RU2430249C2 - Rodless planetary-crank rotation converter with shortened rod (4-th version) - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed rotation converter comprises two cam shafts, two rods with their end heads coupled with crank axle of central crank shaft, and planetary forward run mechanism. Planetary mechanism comprises fixed crown gear with inner rim, moving pinion frame with journal and smaller satellite gear. Said mechanism is articulated with rods shortened by cylinder penetration into crankcase. Cylinders penetrate to 80%-90% loser to second crankshaft axis. Openings are made on sides of cylinders for central crankshaft crank axle to pass there through in travel from TDC to BTC.

EFFECT: reduced weight and sizes.

2 dwg

Description

Изобретение относится к бесшатунным механизмам преобразования вращения в поршневых двигателях внутреннего сгорания и может быть использовано моторостроительной промышленностью в стоительстве двигателей с бесшатунным механизмом всех разновидностей и типов и является усовершенствованием конструкции бесшатунных механизмов преобразования вращения.The invention relates to rodless mechanisms for converting rotation in reciprocating internal combustion engines and can be used by the motor industry in the construction of engines with rodless mechanisms of all varieties and types and is an improvement in the design of rodless mechanisms for converting rotation.

Известен наиболее близким техническим решением к изобретению двигатель с бесшатунным механизмом преобразования вращения, описанный в а.с. №164756 и в журнале И и Р 1991 г. №6 стр.16, под названием: "Бесшатунный механизм преобразования вращения в двигателях", содержащий два кривошипных вала, расположенных под цилиндрами, два штока, соединенные концевыми головками с поршнями, а средними головками - с кривошипами среднего кривошипного вала, и гипоциклический механизм.Known for the closest technical solution to the invention, an engine with a rodless rotation conversion mechanism described in A.S. No. 164756 and in the journal I and R 1991 No. 6 p.16, entitled: "Rodless mechanism for converting rotation in engines", containing two crank shafts located under the cylinders, two rods connected by end heads with pistons, and middle heads - with cranks of the middle crank shaft, and a hypocyclic mechanism.

Недостатком в конструкции двигателя являются большие габаритные размеры цилиндров по высоте, установленных на двигателе, из-за больших размеров штоков бесшатунного механизма.The disadvantage in the design of the engine is the large overall dimensions of the cylinders in height mounted on the engine, due to the large sizes of the rods of the rodless mechanism.

Целью изобретения является создание двигателя с бесшатунным механизмом преобразования вращения с наименьшими габаритными размерами цилиндров по высоте, устанавливаемых на двигателе.The aim of the invention is to provide an engine with a rodless rotation conversion mechanism with the smallest overall dimensions of the height cylinders mounted on the engine.

Эта цель достигается тем, что в известном, более близким техническим решением к изобретению двигателе с бесшатунным механизмом преобразования вращения, содержащем два кривошипных вала, два штока, соединенные концевыми головками с поршнями, а средней головкой - о кривошипами среднего кривошипного вала, и гипоциклический механизм, согласно изобретению на двигателе применен планетарно-кривошипный механизм преобразования вращения с укороченным штоком, позволяющий устанавливать на двигателе цилиндры меньших размеров по высоте за счет удлинения гильз цилиндров снизу и опускания их во внутреннюю полость картера двигателя на глубину до 80% и более, для чего в опускаемых гильзах с двух боков делаются продольные пазы - окна на всю длину опускания гильзы, которые необходимы и служат для обеспечения свободного прохода и перемещения в цилиндрах укороченного штока, соединенного средней головкой с кривошипной осью, скрепленной концами-щечками с сателлитами среднего кривошипного вала, содержащий два планетарных механизма с кривошипными валами, саттелитами и неподвижной коронной шестерней с внутренним венцом, расположенным в полости картера двигателя с двух сторон гильз цилиндров, опущенных в полость картера, штоки, укороченные по концам между головками, соединенные концевыми головками с поршнями, а средними головками - с кривошипной осью среднего кривошипного вала, образованного на двух сателлитах, установленных на цапфах водил и наглухо скрепленных концами-щечками кривошипной оси, расположенной между щечками и проходящей через продольные пазы - окна опущенных гильз цилиндров, а вместе планетарный механизм с первым кривошипным валом, вторым кривошипным валом и укороченным штоком, кинематически связанные между собой, представляют единый малогабаритный планетарный кривошипно-штоковый механизм преобразования вращения в двигателе с укороченными цилиндрами, делая двигатель малогабаритным, компактным, энергоемким, у которого величина укорачивания штоков между головками определяется величиной опускания гильз в полость картера двигателя, что соответствует стабильной работе планетарно-гипоциклического механизма.This goal is achieved by the fact that in the well-known, more technical solution to the invention, an engine with a rodless rotation conversion mechanism containing two crank shafts, two rods connected by end heads with pistons, and the middle head about cranks of the middle crank shaft, and a hypocyclic mechanism, according to the invention, a planetary-crank rotation conversion mechanism with a shortened rod is used on the engine, which makes it possible to install smaller cylinders in height on the engine due to inenia of cylinder liners from below and lowering them into the internal cavity of the crankcase to a depth of up to 80% or more, for which longitudinal grooves are made in the lowering liners on both sides - windows for the entire length of the liner lowering, which are necessary and serve to ensure free passage and movement in cylinders of a shortened rod, connected by a middle head with a crank axis, fastened by the ends-cheeks to satellites of the middle crank shaft, containing two planetary mechanisms with crank shafts, satellites and a fixed crown a stub with an inner rim located in the crankcase cavity on both sides of the cylinder liners, lowered into the crankcase, rods shortened at the ends between the heads, connected by end heads with pistons, and the middle heads with the crank axis of the middle crank shaft formed on two satellites mounted on trunnion pins and tightly fastened by the end-cheeks of the crank axis located between the cheeks and passing through the longitudinal grooves - the windows of the lowered cylinder liners, and together with the planetary gear kinematically connected to each other, represent a single small planetary crank-rod mechanism for converting rotation in an engine with shortened cylinders, making the engine small-sized, compact, energy-intensive, in which the value of the shortening of the rods between the heads is determined by the lowering value sleeves in the cavity of the crankcase, which corresponds to the stable operation of the planetary-hypocyclic mechanism.

На фиг.1 и 2 показана схема бесшатунного планетарно-кривошипного преобразователя вращения с укороченным штоком в двух проекциях.Figures 1 and 2 show a diagram of a rodless planetary-crank rotation converter with a shortened rod in two projections.

Бесшатунный планетарно-кривошипный преобразователь вращения с укороченным штоком состоит из штока 1, соединенного концевыми головками с поршнями 2, а средними головками с кривошипной осью 4 среднего кривошипного вала, образованного двумя саттелитами 5 и щечками 6, которые скреплены между собой наглухо и представляют одно целое звено среднего кривошипного вала 4-5-6, который сателлитами 6 шарнирно крепится на цапфах 7 водил 8. На каждом диске водила 8 установлено по одной цапфе 7, которые являются одновременно коренными шейками среднего кривошипного вала и кривошипными шейками второго коленчатого вала, образованного из водил 8, жестко закрепленных на силовых валах 10. Коронная шестерня 11 жестко закреплена в корпусе 9 двигателя и является неподвижной, которая кинематически связана с подвижной планетарной шестерней-сателлитом 5. Ведущая шестерня 12, жестко сидящая на силовом валу 10, скреплена с маховиком, а ведомая шестерня 13, сидящая жестко на соединительном валу 14, представляет собой механизм отбора мощности /MOM/ каждой кривошипной секции гипоциклического механизма и является неотъемлемой частью бесшатунного планетарно-кривошипного преобразователя вращения. Геометрические размеры радиуса средней окружности сателлита 5 среднего кривошипного вала 5-6 и радиус кривошипа второго кривошипного вала 7-8-10, образованного из двух водил 8, равны между собой и составляют 1/4 часть среднего диаметра коронной шестерни 11, или 1/4 части хода поршня от одной мертвой точки до другой. В каждой кривошипной камере двигателя детали гипоциклического механизма расположены с двух сторон, с которыми связан кривошипной осью средний кривошипный вал. За счет укорачивания штоков осуществляется опускание гильз цилиндров в блок-картер двигателя согласно номинально заданным величинам, отвечащим оптимальным значениям, и может определяться от "0" миллиметров и больше до величины наиболее выгодной - оптимальной, в результате чего величина высоты цилиндров над блок-картером уменьшается до минимума и создает двигателю наиболее малогабаритную компактную форму, удобную и надежную в эксплуатации.The rodless planetary-crank rotation converter with a shortened rod consists of a rod 1, connected by end heads with pistons 2, and middle heads with a crank axis 4 of the middle crank shaft, formed by two satellites 5 and cheeks 6, which are tightly fastened together and constitute a single unit of the middle crank shaft 4-5-6, which is mounted pivotally on the trunnions 7 of carrier 8 by satellites 6. On each drive of carrier 8, one axle 7 is installed, which are simultaneously the root necks of the middle crank the full shaft and the crank necks of the second crankshaft formed from carrier 8, rigidly mounted on the power shafts 10. The ring gear 11 is rigidly fixed in the motor housing 9 and is stationary, which is kinematically connected to the movable planetary gear-satellite 5. Drive gear 12, rigidly sitting on the power shaft 10, fastened to the flywheel, and the driven gear 13, sitting rigidly on the connecting shaft 14, is a power take-off mechanism / MOM / of each crank section of the hypocyclic mechanism and is neo emlemoy part of the crank-connecting rod free planetary rotation converter. The geometric dimensions of the radius of the middle circle of the satellite 5 of the middle crank shaft 5-6 and the radius of the crank of the second crank shaft 7-8-10, formed from two carriers 8, are equal to each other and make up 1/4 of the average diameter of the ring gear 11, or 1/4 parts of the piston stroke from one dead center to another. In each crank chamber of the engine, the details of the hypocyclic mechanism are located on two sides, with which the middle crank shaft is connected with the crank axis. Due to the shortening of the rods, the cylinder liners are lowered into the engine block crankcase according to the nominally set values corresponding to the optimal values, and can be determined from "0" millimeters or more to the value most favorable - optimal, as a result of which the cylinder height above the block crankcase decreases to a minimum and creates the engine the most compact compact form, convenient and reliable in operation.

Для обеспечения свободного прохода кривошипной оси среднего кривошипного вала внутри полости цилиндра при движении штока с поршнем от одной мертвой точки до другой по бокам цилиндров сделаны пазовые окна 15.To ensure free passage of the crank axis of the middle crank shaft inside the cavity of the cylinder during the movement of the rod with the piston from one dead center to the other on the sides of the cylinders, groove windows 15 are made.

Нулевой точкой отсчета опускания гильзы цилиндра в блок-картер двигателя является линия соприкосновения края гильзы цилиндра с осью среднего кривошипного вала.The zero point of reference for lowering the cylinder liner into the engine crankcase is the line of contact between the edge of the cylinder liner and the axis of the middle crank shaft.

Работа бесшатунного планетарно-кривошипного преобразователя вращения с укороченным штоком осуществляется следующим образом.The work of the rodless planetary-crank rotation converter with a shortened rod is as follows.

При движении штока 1 с поршнем 2 в цилиндре 3 от ВМТ до НМТ или наоборот прямолинейное движение штока 1 передается на кривошипную ось 4 среднего кривошипного вала 5-6, который своими коренными шейками установлен шарнирно на цапфах 7 водил 8, а цапфы 7 представляют кривошипную ось второго кривошипного вала 8-10, следовательно, прямолинейное движение штока 1 передается последовательно на два кривошипных вала, т.е. на 4-5, на 7-8-10, образуя в них вращательное движение, в результате чего при одном полном ходе штока 1 с поршнем 2 от ВМТ и до НМТ кривошипные валы в кривошипной камере совершают поворот на 180°.When the rod 1 with the piston 2 in the cylinder 3 moves from TDC to the BDC or vice versa, the linear motion of the rod 1 is transmitted to the crank axis 4 of the middle crank shaft 5-6, which is mounted pivotally on the pins 7 of the carrier 8, and the pins 7 represent the crank axis the second crank shaft 8-10, therefore, the linear motion of the rod 1 is transmitted sequentially to two crank shafts, i.e. by 4-5, by 7-8-10, forming a rotational movement in them, as a result of which, with one full stroke of rod 1 with piston 2 from TDC to BDC, the crank shafts in the crank chamber rotate 180 °.

Таким образом, один ход штока 1 с поршнем 2 равен 4-м радиусам кривошипного вала или валов, так как радиусы кривошипных валов равны между собой и составляют 1/2 часть радиуса каронной шестерни 11. Но так как без применения дополнительных стабилизирующих механизмов работа двух кинематически взаимосвязанных кривошипных валов между собой является свободной, хаотической, что способствует возникновению различных перекосов, изгибов, заеданий деталей и механизмов, предусмотрена одновременно параллельно передача вращательного движения, образуемого от прямолинейного движения штока 1 на кривошипной оси 4 среднего кривошипного вала на сателлиты 5, установленные шарнирно на цапфах 7 водил 8, а затем на неподвижную каронную шестерню 11.Thus, one stroke of the rod 1 with the piston 2 is equal to the 4 radii of the crank shaft or shafts, since the radii of the crank shafts are equal to each other and make up 1/2 of the radius of the carriage gear 11. But since without the use of additional stabilizing mechanisms, the work of two kinematically interconnected crank shafts among themselves is free, chaotic, which contributes to the occurrence of various distortions, bends, jamming of parts and mechanisms, simultaneous transmission of rotational motion is provided at the same time, we form th from the straight running to the crank shaft 1 middle axis 4 of the crank shaft to the satellites 5, pivotally mounted on trunnions 7, 8 driven and then on the stationary gear 11 Caron.

Таким образом параллельной передачей вращательного движения на ветвь гипоциклического механизма обеспечивается синусоидальная, синхронная, стабильная устойчивая работа кривошипных валов со штоками, образованных из сателлитов и водил, следовательно, такая взаимосвязанность кинематических ветвей бесшатунного, планетарно-кривошипного преобразователя вращения с укороченными штоками является самой совершенной, надежной и простой, жесткой и универсальной конструкцией, позволяющей применять ее в двигателях всех разновидностей и типов не только с длинными штоками, но и с укороченными штоками одноцилиндрового или двухцилиндрового типа любой мощности.Thus, the parallel transmission of rotational motion to the branch of the hypocyclic mechanism ensures sinusoidal, synchronous, stable stable operation of the crank shafts with rods formed from satellites and drove, therefore, such an interconnection of the kinematic branches of the rodless, planetary-crank rotation converter with shortened rods is the most perfect, reliable and a simple, rigid and universal design that allows its use in engines of all varieties and types not only with long rods, but also with shortened rods of single-cylinder or two-cylinder type of any power.

Claims (1)

Бесшатунный механизм преобразования вращения, содержащий два кривошипных вала, два штока, соединенные концевыми головками с поршнями, а средними головками с кривошипами среднего кривошипного вала, отличающийся тем, что применен планетарный механизм прямого хода, содержащий подвижное водило с цапфой, служащей кривошипной осью второго кривошипного вала, малое подвижное колесо-сателлит с кривошипной осью, являющейся кривошипом среднего кривошипного вала, и неподвижную коронную шестерню с внутренним венцом, причем механизм кинематически взаимосвязан со штоками, которые укорачиваются на величину опускания цилиндров в блок-картер, причем цилиндры опущены на глубину до 80%-90% ближе к оси второго кривошипного вала, для чего по бокам опущенных сторон цилиндра сделаны окна для прохода кривошипной оси среднего кривошипного вала при движении от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки и наоборот. A rodless rotation conversion mechanism containing two crank shafts, two rods connected by end heads with pistons, and middle heads with cranks of the middle crank shaft, characterized in that a forward planetary mechanism is used, comprising a movable carrier with a pin that serves as the crank axis of the second crank shaft , a small movable satellite wheel with a crank axis, which is the crank of the middle crank shaft, and a fixed ring gear with an inner rim, and the mechanism is kinematic interconnected with rods, which are shortened by the amount of lowering the cylinders into the crankcase, and the cylinders are lowered to a depth of 80% -90% closer to the axis of the second crank shaft, for which windows are made on the sides of the lowered sides of the cylinder for passing the crank axis of the middle crank shaft movement from top dead center to bottom dead center and vice versa.

Images