RU2267674C1 - Balanced device for converting rotation into reciprocation - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: device comprises housing that receives rotation body, which is made of a flywheel and locked against movement along the axis of rotation, and slide mounted for permitting reciprocation along the axis of rotation. The side of the slide is provided with the closed screw groove. The carrier is interposed between the slide and rotation body. One part of the carrier is secured to the flywheel, and the other part is set in the screw groove in the slide. The rotation of the slide with respect to the housing is arrested by the spline joint. The additional slide is mounted opposite to the main slide along the axis of rotation of the flywheel. The carriers of the main and additional slides are secured to the flywheel with a shift, or the additional slide is turned so that the slides move in opposite directions when the flywheel rotates.

EFFECT: improved design.

2 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к устройствам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, и может быть использовано, например, в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах.The invention relates to the field of engineering, and more specifically to devices for converting rotational motion into reciprocating and vice versa, and can be used, for example, in internal combustion engines, compressors, pumps.

Известен аксиально-поршневой двигатель с противоположно движущимися поршнями, (заявка № 2001105860 от 27.02.2003), содержащий корпус, вал, цилиндры, расположенные вокруг и параллельно оси вала, по два поршня с шатунами-поводками в каждом цилиндре, неподвижно закрепленные на валу две косые втулки и две качающиеся шайбы с радиальными цапфами, связанными шарнирно с шатунами-поводками, поршни имеют уплотнения с обоих торцов, а рабочие процессы двигателя совершаются как в объеме между поршнями с одной стороны, так и между торцевыми крышками цилиндров и поршнями с другой.Known axial piston engine with oppositely moving pistons (application No. 2001105860 from 02.27.2003), comprising a housing, a shaft, cylinders located around and parallel to the axis of the shaft, two pistons with connecting rods in each cylinder, two fixedly mounted on the shaft oblique bushings and two swinging washers with radial trunnions pivotally connected to connecting rods, leads, pistons have seals at both ends, and engine working processes are performed both in volume between the pistons on one side and between the cylinder end caps and EDSS other.

Недостатками аналога являются большие габариты вследствие наличия несовпадения оси приводного вала и оси цилиндров, повышенных габаритов механизма возвратно-поступательного движения поршней, а также снижение КПД механизма и его долговечности из-за давления поршней на стенки цилиндров и возникновения в нем неуравновешенных сил инерции.The disadvantages of the analogue are large dimensions due to the mismatch of the axis of the drive shaft and the axis of the cylinders, increased dimensions of the reciprocating mechanism of the pistons, as well as a decrease in the efficiency of the mechanism and its durability due to the pressure of the pistons on the cylinder walls and the occurrence of unbalanced inertia forces in it.

Прототипом заявляемого изобретения является устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, патент RU № 2059133 С1, содержащее корпус, размещенный в нем ползун цилиндрической формы с замкнутой винтовой канавкой, кинематически связанное с ползуном и фиксированное от перемещения вдоль своей оси вращения тело вращения в виде маховика, кинематическая связь между ползуном и телом вращения выполнена в виде поводков, предназначенных для взаимодействия одной стороной с телом вращения, а другой стороной для взаимодействия с боковой поверхностью замкнутой винтовой канавки. Проворот ползуна относительно корпуса ограничен шлицевым соединением.The prototype of the claimed invention is a device for converting rotational motion into reciprocating and vice versa, patent RU No. 2059133 C1, comprising a housing, a cylindrical slider placed therein with a closed helical groove, kinematically connected with the slider and fixed to rotation along its axis of rotation in in the form of a flywheel, the kinematic connection between the slider and the body of rotation is made in the form of leads designed to interact with one side with the body of rotation and the other side for interaction with the side surface of the closed helical groove. The rotation of the slide relative to the housing is limited by a spline connection.

Прототип работает следующим образом. При приложении крутящего момента к маховику он начинает разворачиваться относительно своей оси, а зафиксированный в нем поводок начинает давить на боковую поверхность винтовой канавки, вследствие ограничения возможности проворота ползуна шлицевым соединением его с корпусом ползун начинает поступательное движение. После достижения ползуном крайнего положения происходит переход поводка в реверсивную ветвь винтовой канавки (ветвь, имеющую обратное направление) и ползун, таким образом, меняет направление движения на противоположное. Цикл повторяется, вследствие чего вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное. При обратном преобразовании движения возвратно-поступательного во вращательное усилие прикладывается к ползуну. При этом ползун боковой поверхностью винтовой канавки воздействует на поводок, закрепленный в маховике, что вызывает вращение маховика. При достижении ползуном крайнего положения за счет силы инерции вращательного движения маховика происходит переход поводка в реверсивную ветвь винтовой канавки и при изменении направления прикладываемой нагрузки на противоположное вращательное движение маховика продолжается в том же направлении.The prototype works as follows. When a torque is applied to the flywheel, it starts to turn around its axis, and the leash fixed in it starts to put pressure on the side surface of the screw groove, due to the limited possibility of turning the slider with a splined connection to the body, the slider starts translating. After the slider reaches its extreme position, the leash transitions to the reversible branch of the helical groove (the branch having the opposite direction) and the slider, thus, reverses the direction of movement. The cycle repeats, as a result of which the rotational motion is converted into reciprocating. In the inverse transformation of the reciprocating motion into a rotational force is applied to the slider. In this case, the slider on the lateral surface of the helical groove acts on the leash fixed in the flywheel, which causes the rotation of the flywheel. When the slider reaches its extreme position due to the inertia of the rotational movement of the flywheel, the leash transitions to the reverse branch of the helical groove and, when the direction of the applied load changes to the opposite rotational motion of the flywheel, it continues in the same direction.

Недостатком прототипа является возникновение при движении ползуна неуравновешенных сил инерции, что вызывает вибрацию механизма, снижает ресурс его работы, способствует возникновению дискомфорта при его эксплуатации, ограничивает скоростные характеристики механизма, а также область его применения.The disadvantage of the prototype is the occurrence of unbalanced inertia forces during the movement of the slider, which causes the mechanism to vibrate, reduces its working life, contributes to discomfort during its operation, limits the speed characteristics of the mechanism, as well as its scope.

Технической задачей заявляемого устройства является необходимость создания конструкции уравновешенного устройства преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, имеющего возможность работы с большими скоростями вращательного и возвратно-поступательного движений, с низким уровнем вибрации, а также обладающего повышенным ресурсом работы.The technical task of the claimed device is the need to create a balanced device for converting rotational motion into reciprocating and vice versa, having the ability to work with high speeds of rotational and reciprocating movements, with a low level of vibration, and also with an increased service life.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве содержащем корпус, в котором размещено тело вращения в виде маховика, фиксированное от смещения вдоль оси вращения, и ползун, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения, на боковой поверхности ползуна выполнена замкнутая винтовая канавка, между ползуном и телом вращения размещен поводок, одна часть которого зафиксирована в маховике, а другая часть утоплена в винтовой канавке ползуна, проворот ползуна относительно корпуса ограничен шлицевым соединением, согласно изобретению вдоль оси вращения маховика оппозитно ползуну размещен дополнительный ползун, проворот которого относительно корпуса ограничен шлицевым соединением, на боковой поверхности дополнительного ползуна выполнена замкнутая канавка, соответствующая по форме замкнутой канавке первого ползуна, между дополнительным ползуном и маховиком размещен соответствующий поводок, одна часть которого зафиксирована в маховике, а другая часть утоплена в канавку ползуна, масса ползунов одинакова, при этом поводки основного и дополнительного ползунов зафиксированы в маховике со смещением, либо дополнительный ползун повернут таким образом, что при вращении маховика ползуны движутся в противоположные стороны.The problem is solved in that in a device containing a housing in which a body of revolution is placed in the form of a flywheel, fixed from displacement along the axis of rotation, and a slider installed with the possibility of reciprocating movement along the axis of rotation, a closed helical groove is made on the side surface of the slider, a leash is placed between the slider and the body of revolution, one part of which is fixed in the flywheel, and the other part is recessed in the screw groove of the slider, the rotation of the slider relative to the housing is limited by a slotted together, according to the invention, an additional slider is placed along the axis of rotation of the flywheel opposite the slider, the rotation of which relative to the housing is limited by a splined connection, a closed groove is made on the side surface of the additional slider, corresponding in shape to the closed groove of the first slider, a corresponding leash is placed between the additional slider and the flywheel, one part which is fixed in the flywheel, and the other part is recessed into the groove of the slider, the mass of the sliders is the same, while the main leashes and the additional sliders are fixed in the flywheel with an offset, or the additional slide is rotated so that when the flywheel rotates, the sliders move in opposite directions.

Благодаря новой совокупности существенных признаков заявляемого изобретения получаем полностью внутренне динамически уравновешенный преобразователь движения. Это объясняется тем, что силы инерции, возникающие при поступательном движении ползунов, взаимно компенсируются вследствие их одинаковой массы, равных ускорений и движения их в противоположные стороны, а движение их вдоль одной оси исключает возникновение моментов сил инерции. Помимо этого в заявляемом устройстве исключаются осевые нагрузки в опорах маховика, что увеличивает ресурс работы преобразователя движения.Thanks to the new combination of essential features of the claimed invention, we obtain a fully internally dynamically balanced motion converter. This is due to the fact that the inertia forces arising from the translational movement of the sliders are mutually compensated due to their equal mass, equal accelerations and their movement in opposite directions, and their movement along one axis eliminates the occurrence of moments of inertia forces. In addition, the claimed device excludes axial loads in the bearings of the flywheel, which increases the service life of the motion Converter.

На чертеже схематично представлен вариант выполнения заявляемого устройства.The drawing schematically shows an embodiment of the inventive device.

Заявляемое устройство содержит корпус 1, в котором установлен в подшипниках 2 маховик 3. В корпусе 1 также установлены цилиндрические ползуны 4 и 5, имеющие возможность перемещения вдоль оси маховика 3. При этом ось вращения маховика 3 совпадает с продольной осью ползунов 4 и 5. Проворот ползунов 4 и 5 относительно корпуса 3 ограничен шлицевыми соединениями, представляющими собой продольные пазы 6, 13 в ползунах 4 и 5 и корпусе 1, в которых утоплены шарики 7 и 8. На цилиндрической поверхности ползунов 4 и 5 выполнены замкнутые винтовые канавки 9 и 10 одинаковой формы, в которых утоплены поводки 11 и 12, зафиксированные в маховике 3. При этом места фиксации поводков расположены таким образом, что при вращении маховика ползуны 4 и 5 движутся в противоположные стороны.The inventive device comprises a housing 1, in which a flywheel 3 is mounted in bearings 2. In the housing 1, cylindrical sliders 4 and 5 are also installed, which can be moved along the axis of the flywheel 3. Moreover, the axis of rotation of the flywheel 3 coincides with the longitudinal axis of the sliders 4 and 5. Turn of the sliders 4 and 5 relative to the housing 3 is limited by splined joints, which are longitudinal grooves 6, 13 in the sliders 4 and 5 and the housing 1, in which the balls 7 and 8 are recessed. Closed helical grooves 9 and 10 of one are made on the cylindrical surface of the sliders 4 and 5 oic forms in which the recessed leashes 11 and 12 fixed in the flywheel 3. In this locking space leashes are arranged so that during rotation of the flywheel sliders 4 and 5 move in opposite directions.

Устройство работает следующим образом. Пусть исходно ползун 4 находится в крайнем правом положении, а ползун 5 в крайнем левом (см. чертеж). При приложении внешнего крутящего момента к маховику 3 он начинает вращательное движение в подшипниках 2. Зафиксированные в маховике 3 и погруженные в винтовые канавки 9 и 10 поводки 11 и 12 воздействуют на боковые поверхности винтовых канавок 9 и 10. Вследствие наличия наклона боковой поверхности винтовой канавки к плоскости, в которой происходит вращение поводков 11 и 12 и невозможности проворота ползунов 4 и 5 вокруг своей оси за счет шариков 7 и 8 возникает осевое усилие, вызывающее поступательное перемещение ползунов 4 и 5 вдоль оси вращения маховика. При этом вследствие того что поводки смещены по направлению вращения маховика 3 на 180°, ползун 4 начинает движение справа налево, а ползун 5 слева направо.The device operates as follows. Let the initial slider 4 is in the extreme right position, and the slider 5 in the extreme left (see drawing). When external torque is applied to the flywheel 3, it starts to rotate in the bearings 2. The leads 11 and 12 fixed in the flywheel 3 and immersed in the screw grooves 9 and 10 act on the side surfaces of the screw grooves 9 and 10. Due to the inclination of the side surface of the screw groove to the plane in which the leads 11 and 12 rotate and the sliders 4 and 5 are unable to rotate around their axis due to balls 7 and 8, an axial force arises, causing the translational movement of the sliders 4 and 5 along the rotation axis max vetch. Moreover, due to the fact that the leashes are shifted in the direction of rotation of the flywheel 3 by 180 °, the slider 4 begins to move from right to left, and the slider 5 from left to right.

При достижении ползуном 4 крайнего левого положения, а ползуном 5 крайнего правого положения происходит переход поводков 11 и 12 на реверсивные ветви винтовых канавок, т.е. на ветви, имеющие обратное направление. Вследствие этого при продолжении вращательного движения маховика в первоначальном направлении ползуны 4 и 5 начинают возвратное движение: ползун 4 слева направо, а ползун 5 справа налево. После достижения ползунами 4 и 5 исходных положений цикл повторяется, т.е. происходит преобразование вращательного движения маховика 3 в возвратно-поступательное движение ползунов 4 и 5 в противоположных направлениях.When the slider 4 reaches the extreme left position, and the slider 5 of the extreme right position, the leads 11 and 12 transition to the reversible branches of the helical grooves, i.e. on branches in the opposite direction. As a result of this, when the rotational movement of the flywheel continues in the initial direction, the sliders 4 and 5 begin the return movement: slide 4 from left to right and slide 5 from right to left. After reaching the initial positions by the sliders 4 and 5, the cycle repeats, i.e. there is a transformation of the rotational movement of the flywheel 3 in the reciprocating movement of the sliders 4 and 5 in opposite directions.

При преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное, т.е. при приложении нагрузки к ползунам 4 и 5, возникает давление боковых поверхностей винтовых канавок 9 и 10 на поводки 11 и 12, вследствие чего происходит проворот маховика 3, т.е. преобразуется поступательное движение ползунов во вращательное движение маховика.When converting reciprocating motion into rotational motion, i.e. when the load is applied to the sliders 4 and 5, the pressure of the lateral surfaces of the helical grooves 9 and 10 on the leads 11 and 12 occurs, as a result of which the flywheel 3 is rotated, i.e. translational movement of the sliders is converted into a rotational movement of the flywheel.

Усилие, вызывающее поступательное движение, может прикладываться к обоим ползунам или к одному из них, менять свое направление в зависимости от направления движения ползунов, а также быть пульсирующим, однонаправленным, так как в этом случае возвратно-поступательное движение ползунов достигается силой инерции вращающегося маховика.The force causing translational movement can be applied to both sliders or to one of them, change its direction depending on the direction of movement of the sliders, and also be pulsating, unidirectional, since in this case the reciprocating movement of the sliders is achieved by the inertia of the rotating flywheel.

Таким образом, в заявляемом устройстве преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот вследствие обеспечения его конструкцией разнонаправленного движения ползунов, при котором ускорения ползунов на всех участках траекторий их движения равны по величине и направлены в противоположные стороны, при равенстве масс ползунов происходит полное уравновешивание сил инерции возвратно-поступательного движения ползунов.Thus, in the inventive device for converting rotational motion into reciprocating and vice versa due to the design of the multidirectional movement of the sliders, in which the acceleration of the sliders in all sections of their motion paths are equal in magnitude and directed in opposite directions, with equal masses of the sliders, the forces are completely balanced inertia of the reciprocating movement of the sliders.

Кроме того, при разнонаправленном приложении нагрузки к ползунам (двигатели внутреннего сгорания, насосы, компрессора) в заявляемом устройстве эти нагрузки будут взаимно компенсироваться, что исключает осевые нагрузки в опорах маховика, а следовательно, возрастает надежность и работоспособность устройства.In addition, with multidirectional application of the load to the sliders (internal combustion engines, pumps, compressors) in the inventive device, these loads will be mutually compensated, which eliminates axial loads in the flywheel bearings, and therefore, the reliability and performance of the device increases.

Противоположное движение ползунов, как уже отмечалось в примере, достигается смещением мест фиксации поводков в маховике, при этом угол смещения поводков по направлению вращения маховика зависит от числа витков винтовой канавки и равен 180°/n, где n - число витков канавки. Противоположное движение ползунов может быть получено и их проворотом относительно друг друга на угол 180°/n в плоскости вращения маховика в случае, если поводки зафиксированы в маховике в этой плоскости одинаково. Смещение мест фиксации поводков вдоль оси ползунов определяется величиной хода ползунов и их конструктивным исполнением.The opposite movement of the sliders, as already noted in the example, is achieved by displacing the fixation points of the leads in the flywheel, while the angle of displacement of the leads in the direction of rotation of the flywheel depends on the number of turns of the helical groove and is equal to 180 ° / n, where n is the number of turns of the groove. The opposite movement of the sliders can be obtained by turning them relative to each other at an angle of 180 ° / n in the plane of rotation of the flywheel if the leads are fixed in the flywheel in the same plane. The displacement of the fixation points of the leashes along the axis of the sliders is determined by the magnitude of the stroke of the sliders and their design.

Таким образом, за счет введения новой совокупности существенных признаков можно решить поставленную техническую задачу, вытекающую из современного уровня техники.Thus, by introducing a new set of essential features, it is possible to solve the technical problem posed by the current state of the art.

Claims (3)

1. Уравновешенное устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, и наоборот, содержащее корпус, в котором размещено тело вращения в виде маховика, фиксированное от смещения вдоль оси вращения, и ползун, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения, на боковой поверхности ползуна выполнена замкнутая винтовая канавка, между ползуном и телом вращения размещен поводок, одна часть которого зафиксирована в маховике, а другая часть утоплена в замкнутой винтовой канавке ползуна, проворот ползуна относительно корпуса ограничен шлицевым соединением, отличающееся тем, что вдоль оси вращения маховика оппозитно ползуну размещен дополнительный ползун, проворот которого относительно корпуса ограничен шлицевым соединением, на боковой поверхности дополнительного ползуна выполнена замкнутая винтовая канавка, соответствующая по форме замкнутой винтовой канавке первого ползуна, между дополнительным ползуном и маховиком размещен соответствующий поводок, одна часть которого зафиксирована в маховике, а другая часть утоплена в замкнутую винтовую канавку дополнительного ползуна, масса ползунов одинакова, при этом поводки основного и дополнительного ползунов зафиксированы в маховике со смещением либо дополнительный ползун повернут таким образом, что при вращении маховика ползуны движутся в противоположные стороны.1. A balanced device for converting rotational motion into reciprocating, and vice versa, comprising a housing in which a rotational body in the form of a flywheel is located, fixed from displacement along the axis of rotation, and a slider mounted with the possibility of reciprocating movement along the axis of rotation, a closed helical groove is made on the side surface of the slider, a lead is placed between the slider and the body of revolution, one part of which is fixed in the flywheel, and the other part is recessed in the closed helical groove e slider, the rotation of the slider relative to the housing is limited by a spline connection, characterized in that an additional slider is placed along the axis of rotation of the flywheel opposite to the slider, the rotation of which relative to the housing is limited by a spline connection, a closed helical groove corresponding to the shape of the closed helical groove of the first slider, between the additional slider and the flywheel there is a corresponding leash, one part of which is fixed in the flywheel, and the other The second part is recessed into the closed helical groove of the additional slider, the mass of the sliders is the same, while the leads of the main and additional sliders are fixed in the flywheel with an offset, or the additional slider is turned in such a way that when the flywheel rotates, the sliders move in opposite directions. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что количество поводков на одном ползуне в зависимости от формы замкнутой винтовой канавки может быть два и более.2. The device according to claim 1, characterized in that the number of leads on one slider, depending on the shape of the closed helical groove, can be two or more. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на каждом из ползунов замкнутых винтовых канавок может быть две и более.3. The device according to claim 1, characterized in that on each of the sliders of the closed helical grooves can be two or more.