Механизм с вращающимся поршнем

007694 Изобретение касается механизма с вращающимся поршнем, отсекающим рабочие полости с поочередно изменяющимся объемом, например у компрессора, у насоса или мотора, у которого поршень размещен в цилиндре, созданном двумя боковыми стенками и криволинейным корпусом, кривая которого является геометрическим местом гребней поршня при его вращательном движении вокруг двух осей вращения, причем с поршнем, размещенным на рабочем валу либо с перемещением в перпендикулярном направлении по отношению к направлению его оси, либо с возможностью вращательного движения посредством опорного эксцентрика, связанного с рабочим валом, связано, с возможностью продольного перемещения в перпендикулярном направлении по отношению к осям вращения, направляющее кольцо,уложенное на боковой стенке или на боковой стенке с возможностью вращения, а в случае необходимости также с возможностью перемещения по отношению к рабочему валу в перпендикулярном направлении по отношению к его оси вращения. Уже известны конфигурации механизмов, в которых поршень совершает простое вращательное движение и в которых поршень размещен эксцентрично в круговом корпусе и снабжен выдвижными уплотнениями, которые заполняют изменяющиеся промежутки между поршнем и круговым корпусом, и вместе с тем отсекают изменяющиеся рабочие полости между поршнем и корпусом цилиндра. Эта конфигурация, однако, не допускает высокого давления или высокой температуры, так что ее можно использовать только в качестве нагнетателя (воздуходувки). Кроме того, известны конфигурации механизмов, в которых поршень выполняет одно составное вращательное движение, то есть обкатывающее движение,тем, что, главным образом, при помощи зубчатых колес, обкатывает большую окружность, например центральную окружность колеса с внутренним зубчатым сцеплением, по неподвижной меньшей окружности, например центральной окружности колеса с внешними зубчатыми сцеплениями. Соотношения диаметров обеих окружностей определяют количество гребней поршня, которые описывают совпадающую кривую, и количество рабочих полостей, ограниченных поршнем. В случае если это соотношение составляет 2:1, то поршень имеет два гребня и разграничивает две рабочие полости. Если это соотношение составляет 3:2, то поршень имеет три гребня и разграничивает три рабочие полости и так далее. Минусом этой конфигурации является то, что при количестве гребней поршня, большем чем два, кривая корпуса имеет форму очень невыгодную для полости (камеры) сгорания и, кроме того, соотношение самого большого к самому малому объему рабочей полости принципиально ограничено. Конфигурация с двумя гребнями хотя и может предоставить более выгодную полость (камеру) сгорания и более выгодное соотношение между наибольшей и наименьшей рабочими полостями, но также, в принципе, дает неблагоприятное соотношение поверхности поршня, находящейся под рабочим давлением, к наибольшему возможному критическому диаметру вала, на котором помещен поршень. Именно поэтому эта конфигурация ни в коем случае не подходит для моторов, а подходит только для нагнетателей (воздуходувок) или насосов и компрессоров с небольшим рабочим давлением. Кроме того, известен способ движения поршня с двумя гребнями, при котором оба эти гребня описывают кривую, называемую конхоида. В этой конструкции поршень в цилиндре размещен на двух параллельных между собой валах с перемещением в перпендикулярном направлении по отношению к их осям вращения, причем перемещающиеся движения поршня по отношению к отдельным валам являются по отношению к себе взаимно перпендикулярными. Один из этих валов служит в качестве рабочего вала,а другой - в качестве направляющего вала, причем оба вала всегда помещены в одной боковой стенке. Для того чтобы можно было поместить оба вала в обеих боковых стенках, один из них изготовлен пустотелым, по принципу втулки, внутри которого проходит второй вал. Согласно другим известным конструкциям механизмов один из валов может быть заменен одной или несколькими цапфами, выступающими из боковой стенки, на которых поршень перемещается или вращается. Кроме того, рабочий вал, на котором помещен поршень с возможностью перемещения, в другой конструкции может быть заменен валом с цапфой кривошипа, на которой поршень помещен с возможностью вращения, причем направляющий вал, как это было указано, заменен цапфами. Эти конхоидные конструкции также имеют общий недостаток, главным образом недостаточную несущую способность (мощность) рабочего вала, а неточный ход поршня делает его чувствительным к износу. Поэтому эти конструкции, несмотря на то, что они известны с начала XX века, не добились успеха, а остались только в стадии разработок. Минусы существующей в настоящее время техники устраняются механизмом с вращающимся поршнем, размещенным в цилиндре и этот механизм отличается тем, что с поршнем, размещенным на рабочем валу, или с возможностью перемещения в перпендикулярном направлении по отношению к оси рабочего вала, или с возможностью вращательного движения с помощью опорного эксцентрика, связанного с рабочим валом, с возможностью своего перемещения связано не менее чем одно направляющее кольцо, размещенное на боковой стенке или в боковой стенке с возможностью вращения, а в случае необходимости также и с возможностью продольного перемещения по отношению к рабочему валу в перпендикулярном направлении к оси своего вращения. Следующим показателем изобретения является то,что направляющее кольцо на своей торцевой стороне, отвернутой от поршня с возможностью продольного перемещения в перпендикулярном направлении к его подвижному соединению с поршнем, связано со вспомогательным ползуном, уложенным с возможностью вращения на направляющем эксцентрике,который насажен на рабочем валу параллельно с опорным эксцентриком, и по отношению к нему повер-1 007694 нутым на 180. При расположении двух или более цилиндров рядом друг с другом вспомогательный ползун образуется поршнем соседнего цилиндра, причем направления движения подвижных соединений направляющего кольца с отдельными поршнями по отношению к себе взаимно перпендикулярны. Согласно последнему показателю изобретение отличается тем, что полости между скользящими деталями,например цапфами или выступами, а в случае необходимости и вспомогательным ползуном, с одной стороны, и между направляющими деталями, например втулками или пазами, с другой стороны, закрыты и снабжены отверстиями для входа и выхода смазки. Изобретение более подробно изображено на прилагаемых чертежах, где на фиг. 1 схематически, а на фиг. 2 в разрезе изображен принцип конхоидной конструкции; на фиг. 3 изображен другой вариант исполнения согласно изобретению, где поршень направляется направляющими кольцами и размещен на опорном эксцентрике, связанном с рабочим валом; на фиг. 4 и 5 - схематически, а на фиг. 6 - в разрезе изображен следующий вариант исполнения изобретения. На фиг. 1 в криволинейном корпусе 1 цилиндра расположен поршень 2, снабженный взаимно перпендикулярными пазами 3, 4, создающими собой скользящие детали поршня 2. С помощью этих пазов 3,4 поршень 2 размещен на двух направляющих деталях 5, 6, всегда прочно связанных с одним из валов 71,81, чьи оси 7, 8 взаимно параллельны. Согласно фиг. 2 корпус 1 цилиндра с обеих сторон закрыт боковыми стенками 11, в которых находятся валы 71, 81, размещенные с возможностью вращения. Расположение скользящих деталей 3, 4 и направляющих деталей 5, 6 на противоположных сторонах поршня и на валах 71, 81 изображено на фиг. 4 и 5. При вращении одного из валов 71, 81 вместе с ним поворачивается и прочно соединенная с ним направляющая деталь 5, 6, которая после этого вращает поршень посредством соответствующей скользящей детали 3, 4, например паза. После этого поршень посредством своей второй скользящей детали 4, 3, второй направляющей детали 6, 5 и второго вала 81, 71 вращается и вокруг второй оси 8, 7. Если гребни одинаково удалены от центра поршня 2, то они оба описывают совпадающую кривую корпуса 1, которая после этого вместе с линиями соединения обоих гребней создает две отделенных друг от друга полости. Параллельное вращательное движение поршня 2 вокруг двух параллельных осей 7, 8 вызовет то,что при движении вдоль корпуса 1 одна криволинейная линия соединения гребней поршня 2 от этого корпуса 1 удаляется, в то время как вторая линия соединения к этому корпусу 1 приближается. При повороте валов на 180 полость между одной линией соединения гребней поршня 2 и корпусом 1 увеличится от минимума до максимума, в то время как полость между второй линией соединения уменьшится от максимума до минимума. В случае если корпус 1 и/или боковые стенки 11 цилиндра снабжены с одной стороны входом, а с противоположенной стороны выходом для жидкого или газообразного рабочего тела, то вращением уже лишь одного из валов это рабочее тело начнет с одной стороны в полость между корпусом 1 и поршнем 2 всасываться, а на противоположной стороне выталкиваться из этой полости. Механизм в этом случае работает как насос или компрессор. Если подводится на одной стороне поршня в полость между корпусом 1 поршнем 2 рабочее тело под давлением, то его давлением на поверхность,образуемую линией соединения гребней и шириной поршня 1, возникает сила, которая проходит мимо одной оси вращения 7 и создает, таким образом, момент (силы) к этой оси. Этим моментом вращается вал 71 и, тем самым, и поршень 2, и второй вал 81. В одном из вариантов исполнения изобретения в качестве рабочего вала используется только один из валов 71, 81; он размещается в обеих боковых стенках 11, в то время как второй вал заменен направляющим кольцом 72, 82, которое также размещено с возможностью вращения в боковой стенке 11 и которое также снабжено направляющей деталью 51, 61, связанной со скользящей деталью 31, 41 в поршне 2. В другом варианте исполнения изобретения поршень сам помещен с возможностью вращения, например, с помощью подшипника на опорном эксцентрике 10, который расположен на рабочем валу 91, размещенном с возможностью вращения, главным образом, в обеих боковых стенках 11. Рабочий вал 91 проходит через направляющие кольца 72, 82, а его ось лежит на плоскости осей 7, 8 направляющих колец 72, 82, причем посередине расстояния между ними. Эксцентриситет опорного эксцентрика 10 равен половине расстояния между осями 7, 8. При вращении поршня 2, направляемого направляющими кольцами 72, 82, центр опорного эксцентрика 10 передвигается по одинаковому пути с центром поршня 2. После этого нагрузка на поршень 2 целиком переносится опорным эксцентриком 10 и рабочим валом 91, так что направляющие кольца 72, 82 не загружены давлением, действующим на поршень. В варианте исполнения изобретения согласно фиг. 3 на поршень можно переносить высокое давление. Согласно изобретению можно в варианте исполнения, указанном первым, с направляющим валом 71, изготовленным в качестве рабочего вала, поместить направляющее кольцо 72, 82 в боковой стенке 11 или на боковой стенке 11, и вместе с тем также с возможностью перемещения по отношению к направляющему валу 71, изготовленному в качестве рабочего вала. Это расположение с возможностью продольного перемещения может быть выполнено как на боковой стенке, так и в боковой стенке 11, так и вместе с этой боковой стенкой 11. В этом случае не используется ни рабочий вал 91, ни эксцентрик 10, а нагрузка на поршень переносится валом 71, посаженным с обеих сторон и стойким к предполагаемым нагрузкам. Изменением расстояния между осями вращения направляющего кольца 72, 82 и направляю-2 007694 щего вала 71, изготовленного в качестве рабочего вала, может непрерывно во время хода механизма изменяться как соотношение между максимальной и минимальной полостями между линией соединения гребней и криволинейным корпусом, а тем самым и количество всасываемого и выталкиваемого рабочего тела, так и величина момента к оси вращения 7. При расположении не менее двух таким образом составленных механизмов, соответствующих изобретению, последовательно друг за другом, например одного в качестве насоса, а второго в качестве мотора на газообразном или жидком рабочем теле, при движении направляющего кольца 72, 82 по отношению к валу 81 непрерывно изменяется как соотношение количества оборотов, так и соотношение моментов обоих соединенных между собой механизмов. В варианте исполнения изобретения с опорным эксцентриком 10 и рабочим валом 91 согласно примеру исполнения следующего признака изобретения функция обеих направляющих колец связана так,что направляющее кольцо 72, 82 размещено только на одной стороне поршня 2 и изготовлено согласно рис. 6 таким образом, что кроме направляющей детали 51, 61, расположенной на стороне, повернутой к поршню, имеет на отвернутой от поршня стороне еще и вспомогательную направляющую деталь 52, 62,в которой размещен с возможностью перемещения ползун 14, насаженный с возможностью вращения на вспомогательный эксцентрик 15. Этот вспомогательный эксцентрик 15 имеет такой же эксцентриситет,как опорный эксцентрик 10, и прочно размещен на рабочем валу 91 с поворотом на 180 по отношению к опорному эксцентрику 10. Таким образом можно соединить оба направляющих кольца в одно из обоих мест их размещения. Однако ясно, что по технологическим причинам более выгодно соединенное направляющее кольцо поместить в месте направляющего кольца 82, то есть так, чтобы его направляющая деталь 61 была уложена в скользящей детали 41 поршня 2 с возможностью перемещения в перпендикулярном направлении к прямой линии, соединяющей оба гребня поршня 2. Все механизмы с передвигающимися частями имеют ряд мест, которые нуждаются в смазке, а в случае необходимости и в охлаждении. Однако у механизма, в соответствии с этим изобретением, нет необходимости использовать самостоятельный насос, так как можно согласно одному из показателей изобретения использовать изменяющиеся полости между некоторыми взаимно передвигающимися частями, например между скользящими деталями 3, 4, 31, 41, а в случае необходимости и ползуном 14, с одной стороны, и между направляющими деталями 5, 6, 51, 61, 52, 62, с другой стороны, как насосы для смазывающего и/или охлаждающего рабочего тела таким образом, что эти полости на боках закроются и обеспечатся входными и выходными отверстиями для указанного рабочего тела. Таким образом, не только исчезнет необходимость в использовании в других случаях обычных дорогих и тяжелых насосов,но при накачивании рабочего тела вовнутрь механизма это смазывающее и/или охлаждающее рабочее тело через места смазки и/или охлаждения можно будет пропускать с разрежением, так что потребление этих рабочих тел очень невелико. Изобретенный механизм, как и по приведенным примерам исполнения, так и в следующих вариантах исполнения, вытекающих из патентных прав, по сравнению с известными поршневыми механизмами более выгоден тем, что по сравнению с механизмами с передвижным поршнем он меньше, легче и абсолютно балансируемый; по сравнению с зубчатыми механизмами он имеет большую мощность и меньший шум; по сравнению с механизмами с поршнем, обкатывающимся с помощью зубчатых колес, он имеет более хорошую передачу сил (передаточное число) и меньшее потребление смазывающего рабочего тела, а по сравнению с другими конхоидными механизмами имеет более хорошую передачу сил и более точное управление поршня; и, наконец, по сравнению со всеми перечисленными механизмами он имеет возможность непрерывно изменять максимальный размер рабочий полости. Механизм, согласно изобретению, не имеет прямой зависимости диаметров вала на поверхности поршня, несущей нагрузку,что позволяет использовать его при высоких давлениях, например, у двигателей внутреннего сгорания,или при очень высоких давлениях, например, у гидравлических насосов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Механизм с вращающимся поршнем, отсекающим рабочие полости с поочередно изменяющимся объемом, например компрессор, насос или мотор, у которого поршень размещен в цилиндре, созданном двумя боковыми стенками и криволинейным корпусом, размещен, с одной стороны, с возможностью вращения вокруг двух взаимно параллельных осей вращения, перпендикулярных к боковым стенкам цилиндра, и, с другой стороны, с возможностью перемещения в двух направлениях, перпендикулярных как по отношению один к другому, так и к параллельным осям вращения, отличающийся по крайней мере одним направляющим кольцом (72, 82), размещенным на боковой стенке (11) или в боковой стенке (11) с возможностью вращения, а в случае необходимости также с возможностью продольного перемещения по отношению к рабочему валу (91) в направлении, перпендикулярном к оси своего вращения, причем это направляющее кольцо (72, 82) связано с возможностью продольного перемещения с поршнем (2), расположенным на рабочем валу (91), либо с перемещением в направлении, перпендикулярном к оси рабочего вала (91), либо с возможностью вращения посредством опорного эксцентрика (10), связанного с рабочим валом (91). 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что направляющее кольцо (72, 82) на своей торцовой сто-3 007694 роне, отвернутой от поршня (2) с возможностью перемещения в перпендикулярном направлении к его подвижному соединению с поршнем (2), связано со вспомогательным ползуном (14), уложенным с возможностью вращения на направляющем эксцентрике (15), который насажен на рабочий вал (91) параллельно с опорным эксцентриком (10) и по отношению к нему повернутым на 180. 3. Механизм с вращающимся поршнем по пп.1 и 2, отличающийся тем, что полости между скользящими деталями (3, 4, 31, 41), например цапфами или выступами, а в случае необходимости и вспомогательным ползуном (14), с одной стороны, и между направляющими деталями (5, 6, 51, 61, 52, 62), например втулками или пазами, с другой стороны, закрыты и снабжены отверстиями для входа и выхода смазки. 4. Механизм с вращающимся поршнем по п.2, отличающийся тем, что при расположении двух или более цилиндров рядом друг с другом вспомогательный ползун (14) образуется поршнем (2) соседнего цилиндра, причем направления движения подвижных соединений направляющих колец (72, 82) с отдельными поршнями по отношению к себе взаимно перпендикулярны.