Область техники

Изобретение относится к машиностроению, а именно к поршневым машинам, которые могут работать как двигатели внутреннего сгорания, компрессоры или насосы и применяться в машиностроении и других отраслях народного хозяйства.

Предшествующий уровень техники

В качестве ближайшего аналога изобретения принята силовая установка - поршневая машина (а.с. SU 1038487 A, F01 В 9/08, 1983, «Поршневая машина Лапидуса»), содержащая корпус, цилиндр, поршень и размещенные в последнем выходной вал и передаточный механизм одностороннего действия, поршень установлен в корпусе неподвижно, а цилиндр может выполнять возвратно-поступательные перемещения, причем поршень и цилиндр снабжены пазами, выполненными на их цилиндрических поверхностях. Передаточный механизм представляет собой две обгонные муфты, выполненные в виде колец, имеющих на внешней поверхности щеки с пальцами, щеки размещены в пазах поршня, а пальцы щек могут перемещаться в пазах цилиндра, внутри колец расположены ступицы, жестко закрепленные на выходном валу, взаимодействие между кольцами и ступицами обеспечено роликами.

Техническим результатом изобретения является: упрощение конструкции силовой установки; снижение металлоемкости, себестоимости, трудоемкости изготовления и обслуживания; обеспечение оптимальных условий температурного режима работы обгонных муфт и повышение надежности их работы в условиях критических температур; возможность регулирования хода поршней и степени сжатия; повышение эффективности сгорания топлива; повышение коэффициента полезного действия; расширение сферы применения силовой установки за счет возможности ее использования в режиме двигателя, компрессора или насоса.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются следующие недостатки ближайшего аналога. Конструкция силовой установки, содержащей корпус, цилиндр, поршень и размещенные в последнем выходной вал и передаточный механизм одностороннего действия сложна. Поршень, установленный в корпусе, неподвижен, а цилиндр выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, причем поршень и цилиндр снабжены пазами, выполненными на их цилиндрических поверхностях, которые усложняют конструкцию и создают дополнительные кинематические связи, увеличивающие силы трения скольжения. Каждая обгонная муфта передаточного механизма снабжена щекой, с установленным на ней пальцем, щеки размещены в пазах поршня, а пальцы перемещаются в пазах цилиндра, что создает дополнительные силы трения и уменьшает коэффициент полезного действия. Обгонные муфты расположены внутри поршня и в процессе работы подвергаются воздействию критических температур, исключающих оптимальные условия смазки контактных поверхностей между кольцами, роликами и ступицами. Обгонные муфты одностороннего действия не позволяют применять силовую установку в режиме компрессора или насоса, а также ограничивают ход цилиндра в зависимости от угла поворота щеки. В ближайшем аналоге не обеспечена система охлаждения обгонных муфт, что снижает надежность их работы в условиях критических температур. Сложность изготовления обусловлена наличием большого количества кинематических связей и необходимостью обеспечения допусков при подгонке рабочих поверхностей корпуса, цилиндра и поршня. Признаками ближайшего аналога, совпадающими с существенными признаками изобретения, является наличие в силовой установке корпуса, цилиндра, поршня и двух обгонных муфт, выполненных в виде колец и ступиц, которые установлены на выходном валу, роликов для обеспечения взаимодействия между кольцами и ступицами.

Раскрытие изобретения

Технической задачей изобретения является усовершенствование конструкции силовой установки, которое позволит устранить недостатки ближайшего аналога.

Поставленная задача решена тем, что силовая установка, включающая корпус, цилиндр, поршень и две обгонные муфты, выполненные в виде колец и ступиц, установленные на выходном валу, ролики для обеспечения взаимодействия между кольцами и ступицами, согласно изобретению дополнительно содержит цилиндр и поршень; оба цилиндра жестко закреплены на корпусе оппозитно; поршни закреплены на рамке с возможностью перемещения в цилиндрах; внешние поверхности колец обгонных муфт выполнены с зубцами; рамка имеет ригели и рейки; рейки выполнены ступенчатыми по высоте, на выступающей части рейки выполнены зубцы, которые имеют возможность зацепления с зубцами внешних поверхностей колец обгонных муфт, причем каждая обгонная муфта находится в контакте с зубцами только одной из реек; ступицы обгонных муфт в местах взаимодействия с роликами снабжены упругими элементами. Согласно изобретению, упругие элементы выполнены в виде металлических плоских пластин. Согласно изобретению, упругие элементы выполнены в виде неметаллических плоских пластин. Между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом изобретения существует следующая причинно-следственная связь: силовая установка дополнительно содержит цилиндр и поршень; оба цилиндра жестко закреплены на корпусе оппозитно; поршни закреплены на рамке с возможностью перемещения в цилиндрах; внешние поверхности колец обгонных муфт выполнены с зубцами; рамка имеет ригели и рейки; рейки выполнены ступенчатыми по высоте, на выступающей части реек выполнены зубцы, которые имеют зацепление с зубцами внешних поверхностей колец обгонных муфт, причем каждая обгонная муфта находится в контакте с зубцами только одной из реек; ступицы обгонных муфт, в местах взаимодействия с роликами снабжены упругими элементами в виде плоских пластин, что упрощает конструкцию силовой установки; снижает металлоемкость, себестоимость, трудоемкость изготовления и обслуживания; обеспечивает оптимальные условия температурного режима работы обгонных муфт и повышает надежность их работы в условиях критических температур; обеспечивает возможность регулирования хода поршней и степени сжатия; повышает эффективность сгорания топлива и коэффициент полезного действия; расширяет сферы применения силовой установки за счет возможности ее использования в режиме двигателя, компрессора или насоса.

Краткое описание чертежей

Изобретение проиллюстрировано графическими материалами, где на фиг. 1 показан общий вид силовой установки, на фиг. 2, 3 показаны сопряжения обгонных муфт с рейками, на фиг. 4 показан вид А на фиг. 2, на фиг 5 показан вид В на фиг. 3, на фиг. 6 и 7 показаны положения колец и ступиц обгонных муфт в активном и пассивном режимах.

Вариант осуществления изобретения

Силовая установка содержит корпус 1, цилиндры 2, в которых размещены поршни 3 и 4, закрепленные на рамке 5, состоящей из ригелей 6 и реек 7, 8; рейки 7, 8 выполнены ступенчатыми по высоте (фиг. 4, 5), на выступающей части выполнены зубцы (на фиг. не обозначены); рейка 7 контактирует с зубцами (на фиг. не обозначены) кольца 9 обгонной муфты 1 1 , а рейка 8 контактирует с зубцами (на фиг. не обозначены) кольца 10 обгонной муфты 12; ступица 13 обгонной муфты 1 1 и ступица 14 обгонной муфты 12 жестко закреплены на выходном валу 15; ступицы 13 и 14 обгонных муфт 1 1 и 12 снабжены упругими элементами 17, которые выполнены в виде плоских пластин. Ролики 16 находятся в постоянном взаимодействии с упругими элементами 17 ступиц 13 и 14 и внутренней поверхностью (на фиг. не обозначена) колец 9 и 10 за счет штифтов 18 и пружин 19 (фиг. 6, 7).

Силовая установка в режиме двигателя работает следующим образом: при приложении усилия Р] (фиг. 1) на поршень 3, расположенный в верхней мертвой точке (TDC), он перемещается, и закрепленная на нем рамка 5 своими зубцами (на фиг. не обозначены) вращает кольцо 9 обгонной муфты 1 1 , а ролики 16, входя в переходную зону S (фиг. 7), заклинивают ступицу 13, и крутящий момент M _R (фиг. 2) передается на выходной вал 15, при этом кольцо 10 обгонной муфты 12 свободно вращается в обратном направлении (фиг. 3). При достижении поршнем 3 нижней мертвой точки (LDC), он останавливается, приложенная сила Pi меняет направление на 180° - Р ₂ (фиг.1 ) и начинает воздействовать на поршень 4, который двигается от верхней мертвой точки; ролики 16 обгонной муфты 12, входя в переходную зону S, заклинивают кольцо 10 и ступицу 14; крутящий момент M _R передается на выходной вал 15, вращая его в том же направлении, а ролики 16 обгонной муфты 1 1 , выходя из переходной зоны S, расклинивают кольцо 9 и оно свободно вращается в обратном направлении и цикл повторяется. Плавность вращения выходного вала 15 обеспечивается силами инерции ступиц 13 и 14, закрепленных на выходном валу 15.

Силовая установка в режиме компрессора или насоса работает следующим образом: при вращении выходного вала 15, крутящий момент M _R (фиг. 3) передается через обгонную муфту 12, а именно, ступица 14 через ролики 16 заклинивает кольцо 10, зубцы (на фиг. не обозначены) на наружной поверхности кольца 10 перемещают рамку 5 и поршень 4, который начинает движение из нижней мертвой точки. При достижении поршнем 4 верхней мертвой точки, поршень 3 достигает нижней мертвой точки; ролики 16, воздействуя на упругие элементы 17, закрепленные на ступице 14, входят в переходную зону S, расклинивают кольцо 10, обеспечивая ему свободное вращение. Ролики 16 обгонной муфты 1 1 , в этой зоне, заклинивают кольцо 9 и ступицу 13, а зубцы (на фиг. не обозначены) кольца 9 перемещают рамку 5 и поршень 4 возвращается в нижнюю мертвую точку и цикл повторятся. Расклинивание и заклинивание колец 9, 10 и ступиц 13, 14 обгонных муфт 1 1 и 12 обеспечивается роликами 16, взаимодействующими между кольцами 9, 10 и упругими элементами 17, закрепленными на ступицах 13 и 14. Ролики 16 опираются на упругие элементы 17, усилия которых рассчитаны на срабатывание в момент перемещения поршня 4 из нижней мертвой точки в верхнюю, а роликов 16 в переходную зону S. Переходная зона S (фиг. 7) - участок пути, на котором ролики 16 обеспечивают расклинивание ступицы 13, кольца 9 и переход обгонной муфты 1 1 в пассивный режим работы (фиг. 7) и заклинивание ступицы 14 и кольца 10 с переходом обгонной муфты 12 в активный режим работы (фиг. 6). Ролики 16 под действием штифтов 18 и пружин 19 постоянно находятся в контакте с кольцами 9, 10 и упругими элементами 17 ступиц 13, 14, что позволяет им на участке переходной зоны S выполнять процессы заклинивания и расклинивания.

Для расширения диапазона применения, на одном валу может быть установлено несколько силовых установок.