RU2253779C1 - Cam-and-lever mechanism - Google Patents
Cam-and-lever mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- RU2253779C1 RU2253779C1 RU2003130998/11A RU2003130998A RU2253779C1 RU 2253779 C1 RU2253779 C1 RU 2253779C1 RU 2003130998/11 A RU2003130998/11 A RU 2003130998/11A RU 2003130998 A RU2003130998 A RU 2003130998A RU 2253779 C1 RU2253779 C1 RU 2253779C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cam
- center
- axis
- lever
- bearings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение, и преимущественная область его использования.The technical field to which the invention relates, and the preferred area of its use.
Заявленное изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в технике, где необходимо осуществить преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное движение. Его можно использовать для создания двигателей внутреннего сгорания и паровых двигателей с высоким коэффициентом полезного действия.The claimed invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in technology where it is necessary to convert the reciprocating motion into rotational motion. It can be used to create internal combustion engines and steam engines with a high efficiency.
Характеристика аналогаAnalogue characteristic
Известен кулачковый механизм /см. МКИ F 16 H 25/14; F 16 H 53/02, авт.св. СССР № 174480 от 27.08.1965 г./. Он содержит кулачковый вал с роликовыми или плоскими толкателями. Форма кулачков симметричная. При вращении вала кулачки приводят в движение толкатели. Этот механизм используется как программное устройство для обеспечения порядка работы элементов какого-либо механизма. Но как устройство для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение в технике он не используется.Known cam mechanism / see MKI F 16
Критика устройств, имеющих кривошипный механизмCriticism of devices having a crank mechanism
Известны устройства для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение: "ЭКСЦЕНТРИКОВЫЙ КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫЙ МЕХАНИЗМ" /см. МКИ F 16 H 21/14, авт. св. СССР №11109699А от 30.08.80 г./ и "КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ" /см. МКИ F 16 H 21/14, авт. св. СССР № 1110969 A от 30.08.80 г./. Последний широко применяется в современной технике. Эти механизмы имеют низкий коэффициент полезного действия, обусловленный недостатками входящего в них кривошипного механизма: равновесие их систем в момент приложения вдоль оси ползуна /шатуна/ самой большой силы, возникающей в момент воспламенения горючей смеси в камере над поршнем. Силы, действующей по окружности, образованной вращением центра эксцентриковой шейки /шатунной шейки/ относительно центра коренной шейки коленчатого вала в этот момент нет вообще. Сила эта появляется, а затем и постепенно увеличивается по мере выхода и ухода центра эксцентриковой /шатунной/ шейки коленчатого вала из верхней мертвой точки под действием маховика. В кривошипно-шатунном механизме перекос поршня уменьшает коэффициент полезного действия механизма. В эксцентриковом кривошипно-ползунном механизме при преобразовании возвратно-поступательного движения ползуна во вращательное движение вала возникает не меньше потерь, вызванных перекосом поршня в кривошипно-шатунном механизме.Known devices for converting reciprocating motion into rotational motion: "Eccentric Crank-Slider Mechanism" / see MKI F 16 H 21/14, ed. St. USSR No. 11109699A dated 08.30.80 / and "CRANKSHAFT ROD" / cm. MKI F 16 H 21/14, ed. St. USSR No. 1110969 A dated 08.30.80 /. The latter is widely used in modern technology. These mechanisms have a low efficiency due to the shortcomings of the crank mechanism included in them: the equilibrium of their systems at the moment of application along the axis of the slider / connecting rod / the greatest force arising at the time of ignition of the combustible mixture in the chamber above the piston. The force acting around the circumference formed by the rotation of the center of the eccentric neck / connecting rod neck / relative to the center of the crankshaft main journal at this moment is not at all. This force appears, and then gradually increases as the center of the eccentric / connecting rod / crankshaft center leaves and leaves the top dead center under the action of the flywheel. In the crank mechanism, the skew of the piston reduces the efficiency of the mechanism. In the eccentric crank-slide mechanism, when converting the reciprocating motion of the slider to the rotational movement of the shaft, no less losses are caused by the misalignment of the piston in the crank mechanism.
Цель изобретенияThe purpose of the invention
Повысить коэффициент полезного действия устройства для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение.Increase the efficiency of the device for converting reciprocating motion into rotational motion.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Кулачково-рычажный механизм содержит: кулачковый вал /см. фиг.1/ с ассиметричной формой кулачка /2/ относительно главной оси механизма, проведенной через центр вала /О/, являющийся осью вращения, и самую дальнюю от центра вала точку /А/ кулачка; верхний рычаг /9/ и нижний рычаг /16/, которые одними концами закреплены в корпусе так /точки 8 и 15/, чтобы центр /3/ оси крепления подшипников /5/ в объеме /4/ верхнего рычага и центр /10/ оси крепления подшипников /12/ в обойме /11/ нижнего рычага занимали противоположное положение относительно центра вала /О/ и находились на главной оси в моменты нахождения их в верхнем или нижнем положении, что обеспечит постоянным расстояние между центрами осей /3 и 10/ при постоянном контакте поверхностей обойм подшипников с поверхностью кулачка в периоды движения их от верхнего положения к нижнему положению и от нижнего положения к верхнему положению; связку /22/ - для синхронной работы рычагов и обеспечения постоянным расстояния между центрами осей крепления подшипников в обоймах при работе механизма, и шатун /31/, закрепленный на оси /32/ на верхнем рычаге на расстоянии от центра /8/ оси крепления его к корпусу, обеспечивающем ход поршня, соответствующий расстоянию между верхним /3 и 10/ и нижним /6 и 13/ положением центров осей крепления подшипников в рычагах.The cam lever mechanism contains: cam shaft / cm. figure 1 / with an asymmetric shape of the cam / 2 / relative to the main axis of the mechanism drawn through the center of the shaft / O /, which is the axis of rotation, and the point farthest from the center of the shaft / A / of the cam; the upper lever / 9 / and the lower lever / 16 /, which at one end are fixed in the housing so /
Кулачково-рычажный механизм может иметь верхнее положение, когда самая дальняя точка кулачка /А/ будет находиться в контакте с обоймой подшипников верхнего рычага, и нижнее положение, когда кулачок провернется на 180 градусов и сама дальняя точка его будет в контакте с обоймой подшипников нижнего рычага, но он не имеет верхней мертвой точки. Если приложить силу вдоль оси шатуна /см. указана стрелкой и буквой /Р/ фиг.1/ в направлении оси крепления подшипников верхнего рычага, то действие ее через обойму на кулачек, находящийся в верхнем положении, приведет сразу к появлению силы, действующей по окружности, образованной вращением центра /М/ рабочей поверхности кулачка относительно центра /О/ вала /1/, или относительно оси вращения вала.The cam-lever mechanism may have an upper position when the farthest point of the cam / A / will be in contact with the cage of the bearings of the upper arm, and a lower position when the cam rotates 180 degrees and its farthest point will be in contact with the cage of the bearings of the lower arm but he has no top dead center. If you apply force along the axis of the connecting rod / cm. is indicated by the arrow and the letter / P / Fig. 1 / in the direction of the axis of attachment of the bearings of the upper arm, then its action through the cage on the cam located in the upper position will immediately lead to the appearance of a force acting on a circle formed by the rotation of the center / M / working surface cam relative to the center / O / shaft / 1 /, or relative to the axis of rotation of the shaft.
Пример конкретного выполненияConcrete example
Для конкретного выполнения устройства необходимы данные: расстояние от верхнего положения шатуна до нижнего положения /l/, или величина хода поршня, и диаметр вала /d/. Проводятся на бумаге оси Х и У /см. фиг.1/. Пересечение их в точке /О/ будет центром вала. Эта точка будет обозначать и ось вращения. От центра /О/ радиусом проводится окружность, обозначающая вал /1/. От центра вала /О/ на оси У вверх откладывается отрезок, равный /l/ и находится на оси точка /А/. Это будет самая дальняя точка кулачка от центра вала /О/. Затем выбирается диаметр /Д/ дуги рабочей поверхности кулачка, соответствующий замыслу изготовителя. При выборе диаметра дуги рабочей поверхности кулачка следует исходить из того, что чем больше диаметр ее, тем дальше будет находиться центр рабочей поверхности от центра вращения вала, тем будет больше эффективность преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение, но только в первую половину рабочего хода поршня. Выбор большего диаметра приводит к уменьшению угла поворота кулачка от верхнего положения, в период которого возможно преобразование силы, действующей вдоль оси шатуна в силу, действующую по окружности. При диаметре рабочей поверхности, равной 1,5 l, преобразование силы, действующей вдоль оси шатуна, в силу, действующую по окружности, возможно при повороте кулачка на 170 градусов от верхнего положения. Если рабочую поверхность выполнить прямой линией /см. обозначена штриховой линией на фиг.1/, то преобразование возможно только при повороте кулачка на 80 градусов. Исходя из этого диаметр рабочей поверхности следует выбирать не менее 1,5 l, не более 1,7 l.For a specific implementation of the device, data is required: the distance from the upper position of the connecting rod to the lower position / l /, or the stroke of the piston, and the diameter of the shaft / d /. Conducted on paper axis X and U / cm. figure 1 /. Their intersection at the point / O / will be the center of the shaft. This point will also indicate the axis of rotation. From center / o / radius the circle marking the shaft / 1 / is drawn. From the center of the shaft / O / on the Y axis, a segment equal to / l / is laid up and is located on the axis of the point / A /. This will be the farthest point of the cam from the center of the shaft / O /. Then, the diameter / D / arc of the working surface of the cam is selected, according to the manufacturer’s plan. When choosing the diameter of the arc of the working surface of the cam, one should proceed from the fact that the larger the diameter, the farther the center of the working surface from the center of rotation of the shaft will be, the greater will be the conversion efficiency of the reciprocating motion into rotational motion, but only in the first half of the working stroke piston. The choice of a larger diameter leads to a decrease in the angle of rotation of the cam from the upper position, during which it is possible to convert the force acting along the axis of the connecting rod into a force acting around the circumference. With a diameter of the working surface equal to 1.5 l, the transformation of the force acting along the axis of the connecting rod into a force acting around the circumference is possible when the cam is rotated 170 degrees from the upper position. If the working surface is executed with a straight line / cm. indicated by the dashed line in figure 1 /, the conversion is possible only when the cam is rotated 80 degrees. Based on this, the diameter of the working surface should be selected not less than 1.5 l, not more than 1.7 l.
1, 11, 111, 1У - обозначены сектора. В четвертом секторе на окружности вала находится точка /Б/. В этой точке будет осуществлен плавный переход дуги рабочей поверхности кулачка в окружность вала /1/. При диаметре рабочей поверхности 1,5 l точка /Б/ будет находиться примерно в середине дуги вала IУ сектора. Если диаметр дуги рабочей поверхности увеличить, то эта точка будет смещаться к оси Х. Затем радиусом из точек /А и Б/ во втором секторе наносятся дуги и на пересечении их отмечается точка /М/. Эта точка является центром дуги рабочей поверхности кулачка. Этим же радиусом из точки /М/ от точки /А/ до точки /Б/ проводится дуга, которая обозначает рабочую поверхность кулачка /2/.1, 11, 111, 1U - sectors are indicated. In the fourth sector on the circumference of the shaft is the point / B /. At this point, a smooth transition of the arc of the cam working surface to the shaft circumference / 1 / will be realized. With a diameter of the working surface of 1.5 l point / B / will be located approximately in the middle of the arc of the shaft IU sector. If the diameter of the arc of the working surface is increased, then this point will shift to the X axis. Then, with a radius from points / A and B / in the second sector arcs are drawn and the point / M / is marked at their intersection. This point is the center of the arc of the cam working surface. The same radius from point / M / from point / A / to point / B / draws an arc that indicates the working surface of the cam / 2 /.
Величина подшипников и обойм подшипников определяется общепринятым расчетом в зависимости от сил, действующих на них. На оси /У/ от точки /А/ отрезком, равным радиусу внешней окружности обоймы подшипников, находится точка /3/. Эта точка является центром оси крепления подшипников в рычаге. Этим же радиусом от точки /3/ проводится окружность, обозначающая обойму подшипников /4/. От центра /3/ проводится окружность, обозначающая ось крепления подшипников, и проводится окружность, обозначающая подшипник /5/. Этот подшипник и, следовательно, кулачок обозначены в момент нахождения их в верхнем положении. Затем от точки /3/ в направлении к центру вала /О/ отрезком, равным /l/, на оси У, или на главной оси, находится точка /6/. Эта точка обозначает положение центра оси /3/ в момент нахождения его в нижнем положении. От точек /3 и 6/ находится точка /7/, обозначающая середину Через точку /7/ проводится перпендикулярная линия относительно главной оси механизма, которая совпадает с осью У. На этой линии отрезком, равным на менее 1,2 l от точек /3 и 6/ находится точка /8/, являющаяся центром оси крепления верхнего рычага к корпусу. Длина рычага обусловлена тем, чтобы при вращении кулачок самой дальней частью от центра вала не цеплял за рычаг в месте крепления его к корпусу. Длину рычагов можно сделать больше. Это позволит уменьшить отклонение нижней части шатуна в месте крепления его к рычагу от главной оси устройства при перемещении его их верхнего положения в нижнее положение и из нижнего положения в верхнее положение. Далее обозначается рычаг /9/.The magnitude of the bearings and the bearing race is determined by conventional calculation, depending on the forces acting on them. On the axis / Y / from the point / A /, a segment equal to the radius of the outer circumference of the bearing race is the point / 3 /. This point is the center of the axis of the bearings in the lever. The same radius from the point / 3 / draws a circle denoting the bearing race / 4 /. From the center / 3 /, a circle is drawn indicating the axis of the bearing mounting, and a circle is drawn indicating the bearing / 5 /. This bearing and, therefore, the cam are marked when they are in the upper position. Then from the point / 3 / in the direction to the center of the shaft / О / with a segment equal to / l /, on the Y axis, or on the main axis, is the point / 6 /. This point indicates the position of the center of the axis / 3 / at the time it is in the lower position. From points / 3 and 6 / there is a point / 7 /, indicating the middle A point perpendicular to the main axis of the mechanism is drawn through point / 7 /, which coincides with the Y axis. On this line, a point equal to less than 1.2 l from points / 3 and 6 / is the point / 8 /, which is the center of the axis of attachment of the upper arm to the body. The length of the lever is due to the fact that during rotation the cam farthest from the center of the shaft does not cling to the lever at the point of attachment to the housing. The leverage can be made longer. This will reduce the deviation of the lower part of the connecting rod at the place of attachment to the lever from the main axis of the device when moving its upper position to the lower position and from the lower position to the upper position. Next, the lever / 9 / is indicated.
Аналогичным методом определяется система нижнего рычага. От точки /Н/ пересечения оси /У/ с окружностью вала /1/ отрезком, равным внешнему радиусу обоймы подшипников, на главной оси находится точка /10/, которая является центром оси крепления подшипников в нижнем рычаге. От этой точки тем же радиусом проводится окружность, обозначающая обойму подшипников /11/, и проводится окружность, обозначающая ось крпления подшипников к нижнему рычагу, и проводится окружность, обозначающая подшипник /12/. Этот подшипник обозначен в момент нахождения его в верхнем положении. Затем от точки /10/ на оси /У/ вниз от центра вала отрезком, равным /l/, находится точка /13/, обозначающая центр оси крепления подшипников к нижнему рычагу, в момент нахождения его в нижнем положении. Между точками /10 и 13/ находится середина точка /14/. Через точку /14/ проводится перпендикулярная линия относительно главной оси механизма. От точек /10 и 13/ отрезком, равным не менее 1,2 l на этой линии определяется точка /15/, которая является центром оси крепления нижнего рычага к корпусу. Затем обозначается нижний рычаг /16/.A similar method determines the lower lever system. From the point / N / of the intersection of the axis / Y / with the shaft circumference / 1 / with a segment equal to the outer radius of the bearing race, on the main axis is the point / 10 /, which is the center of the axis of the bearings in the lower arm. From this point, the same radius draws a circle denoting the bearing race / 11 /, and draws a circle denoting the axis of attachment of the bearings to the lower arm, and draws a circle denoting the bearing / 12 /. This bearing is marked when it is in the upper position. Then, from the point / 10 / on the axis / Y / down from the center of the shaft with a segment equal to / l /, there is the point / 13 /, which indicates the center of the axis of attachment of the bearings to the lower lever, when it is in the lower position. Between points / 10 and 13 / is the middle point / 14 /. A point perpendicular to the main axis of the mechanism is drawn through the point / 14 /. From points / 10 and 13 / with a segment equal to at least 1.2 l on this line, point / 15 / is determined, which is the center of the axis of attachment of the lower arm to the housing. Then the lower lever / 16 / is indicated.
Рабочей поверхностью кулачка является та, на которую прилагается сила от обоймы подшипников в период рабочего хода поршня, или в период действия силы, возникшей при сгорании горючей смеси в камере над поршнем. Рабочая поверхность кулачка обозначена жирной линий /см. фиг.1/. Рабочим подшипником является тот, на который прилагается сила, действующая вдоль оси шатуна в период рабочего хода поршня. Рабочими подшипниками являются подшипники в обоймах верхнего рычага.The working surface of the cam is the one on which the force is applied from the bearing cage during the stroke of the piston, or during the period of action of the force arising from the combustion of the combustible mixture in the chamber above the piston. The working surface of the cam is indicated by bold lines / cm. figure 1 /. A working bearing is one on which a force is applied acting along the axis of the connecting rod during the stroke of the piston. Working bearings are bearings in the cage of the upper arm.
Точки крепления рычагов /7 и 15/ можно сместить в сторону оси /Х/ или в противоположную сторону, но это перемещение их приведет к проблемам, обусловленным сложностью сохранения постоянным расстояния между центрами подшипников /3 и 10/. Следует заметить, что постоянное расстояние между центрами осей указанных подшипников и нахождение их на главной оси в моменты нахождения их в верхнем или нижнем положении является условием нормальной работы механизма. Для создания системы, для синхронной работы рычагов и сохранения постоянным расстояния между центрами /3 и 10/ осей крепления подшипников необходима связка. На верхнем рычаге /9/ на произвольно выбранном изготовителем расстоянии от точки /8/ на оси рычага находится точка /17/, которая является центром оси крепления связок к рычагу. Затем от этой точки проводится окружность, обозначающая ось крепления связок к рычагу. На нижнем рычаге крепится устройство, создающее усилие, стягивающее рычаге /9 и 16/ друг к другу. Рычаг /19/ устройства /см. фиг.1/ одним концом на оси /18/ крепится к рычагу /16/. На середине рычага /19/ устанавливается ось /20/, к которой крепятся связки /22/. Между другим концом рычага /19/ и поверхностью рычага /5/ установлена пружина /21/. На ось /17/ верхнего рычага /9/ и ось /20/ рычага /19/ симметрично оси рычагов /9 и 16/ /см. фиг.2/ крепятся две связки /22/. Расстояние между связками должно быть таким, чтобы между ними проходил кулачек при его вращении. Оси /17 и 20/ должны быть установлены на одинаковом расстоянии от центров осей /8 и 15/ крепления рычагов к корпусу. Усилие, которое должна создавать пружина /21/, должно быть равно силе, возникающей вдоль оси шатуна в момент максимального сжатия горючей смеси в камере сгорания.The attachment points of the levers / 7 and 15 / can be shifted to the side of the axis / X / or in the opposite direction, but their movement will lead to problems due to the difficulty of maintaining a constant distance between the centers of the bearings / 3 and 10 /. It should be noted that a constant distance between the centers of the axes of these bearings and their presence on the main axis at the moments when they are in the upper or lower position is a condition for the normal operation of the mechanism. To create a system, for synchronous operation of the levers and to maintain a constant distance between the centers / 3 and 10 / of the axes of the bearings, a bunch is needed. On the upper lever / 9 / at a distance arbitrarily chosen by the manufacturer from the point / 8 /, on the lever axis is the point / 17 /, which is the center of the axis of attachment of the ligaments to the lever. Then a circle is drawn from this point, indicating the axis of attachment of the ligaments to the lever. On the lower lever is attached a device that creates a force, pulling the lever / 9 and 16 / to each other. Lever / 19 / device / cm. figure 1 / one end on the axis / 18 / is attached to the lever / 16 /. In the middle of the lever / 19 / the axis / 20 / is mounted, to which the ligaments / 22 / are attached. Between the other end of the lever / 19 / and the surface of the lever / 5 / a spring / 21 / is installed. On the axis / 17 / of the upper lever / 9 / and the axis / 20 / of the lever / 19 / symmetrically to the axis of the levers / 9 and 16 / / cm. figure 2 / are attached two ligaments / 22 /. The distance between the ligaments should be such that a fist passes between them during its rotation. Axes / 17 and 20 / must be installed at the same distance from the centers of the axes / 8 and 15 / of the mounting levers to the housing. The force that the spring / 21 / must create must be equal to the force arising along the axis of the connecting rod at the time of maximum compression of the combustible mixture in the combustion chamber.
Связывающее устройство можно выполнить и другим способом. Рычаги /9 и 16, см. фиг.3/ выполняются длиннее в сторону, противоположную от концов, на которых закреплены подшипники в обоймах. Длина плеч /23 и 24/ рычагов определяется изготовителем. Но чем короче указанные плечи рычагов, тем пружина должна создавать большее усилие. На плече верхнего рычага /23/ устанавливается ось /25/, а на плече /24/ нижнего рычага на оси /26/ устанавливается рычаг /27/. На середине рычага /27/ устанавливается ось /28/. Между вторым концом рычага /27/ и плечом нижнего рычага /24/ устанавливается пружина /29/. На ось /25/ верхнего рычага и ось /28/ рычага /24/ симметрично оси рычага крепятся связки /22/. В этом варианте усилие пружины раздвигает плечи рычагов /23 и 24/ в противоположные стороны, а плечи рычагов /9 и 16/ с подшипниками будут прижиматься к кулачку. Рычаг /9/, в части крепления на нем подшипников в обойме, имеет конструктивный элемент /см. фиг.1/, на котором крепится шатун. На оси /32/ крепится шатун /31/ /см. фиг.4/.The bonding device can be performed in another way. The levers / 9 and 16, see figure 3 / are longer in the direction opposite to the ends on which the bearings are mounted in the cages. The length of the shoulders / 23 and 24 / levers is determined by the manufacturer. But the shorter the leverage shoulders, the more spring should create more force. On the shoulder of the upper lever / 23 /, the axis / 25 / is mounted, and on the shoulder / 24 / of the lower lever, the lever / 27 / is mounted on the axis / 26 /. In the middle of the lever / 27 / the axis / 28 / is mounted. Between the second end of the lever / 27 / and the shoulder of the lower lever / 24 / a spring / 29 / is installed. On the axis / 25 / of the upper lever and the axis / 28 / of the lever / 24 /, the ligaments / 22 / are mounted symmetrically to the axis of the lever. In this embodiment, the spring force pushes the shoulders of the levers / 23 and 24 / in opposite directions, and the shoulders of the levers / 9 and 16 / with bearings will be pressed against the cam. The lever / 9 /, in terms of mounting bearings on it in a cage, has a structural element / cm. figure 1 /, on which the connecting rod is mounted. A connecting rod / 31 / / cm is attached to the axis / 32 /. figure 4 /.
Все детали механизма, выполненные согласно замыслам изготовителя, изготавливаются из пластика или фанеры и собираются согласно описанию. На кулачке выполнена только рабочая поверхность от точки /А/ до точки /Н/. Обойма подшипника верхнего рычага находится в контакте с точкой /А/ кулачка, а обойма подшипников нижнего рычага находится в контакте с точкой /Н/ кулачка. На макете связка делается постоянной без пружины. Теперь следует нажать на ось /32/, или на шатун и повернуть кулачок на 180 градусов так, чтобы обойма подшипника верхнего рычага без отрыва скользила по рабочей поверхности кулачка от точки /А/ до точки /Н/. Обойма подшипников нижнего рычага отметит нерабочую часть кулачка. Так определяется форма кулачка. От точки /Б/ до точки /Н/ отрезок дуги рабочей поверхности совпадает с окружностью вала.All details of the mechanism, made according to the intentions of the manufacturer, are made of plastic or plywood and assembled as described. On the cam, only the working surface is made from the point / A / to the point / N /. The upper arm bearing race is in contact with the / A / cam point, and the lower arm bearing race is in contact with the / N / cam point. On the layout, the bundle is made permanent without a spring. Now you should click on the axis / 32 /, or on the connecting rod and rotate the cam 180 degrees so that the bearing bracket of the upper lever without tearing slid over the working surface of the cam from point / A / to point / N /. A cage of bearings of the lower lever marks the inoperative part of the cam. This determines the shape of the cam. From point / B / to point / N /, the arc segment of the working surface coincides with the circumference of the shaft.
Кулачково-рычажный механизм содержит: кулачковый вал, форма кулачка которого является ассиметричной относительно главной оси механизма, проведенной через центр вала, являющийся осью вращения, и самую дальнюю от центра вала точку кулачка; верхний рычаг и нижний рычаг, одни концы которых закреплены в корпусе так, чтобы центр оси крепления подшипников в обойме на другом конце верхнего рычага и центр оси крепления подшипников в обойме на другом конце нижнего рычага занимали противоположное положение относительно центра вала и находились на главной оси в моменты нахождения их в верхнем или нижнем положении, что обеспечит постоянным расстояние между центрами крепления подшипников при постоянном контакте поверхностей обойм подшипников с поверхностью кулачка в периоды их движения от верхнего положения к нижнему положению и от нижнего положения к верхнему положению; связку - для создания механизма для синхронной работы рычагов и обеспечения постоянным расстояния между центрами осей крепления подшипников при работе механизма, и шатун, закрепленный на верхнем рычаге на расстоянии от центра крепления рычага к корпусу, обеспечивающем ход поршня, соответствующий расстоянию между верхним и нижним положением центров осей крепления подшипников в рычагах.The cam-lever mechanism comprises: a cam shaft, the cam shape of which is asymmetric with respect to the main axis of the mechanism, drawn through the center of the shaft, which is the axis of rotation, and the cam point farthest from the center of the shaft; the upper arm and lower arm, one end of which is fixed in the housing so that the center of the bearing mounting axis in the cage at the other end of the upper arm and the center of the bearing mounting axis in the cage at the other end of the lower arm occupied the opposite position relative to the center of the shaft and were on the main axis in moments when they are in the upper or lower position, which will provide a constant distance between the centers of bearing mounting with constant contact of the surfaces of the bearing race with the surface of the cam during periods of their movement eniya from the upper position to the lower position and the lower position to the upper position; ligament - to create a mechanism for synchronous operation of the levers and to ensure a constant distance between the centers of the axes of the bearings during operation of the mechanism, and a connecting rod mounted on the upper lever at a distance from the center of the lever to the housing, providing a piston stroke corresponding to the distance between the upper and lower centers axes for mounting bearings in levers.
Для увеличения площади контакта поверхности обойм подшипников с поверхностью кулачка поверхность обойм подшипников и поверхность кулачка следует выполнить, как показано на фиг.5. Таким способом площадь контакта можно сделать такую, какую площадь контакта имеет шатунная шейка коленчатого вала с шатуном в современных двигателях внутреннего сгорания и даже больше. Ширину обойм подшипников и ширину кулачка можно выполнить такой, какая обеспечит достаточную площадь контакта их в изготавливаемом механизме.To increase the contact area of the surface of the bearing race with the surface of the cam, the surface of the bearing race and the surface of the cam should be performed as shown in Fig.5. In this way, the contact area can be made such that the contact area has the connecting rod neck of the crankshaft with the connecting rod in modern internal combustion engines and even more. The width of the cage of the bearings and the width of the cam can be performed in such a way as to provide a sufficient contact area of them in the manufactured mechanism.
На фиг.7 представлен кулачковый вал для двухцилиндрового двигателя с поворотом /для балансировки/ кулачков на 180 градусов. Цифрой /33/ обозначен маховик, а цифрой /34/ обозначена гайка крепления маховика к валу.7 shows the cam shaft for a two-cylinder engine with rotation / for balancing / cams 180 degrees. The number / 33 / indicates the flywheel, and the number / 34 / indicates the nut securing the flywheel to the shaft.
Если изготовитель планирует изготовить кулачково-рычажный механизм для двигателя малой мощности, кулачок и обоймы подшипников можно выполнить с гладкими поверхностями. Но в этом случае необходимо закруглить переход нерабочей поверхности к рабочей поверхности кулачка в точке /А/ /см. фиг.6/. Это незначительно уменьшит мощность двигателя, но улучшит работу его.If the manufacturer plans to manufacture a cam-lever mechanism for a low-power engine, the cam and bearing cages can be made with smooth surfaces. But in this case, it is necessary to round off the transition of the non-working surface to the working surface of the cam at the point / A / / cm. Fig.6 /. This will slightly reduce engine power, but improve its performance.
Принцип работы кулачково-рычажного механизмаThe operating principle of the cam lever
Когда подшипники рычагов, шатун и поршень достигнут верхнего положения, а самая дальняя точка кулачка /А/ будет в контакте с обоймой подшипников верхнего рычага, произойдет воспламенение горючей смеси в камере сгорания и появится сила, действующая вдоль оси шатуна, ось крепления подшипника через подшипник и обойму его прикладывается в точку /А/ кулачка. В результате сразу появляется сила, действующая по окружности, образованной вращением центра рабочей поверхности /М/ /см. фиг.1, указана стрелкой/ относительно центра вала /О/. Кулачок проворачивается, а обойма рабочего подшипника под действием силы движется по рабочей поверхности кулачка. Когда кулачок повернется на 180 градусов, сила, действующая вдоль оси шатуна, исчезнет /произойдет выхлоп отработанных газов/. Подшипники верхнего рычага достигнут нижнего положения. Обойма подшипников нижнего рычага движется по нерабочей поверхности кулачка и достигнет нижнего положения в момент касания ее с самой дальней точкой кулачка /А/ от центра вала. Далее движение от нижнего положения подшипников рычагов в верхнее положение происходит за счет накопленной энергии в маховике. Обойма рабочих подшипников движется по нерабочей поверхности, а обойма подшипников нижнего рычага движется по рабочей поверхности в верхнее положение. Когда кулачок точкой /А/ достигнет обоймы верхних подшипников, снова появится сила, действующая вдоль оси шатуна. Далее все повторяется.When the lever bearings, connecting rod and piston reach the upper position, and the farthest point of the cam / A / is in contact with the bearing bracket of the upper lever, ignition of the combustible mixture in the combustion chamber will occur and the force acting along the axis of the connecting rod, the axis of the bearing through the bearing and its clip is applied to the point / A / cam. As a result, a force immediately appears, acting on a circle formed by the rotation of the center of the working surface / M / / cm. figure 1, is indicated by an arrow / relative to the center of the shaft / About /. The cam rotates, and the cage of the working bearing under the action of force moves along the working surface of the cam. When the cam rotates 180 degrees, the force acting along the axis of the connecting rod will disappear / exhaust gases will be exhausted /. The upper arm bearings are lowered. The cage of the bearings of the lower lever moves along the idle surface of the cam and reaches the lower position when it touches the farthest point of the cam / A / from the center of the shaft. Further, movement from the lower position of the lever bearings to the upper position occurs due to the accumulated energy in the flywheel. The cage of working bearings moves along a non-working surface, and the cage of bearings of the lower lever moves along the working surface to the upper position. When the cam point / A / reaches the cage of the upper bearings, again there will be a force acting along the axis of the connecting rod. Then everything repeats.
Положительный эффектPositive effect
В кулачково-рычажном механизме устранены два самых главных недостатка, присущих устройствам, имеющим кривошипный механизм: устранено равновесие системы в момент действия самой большой силы вдоль оси шатуна /ползуна/ и устранен перекос поршня при движении его от верхнего положения к нижнему положению и от нижнего положения к верхнему. В заявленном механизме 95% силы, действующей вдоль оси шатуна в начальный период рабочего хода, при условии, если сила, действующая вдоль оси шатуна, приложена перпендикулярно оси верхнего рычага, будет преобразовано в силу, действующую по окружности, образованной вращением центра рабочей поверхности кулачка относительно центра вала.In the cam-lever mechanism, two of the most important drawbacks inherent in devices having a crank mechanism are eliminated: the balance of the system at the moment of the greatest force along the connecting rod / slider axis is eliminated and the piston skew when it moves from the upper position to the lower position and from the lower position is eliminated to the top. In the claimed mechanism, 95% of the force acting along the axis of the connecting rod in the initial period of the stroke, provided that the force acting along the axis of the connecting rod is applied perpendicular to the axis of the upper arm, will be converted into a force acting on a circle formed by rotation of the center of the working surface of the cam relative to the center of the shaft.
При длине рычагов 1,2 l, при l, равном 45 миллиметров, отклонение нижней части шатуна от главной оси механизма происходит всего на пять миллиметров, что не может вызвать перекос поршня. Небольшим наклоном оси цилиндра можно сделать так, что указанная часть шатуна будет отклоняться на 2,5 миллиметра в обе стороны.With a lever length of 1.2 l, with l equal to 45 millimeters, the lower part of the connecting rod deviates from the main axis of the mechanism by only five millimeters, which cannot cause the piston to skew. A slight tilt of the axis of the cylinder can be done so that the specified part of the connecting rod will deviate by 2.5 millimeters in both directions.
Кулачково-рычажный механизм имеет очень высокий к.п.д. преобразования возвратно-поступательного движения шатуна во вращательное движение вала. При равных параметрах элементов /диаметр поршня, ход поршня, степень сжатия и пр./, двигатель с кулачково-рычажным механизмом будет по мощности больше примерно в двадцать раз двигателя с кривошипно-шатунным механизмом. На графике /см. фиг.8/ дана силовая характеристика устройств преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение для двигателя объемом 50 кубических сантиметров. На оси У указана сила, действующая вдоль оси шатуна, а на оси Х указан ход поршня в миллиметрах. Линия /В/ обозначает характеристику силы, действующей вдоль оси шатуна в двигателях внутреннего сгорания за период рабочего хода поршня. Линия /С/ - характеристику силы, действующей вдоль оси шатуна в паровом двигателе. Линия /D/ - характеристику силы, действующей по окружности, образованной вращением центра рабочей поверхности кулачка относительно оси вращения вала, в двигателях с кулачково-рычажным механизмом. Линия /К/ - характеристику силы, действующей по окружности, образованной вращением центра шатунной шейки относительно центра коренной шейки коленчатого вала в двигателях с кривошипно-шатунным механизмом. Линия /F/ - характеристику силы, действующей по окружности, образованной вращением центра рабочей поверхности относительно оси вращения вала, в паровых двигателях с кулачково-рычажным механизмом при давлении пара - 1 мПа. Из графика видно: паровые двигатели с кулачково-рычажным механизмом далеко экономичней двигателей внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. Расчет действующих сил сделан в статическом состоянии элементов механизмов.The cam-lever mechanism has a very high efficiency converting the reciprocating movement of the connecting rod into the rotational movement of the shaft. With equal parameters of the elements / piston diameter, piston stroke, compression ratio, etc. /, a cam-lever engine will be about twenty times more powerful than an engine with a crank mechanism. On the chart / cm. Fig / given the power characteristic of the device for converting reciprocating motion into rotational motion for an engine of 50 cubic centimeters. The force acting along the connecting rod axis is indicated on the Y axis, and the piston stroke in millimeters is indicated on the X axis. Line / B / denotes a characteristic of the force acting along the axis of the connecting rod in internal combustion engines during the period of the piston stroke. Line / C / - characteristic of the force acting along the axis of the connecting rod in the steam engine. Line / D / - characteristic of the force acting on a circle formed by the rotation of the center of the working surface of the cam relative to the axis of rotation of the shaft, in engines with a cam-lever mechanism. Line / K / - characteristic of the force acting on a circle formed by the rotation of the center of the connecting rod journal relative to the center of the crankshaft main neck in engines with a crank mechanism. Line / F / - characteristic of the force acting on a circle formed by the rotation of the center of the working surface relative to the axis of rotation of the shaft, in steam engines with a cam-lever mechanism at a steam pressure of 1 MPa. The graph shows: steam engines with a cam-lever mechanism are far more economical than internal combustion engines with a crank mechanism. The calculation of the acting forces is made in the static state of the elements of the mechanisms.
В кривошипно-шатунном механизме диаметр окружности, образованной вращением центра шатунной шейки относительно центра коренной шейки коленчатого вала, при ходе поршня 45 миллиметров равен тоже 45 миллиметров. В кулачково-рычажном механизме при указанном ходе поршня и дуге рабочей поверхности, равной 1.7 l, диаметр окружности, образованной вращением центра рабочей поверхности кулачка относительно оси вращения вала, будет равен - 66 миллиметров. В первом механизме рычаг приложения силы равен 22,5 миллиметра, а во втором механизме - 33 миллиметра. Чтобы выявить реальное соотношение силовых характеристик этих механизмов, сделан перерасчет параметров кривошипно-шатунного механизма. Результаты отражены в графике /см. фиг.8/.In the crank mechanism, the diameter of the circle formed by the rotation of the center of the crank pin relative to the center of the crankshaft main journal, with a piston stroke of 45 millimeters, is also equal to 45 millimeters. In the cam-lever mechanism with the indicated piston stroke and the arc of the working surface equal to 1.7 l, the diameter of the circle formed by the rotation of the center of the working surface of the cam relative to the axis of rotation of the shaft will be - 66 millimeters. In the first mechanism, the lever of application of force is 22.5 millimeters, and in the second mechanism - 33 millimeters. To reveal the real correlation of the power characteristics of these mechanisms, the parameters of the crank mechanism are recalculated. The results are shown in the graph / cm. Fig.8 /.
Перечень фигур графических изображенийList of figures of graphic images
На фиг.1 изображен кулачково-рычажный механизм в сборе и порядок выполнения его. На фиг.2 изображено крепление стяжек /22/ и крепление подшипников в обойме к верхнему рычагу. На фиг.3 изображен вариант связки между верхним и нижним рычагами. На фиг.4 изображено крепление шатуна к верхнему рычагу. На фиг.5 изображена форма поверхностей кулачка и обойм подшипников для увеличения площади контакта их. На фиг.6 изображено скругление кулачка в самой дальней точке от центра вала в случае выполнения кулачка и обойм подшипников с гладкими поверхностями. На фиг.7 изображен кулачковый вал для двухцилиндрового двигателя с поворотом кулачков на 180 градусов. На фиг.8 изображена силовая характеристика кулачково-рычажного механизма и устройств, имеющих кривошипный механизм.Figure 1 shows the cam-lever mechanism assembly and the order of its execution. Figure 2 shows the mounting of the couplers / 22 / and the mounting of the bearings in the cage to the upper arm. Figure 3 shows a variant of the ligament between the upper and lower levers. Figure 4 shows the mounting of the connecting rod to the upper arm. Figure 5 shows the shape of the surfaces of the cam and bearing race to increase their contact area. Figure 6 shows the rounding of the cam at the farthest point from the center of the shaft in the case of a cam and bearing cages with smooth surfaces. 7 shows the cam shaft for a two-cylinder engine with a 180 degree rotation of the cams. On Fig shows the power characteristic of the cam-lever mechanism and devices having a crank mechanism.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003130998/11A RU2253779C1 (en) | 2003-10-21 | 2003-10-21 | Cam-and-lever mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003130998/11A RU2253779C1 (en) | 2003-10-21 | 2003-10-21 | Cam-and-lever mechanism |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2253779C1 true RU2253779C1 (en) | 2005-06-10 |
Family
ID=35834562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003130998/11A RU2253779C1 (en) | 2003-10-21 | 2003-10-21 | Cam-and-lever mechanism |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2253779C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU200823U1 (en) * | 2020-07-21 | 2020-11-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВО "ЯГТУ" | Crank mechanism of piston machine |
-
2003
- 2003-10-21 RU RU2003130998/11A patent/RU2253779C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU200823U1 (en) * | 2020-07-21 | 2020-11-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВО "ЯГТУ" | Crank mechanism of piston machine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220106881A1 (en) | Mechanism for transforming reciprocal to rotational motion or vice versa, and mechanism applications | |
AU2010364023B2 (en) | Device for transmission of force from the pistons of a piston engine | |
EP1347159A3 (en) | Engine | |
KR960011068A (en) | Crank system for converting linear reciprocating motion into rotary motion suitable for endothermic reciprocating engines | |
EP2852739B1 (en) | Piston-train guide apparatus and method | |
EP1247959A3 (en) | Piston control mechanism of reciprocating internal combustion engine of variable compression ratio type | |
US4449494A (en) | Internal combustion engine | |
RU2253779C1 (en) | Cam-and-lever mechanism | |
US7503305B2 (en) | Rotatory crank shaft | |
CN109184900A (en) | A kind of engine-driven gearing | |
JP2015021410A (en) | Variable compression ratio mechanism engine | |
CN102383929B (en) | Piston combustion engine with variable bent axle radius | |
CN209011947U (en) | A kind of engine-driven gearing | |
JP2004316576A (en) | Scotch yoke type engine | |
CN1840884A (en) | Curved surface rolling bearing type piston for internal combustion engine | |
AU2015221517B2 (en) | Linear actuation for continuously variable-stroke cycle engine | |
CN108625918A (en) | The valve device of multicylinder engine | |
JPH062566A (en) | Power transmitting device | |
RU2264547C2 (en) | Slider-crank mechanism | |
RU2272921C2 (en) | Internal combustion engine | |
JP2005180302A (en) | Piston drive unit for internal combustion engine | |
RU104634U1 (en) | INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH NON-SINUSOID PISTON MOVEMENT LAW | |
JP2009079585A (en) | Mechanism bridging piston reciprocating motion and output shaft rotary motion in lieu of crank | |
JP2008069679A (en) | Stroke characteristic variable engine | |
JP2008069753A (en) | Stroke characteristic variable engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071022 |