Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания и способ изготовления этого двигателя
Формула / Реферат
1. Способ изготовления бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что количество (n1) рабочих коленчатых рычагов и ход (S) поршней в цилиндрах двигателя определяют заблаговременно, причем число (n1) коленчатых рычагов является четным и не меньше шести, помечают центр (O1) двигателя и с учетом выбранного четного числа коленчатых рычагов (n1) через этот центр (O1) вычерчивают такое же количество радиальных лучей (f1...fn1), образующих между собой одинаковые центральные углы (a), при этом радиальные лучи представляют собой осевые линии рабочих цилиндров; с учетом выбранного четного числа коленчатых рычагов (n1), а также заданного хода (S) поршней в рабочих цилиндрах, от центра (O1) радиусом R1 вычерчивают базовую окружность K1, соблюдая следующее соотношение:
лучи пересекают базовую окружность (K1) в точках (A1... An1), разделяя ее на дуги L1 равной длины в количестве (n1); вычерчивают дополнительные окружности (K2) таким образом, что их центры (О2) лежат на радиальных лучах (f1, f3, f5), число которых является нечетным, причем количество окружностей K2 равно половине выбранного количества коленчатых рычагов (n1), радиусы (R2) всех окружностей (K2) равны половине радиуса (R1) базовой окружности (K1), причем окружности (K2) одновременно проходят через центр (O1) базовой окружности (K1) и через точки (А1, А3, А5) пересечения базовой окружности (K1) с нечетным количеством радиальных лучей (f1, f3, f5), и поскольку количество окружностей (K2) равно половине количества коленчатых рычагов (n1), то количество общих точек окружностей (K1) и (K2) тоже равно половине (n1/2) этого количества (n1), эти точки (A1, A3, A5) при последовательном соединении образуют базовые хорды (A1A3, А3А5, A5A1) базовой окружности (K1), причем расстояние от общих точек (B1, B2, B3) пересечения взаимно пересекающихся окружностей (K2), которые также представляют собой точки пересечения в серединах базовых хорд (A1A3, A3A5, A5A1) с четным числом радиальных лучей (f2, f4, f6), до точек пересечения этого же четного числа радиальных лучей (f2, f4, f6) с базовой окружностью (K1) в точках (A2, A4, A6) определяет значение хода S поршней, при этом соединенные цепочкой базовые хорды (A1A3, A3A5, A5A1) образуют замкнутую геометрическую фигуру, вписанную в базовую окружность (K1), причем вершины (А1, А3, А5) этой фигуры делят базовую окружность (K1) на дуги равной длины (A1A2A3; А3А4A5 и A5A6A1) и каждая из указанных дуг имеет длину двух дуг (L1) той же окружности (K1), или каждой полудлине базовых хорд (A1A3, A3A5, A5A1) принадлежит одна дуга (L1) от разделения базовой окружности (K1) радиальными лучами (f1...f6), но половины базовых хорд (А1А3, А3А5, А5A1), взятые по отдельности, являются хордами окружностей (K2) и примыкают к их дугам (L2); между длинами дуг (L1) и (L2) окружностей (K1) и (K2) существует равенство, обеспечивающее возможность возвратно-поступательного перекатывания без проскальзывания из одного крайнего положения в другое крайнее положение дуг (L2) окружностей (K2) по дугам (L1) окружности (K1), причем концы дуг (L2) окружностей (K2) скользят прямолинейно, совершая возвратно-поступательное движение по каждой из осевых линий (f1...f6), на которых лежат эти концы, без схода с них или отклонения от них, перемещаясь от точек пересечения радиальных лучей (f1...f6) с окружностью (K1) к общим точкам пересечения (В1, В2, В3) окружностей (K2), что, в свою очередь, составляет ход (S) поршней, при этом последовательное соединение цепочкой концов дуг (L2) окружностей (K2) образует замкнутую геометрическую фигуру с дугообразными сегментами (6), причем взаимно соединенные концы сегментов (6) сформированы с помощью осей в виде цилиндрических шарниров (7) этого шарнирного многосегментного блока, дуги (L2) окружностей (K2) (13) образуют внешние цилиндрические поверхности дугообразных сегментов (6), а базовая окружность (K1) (12) образует внутреннюю цилиндрическую поверхность картера (1) двигателя, по которой совершают возвратно-поступательное перекатывание дугообразные сегменты (6) шарнирного многосегментного блока, при этом штоки (4) поршней подвижно соединены с осями цилиндрических шарниров (7) данного деформирующегося шарнирного многосегментного блока, а своими другими концами штоки (4) прикреплены к поршням (3), причем от центров (О2) (9) окружностей (K2) (13) с радиусами (R3) меньше радиусов (R2) окружностей (K2) (13) вычерчивают окружности (K3) (8'), ограничивающие внутренние цилиндрические поверхности дугообразных сегментов (6), по которым перекатываются ролики (8) двигателя, установленные своими осями (9) на зубчатых колесах (10) вала (11) двигателя.
2. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, изготовленный способом по п.1 и содержащий картер с радиально закрепленными на нем и лежащими в одной с ним плоскости рабочими цилиндрами, в которых размещены поршни, отличающийся тем, что число коленчатых рычагов (n1) двигателя не меньше шести и является четным, причем поршни (3) прикреплены к штокам (4), которые своими другими концами подвижно соединены посредством цилиндрических шарниров (7) с дугообразными сегментами (6), при этом четное число дугообразных сегментов (6) определяет количество рабочих цилиндров (2) с их поршнями (3), и эти дугообразные сегменты (6) образуют замкнутый шарнирный многосегментный блок, который нестационарно касается внешними цилиндрическими поверхностями своих дугообразных сегментов (6) внутренней цилиндрической поверхности картера (1) двигателя, при этом вал (11) двигателя находится на оси картера (1) и образован собственно валом с двумя зубчатыми колесами (10) с закругленными и перфорированными зубьями, причем вал (11) установлен на подшипниках в крышках картера (1), а между двумя зубчатыми колесами (10), в их перфорированных зубьях, установлены оси (9) с роликами (8) двигателя, выполненными на подшипниках; оси (9) параллельны осевой линии вала (11) двигателя и находятся на одинаковом от нее расстоянии, наружный диаметр роликов (8) равен внутреннему диаметру дугообразных сегментов (6), а количество роликов (8), их осей (9) и количество зубьев каждого зубчатого колеса (10) равно половине количества коленчатых рычагов (n1) двигателя.
3. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, изготовленный способом по п.1, отличающийся тем, что в нем используется зубчатый синхронизатор мощности, образованный внутренней цилиндрической поверхностью картера (1) двигателя с вырезанными на ней внутренними зубьями (14) с разделительной линией базотющ окружности K1 (12) и зацепляющимися с ними внешними зубьями (15) дугообразных сегментов (6) с разделительными линиями окружностей K2 (13), причем оси цилиндрических шарниров (7) между дугообразными сегментами (6) и штоками (4) поршней находятся на делительных окружностях (13) дугообразных сегментов (6) шарнирных многосегментных блоков, а диаметры делительных окружностей (13) этих сегментов (6) равны половине диаметра делительной окружности (12) картера (1) двигателя вне зависимости от четного числа (n1) коленчатых рычагов двигателя.
Текст
008033 Область техники Данное изобретение относится к бесшатунному двигателю внутреннего сгорания и способу его изготовления. Такие двигатели предназначены для использования в транспортных средствах и силовых установках, применяемых в промышленности и сельском хозяйстве. Уровень техники Из уровня техники хорошо известны звездообразные авиационные двигатели внутреннего сгорания,имеющие круглый картер с установленными на нем девятью радиально расположенными цилиндрами и поршнями, находящимися в одной плоскости. См., например, Поперечный профиль звездообразного авиационного двигателя типа Lajkoming, инж. Юлиус Мецкерле, Двигатели транспортных средств с воздушным охлаждением, стр. 220, Москва, 1959, перевод с чешского на русский; Девятицилиндровый авиационный двигатель АШ-62 ИР, Петр С. Лабазин, Авиационный двигатель АШ-62 ИР, стр. 22, Москва, 1972. Этот двигатель имеет круглый картер с установленными на нем и находящимися в одной плоскости радиально расположенными цилиндрами и поршнями в количестве до девяти. Поршни подвижно соединены посредством болтов и шатунов с сочлененным коленчатым валом. Коленчатый вал установлен на подшипнике в центре картера и образует вместе с шатунами сочлененный кривошипный механизм. Недостаток таких двигателей обусловлен кинематической схемой кривошипно-шатунного механизма, согласно которой возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Независимо от числа радиально расположенных цилиндров каждый поршень за один оборот коленчатого вала совершает всего лишь два хода - от одной мертвой точки к другой и обратно. Так, например, если двигатель работает по четырехтактному циклу, то коленчатый вал совершает два оборота. Поэтому в случае, если удельная мощность на единицу веса у двигателя является недостаточной, для ее повышения приходится увеличивать число оборотов коленчатого вала. Однако следствием увеличения числа оборотов коленчатого вала является увеличение инерционных сил и создание дополнительной нагрузки на компоненты кривошипного механизма. Недостатком кривошипного преобразовательного механизма является наличие боковой силы трения поршней, воздействующей на стенки цилиндров, что приводит к потерям на трение, а также к повышенному износу и истиранию этих компонентов. Еще один недостаток кривошипного преобразовательного механизма заключается в присутствии в его поршне подвижного шарнирного соединения, образованного непосредственно соединительным элементом, поршневым болтом и головкой шатуна. Это соединение увеличивает длину направляющей части поршней и общую рабочую длину цилиндров, что приводит к увеличению габаритов и веса всего двигателя. Также из уровня техники известны крестообразные четырехпоршневые бесшатунные двигатели внутреннего сгорания (см. Болгарское авторское свидетельство 42948, опубликованное в Бюллетене 3 от 15.03.1988). Такой двигатель сконструирован на основе правильного шарнирного четырехкомпонентного блока, который во время функционирования деформируется в ромб по двум взаимно перпендикулярным координатным осям. Этот шарнирный четырехкомпонентный блок воздействует на два ролика выходного вала, приводя его во вращательное движение. Данному двигателю присущи следующие недостатки. Кинематическая схема механизма преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение выходного вала обеспечивает возможность конструирования лишь таких двигателей, в которых число крестообразных цилиндров ограничено четырьмя. Из-за этого кинематического ограничения не удается применить принцип разбиения двигателя на шесть, восемь, двенадцать и более цилиндров меньшего единичного объема с тем, чтобы уменьшить вес подвижных элементов и их силы инерции, а также увеличить число оборотов и удельную мощность на единицу рабочего объема. Другая неблагоприятная особенность этого двигателя обусловлена противоречием, которое обнаруживается при более детальном рассмотрении его кинематической схемы. Как следует из описания,формулы и приложенного чертежа, делительный диаметр внутренних зубьев 8 картера 7 двигателя равен двум делительным диаметрам зубчатых сегментов 2, тогда как ось шарнирных соединительных элементов между сегментами 2 и штоками 3 поршней совпадает с делительным диаметром зубчатой передачи. Это значит, что оба ролика 9, которые опрокидываются на внутреннюю дугообразную сторону зубчатых сегментов 2 в то время, когда они находятся прямо на осевой линии двух противолежащих цилиндров 6, будут сдвигать два их смежных шарнира (и соответствующие поршни) в верхнюю мертвую точку, при этом два других противолежащих шарнира должны одновременно находиться в середине механизма, так что будет иметь место их соударение. На приложенном к авторскому свидетельству чертеже видно, что два шарнира находятся в верхней мертвой точке, а два других противолежащих шарнира еще не достигли середины механизма, то есть не пришли в нижнюю мертвую точку, тогда как это является обязательным условием. Разъяснений по поводу указанного противоречия в описании не дано. Еще один недостаток этого двигателя становится очевидным при рассмотрении п.2 формулы. Этот пункт не отвечает критерию промышленной применимости, так как согласно этому пункту ось шарнир-1 008033 ных соединительных элементов между зубчатыми сегментами 2 и штоками 3 поршней совпадает с делительным диаметром зубчатой передачи. Однако, как хорошо известно из теории цилиндрических зубчатых передач, такого общего делительного диаметра цилиндрической зубчатой передачи не существует,поскольку между двумя зубчатыми элементами всегда есть зубчатая передача и каждый из таких элементов имеет свой собственный делительный диаметр. Более того, ось шарнирных соединительных элементов между сегментами 2 зубьев и штоками 3 поршней совпадает с делительным диаметром передачи только в тот момент движения узлов, когда две из указанных осей находятся в верхней мертвой точке. И только лишь тогда эти оси совпадают одновременно с делительной окружностью картера двигателя и делительными окружностями сегментов, однако, даже и в этот момент практически целые сегменты и две другие оси очень далеки от совпадения. Другой недостаток двигателя по авторскому свидетельству 42948 состоит в том, что достаточно сложными оказываются установка и съем вала двигателя. Действительно, в свидетельстве 42948 указано, что вал двигателя расположен на оси картера 7 двигателя и соединен с двумя дисками, имеющими валы на их внешней стороне, тогда как валы установлены на подшипниках в крышках картера 7 двигателя, а две оси 1 закреплены между двумя дисками; эти оси расположены симметрично относительно оси вала двигателя. На осях имеются два ролика 3, установленные на подшипниках; внешний радиус роликов равен внутреннему радиусу зубчатых сегментов 2. Таким образом, зубчатые сегменты 2 располагаются между двумя дисками сборного вала, который невозможно установить и снять отдельно в виде некоторого узла вала, поэтому указанные операции приходится выполнять с применением манипуляций ко всему двигателю, что усложняет операции установки и съема. Основной недостаток двигателей внутреннего сгорания, работающих с преобразовательным механизмом коленчатого вала, а также бесшатунного двигателя, согласно авторскому свидетельству 42948,состоит в том, что их кинематическая схема обеспечивает лишь фиксированную зависимость числа оборотов выходного вала двигателя от частоты ходов поршней. Согласно преобразовательному механизму коленчатого вала на один его оборот приходятся два хода поршней независимо от количества цилиндров в двигателе, а в крестообразном четырехцилиндровом бесшатунном двигателе согласно рассматриваемому авторскому свидетельству - четыре хода поршней на один оборот вала двигателя. Принимая во внимание вышесказанное, становится понятно, что путем предварительного задания большого количества ходов поршней в единицу времени невозможно создать двигатель с меньшим числом оборотов выходного вала, кинематика которого зависит от количества цилиндров с соответствующим увеличением вращающего момента и в котором не надо использовать дополнительный редуктор. Между тем, такая возможность была бы очень целесообразна для приведения в движение транспортных средств. Итак, задача изобретения заключается в создании бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с шестью и большим четным числом дугообразных сегментов, в котором количество ходов поршней в рабочих цилиндрах из одного крайнего положения в другое крайнее положение превышает четыре за один оборот выходного вала двигателя и определяется количеством дугообразных сегментов; причем при их увеличении кинематически уменьшается число оборотов выходного вала двигателя с целью увеличения вращающего момента выходного вала без использования дополнительного редуктора; при этом кинематическая схема двигателя обеспечивает то, что противоположные шарнирные соединительные элементы дугообразных сегментов в их внутреннем крайнем положении не доходят до середины механизма, с тем,чтобы предотвратить их соударение. Кроме того, она обеспечивает возможность установки и съема вала двигателя вместе с установленными на нем ведущими роликами и их осями, не изменяя при этом состояния установки дугообразных сегментов и их шарнирных соединительных элементов с поршнями. Также задача изобретения заключается в создании способа изготовления этого двигателя. Еще одна задача изобретения, предметом которого является бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с шестью и большим четным количеством дугообразных сегментов, заключается в устранении боковых усилий, оказываемых поршнями на рабочие цилиндры. Сущность изобретения Поставленные задачи решены посредством заявленных бесшатунного двигателя внутреннего сгорания и способа изготовления этого двигателя. Указанный способ раскрывает изготовление бесшатунного двигателя с шестью и большим четным числом дугообразных сегментов. Количество дугообразных сегментов и ход S поршней определяют заблаговременно, причем число рабочих цилиндров и связанных с ними поршней также является четным и не превышает числа дугообразных сегментов. Центр двигателя помечают как O1 и с учетом выбранного четного числа дугообразных сегментов через этот центр вычерчивают такое же количество радиальных лучей f, образующих между собой одинаковые центральные углы . Радиальные лучи представляют собой осевые линии рабочих цилиндров. Далее, с учетом выбранного четного числа дугообразных сегментов, а также заданного хода S поршней в рабочих цилиндрах, радиусом R1 вычерчивают базовую окружность K1, при этом соблюдают следующее соотношение:-2 008033 Лучи пересекают базовую окружность, разделяя ее на дуги равной длины. Затем вычерчивают дополнительные окружности K2 таким образом, чтобы их центры лежали на радиальных лучах, число которых является нечетным. Количество окружностей K2 равно половине выбранного количества дугообразных сегментов, а радиусы окружностей K2 всегда равны половине радиуса базовой окружности K1. Окружности K2 одновременно проходят через центр базовой окружности K1, а также через точки пересечения базовой окружности K1 с нечетным количеством радиальных лучей, и поскольку количество окружностей K2 равно половине количества дугообразных сегментов, то количество общих точек окружностейK1 и K2 тоже равно половине этого количества. Эти точки при последовательном соединении образуют базовые хорды базовой окружности K1, причем расстояние от общих точек взаимно пересекающихся окружностей K2, которые представляют собой точки пересечения линий в серединах базовых хорд с четным количеством радиальных лучей, до точек пересечения этого же четного количества радиальных лучей с базовой окружностью K1 определяет значение хода S поршней. Соединенные цепочкой базовые хорды образуют замкнутую геометрическую фигуру, вписанную в базовую окружность K1. Вершины этой фигуры делят базовую окружность K1 на дуги равной длины, при этом каждая из указанных дуг имеет длину, равную длине двух дуг той же окружности K1, разделенной радиальными лучами. Другими словами, каждой полудлине базовых хорд принадлежит одна дуга от разделения окружности K1 радиальными лучами, а половины базовых хорд, взятые по отдельности, являются хордами окружностей K2 и примыкают к дугам этих окружностей K2. Между длинами указанных дуг окружностей K1 и K2 существует равенство. Это равенство обеспечивает возможность возвратно-поступательного перекатывания без проскальзывания из одного крайнего положения в другое крайнее положение дуг окружностей K2 на дугах окружностей K1. Концы дуг окружностей K2 скользят прямолинейно, совершая возвратнопоступательное движение по каждой из осевых линий цилиндров, на которых лежат эти концы, без схода с них или отклонения от них, перемещаясь от точек пересечения радиальных лучей с окружностью K1 к общим точкам пересечения между окружностями K2, что, в свою очередь, составляет ход поршней. Последовательные соединения цепочкой концов дуг окружностей K2 образуют замкнутую геометрическую фигуру с дугообразными сегментами, причем взаимно соединенные концы сегментов сформированы с помощью осей в виде цилиндрических шарниров этого шарнирного многосегментного блока, при этом дуги окружностей K2 образуют внешние цилиндрические поверхности дугообразных сегментов, а базовая окружность K1 образует внутреннюю цилиндрическую поверхность картера двигателя, по которой совершают возвратно-поступательное перекатывание дугообразные сегменты шарнирного многосегментного блока. Штоки поршней подвижно соединены с осями деформирующегося шарнирного многосегментного блока, а своими другими концами прикреплены к поршням. От центров окружностей K2 с радиусами меньше радиусов окружностей K2 вычерчивают окружности K3, ограничивающие внутренние цилиндрические поверхности дугообразных сегментов, по которым перекатываются ролики двигателя,установленные своими осями на зубчатых колесах вала двигателя. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с шестью и большим четным числом дугообразных сегментов изготавливают описанным выше способом. Этот двигатель содержит картер с радиально закрепленными на нем и лежащими в одной плоскости рабочими цилиндрами, в которых размещены поршни. Число цилиндров и поршней двигателя не превышает числа дугообразных сегментов и является четным. Поршни прикреплены к штокам, которые своими другими концами подвижно соединены посредством шарнирно установленных коленчатых осей с дугообразными сегментами, при этом четное количество дугообразных сегментов не меньше шести и эти сегменты образуют замкнутый шарнирный многосегментный блок, который нестационарно касается своими внешними цилиндрическими поверхностями дугообразных сегментов на внутренней цилиндрической поверхности картера двигателя. Вал двигателя находится на оси картера двигателя. Он образован собственно валом с двумя зубчатыми колесами с закругленными и перфорированными зубьями, при этом вал установлен на подшипниках с обеих сторон крышек картера двигателя. Оси с роликами двигателя выполнены на подшипниках и установлены между двумя зубчатыми колесами в их перфорированных зубьях, причем эти оси параллельны осевой линии вала двигателя и находятся на равном от нее расстоянии. Наружный диаметр роликов равен внутреннему диаметру дугообразных сегментов, а количество этих роликов, их осей и зубьев каждого зубчатого колеса равно половине количества дугообразных сегментов двигателя. Шарнирное соединение смежных дугообразных сегментов в шарнирных многосегментных блоках образует рабочие коленчатые рычаги n1. Количество этих рычагов n1 равно количеству дугообразных сегментов. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с шестью и большим четным числом дугообразных сегментов изготавливают с использованием зубчатого синхронизатора мощности, образованного внутренней цилиндрической поверхностью картера двигателя с вырезанными на ней внутренними зубьями. Базовая окружность K1 представляет собой делительную окружность этих зубьев и зацепляющихся с ними наружных зубьев дугообразных сегментов с делительными окружностями K2. Оси шарнирных соединительных элементов между дугообразными сегментами и штоками поршней располагаются на делительных окружностях дугообразных сегментов шарнирных многосегментных блоков. Диаметры дели-3 008033 тельных окружностей этих сегментов равны половине делительного диаметра картера двигателя, вне зависимости от конкретного четного числа дугообразных сегментов двигателя. Преимущество изобретения заключается в разработке такого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания и способа изготовления этого двигателя, в котором количество ходов поршней из одного крайнего положения в другое крайнее положение превышает четыре на один ход выходного вала двигателя,причем количество их ходов зависит от четного числа дугообразных сегментов, при этом при их увеличении число оборотов кинематического механизма выходного вала двигателя уменьшается, а выходной вращающий момент вала увеличивается без использования дополнительного редуктора. Благодаря применяемой кинематической схеме обеспечивается ситуация, при которой противолежащие шарнирные соединительные элементы дугообразных сегментов в их внутреннем крайнем положении не доходят до центра двигателя, вследствие чего устраняется опасность их соударения и создается возможность беспрепятственных установки и съема вала двигателя вместе с установленными на этом валу роликами с осями. Другое преимущество изобретения заключается в разработке бесшатунного двигателя внутреннего сгорания и способа изготовления этого двигателя с шестью и большим четным числом дугообразных сегментов с использованием зубчатого синхронизатора мощности, образованного внутренней цилиндрической поверхностью картера двигателя с вырезанными на ней внутренними зубьями с делительной окружностью K1 и зацепляющихся с ними внешними зубьями дугообразных сегментов с делительными окружностями K2, причем оси шарнирных соединительных элементов между дугообразными сегментами и штоками поршней расположены на делительных окружностях дугообразных сегментов шарнирных многосегментных блоков, а диаметры делительных окружностей дугообразных сегментов равны половине делительного диаметра картера двигателя, вне зависимости от четного количества дугообразных сегментов двигателя. Краткое описание чертежей Один из примеров осуществления данного изобретения описан со ссылкой на фиг. 1-3, на которых фиг. 1 иллюстрирует принцип разделения базовой окружности; фиг. 2 иллюстрирует принцип определения формы дугообразных сегментов; фиг. 3 изображает поперечное сечение бесшатунного двигателя внутреннего сгорания. Подробное описание изобретения Способ изготовления бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с шестью и большим четным числом дугообразных сегментов включает в себя следующие последовательные этапы: вначале задают количество рабочих коленчатых рычагов n1 и ход S поршней в цилиндрах, причем количество рабочих коленчатых рычагов n1 представляет собой четное число не меньше шести. Далее маркируют центр O1 бесшатунного двигателя и с учетом выбранного четного числа коленчатых рычагов n1 через этот центр вычерчивают такое же количество радиальных лучей f1fn1 (фиг. 1), которые представляют собой осевые линии рабочих цилиндров и между которыми образуются одинаковые центральные углы . От центра O1 вычерчивают базовую окружность K1 с радиусом R1, зависящим от выбранного четного числа коленчатых рычагов n1 и хода S поршней по формуле при этом лучи f1fn1 пересекают базовую окружность K1 в точках A1An1 и делят ее на количествоn1 дуг L1 равной длины. Далее вычерчивают дополнительные окружности K2 (фиг. 2), центры О 2 которых лежат на нечетных радиальных лучах f1; f3; f5, таким образом, число окружностей K2 равно половине выбранного количества рабочих коленчатых рычагов n1, а радиусы R2 окружностей K2 равны половине радиуса R1 базовой окружности K1. Все окружности K2 одновременно проходят через центр O1 базовой окружности K1 и через точкиA1; А 3; A5 пересечения базовой окружности K1 с нечетными радиальными лучами f1; f3; f5. Поскольку количество окружностей K2 равно n1/2, то количество общих точек окружностей K1 и K2 тоже равно n1/2. На окружности K1 вычерчивают базовые хорды A1A3; А 3 А 5; A5A1 путем последовательного соединения общих точек окружностей K1 и K2 (фиг. 2), причем ход S поршней определяется расстоянием от точек B1; В 2; В 3 пересечения базовых хорд A1A3; А 3 А 5; A5A1 с соответствующими перпендикулярными осевыми линиями f2; f4; f6 до точек А 2; А 4; А 6 пересечения тех же осевых линий с базовой окружностьюK 1. Соединенные цепочкой базовые хорды A1A3; А 3 А 5; A5A1 образуют вписанную в окружность K1 замкнутую геометрическую фигуру. Вершины этой фигуры A1; А 3; A5 делят базовую окружность K1 на дуги в количестве n1/2 с равной длиной А 1 А 2 А 3; А 3A4A5; A5A6A1; таким образом, каждой полудлине хордA1A3; А 3 А 5; A5A1 соответствует одна дуга L1. Однако половины базовых хорд A1B1; B1A3; А 3 В 2; B2A5; А 5 В 3; В 3 А 1, взятые по отдельности, представляют собой хорды окружностей K2 с их соответствующими смежными дугами L2, а длина дуг L2 от окружностей K2 равна длине дуг L1 от окружности K1.-4 008033 Последовательное соединение цепочкой дуг L2 (A1B1; В 1 А 3; А 3 В 2; В 2 А 5; А 5 В 3; B3A1) образует замкнутую геометрическую фигуру с дугообразными сегментами (фиг. 2). Взаимно соединенные концы дуг моделируют в виде цилиндрических шарниров 7 коленчатых рычагов n1 (фиг. 3) этих шарнирных многосегментных блоков, тогда как дуги L2 окружности K2 (фиг. 2) образуют наружные цилиндрические поверхности дугообразных сегментов 6 (фиг. 3). Базовая окружность K1 (фиг. 2) образует внутреннюю цилиндрическую поверхность картера 1 двигателя (фиг. 3), по которой совершают возвратно-поступательное перекатывание дугообразные сегменты 6 шарнирных многосегментных блоков. Поршневые штоки 4 подвижно соединены с осями деформирующихся шарнирных многосегментных блоков, а своими другими концами эти штоки прикреплены к поршням 3. От центров O2 окружностей K2 вычерчивают окружности K3 (8') с радиусами R3R2, причем эти окружности K3 (8') ограничивают внутренние цилиндрические поверхности дугообразных сегментов 6, по которым перекатываются ролики 8 вала 11 двигателя. Один из примеров осуществления изобретения проиллюстрирован на фиг. 3, изображающей поперечное сечение бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, содержащего шесть и более дугообразных сегментов и изготовленного описанным выше способом. Двигатель имеет картер 1 с закрепленными на нем и радиально расположенными в одной плоскости рабочими цилиндрами 2 и поршнями 3. Поршни 3 прикреплены к штокам 4, которые другими своими концами подвижно соединены через цилиндрические шарниры 7 рабочих коленчатых рычагов n1 с дугообразными сегментами 6, причем четное число дугообразных сегментов 6 определяет количество рабочих цилиндров 2 с поршнями 3. Эти дугообразные сегменты 6 объединены в замкнутый шарнирный многосегментный блок, который нестационарно касается своими внешними цилиндрическими поверхностями внутренней цилиндрической поверхности картера 1 двигателя. Вал 11 двигателя располагается на оси картера 1. Он образован собственно валом 11 и двумя зубчатыми колесами 10 с закругленными и перфорированными зубьями, причем вал 11 установлен на подшипниках, находящихся с обеих сторон крышек картера 1 двигателя. Оси 9 с роликами 8 двигателя, установленными на подшипниках с радиусом, равным радиусу R3 внутренних цилиндрических поверхностей сегментов 6, расположены между двумя зубчатыми колесами 10 в их перфорированных зубьях. Оси 9 роликов 8 двигателя параллельны осевой линии вала 11 двигателя и находятся на одинаковом от нее расстоянии, а количество указанных роликов 8 и соответствующее количество зубьев каждого зубчатого колеса 10 составляют половину от количества дугообразных сегментов 6 двигателя. Зубчатый синхронизатор интенсивности движения (фиг. 3) образован внутренней цилиндрической поверхностью картера 1 двигателя с вырезанными на ней внутренними зубьями 14 и разделительной линией базовой окружности K2 12, а также зацепляющимися с ними наружными зубьями 15 дугообразных сегментов 6 и разделительными линиями окружностей K2 13, причем оси цилиндрических шарниров 7 между дугообразными сегментами 6 и поршневыми штоками 4 расположены на этих делительных окружностях K2 13. Показанный на фиг. 3 бесшатунный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Усилия, создаваемые газом, входящим в состав сгорающей расширяющейся топливной смеси, воздействуют на головки поршней 3, находящихся в верхней мертвой точке. Эти усилия посредством поршневых штоков 4 передаются осям цилиндрических шарниров 7, которые соединяют штоки 4 со смежными парами дугообразных сегментов 6. Последние зацепляются своими зубьями 15 с зубьями 14 картера 1 двигателя, передавая на этот картер реакцию создаваемых газом усилий. Через свои внутренние поверхности они передают эту реакцию на ролики 8 двигателя, поскольку они опираются на них за счет односторонне направленного давления на их оси 9. Оси 9 установлены в зубьях зубчатых колес 10 вала 11 двигателя и вынуждают его вращаться вокруг своей оси. Поскольку длина разделительной линии зубчатых дугообразных сегментов 6 между каждыми двумя осями цилиндрических шарниров 7 всегда равна длине дуги 12 делительной окружности K1 (фиг. 3) картера 1 двигателя между каждыми двумя осевыми линиями f смежных цилиндров 2, то обеспечивается возможность возвратно-поступательного перекатывания без проскальзывания из одного крайнего положения дугообразных сегментов 6 в другое крайнее положение. Концы дугообразных сегментов 6, находящиеся на осях цилиндрических шарниров 7, скользят прямолинейно, совершая возвратно-поступательное движение вместе с поршневыми штоками 4 и поршнями 3 в рабочих цилиндрах 2, а вал 11 двигателя вращается в одном направлении, так что за один ход поршней 4 он поворачивается на 360/n1. Всасывание сгорающей смеси происходит в пространстве под поршнями, закрытом втулкой 5, при этом сгорающая смесь вдувается в пространство над поршнями по каналу 16. Сгоревшие газы выпускаются по второму каналу 17, причем оба канала открываются последовательно под действием поршней. Смазку подвижных элементов картера 1 двигателя осуществляют путем набрызгивания на него масла. Двигатели, в которых вместо традиционного кривошипно-шатунного механизма используется вышеописанный механизм, могут находить применение в двигательных установках и силовых машинах любых типов.-5 008033 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что количество (n1) рабочих коленчатых рычагов и ход (S) поршней в цилиндрах двигателя определяют заблаговременно, причем число (n1) коленчатых рычагов является четным и не меньше шести, помечают центр (O1) двигателя и с учетом выбранного четного числа коленчатых рычагов (n1) через этот центр (O1) вычерчивают такое же количество радиальных лучей (f1fn1), образующих между собой одинаковые центральные углы , при этом радиальные лучи представляют собой осевые линии рабочих цилиндров; с учетом выбранного четного числа коленчатых рычагов (n1), а также заданного хода (S) поршней в рабочих цилиндрах, от центра (O1) радиусом R1 вычерчивают базовую окружность K1, соблюдая следующее соотношение: лучи пересекают базовую окружность (K1) в точках (A1 An1), разделяя ее на дуги L1 равной длины в количестве (n1); вычерчивают дополнительные окружности (K2) таким образом, что их центры (О 2) лежат на радиальных лучах (f1, f3, f5), число которых является нечетным, причем количество окружностейK2 равно половине выбранного количества коленчатых рычагов (n1), радиусы (R2) всех окружностей (K2) равны половине радиуса (R1) базовой окружности (K1), причем окружности (K2) одновременно проходят через центр (O1) базовой окружности (K1) и через точки (А 1, А 3, А 5) пересечения базовой окружности(K1) с нечетным количеством радиальных лучей (f1, f3, f5), и поскольку количество окружностей (K2) равно половине количества коленчатых рычагов (n1), то количество общих точек окружностей (K1) и (K2) тоже равно половине (n1/2) этого количества (n1), эти точки (A1, A3, A5) при последовательном соединении образуют базовые хорды (A1A3, А 3 А 5, A5A1) базовой окружности (K1), причем расстояние от общих точек (B1, B2, B3) пересечения взаимно пересекающихся окружностей (K2), которые также представляют собой точки пересечения в серединах базовых хорд (A1A3, A3A5, A5A1) с четным числом радиальных лучей (f2, f4, f6), до точек пересечения этого же четного числа радиальных лучей (f2, f4, f6) с базовой окружностью (K1) в точках (A2, A4, A6) определяет значение хода S поршней, при этом соединенные цепочкой базовые хорды (A1A3, A3A5, A5A1) образуют замкнутую геометрическую фигуру, вписанную в базовую окружность (K1), причем вершины (А 1, А 3, А 5) этой фигуры делят базовую окружность (K1) на дуги равной длины (A1A2A3; А 3 А 4A5 и A5A6A1) и каждая из указанных дуг имеет длину двух дуг (L1) той же окружности (K1), или каждой полудлине базовых хорд (A1A3, A3A5, A5A1) принадлежит одна дуга (L1) от разделения базовой окружности (K1) радиальными лучами (f1f6), но половины базовых хорд (А 1 А 3,А 3 А 5, А 5A1), взятые по отдельности, являются хордами окружностей (K2) и примыкают к их дугам (L2); между длинами дуг (L1) и (L2) окружностей (K1) и (K2) существует равенство, обеспечивающее возможность возвратно-поступательного перекатывания без проскальзывания из одного крайнего положения в другое крайнее положение дуг (L2) окружностей (K2) по дугам (L1) окружности (K1), причем концы дуг(L2) окружностей (K2) скользят прямолинейно, совершая возвратно-поступательное движение по каждой из осевых линий (f1f6), на которых лежат эти концы, без схода с них или отклонения от них, перемещаясь от точек пересечения радиальных лучей (f1f6) с окружностью (K1) к общим точкам пересечения (В 1,В 2, В 3) окружностей (K2), что, в свою очередь, составляет ход (S) поршней, при этом последовательное соединение цепочкой концов дуг (L2) окружностей (K2) образует замкнутую геометрическую фигуру с дугообразными сегментами (6), причем взаимно соединенные концы сегментов (6) сформированы с помощью осей в виде цилиндрических шарниров (7) этого шарнирного многосегментного блока, дуги (L2) окружностей (K2) (13) образуют внешние цилиндрические поверхности дугообразных сегментов (6), а базовая окружность (K1) (12) образует внутреннюю цилиндрическую поверхность картера (1) двигателя,по которой совершают возвратно-поступательное перекатывание дугообразные сегменты (6) шарнирного многосегментного блока, при этом штоки (4) поршней подвижно соединены с осями цилиндрических шарниров (7) данного деформирующегося шарнирного многосегментного блока, а своими другими концами штоки (4) прикреплены к поршням (3), причем от центров (О 2) (9) окружностей (K2) (13) с радиусами (R3) меньше радиусов (R2) окружностей (K2) (13) вычерчивают окружности (K3) (8'), ограничивающие внутренние цилиндрические поверхности дугообразных сегментов (6), по которым перекатываются ролики (8) двигателя, установленные своими осями (9) на зубчатых колесах (10) вала (11) двигателя. 2. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, изготовленный способом по п.1 и содержащий картер с радиально закрепленными на нем и лежащими в одной с ним плоскости рабочими цилиндрами,в которых размещены поршни, отличающийся тем, что число коленчатых рычагов (n1) двигателя не меньше шести и является четным, причем поршни (3) прикреплены к штокам (4), которые своими другими концами подвижно соединены посредством цилиндрических шарниров (7) с дугообразными сегментами (6), при этом четное число дугообразных сегментов (6) определяет количество рабочих цилиндров (2) с их поршнями (3), и эти дугообразные сегменты (6) образуют замкнутый шарнирный многосегментный блок, который нестационарно касается внешними цилиндрическими поверхностями своих дугообразных сегментов (6) внутренней цилиндрической поверхности картера (1) двигателя, при этом вал(11) двигателя находится на оси картера (1) и образован собственно валом с двумя зубчатыми колесами(10) с закругленными и перфорированными зубьями, причем вал (11) установлен на подшипниках в крышках картера (1), а между двумя зубчатыми колесами (10), в их перфорированных зубьях, установлены оси (9) с роликами (8) двигателя, выполненными на подшипниках; оси (9) параллельны осевой линии вала (11) двигателя и находятся на одинаковом от нее расстоянии, наружный диаметр роликов (8) равен внутреннему диаметру дугообразных сегментов (6), а количество роликов (8), их осей (9) и количество зубьев каждого зубчатого колеса (10) равно половине количества коленчатых рычагов (n1) двигателя. 3. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, изготовленный способом по п.1, отличающийся тем, что в нем используется зубчатый синхронизатор мощности, образованный внутренней цилиндрической поверхностью картера (1) двигателя с вырезанными на ней внутренними зубьями (14) с разделительной линией базовой окружности K1 (12) и зацепляющимися с ними внешними зубьями (15) дугообразных сегментов (6) с разделительными линиями окружностей K2 (13), причем оси цилиндрических шарниров (7) между дугообразными сегментами (6) и штоками (4) поршней находятся на делительных окружностях (13) дугообразных сегментов (6) шарнирных многосегментных блоков, а диаметры делительных окружностей (13) этих сегментов (6) равны половине диаметра делительной окружности (12) картера (1) двигателя вне зависимости от четного числа (n1) коленчатых рычагов двигателя.
МПК / Метки
Метки: этого, двигатель, внутреннего, двигателя, бесшатунный, сгорания, способ, изготовления
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-8033-besshatunnyjj-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya-i-sposob-izgotovleniya-etogo-dvigatelya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания и способ изготовления этого двигателя</a>