RU2035616C1 - Mechanism for driving pump - Google Patents

Abstract

FIELD: pump engineering. SUBSTANCE: planet-crank mechanism is provided with a crankshaft. Satellite and crank are positioned from its different sides. The central part of the shaft is made up as a bearing cylinder which is coaxial to the satellite. A bearing surface provided with eccentric bore are made on the driving disk. The outer races of one pair of the bearings are received in the eccentric bore. The inner races enclose the bearing cylinder of the crankshaft. The inner races of the second pair of the bearings are mounted on the bearing surfaces of the driving disk and its outer races is fixed inside the housing. There is a toothing on the outer surface of the disk. The driving shaft has a gear which engages the disk toothing. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике насосостроения и может быть использовано в приводе насосов с возвратно-поступательным движением рабочих органов, в частности в поршневых насосах с регулируемой производительностью. The invention relates to techniques for pump engineering and can be used in the drive of pumps with reciprocating movement of the working bodies, in particular in piston pumps with adjustable capacity.

Известно, что гипоциклоида при определенном соотношении основной и образующей окружностей, а именно при соотношении этих окружностей, равном 2, вырождается в прямую линию (так называемые круги Кардана, см. Кожевников С. Н. и др. Механизмы. М. Машиностроение, 1965, с. 180). It is known that a hypocycloid with a certain ratio of the main and generatrix of circles, namely when the ratio of these circles is 2, degenerates into a straight line (the so-called Cardan circles, see Kozhevnikov S.N. and other Mechanisms. M. Mechanical Engineering, 1965, p. 180).

Известен также планетарно-кривошипный механизм [1] реализующий указанное свойство вырожденной гипоциклоиды, содержащий корпус, установленный в его расточке планетарно-кривошипный механизм, состоящий из статорного диска с зубчатым венцом внутреннего зацепления, ведущего диска, сателлита, кривошипа и двух пар подшипников, а также приводной вал, установленный в отдельной расточке корпуса в подшипниках, кулисное или кривошипно-шатунное устройство, кинематически связывающее рабочий орган насоса, например плунжер, с кривошипом, эксцентриситет которого равен радиусу делительной окружности сателлита, а зубчатый венец статорного диска и зубчатый венец сателлита расположены с образованием зубчатой пары внутреннего зацепления, делительные окружности которой выполнены с образованием кругов Кардана. Такой механизм может быть использован для возвратно-поступательного привода рабочего органа насоса. Also known is a planetary crank mechanism [1] that implements the indicated property of a degenerate hypocycloid, comprising a housing mounted in its bore, a planetary crank mechanism consisting of a stator disk with a gear ring of internal engagement, a drive disk, a satellite, a crank and two pairs of bearings, as well as a drive shaft mounted in a separate housing bore in bearings, a rocker or crank device, kinematically connecting the pump body, for example a plunger, with a crank, eccentric whose tet is equal to the radius of the pitch circle of the satellite, and the ring gear of the stator disk and the ring gear of the satellite are arranged to form a gear pair of internal gearing, pitch circles of which are formed to form Cardan circles. Such a mechanism can be used for reciprocating drive of the working body of the pump.

Однако практическая реализация упомянутого выше планетарно-кривошипного механизма сталкивается со значительными трудностями ввиду невозможности размещения в ограниченном пространстве, определяемом геометрией кругов Кардана, силовых опор вращения сателлитов, несущая способность которых была бы эквивалентна допускаемым нагрузкам передачи внутреннего зацепления. However, the practical implementation of the aforementioned planetary-crank mechanism encounters considerable difficulties due to the impossibility of placing in the limited space determined by the geometry of the Cardan circles power supports for the rotation of the satellites, the bearing capacity of which would be equivalent to the permissible transmission loads of the internal gear.

Дополнительные трудности возникают также как результат сложной схемы установки кривошипа в виде двойной консоли, что в значительной мере ухудшает условия работы зубьев передачи внутреннего зацепления. Поэтому рассмотренный выше механизм не нашел применения в силовых приводах, в том числе в приводах поршневых насосов. Additional difficulties also arise as a result of the complex installation of the crank in the form of a double console, which significantly worsens the working conditions of the gear teeth of the internal gearing. Therefore, the mechanism discussed above was not used in power drives, including piston pump drives.

Цель изобретения состоит в том, чтобы в рамках теоретической модели, определяемой кругами Кардана, создать планетарно-кривошипный механизм с равнопрочными элементами по всей цепи передачи сил от приводного вала к кривошипу с одновременным устранением двойной консоли в схеме нагружения кривошипа. The purpose of the invention is to, within the framework of the theoretical model defined by Cardan circles, create a planetary crank mechanism with equal strength elements along the entire chain of power transmission from the drive shaft to the crank with the simultaneous elimination of the double console in the crank loading circuit.

Цель достигается за счет того, что механизм снабжен кривошипным валом, сателлит и кривошип расположены с разных его сторон, а центральная часть кривошипного вала выполнена в виде соосного с сателлитом опорного цилиндра, на ведущем диске выполнены опорные поверхности с эксцентричной расточкой внутри них, причем наружные кольца одной из пар подшипников установлены в эксцентричной расточке, а внутренние кольца выполнены охватывающими опорный цилиндр кривошипного вала, внутренние кольца второй пары подшипников установлены на опорных поверхностях ведущего диска, а его наружные кольца зафиксированы в корпусе, на наружной поверхности ведущего диска выполнен зубчатый венец, приводной вал снабжен шестерней, размещенной на нем и входящей в зацепление с зубчатым венцом ведущего диска. The goal is achieved due to the fact that the mechanism is equipped with a crank shaft, the satellite and crank are located on its different sides, and the central part of the crank shaft is made in the form of a support cylinder coaxial with the satellite, the supporting disk has eccentric boring surfaces inside them, and the outer rings one of the pairs of bearings is installed in an eccentric bore, and the inner rings are made covering the supporting cylinder of the crank shaft, the inner rings of the second pair of bearings are mounted on the supporting bearings rhnostyah drive disk, and its outer ring fixed in the housing, on the outer surface of the drive disc is formed gear ring, a drive shaft provided with a pinion disposed thereon and meshing with a ring gear drive disk.

Для обеспечения изменяемой при регулировании длины хода рабочих органов насоса механизм может быть снабжен подшипниками вращения в которых установлен статорный диск, на наружной поверхности которого выполнен зубчатый венец, и установленным на дополнительной расточке, выполненной в корпусе, регулирующим валом с шестерней, входящей в зацепление с зубчатым венцом статорного диска. To ensure that the stroke of the working parts of the pump, which is variable when controlling the stroke, the mechanism can be equipped with rotation bearings in which a stator disk is installed, on the outer surface of which a gear ring is made, and mounted on an additional bore made in the housing, an adjusting shaft with a gear gearing with the gear the crown of the stator disk.

Для увеличения нагрузочной способности механизма привода он может быть снабжен дополнительным планетарно-кривошипным механизмом, расположенным зеркально-симметрично основному, при этом их кривошипные валы объединены в один коленчатый вал, а ведущий и регулирующий валы снабжены дополнительными шестернями. Для устранения консольного расположения сателлитов ведущие диски механизма могут быть расположены на периферии. To increase the load capacity of the drive mechanism, it can be equipped with an additional planetary-crank mechanism located mirror-symmetrically to the main one, while their crank shafts are combined into one crankshaft, and the drive and control shafts are equipped with additional gears. To eliminate the cantilever arrangement of the satellites, the drive disks of the mechanism can be located on the periphery.

На фиг.1 показан механизм привода насоса; на фиг.2 вариант конструктивного выполнения механизма привода насоса с изменяемой длиной хода рабочих органов насоса; на фиг.3 и 4 варианты конструктивного выполнения механизма привода насоса увеличенной нагрузочной способности. Figure 1 shows the pump drive mechanism; figure 2 embodiment of a structural embodiment of the pump drive mechanism with a variable stroke length of the working bodies of the pump; figure 3 and 4 variants of the structural design of the pump drive mechanism of increased load capacity.

Механизм привода насоса (см. фиг.1) содержит корпус 1 с расточкой 2, статорный диск 3 с зубчатым венцом 4 внутреннего зацепления, ведущий диск 5 с зубчатым венцом 6 наружного зацепления, опорными поверхностями 7 и с эксцентричной расточкой 8, расположенной внутри опорных поверхностей 7, кривошипный вал 9 с кривошипом 10, сателлитом 11 и опорным цилиндром 12, приводной вал 13 с шестерней 14. Подшипники 15 охватывают своими внутренними кольцами опорный цилиндр 12 кривошипного вала 9, а наружными кольцами зафиксированы в эксцентричной расточке 8 ведущего диска 5. Подшипники 16 охватывают своими внутренними кольцами опорные поверхности 7 ведущего диска 5, а наружными кольцами зафиксированы в расточке 2 корпуса 1. Эксцентриситет кривошипа 10 равен радиусу делительной окружности сателлита 11, сателлит 11 и зубчатый венец 4 внутреннего зацепления статорного диска 3 образуют совместно зубчатую передачу внутреннего зацепления с передаточным отношением 1:2 и межцентровым расстоянием, равным эксцентриситету расточки 8, а зубчатый венец 6 наружного зацепления ведущего диска 5 образует совместно с шестерней 14 приводного вала 13 зубчатую передачу наружного зацепления. Кривошип 10 кинематически связан кулисным или кривошипно-шатунным устройством 17 с рабочим органом насоса, например плунжером 18. The pump drive mechanism (see Fig. 1) contains a housing 1 with a bore 2, a stator disk 3 with a gear ring 4 for internal gearing, a drive disk 5 with a gear ring 6 for external gearing, supporting surfaces 7 and with an eccentric bore 8 located inside the supporting surfaces 7, a crank shaft 9 with a crank 10, a satellite 11 and a support cylinder 12, a drive shaft 13 with a gear 14. The bearings 15 enclose a support cylinder 12 of the crank shaft 9 with their inner rings, and the outer rings are fixed in the eccentric bore 8 of the drive shaft 5. Bearings 16 cover their inner rings with the supporting surfaces 7 of the drive disk 5, and the outer rings are fixed in the bore 2 of the housing 1. The eccentricity of the crank 10 is equal to the radius of the pitch circle of the satellite 11, the satellite 11 and the ring gear 4 of the internal engagement of the stator disk 3 together form a ring gear internal gear transmission with a gear ratio of 1: 2 and an intercenter distance equal to the eccentricity of the bore 8, and the gear ring 6 of the external gearing of the drive disk 5 forms together with the gear th 14 drive shaft 13 gear external gearing. The crank 10 is kinematically connected to the rocker or crank device 17 with the working body of the pump, for example a plunger 18.

Пример конструктивного устройства механизма привода насоса, представленный на фиг.2, отличается тем, что статорный диск 3 установлен в подшипниках 19 вращения, на наружной поверхности статорного диска 3 выполнен зубчатый венец 20, а в дополнительной расточке корпуса 21 установлен регулирующий вал 22 с шестерней 23, входящей в зацепление с зубчатым венцом 20 статорного диска 3. An example of a constructive device of the pump drive mechanism shown in Fig. 2 is characterized in that the stator disk 3 is mounted in rotation bearings 19, a gear ring 20 is made on the outer surface of the stator disk 3, and an additional shaft 22 with a gear 23 is installed in the additional bore of the housing 21 meshing with the ring gear 20 of the stator disk 3.

Пример конструктивного устройства механизма привода насоса, представленный на фиг.3, отличается тем, что в корпусе 1 зеркально расположено два планетарно-кривошипных механизма, при этом их кривошипные валы объединены в один коленчатый вал 24, а на приводном 13 и регулирующем 22 валах расположены по две шестерни 14 и 23 соответственно. An example of a constructive device of the pump drive mechanism shown in FIG. 3 is characterized in that two planetary-crank mechanisms are mirrored in the housing 1, while their crank shafts are combined into one crankshaft 24, and on the drive 13 and the regulating shaft 22 are located two gears 14 and 23, respectively.

Пример конструктивного устройства механизма привода насоса, представленный на фиг.4, отличается тем, что в корпусе 1 зеркально расположено два планетарно-кривошипных механизма, при этом их ведущие диски 5 расположены на периферии. An example of a structural device of the pump drive mechanism shown in Fig. 4 is characterized in that two planetary-crank mechanisms are mirrored in the housing 1, while their drive disks 5 are located on the periphery.

Механизм привода насоса работает следующим образом. The pump drive mechanism operates as follows.

Вращательное движение от приводного вала 13 шестерней 141 передается на ведущий диск 5, который вращается в подшипниках 16. В результате вращения ведущего диска 5 кривошипный вал 9, установленный в эксцентричной расточке 8 ведущего диска 5, совершает переносное движение вокруг центральной оси зубчатого венца 4 статорного диска 3. Сателлит 11 кривошипного вала 9, входящий в зацепление с зубчатым венцом 4 статорного диска 3, обеспечивает планетарное движение кривошипного вала 9 вокруг его центральной оси. Результирующая траектория движения кривошипа 10, которая является суммарной переносного и планетарного движения, представляет собой гипоциклоиду, которая при определенном геометрическом соотношении зубчатых венцов 4, 6, эксцентриситета расточки 8 и эксцентриситета кривошипа 10, соответствующем кругам Кардана, вырождается в прямую линию. Кулисное или кривошипно-шатунное устройство 17 кинематически связывает кривошип 10 и рабочий орган насоса, например плунжер 18, что обеспечивает возвратно-поступательное движение последнего. Опорные поверхности 7 выполнены на ведущем диске 5 с таким расчетом, что позволяют разместить на нем внутри опорных поверхностей 7 такую эксцентричную расточку 8, диаметр которой обеспечивает установку подшипников 15 любого необходимого габарита. Сателлит 11 и кривошип 10 расположены с разных сторон опорного цилиндра 12 кривошипного вала 9, что, как это видно из фиг.1, устраняет двойную консоль в схеме нагружения кривошипа. The rotational movement from the drive shaft 13 of the gear 141 is transmitted to the drive disk 5, which rotates in the bearings 16. As a result of the rotation of the drive disk 5, the crank shaft 9 mounted in the eccentric bore 8 of the drive disk 5 makes a portable movement around the central axis of the gear ring 4 of the stator disk 3. The satellite 11 of the crank shaft 9, which engages with the ring gear 4 of the stator disk 3, provides planetary movement of the crank shaft 9 around its central axis. The resulting trajectory of the crank 10, which is the total figurative and planetary motion, is a hypocycloid, which, with a certain geometric ratio of the gear crowns 4, 6, the eccentricity of the bore 8 and the eccentricity of the crank 10, corresponding to the Cardan circles, degenerates in a straight line. Rocker or crank device 17 kinematically connects the crank 10 and the working body of the pump, for example a plunger 18, which provides a reciprocating movement of the latter. The supporting surfaces 7 are made on the drive disk 5 so that they allow placing on it inside the supporting surfaces 7 such an eccentric bore 8, the diameter of which allows the installation of bearings 15 of any desired size. The satellite 11 and the crank 10 are located on different sides of the supporting cylinder 12 of the crank shaft 9, which, as can be seen from figure 1, eliminates the double console in the loading circuit of the crank.

Изменение длины хода рабочих органов насоса, например плунжеров 18, может быть осуществлено поворотом статорного диска 3 в подшипниках 19 путем вращения регулирующего вала 22 с шестерней 23 (см. фиг.2). Такой поворот статорного диска 3 приводит к изменению траектории движения кривошипа 10, что выражается в изменении угла наклона вырожденной гипоциклоиды к центральной оси плунжера 18. Так как длина хода плунжера 18 равна величине проекции траектории движения кривошипа 10 на центральную ось плунжера 18, поворот статорного диска 3 изменяет величину этой проекции, т.е. длину хода плунжера 18. Changing the stroke length of the working bodies of the pump, for example plungers 18, can be carried out by rotating the stator disk 3 in the bearings 19 by rotating the control shaft 22 with the gear 23 (see figure 2). This rotation of the stator disk 3 leads to a change in the trajectory of the crank 10, which is reflected in a change in the angle of inclination of the degenerate hypocycloid to the central axis of the plunger 18. Since the stroke length of the plunger 18 is equal to the projection of the trajectory of the crank 10 on the central axis of the plunger 18, the rotation of the stator disk 3 changes the magnitude of this projection, i.e. plunger stroke length 18.

Существенное дополнительное увеличение нагрузочной способности механизма привода насоса может быть достигнуто при зеркально-симметричной установке двух планетарно-кривошипных механизмов в общей расточке 2 корпуса 1 (см. фиг.3). При такой конструкции механизма привода рабочая нагрузка от плунжера 18 через кривошипно-шатунное устройство 17 воспринимается симметричным коленчатым валом 24 и распределяется равномерно на подшипники 15, т.е. отсутствуют паразитные силы, возникающие при консольной схеме нагружения кривошипного вала 9 рабочей нагрузкой, как это имеет место в конструкциях, изображенных на фиг.1 и 2. A significant additional increase in the load capacity of the pump drive mechanism can be achieved by mirror-symmetrical installation of two planetary crank mechanisms in the common bore 2 of the housing 1 (see figure 3). With this design of the drive mechanism, the working load from the plunger 18 through the crank device 17 is perceived by a symmetrical crankshaft 24 and distributed evenly to the bearings 15, i.e. there are no parasitic forces arising from the cantilever loading scheme of the crank shaft 9 with a working load, as is the case in the structures shown in figures 1 and 2.

Дополнительное увеличение нагрузочной способности механизма привода насоса может быть достигнуто в том случае, когда приводные диски 5 установлены на периферии привода (см. фиг.4). Такая конструкция механизма привода позволяет устранить консоль в схеме нагружения сателлитов 1, что улучшает условия работы зубчатых передач внутреннего зацепления. An additional increase in the load capacity of the pump drive mechanism can be achieved when the drive disks 5 are mounted on the periphery of the drive (see FIG. 4). This design of the drive mechanism allows you to eliminate the console in the loading scheme of the satellites 1, which improves the working conditions of gears of internal gearing.

Claims (4)

1. МЕХАНИЗМ ПРИВОДА НАСОСА, содержащий корпус, установленный в его расточке планетарно-кривошипный механизм, состоящий из статорного диска с зубчатым венцом внутреннего зацепления, ведущего диска, сателлита, кривошипа и двух пар подшипников, а также приводной вал, установленный в отдельной расточке корпуса в подшипниках, кулисное или кривошипно-шатунное устройство, кинематически связывающее рабочий орган насоса, например плунжер, с кривошипом, эксцентриситет которого равен радиусу делительной окружности сателлита, а зубчатый венец статорного диска и зубчатый венец сателлита расположены с образованием зубчатой пары внутреннего зацепления, делительные окружности которой выполнены с образованием кругов Кардана, отличающийся тем, что механизм снабжен кривошипным валом, сателлит и кривошип расположены с разных его сторон, а центральная часть кривошипного вала выполнена в виде соосного с сателлитом опорного цилиндра, на ведущем диске выполнены опорные поверхности с эксцентричной расточкой внутри них, причем наружные кольца одной из пар подшипников установлены в эксцентричной расточке, а внутренние кольца выполнены охватывающими опорный цилиндр кривошипного вала, внутренние кольца второй пары подшипников установлены на опорных поверхностях ведущего диска, а его наружные кольца зафиксированы в корпусе, на наружной поверхности ведущего диска выполнен зубчатый венец, приводной вал снабжен шестерней, размещенной на нем и входящей в зацепление с зубчатым венцом ведущего диска. 1. MECHANISM OF THE PUMP DRIVE, comprising a housing mounted in its bore by a planetary-crank mechanism, consisting of a stator disk with a gear ring of internal gearing, a drive disk, a satellite, a crank and two pairs of bearings, as well as a drive shaft mounted in a separate housing bore in bearings, a rocker or crank device, kinematically connecting the pump body, for example a plunger, with a crank, the eccentricity of which is equal to the radius of the pitch circle of the satellite, and the ring gear is one hundred of the disk and the ring gear of the satellite are arranged to form a gear pair of internal gearing, the pitch circles of which are formed to form Cardan circles, characterized in that the mechanism is equipped with a crank shaft, the satellite and crank are located on its different sides, and the central part of the crank shaft is made in the form of a coaxial with the satellite of the support cylinder, on the drive disk are made bearing surfaces with an eccentric bore inside them, and the outer rings of one of the pairs of bearings are installed in the eccentric bore, and the inner rings are made covering the supporting cylinder of the crank shaft, the inner rings of the second pair of bearings are mounted on the supporting surfaces of the drive disk, and its outer rings are fixed in the housing, a ring gear is made on the outer surface of the drive disk, the drive shaft is equipped with a gear placed on it and meshed with the ring gear of the drive disk. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что механизм снабжен подшипниками вращения, в которых установлен статорный диск, на наружной поверхности которого выполнен зубчатый венец, и установленным в дополнительной расточке, выполненной в корпусе, регулирующим валом с шестерней, входящей в зацепление с зубчатым венцом статорного диска. 2. The mechanism according to claim 1, characterized in that the mechanism is equipped with rotation bearings, in which a stator disk is installed, on the outer surface of which a ring gear is made, and installed in an additional bore made in the housing, an adjusting shaft with a gear gearing with toothed rim of the stator disk. 3. Механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным планетарно-кривошипным механизмом, расположенным зеркально-симметрично основному, при этом их кривошипные валы объединены в один коленчатый вал, а ведущий и регулирующий валы снабжены дополнительными шестернями. 3. The mechanism according to claims 1 and 2, characterized in that it is equipped with an additional planetary-crank mechanism located mirror-symmetrically to the main one, while their crank shafts are combined into one crankshaft, and the drive and control shafts are equipped with additional gears. 4. Механизм по пп.1 3, отличающийся тем, что ведущие диски расположены на периферии. 4. The mechanism according to PP.1 to 3, characterized in that the drive discs are located on the periphery.

Images