SK8035Y1 - Kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami - Google Patents

Abstract

Kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami pozostáva z kulisového mechanizmu tvoreného doskou (1) s mimoúrovňovým krížovým usporiadaním ojničnej drážky (2) a pomocnej drážky (3), v ktorých mimoúrovňovom priesečníku sa nachádza os (4) rotácie kulisového mechanizmu. Radiálne na os (4) rotácie kulisového mechanizmu sú ku kulisovému mechanizmu oproti sebe upevnené dva valce (5) ukončené hlavou (6) valca. Vo valcoch (5) sú uložené piesty (7), ktoré sú medzi sebou prepojené spoločnou ojnicou (8) prechádzajúcou cez ojničnú drážku (2), pričom v strede ojnice (8) je umiestnený ojničný kameň (9). V pomocnej drážke (3) je umiestnený pomocný kameň (10). Do otvoru v ojničnom kameni (9) zapadá prvý čap (11) kľukového hriadeľa (13) a do otvoru pomocného kameňa (10) zapadá druhý čap (12) kľukového hriadeľa (13), pričom medzi prvým čapom (11) kľukového hriadeľa (13) a druhým čapom (12) kľukového hriadeľa (13) je umiestnená os (14) rotácie kľukového hriadeľa (13). Os (4) rotácie kulisového mechanizmu a os (14) rotácie kľukového hriadeľa (13) sú nesúosové.

Description

Technické riešenie sa týka kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami a využitia mechanizmu s rotujúcimi valcami najmä v piestových spaľovacích motoroch v modifikácii zážihového alebo vznetového a dvojtaktného alebo štvortaktného motora. Využitie mechanizmu s rotujúcimi valcami je reálne aj v konštrukciách kompresorov a hydraulických čerpadiel, ale taktiež aj v motoroch na stlačený vzduch. Technické riešenie patrí z hľadiska výroby do oblasti strojárstva a z hľadiska použitia patrí do oblasti najmä automobilového priemyslu.

Doterajší stav techniky

Zo stavu techniky je známy štvortaktný motor s protibežnými piestmi opísaný v úžitkovom vzore SK 3731. Nevýhodou konštrukcie tohto motora je veľký konštrukčný objem motora a jeho hmotnosť vzhľadom na ukončenie ojníc cez samostatné kľukové hriadele v rozmernom planétovom prevode, ktorý je navyše uložený v reduktore. Konštrukcia obsahuje veľké množstvo pohyblivých častí, čo znižuje výkon motora.

V leteckej technike sú známe aj viacvalcové spaľovacie motory s protichodným pohybom dvoch piestov v jednom spoločnom valci. Tieto motory sú vždy v dvojtaktnej modifikácii. Z konštrukčného hľadiska je pre tieto motory charakteristické usporiadanie, kde sú použité dva kľukové hriadele po oboch čelných stranách valcov. Typickým takýmto motorom je šesťvalcový dvojtaktný radový dieselový motor Jumo 205.

Nevýhodou všetkých piestových spaľovacích motorov je skutočnosť, že čím je väčší uhol β kyvu ojnice, tým je viac namáhaný piest na bočný tlak a iné konštrukčné časti motora a tak na vzniku krútiaceho momentu sa podieľa menšia tlaková sila. Ďalšou nevýhodou týchto motorov je fakt, že piesty vo vzťahu k valcom vykonávajú priamočiary vratný pohyb, čo kladie zvýšené nároky na vyváženie plynulého chodu motora rozloženou súpravou zotrvačníkových prídavných hmotností.

Opísaná skutočnosť evokovala vytvorenie takej konštrukcie kinematického usporiadania mechanizmu najmä pre piestové motory, ktorá by odstraňovala opísané nevýhody konštrukcií piestových motorov. Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisované kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami v predloženom úžitkovom vzore a jeho využitie najmä v piestových spaľovacích motoroch v modifikácii zážihového alebo vznetového a dvojtaktného alebo štvortaktného motora, v konštrukciách kompresorov a hydraulických čerpadiel, ale taktiež aj v motoroch na stlačený vzduch.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky sú odstránené kinematickým usporiadaním mechanizmu s rotujúcimi valcami a jeho použitím. Podstata technického riešenia kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa tohto úžitkového vzoru je založená na tom, že pozostáva z kulisového mechanizmu tvoreného doskou s mimoúrovňovým krížovým usporiadaním ojničnej drážky a pomocnej drážky, v ktorých mimoúrovňovom priesečníku sa nachádza os rotácie kulisového mechanizmu. V osi rotácie kulisového mechanizmu je v ložisku umiestnený hriadeľ a ložisko je osadené v ráme alebo šasi zariadenia. Radiálne na os rotácie kulisového mechanizmu sú ku kulisovému mechanizmu oproti sebe upevnené dva valce, každý ukončený hlavou valca. Vo valcoch sú uložené piesty, ktoré sú medzi sebou prepojené spoločnou ojnicou prechádzajúcou cez ojničnú drážku, pričom v strede ojnice je umiestnený ojničný kameň. V pomocnej drážke je umiestnený pomocný kameň. Do otvoru v ojničnom kameni zapadá prvý čap kľukového hriadeľa a do otvoru pomocného kameňa zapadá druhý čap kľukového hriadeľa. Medzi prvým čapom kľukového hriadeľa a druhým čapom kľukového hriadeľa je umiestnená os rotácie kľukového hriadeľa. V osi rotácie kľukového hriadeľa je tento uložený taktiež v ložisku osadenom v ráme alebo šasi zariadenia. Os rotácie kulisového mechanizmu a os rotácie kľukového hriadeľa sú nesúosové. Polomer r kľukového hriadeľa sa rovná 1/4 zdvihu piesta. Os rotácie kulisového mechanizmu je výstupom s otáčkami m. Os rotácie kľukového hriadeľa je výstupom s otáčkami n₂, pričom platí, že: n₂ = 2 x m.

Technické riešenie kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami je použiteľné pre spaľovacie dvojtaktné a štvortaktné motory v modifikáciách zážihových alebo vznetových motorov, ale aj motorov poháňaných stlačeným vzduchom a taktiež aj motorov hnaných parou. Použitie kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa technického riešenia je aj pre kompresory alebo čerpadlá.

Výhody kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa technického riešenia sú zjavné z jeho účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Účinky podľa technického riešenia spočívajú najmä v tom, že sa úplne eliminuje bočná (normálová) sila na piest, pretože uhol β kyvu ojnice je nulový, keďže ojnica piesta sa pohybuje len v osi valca. Ďalej z koncepcie tohto riešenia vyplýva, že rotujúce bloky valcov a piestov pôsobia ako zotrvačník, takže na motore sa ušetrí min. 15 kg hmotnosti tým, že sa nepoužijú prí2

SK 8035 Yl davné zotrvačníky. Nie je potrebný kvapalinový chladiaci okruh, lebo rotujúce valce odovzdávajú teplo okolitému vzduchu, ktorý rozrážajú, čím je zabezpečená dostatočná cirkulácia vzduchu na odoberanie tepla z rotujúcich valcov. Výstup krútiaceho momentu z rotujúcich valcov sa dosiahne bez ozubených prevodov, čo má za následok zníženie nárokov na mazanie mechanizmu a taktiež sa zvýši účinnosť mechanizmu v dôsledku zníženia trenia. Mechanizmus s rotujúcimi valcami podľa technického riešenia má aj tú výhodu, že mechanizmus v modifikáciách motorov poskytuje dva výstupy. Prvý výstup je nízkootáčkový z rotujúcich valcov, t. j. z kulisového mechanizmu s otáčkami m. Druhý výstup je vysokootáčkový z kľukového hriadeľa s otáčkami Π2. Ďalšou podstatnou výhodou kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa technického riešenia je skutočnosť, že sa odstráni priamočiary vratný pohyb piestov tým, že os kľukového hriadeľa je vystredená proti osi rotácie valcov a polomer r kľukového hriadeľa sa rovná 1/4 zdvihu piesta, čím piest sa dostáva do horného úvratu približovaním po kruhovej dráhe za súčasnej rotácie valca.

Výhody kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa technického riešenia vyniknú až jeho aplikáciou v použitiach spaľovacích motorov, keď sa doplnia príslušné komponenty súvisiace s prívodom paliva jeho zážihom a odvodom spalín. Ďalšia aplikácia sa ponúka pre motory hnané stlačeným vzduchom, kedy sa mechanizmus doplní o komponenty na prívod stlačeného vzduchu. Ďalšia aplikácia sa ponúka pre motory hnané parou, kedy sa mechanizmus doplní o komponenty na prívod pary. Ďalšia aplikácia sa ponúka pre kompresory, kedy sa mechanizmus doplní o komponenty na prívod plynu a odvod stlačeného plynu a aj o komponenty na vstup krútiaceho momentu buď do kulisového mechanizmu, alebo do kľukového hriadeľa. Ďalšia aplikácia sa ponúka pre hydraulické čerpadlá, kedy sa mechanizmus doplní o komponenty na nasávanie a výtlak kvapaliny a aj o komponenty na vstup krútiaceho momentu buď do kulisového mechanizmu, alebo do kľukového hriadeľa.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa technického riešenia bude bližšie objasnené na výkresoch, kde na obr. 1 je kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami znázornené v čelnom pohľade. Na obr. 2 je kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami znázornené v bočnom pohľade.

Príklady uskutočnenia

Jednotlivé uskutočnenia kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa technického riešenia sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci poznajúci stav techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú patriť do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu. Odborníkom poznajúcim stav techniky nemôže robiť problém dimenzovanie kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami a vhodná voľba jeho materiálov a konštrukčných usporiadaní, preto tieto znaky neboli detailne riešené.

Príklad 1

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísané všeobecné kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami, ako je to znázornené na obr. 1 a 2. Pozostáva z kulisového mechanizmu tvoreného doskou 1 s mimoúrovňovým krížovým usporiadaním ojničnej drážky 2 a pomocnej drážky 3, v ktorých mimoúrovňovom priesečníku sa nachádza os 4 rotácie kulisového mechanizmu. Radiálne na os 4 rotácie kulisového mechanizmu sú ku kulisovému mechanizmu oproti sebe upevnené dva valce 5 ukončené hlavou 6 valca. Vo valcoch 5 sú uložené piesty 7, ktoré sú medzi sebou prepojené spoločnou ojnicou 8 prechádzajúcou cez ojničnú drážku 2, pričom v strede ojnice 8 je umiestnený ojničný kameň 9. V pomocnej drážke 3 je umiestnený pomocný kameň K). Do otvoru v ojničnom kameni 9 zapadá prvý čap 11 kľukového hriadeľa 13 a do otvoru pomocného kameňa 10 zapadá druhý čap 12 kľukového hriadeľa 13. Medzi prvým čapom 11 kľukového hriadeľa 13 a druhým čapom 12 kľukového hriadeľa 13 je umiestnená os 14 rotácie kľukového hriadeľa 13. Os 4 rotácie kulisového mechanizmu a os 14 rotácie kľukového hriadeľa 13 sú nesúosové. Polomer r kľukového hriadeľa 13 sa rovná 1/4 zdvihu piesta 7. Os 4 rotácie kulisového mechanizmu je výstupom s otáčkami m. Os 14 rotácie kľukového hriadeľa 13 je výstupom s otáčkami 112, pričom platí, že: 112 = 2 x ni.

Funkcia tohto kinematického usporiadania mechanizmu s rotujúcimi valcami zjavne vyplýva z obr. 1 a 2.

Kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa technického riešenia je využiteľné pre spaľovacie dvojtaktné a štvortaktné motory v modifikáciách zážihových alebo vznetových motorov, keď sú doplnené o príslušné komponenty súvisiace s prívodom paliva jeho zážihom a odvodom spalín. Taktiež je

SK 8035 Yl využiteľné pre motory hnané stlačeným vzduchom, kedy sa mechanizmus doplní o komponenty na prívod stlačeného vzduchu. Využiteľné je aj pre motory hnané parou, kedy sa mechanizmus doplní o komponenty na prívod pary. Využiteľné je aj pre kompresory, kedy sa mechanizmus doplní o komponenty na prívod plynu, a odvod stlačeného plynu a aj o komponenty na vstup krútiaceho momentu buď do kulisového mechanizmu alebo do kľukového hriadeľa. Napokon je využiteľné pre hydraulické čerpadlá, kedy sa mechanizmus doplní o komponenty na nasávanie a výtlak a aj o komponenty na vstup krútiaceho momentu buď do kulisového mechanizmu, alebo do kľukového hriadeľa.

Priemyselná využiteľnosť

Kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa technického riešenia nachádza uplatnenie najmä v automobilovom priemysle.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z kulisového mechanizmu tvoreného doskou (1) s mimoúrovňovým krížovým usporiadaním ojničnej drážky (2) a pomocnej drážky (3), v ktorých mimoúrovňovom priesečníku sa nachádza os (4) rotácie kulisového mechanizmu; pritom radiálne na os (4) rotácie kulisového mechanizmu sú ku kulisovému mechanizmu oproti sebe upevnené dva valce (5) ukončené hlavou (6) valca; vo valcoch (5) sú uložené piesty (7), ktoré sú medzi sebou prepojené spoločnou ojnicou (8) prechádzajúcou cez ojničnú drážku (2), pričom v strede ojnice (8) je umiestnený ojničný kameň (9); v pomocnej drážke (3) je umiestnený pomocný kameň (10); do otvoru v ojničnom kameni (9) zapadá prvý čap (11) kľukového hriadeľa (13) a do otvoru pomocného kameňa (10) zapadá druhý čap (12) kľukového hriadeľa (13), pričom medzi prvým čapom (11) kľukového hriadeľa (13) a druhým čapom (12) kľukového hriadeľa (13) je umiestnená os (14) rotácie kľukového hriadeľa (13); os (4) rotácie kulisového mechanizmu a os (14) rotácie kľukového hriadeľa (13) sú nesúosové.

2. Kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že polomer (r) kľukového hriadeľa (13) sa rovná 1/4 zdvihu piesta (7).

3. Kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa nárokov la 2, vyznačujúce sa tým, že os (4) rotácie kulisového mechanizmu je výstupom s otáčkami (ni).

4. Kinematické usporiadanie mechanizmu s rotujúcimi valcami podľa nárokov la 2, vyznačujúce sa tým, že os (14) rotácie kľukového hriadeľa (13) je výstupom s otáčkami (n₂), pričom platí, že: (n₂) = 2 x (m).

2 výkresy