Поршневая машина

(12) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ведомство РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатель Харламов Николай Семенович (ВТ)1. Поршневая мапшна, содержащая корпус,цилиндр, ползун, выполненный в виде зубчатых реек и связанный с поршнем, и выходной вал с сектором из зубьев начала и конца зацепления и зубьев основного зацепления, установленный с возможностью зацепления с рейками, каждая из которых оснащена контактными элементами, установленными с возможностью взаимодействия с зубьями начала и конца зацепления, отличающаяся тем, что зубья основного зацепления расположены в одной плоскости, а зубья начала и конца зацепления и контактные элементы - в другой,параллельной плоскости, причем все зубья имеют одинаковый модуль.2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что контактные элементы установлены на рейках с возможностью взаимодействия с передними рабочими поверхностями зубьев начала и конца зацепления. А3. Машина по п. 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере один контактный элемент установлен на одной из реек с возможностью взаимодействия с задней рабочей поверхностью зуба начала зацепления.4. Машина по п. 2, отличающаяся тем, что контактные элементы установлены на рейках с возможностью взаимодействия с задней рабочей поверхностью зуба начала зацепления.5. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что контактные элементы установлены на рейках с возможностью взаимодействия с задними ра бочими поверхностями зубьев начала и конца зацепления.б. Машина по п. 5, отличающаяся тем, что контактные элементы установлены на рейках с возможностью взаимодействия с передней рабочей поверхностью зуба начала зацепления.7. Машина по п. 5, отличающаяся тем, что контактные элементы установлены на рейках с возможностью взаимодействия с передней рабочей поверхностью зуба конца зацепления.8. Машина по п. 7, отличающаяся тем, что контактные элементы установлены на рейках с возможностью взаимодействия с передней рабочей поверхностью зуба начала зацепления.9. Машина по пп. 1-8, отличающаяся тем,что часть контактных элементов установлена на рейках неподвижно.10. Машина по пп. 1-8, отличающаяся тем,что часть контактных элементов установлена11. Машина по пп. 1-8, отличающаяся тем,ЧТО ПОЛЗУН снабжен НЗПРВВЛЯЮЩИМИ опорами.12. Машина по пп. 1-8, отличающаяся тем,что снабжена упругой опорой вывода поршня из нижней мертвой точки.13. Машина по пп. 1-8, отличающаяся тем,что снабжена упругими опорами вывода поршня из мертвых точек.14. Машина по пп. 1-8, отличающаяся тем,ЧТО снабжена МСХВНИЗМОМ СНОбОДНОГО ХОДИ, ПОсредством которою соединены вал и маховик.15. Машина по пп. 1-8, отличающаяся тем,что снабжена подшипниками качения, посредством которых вал установлен в корпусе.16. Машина по пп. 1-8, отличающаяся тем,что между полостями картера и цилиндра установлена перегородка.Известна поршневая машина Боннина 1,у которой передаточный механизм выполнен в виде ползуна, состоящего из двух зубчатых реек, а между ними установлен зубчатый сектор, находящъгйся попеременно в зацеплении с одной или другой рейкой ползуна. У этой машины зацепление происходит вблизи мертвых точек не по линии зацепления, а вершинами зубьев, что непременно вызовет их поломку, кроме тою, в мертвых точках вообще зацепление отсутствует, что ведет к свободному перемещению поршня без передачи усилия на сектор.Наиболее близким по технической сущности К ЗНЯВДЯВМОМУ ИЗОБРСТВНИЮ ЯВЛЯЕТСЯ БЫБРЭНный в качестве прототипа патент Германии 2. Эта машина принципиально выполнена как и машина Боннина, но имеет различный модуль зубьев, поэтому линия зацепления на КОНЦЗХ реек ЗЗКРУГЛЕНН, КРОМЕ ТОГО, ИМЕЕТ зубья на рейках установленные на пружинах с возможностью утапливания. Эти различия ЧЗСТИЧНО СНИЖНЮТ ОТМЕЧВННЫС НЕДОСТВТКИ,присущие машине Боннина, но при подходе ползуна к любой из мертвых точек, зуб начала зацепления утапливает зуб с пружиной на рей 10ке, а при выходе ползуна из мертвой точки зуб конца зацепления делает тоже на другой рейке. На это затрачивается значительная мощность, снижается КПД машины.Заявляемое изобретение направлено на ликвидацию указанных недостатков, присущих аналогу и прототипу и достигается тем, что зубья начала и конца зацепления зубчатого сектора смещены в параллельную плоскость,а на боковые поверхности зубчатых реек установлены подвижные и неподвижные контактные элементы, взаимодействующие своими рабочими поверхностями с рабочими поверхностями этих зубьев сектора. Все зубья реек и сектора имеют одинаковый модуль. Эти существенные признаки необходишя во всех случаях.Сочетания контактных элементов на ползуне, позволяют преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное, или обратно или то и ДРУГОЕ одновременно в зависимости от назначения машины. Опорыподшипники ползуна снижают трение поршней о цилиндры, а пружины ликвидируют удары в мертвых точках. Подшипники качения на выходном валу снижают потери на трение,а муфта свободного хода позволяет полэуиу замедлять скорость хода. Стопорные элементы удерживают контактные элементы в зацепле 5 ВУ 1115 С 1 вили, а перегородка между полостями картера н цилиндра позволяет улучшить качество продувки. Эти существенные признаки являются частными случаями.Внедрение заявляемого изобретения позволяет иметь следующий технический результат1. Ликвидировать палец, шатун, коленвал с их подшипниками, а в поршне юбку с бобышками, что в свою очередь укорачивает блок цилиндров на высоту юбки.2. Увеличить срок службы зеркала цилиндров и поршня, снизить их нагрев.З. Повысить КПД машины за счет частичного перехода силы изгнбающей вал в крутящий момент, а также за счет ликвидации коренных и шатунных подшипников скольження.На фиг. 1 изображено устройство передаточною механизма поршневой машины.На фит. 2 показан фрагмент нахождения ползуна в н.м.т.На фит. 3 показан фрагмент нахождения ползуна в в.м.т.На фит. 4 показан вариант двухконтактного двигателя.На фиг. 5 показан принцип соединения маховнка с выходным валом.На фит. 8 показан вариант установки выходною вала в подшипники качения.На фиг. 10 выполнена аксонометрия зубчатого сектора в виде вала-шестерни.На фиг. 11 выполнена аксонометрия зубчатого сектора из 2-х частей.На фиг. 1 изображено устройство передаточною механизма поршневой машины, состоящего из ползуна 1, выполненного в виде зубчатых реек, скрепленных между собой, и зубчатого сектора 2. Ползун 1 установлен с возможностью свободного перемещения вверхвниз по направляющим подшипникам 3 и через стойку 4, поршень 5, по стенке цилиндра 6. На боковых поверхностях ползуна 1 установлены пластины 7 и 8, 9 и 10, между ними установлены с возможностью движения коитактные элементы 11 и 12. Они снабжены прушинами 13 и 14, которые возвращают их в исходное положение и одновременно выполняют роль стопорных элементов. На ползуна 1 установлены оси 15 и 16, на которых посажены контактные элементы 17 и 18, имеющие пружины 19 и 20. Контактные элементы 17 и 18 имеют установленные на штифтах 21 и 22 топорные элементы 23 и 24, имеющие пружины 25 и 26. Кроме того, на ползуне 1 имеются неподвижные контактные элементы 27 и28. На контактных элементах 17 и 18 закруглены кромки, расположенные по центру осей 15 и 16. Контактные элементы 11 и 12 могут быть заменены на такие, как и 17 и 18 с зеркальной их установкой. Пластины 7 и 8,как и 27 и 28, являются неподвижными и могут быть выполнены ковкой или отливкой.Зубчатый сектор 2 имеет зубья 1 и е, зуб к является началом, а зуб а - концом зацепления считая по ходу их вращения. Эти зубья лежат в другой параллельной плоскости от остальных зубьев сектора, называемых основным зацеплением. Этот сектор может быть выполнен одной деталью в виде вала-шестерни, а также и раздельно от вала, кроме того,от может быть выполнен отдельно в виде полушестерни зубьев начала и конца зацепления и полушестерни зубьев основною зацепления.На картере 29 установлены концевые упоры 30 и 31. Поршень 5 выполнен без юбки и крепится к стойке 4 винтом 32 через шайбы 33, предназначенные для изменения объема камеры сгорания.Работает механизм следующим образом. Зубчатьпй сектор 2, вращаясь по часовой стрелке,своими зубьями основною зацепления перемещает ползун 1 вниз. Затем зуб д, взаимодействуя с контактным элементом 17, приводит ползун 1 в н.м.т. (см. фиг. 2). Здесь сила, стремшцаяся повернуть элемент 17 вокруг оси 15,равна нулю. В этот момент зуб 1 соприкоснулся с неподвижным элементом 7, а чуть впереди этою, зуб 1, надавливая на нижнюю поверхность элемента 11, прошел под тшм, а пружина 13 возвратила элемент 11 в исходное положение и затем вьшошшет роль стопорного элемента. Теперь зуб К, воздействуя на элемент 7, выводит ползуи 1 из н.м.т. а точно в это время зуб с начинает поворачивать элемент 17 вокруг оси 15, т.к. концевой упор 30 уже вывел из зацеплеъшя стопорный элемент 23, а закругления кровтка элемента 17 скользит по поверхности зуба 11 до полною выхода из зацепления, после чего элемент 17 возвращается в исходное положение под воздействием пружины 19. Следует иметь в виду, что выход элемента 23 из паза элемента 17 и вход в сопртшосновение зуба 1 н элемента 7 происходит одновременно. Далее,ползун 1 таким же образом будет приведен в в.м.т. (см. фш. 3).Аналогично, от действия газов или жидкости на поршень 5, и если поршни установлены с двух сторон, то ползун 1 будет непрерывно вращать зубчатый сектор 2, но тогда с зубом 1 взаимодействуют элементы 11 и 12, а зуб с с элементами 27 и 28. .На фит. 2 показан фрагмент нахождения ползуна 1 в н.м.т.На фит. 3 показан фрагмент находження ползуна 1 в в.м.т.На фиг. 4 показан вариант 2-х тактного двигателя с противоположным расположением цилиндров 34 и 35, поршней 36 н 37 (имеющих лепестки перекрытия окон), установленных на штоках 38 и 39, имеющих обработку поверхности, которые в свою очередь укреплены на ползуие 1, размещенном в корпусе 40, в котором размещены перегородки 41 и 42, герметизирующие подпорщневое смесеобразование от проникновения смеси в корпус 40. Маховик 43 соединен с выходным валом посредством механизма свободного хода.Двигателъ работает обычным образом. Поочередно в цилиндрах 34 и 35 происходят рабочие ходы, а работа передаточного механизма описана в работе фиг. 1.На фиг. 5 показан принцип соединения маховика 43 с выходным валом посредством механизма свободного хода, имеющего ролики 44.Работает маховик 43 следующим образом. При замедлении перемещения поршней 36 и 37 с ползуном 1, что происходит вблизи мертвых точек, маховик 43 имеет прежнюю угловую скорость и поэтому выводит ролики 44 из зацепления с выходным валом, а затем,после останова в мертвых точках, поршни перемещаются в обратную сторону с мгновенным увеличением скорости и, достигнув скорости маховика, выходной вал вводит в зацепление ролики 44 с маховиком 43 и отдает ему свою энергию. Таким образом, маховик имеет постоянную угловую скорость.На фиг. 6 показан поршень 2-х тактного двигателя, который имеет лепестки 45, перекрывающие всасывающее и выхлопное окна.На фиг. 7 показан вариант 4-х тактного двигателя, который состоит из блока цилиндров 46, картера 29, на котором установлены опоры 47 с подшипниками 3 и пружинами 48. В нижней части ползуна 1 укреплены кронштейны 49, а сверху укреплены стойка 4 с поршнем 5. На картере 29 установлена пружина 50. Выходной вал с зубчатым секторм 2 установлен в подшипнике 51 качения.Работает двигатель обычным образом, а работа передаточного механизма описана в работе фиг. 1. Пружины 48 и 50 работают следующим образом. При перемещении ползуна 1 к в.м.т. кронштейны 49 сжимают пружины 48, в которых сила отжатия в в.м.т. равна силе инерции деталей, движущихся возвратно-поступательно, а затем, вместе с зубом 1 дают ползуну 1 движение обратного направления, возвращая при этом взятую ранее энергию. В н.м.т. эту работу выполняет пружина 50. Таким образом, пружины 48 и 50 ликвидируют удары в мертвых точках.На фиг. 8 показан вариант установки выходного вала с зубчатым сектором 2 в подшипники 51 качения. Между зубчатыми секторами установлена продольно-разъемная муфта 52, на которую посажены подшипники 51 в корпусе 53.На фиг. 9 показан разрез фиг. 8, на котором соединены части муфты 52 винтами 54.На фиг. 10 показана аксонометрия зубчатого сектора 2, выполненного одной деталью с вы ходным валом.На фиг. 11 показана аксонометрпя зубчатого сектора 2, выполненного из 2-х частей с последующей установкой на вал.