения с выходными отверстиями эксцентрической части, когда последняя поворачивается в своем подшипнике. При этом отверстие или отверстия подшипника, связанные с направляющей поверхностью, находятся в секторе подшипника скольжения, причем два сектора расположены на противоположных сторонах от оси подшипника, а все выходные отверстия в эксцентрической части лежат в его секторе, меньшем, чем угловой промежуток части без отверстия подшипника, разделяющей отверстия, соединенные с различными направляющими поверхностями узла привода.

На фиг.1 показан в сечении двигатель внутреннего сгорания в соответствии с изобретением с торца, смежного синхронизирующим шестерням и цепям; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.2; на фиг 4 и 5 часть шатунной шейки фиг.3 в восьми последовательных положениях в течение половины оборота коленчатого вала; на фиг.6 вид сверху модифицированной опорной плиты узла привода.

На фиг.1 и 2 схематически показаны основные компоненты двигателя внутреннего сгорания с восемью горизонтально расположенными оппозитными цилиндрами, имеющего два блока по четыре цилиндра в каждом. Цилиндры С1, С3, С5 и С7 размещены в ряд в одном блоке А, в то время как другие цилиндры С2, С4, С6 и С8 расположены в ряд в другом блоке В. Каждый цилиндр образован с помощью гильзы цилиндра 11, каждая из которых установлена в блоке цилиндров 12, нижний конец которого закрыт обычным образом с помощью масляного поддона 13.

Каждая пара оппозитных цилиндров, например С1 и С2, является соосной. Коленчатый вал 14 установлен с возможностью вращения в пяти коренных подшипниках 15 в блоке 12 и имеет четыре шатунные шейки 16, по одной для каждой оппозитной пары цилиндров. Измеренные в направлении вращения коленчатого вала 14, угловые расстояния шатунных шеек 16 составляют, от переда двигателя (т. е. левой стороны на фиг.2), 0^o, 180^o, 270^o и 90^o. Таким образом, порядок зажигания для четырехтактного двигателя будет 1-6-3-8-4-7-2-5-1.

Каждый цилиндр содержит поршень 17. Два поршня 17 пары оппозитных цилиндров, например С1 и С2, соединяются вместе с помощью соединительного агрегата поршневого двигателя, показанного в увеличенном масштабе на фиг.3.

Каждый соединительный агрегат состоит из кулисы (18а, 18b) для каждого поршня и четырех соединительных планок 19, каждая из которых имеет форму буквы U. Каждая кулиса 18 имеет центрирующую шейку 20 на одном конце, которая сцепляется в отверстии со своим ассоциируемым поршнем 17 и сама сформирована с нарезным отверстием для приема болта 22, крепящего поршень к кулисе. Каждый болт имеет головку, расположенную в отверстии в головке поршня, и это отверстие впоследствии закрывают с помощью заглушки 23, ввинчиваемой в центр поршня.

С другого конца каждая кулиса расширяется, образуя длинную прямоугольную плоскую направляющую поверхность 24, которая имеет поверхностное упрочнение, например, с помощью азотирования. Кулисам 18 придают жесткость с помощью соответствующих ребер в виде двух внешних ребер 25 и центрального ребра 26, промежутки между которыми образованы с помощью перегородки 27.

Узел привода 28 формируют в двух половинах 28a и 28b, которые соединяются вместе с помощью болтов 29 и точно позиционируют относительно друг друга с помощью трубчатых шпонок 30. На противоположных поверхностях узла привода 28 размещаются опорные плиты 31 из соответствующего материала, формирующего подшипник для контактирования с возможностью скольжения с направляющими поверхностями 24. Перемещение опорных плит 31 относительно узла привода 28 в направлении вдоль узла привода предотвращается с помощью поперечных ребер 32, сформированных в углах узла привода. Две кулисы 18 крепятся их направляющими поверхностями 24 на соответствующем расстоянии друг от друга с помощью соединительных планок 19, которые также увеличивают сопротивление кулис деформации в процессе работы. С этой целью каждая соединительная планка 19 сформирована с ребром 33, плотно пригнанным к соответствующему пазу 34, простирающемуся вдоль боковой поверхности кулисы 18. Соединительные планки 19 крепятся к кулисам 18 с помощью болтов 35, имеющих головки, расположенные в противоположных отверстиях в одной соединительной планке и имеющих нарезные части на своих других концах, сцепляющиеся в отверстиях с резьбой в противоположной планке.

Соединительные планки 19 имеют фланцевые части 36, которые простираются вовнутрь от направляющей поверхности 24 по направлению друг к другу. Эти фланцевые части увеличивают жесткость кулис 18 в области направляющих поверхностей и сами являются поверхностно упрочненными для образования горизонтальных направляющих поверхностей для узла привода 28 и его опорных плит 31. Фланцевые части 36 загнуты, образуя параллельные боковые стороны входного элемента 37, имеющего полукруглые торцы 38. Входной элемент 37 образует зазор для частей щек коленчатого вала, непосредственно смежных шатунной шейке 16.

Жесткость соединительных планок 19 увеличивают увеличением толщины частей кулис 39. Расстояние между соединительными частями 39 на противоположных сторонах центральной плоскости уменьшается путем придания шатунной шейке 16 между двумя планками на каждом конце формы, как показано на фиг.2. Таким образом, наиболее отстоящее в радиальном направлении части 16 шатунной шейки радиально выступают за радиальные внешние части щек коленчатого вала 41 и 42. Путем уменьшения расстояния между соединительными частями 39 планок 19 дополнительно уменьшают изгибающие моменты в частях направляющей поверхности кулис.

Как можно видеть из фиг.3, даже в крайних положениях своего перемещения по направляющим поверхностям узел привода 28 всегда имеет некоторую часть на центральной линии агрегата поршневого двигателя.

Вернувшись снова к фиг. 1 и 2, увидим, что каждый блок цилиндров А, В имеет соответствующую головку цилиндров 43А, 43В, образующую камеры сгорания этих цилиндров. Каждая камера сгорания имеет два впускных клапана 44а и 44b и выпускной клапан 45. Головки цилиндров могут быть сформированы с отдельными впускными каналами 46а и 46b, ведущими к соответствующим впускным клапанам, или вместо этого может быть использован один впускной канал, ведущий к обоим клапанам. Когда двигатель является двигателем с искровым зажиганием, каждая камера сгорания будет включать в себя свечу зажигания, а ветви впускного коллектора (не показано), обеспечивающие впускные каналы, будут включать в себя топливные форсунки.

Клапаны 44 и 45 срабатывают с помощью распределительного вала в каждой головке цилиндров, причем распределительный вал имеет верхнее расположение и воздействует на клапаны через качающиеся рычаги (не показано). Сами распределительные валы приводятся при половине скорости коленчатого вала с помощью роликовых цепей 48А и 48В на звездочках, приводимых в движение соответствующими синхронизирующими шестернями 49А и 49В, которые обе сцепляются с зубчатым колесом 50 на переднем конце коленчатого вала 14.

На переднем конце коленчатого вала 14 монтируются также косозубое цилиндрическое зубчатое колесо 51, сцепляющееся с шестерней 52 на валу 53, приводящим в движение масляный насос 54 (фиг.1), который вытягивает масло из картера 13 и подает его под давлением к коренным подшипникам 15. Внутренние каналы 54, 55, 56L и 56Т простираются под углом 45^o к радиальной плоскости через оси коленчатого вала и шатунной шейки.

Как можно видеть на фиг.4а, подшипник шатунной шейки формируют обычным образом с помощью двух половин вкладыша 71а и 71b, которые встречаются в разделительной плоскости между двумя половинами узла привода 28а и 28b. В каждой половине узла привода с помощью механической обработки получают дугообразные выемки 73 и 74а относительно половины узла 28а и выемки 73b и 74b относительно половины узла 28b. Каждая выемка 74 ведет в наклонный канал 75, выемки 73 и 74 образуют одну непрерывную дугообразную выемку. Выход каждого канала 75 совмещается с отверстием подачи масла 59 в центре опорной плиты 31.

Каждую половину вкладыша подшипника 71 формируют с относительно длинным окном или отверстием 76, простирающимся на 36^o, которое разнесено с концом половины вкладыша на 10^o. Разнесенное от другого конца половины вкладыша на 10^o более короткое окно или отверстие 77 стягивают дугу угла 15^o в центре шатунной шейки. Таким образом, между двумя отверстиями 76 и 77 имеется непрерывная часть вкладыша подшипника, стягивающая дугу угла 110^o. Большая часть этой части находится в прямом контакте с более сильно нагруженными частями узла привода, причем выемки 73, 74 образуют в частях, которые принимают небольшую нагрузку поперечно узлу, совершающему возвратно-поступательное движение.

На фиг.4а показано положение, в котором поршень 17 будет в нижней мертвой точке, в то время как поршень, который был бы присоединен к нижнему концу на фиг. 3, был бы в верхней мертвой точке. В этом положении шатунная шейка является ускоряющимся узлом, совершающим возвратно-поступательное движение шатунов и поршней вверх. Передний канал 56L теперь соединен с каналом 75а с помощью отверстия 75b и выемок 73b, 74а. Хотя верхняя поверхность узла привода нагружена, это позволяет завершить любое необходимое предварительное заполнение выемки и канала 75а, когда движение продолжается в направлении положения, показанного на фиг.4b.

В положении, показанном на фиг.4с, передний канал 56L перекрыт смежными сплошными частями 77а и 78b, которые необходимы для предотвращения потери масла вбок в осевом направлении на поверхности раздела между двумя половинами вкладыша.

В положении, показанном на фиг.4d, передний канал 56L снова соединяется с каналом 75а через отверстие 77а.

В положении, показанном на фиг.5а, узел привода достигает положения, которое является зеркальным отражением положения, которое показано на фиг.3, и ускорение в вертикальном направлении теперь равно нулю. Под действием инерции узел, совершающий возвратно-поступательное движение, перемещается вверх и начинает тормозиться или ускоряться вниз с помощью шатунной шейки. Это ведет к открыванию небольшого зазора между планарными направляющими поверхностями узла привода и направляющей поверхностью 24 и в то же самое время задний канал 56Т теперь соединяется с каналом 75а (фиг.5а, b). Под давлением из системы смазки, увеличивающимся с помощью центробежной силы, генерируемой во вращающемся коленчатом валу, масло подается под давлением, чтобы заполнять зазоры в планарном подшипнике на верхней стороне узла привода. На фиг.5с это временно прерывается, когда задний канал 56Т проходит через часть 77а и 76b половин вкладыша. В конце концов на фиг.5d оба канала закрываются.

Необходимо отметить, что во всем диапазоне движения, иллюстрируемого на фиг. 4 и 5, нижний канал 75b постоянно отрезан от подачи масла. Это предотвращает опасность потери масла на пути из этого канала 75b к каналу 75а.

Теперь верхний подшипник полностью загружен маслом непосредственно перед тем, как он должен претерпеть свою максимальную нагрузку.

На фиг. 6 показан модифицированный вид подшипника узла привода 131, имеющего более одного отверстия подачи масла, в этом случае два подающих отверстия 159 расположены соответственно на одной трети и двух третях расстояния от одного конца плиты до другого с улучшенной подачей и распределением масла по всей рабочей области опорной плиты. Каждое передающее отверстие 159 удобно снабжается маслом из выемки узла привода (74а или 74b) с помощью отдельного канала в узле привода.

Распределение может быть также улучшено с помощью применения пазов 160, сформированных в рабочей поверхности 161 опорной плиты и соединяющихся с загрузочным отверстием 59 или загрузочными отверстиями 159.