Высокоэффективный бесшатунный преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно

Научно-технические статьи, патенты,
технологии, изобретения, инновации

Высокоэффективный бесшатунный преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно

На главную страницу

СРАВНЕНИЕ   ЭФФЕКТИВНОСТИ   ПРЕОБРАЗОВАНИЯ   ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО   ДВИЖЕНИЯ   ВО   ВРАЩАТЕЛЬНОЕ   ИЗОБРЕТЕНИЯ   И   КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО   МЕХАНИЗМА 

В соответствии с приведенными на рисунке обозначениями

применительно к двигателю внутреннего сгорания эффективность передачи усилия от

поршня 4 к валу 2 или наоборот через кривошип (колено коленвала) 1 и шатун 3 кривошипно-шатунного механизма

зависит от углов α и β, образуемыми между коленом 1 и шатуном

3 и между шатуном 3 и перпендикуляром к направлению движения поршня 4

соответственно. Максимальная передача этого усилия будет в таких фазах вращения

вала 2 когда эти углы будут прямыми (90 градусов) и направление шатуна 3 в

пространстве совпадает с направлением возвратно-поступательного движения поршня

4, а колено 1 перпендикулярно шатуну 3. Однако в течение всего оборота вала 2

вокруг своей оси такого не происходит поскольку когда один из этих углов

становится прямым, второй не равен прямому. Максимальная передача усилия от

поршня 4 к валу 2 или наоборот происходит только в двух отдельных фазах вращения вала 2,

находящимися между мёртвыми точками. А в мёртвых точках (когда угол α=0/180

градусов, а β=90 градусов) эффективность передачи усилия равна нулю. В

остальных фазах вращения вала 2 эффективность передачи усилия находится между

максимальным и минимальным значениями.

      По мере увеличении длины шатуна 3 относительно длины колена 1 углы α и β в отдельных фазах вращения вала 2 одновременно приближаются к прямым. Если за нулевую фазу вращения вала 2

принять верхнюю мёртвую точку, то при условном бесконечном отношении длины

шатуна 3 к длине колена 1 усилие в фазах вращения 90 и 270

градусов передаётся полностью (эффективность передачи равна 100%), т.е. углы

α и β являются прямыми. Такой вариант кривошипно-шатунного механизма

принят для сравнения его эффективности преобразования

возвратно-поступательного движения во вращательное с эффективностью изобретения. Зависимость эффективности передачи усилия

поршня 4 к валу 2 или наоборот от фазы вращения вала 2 для такого варианта конструкции

кривошипно-шатунного механизма приведена на следующем графике (за нулевую фазу

вращения вала 2 принята верхняя мёртвая точка):

      Залитая

цветом фигура на рисунке является внутренней областью линий эффективности

преобразования, т.е. фигурой, отражающей эффективность (фигурой эффективности).

Как видно из рисунка эффективность передачи усилия поршня 4 к валу 2 или наоборот

максимальна в двух фазах вращения вала 2, равных 90 и 270 градусов и равна нулю

в двух других фазах вращения вала, равных 0 и 180 градусов (верхняя и нижняя

мёртвые точки).

      У

идеального преобразователя усилие от поршня 4 к валу 2 или наоборот передаётся полностью (с

эффективностью 100%) во всех фазах вращения вала 2 и данный график идеального

преобразователя выглядит как полностью залитый цветом круг с радиусом 100%. То

есть чем эффективнее преобразователь возвратно-поступательного движения во

вращательное, тем больше площадь залитой цветом фигуры эффективности и тем

больше форма этой фигуры приближена к кругу. Поэтому для сравнения

эффективности преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное

изобретения и кривошипно-шатунного преобразователя необходимо вычислить площади

фигур эффективности у каждого из них и соотнести эти площади друг с другом.

      Таким образом

кривошипно-шатунный механизм обладает эффективностью всего лишь 50% от максимально возможной для устройства данного типа,

а идеальный преобразователь возвратно-поступательного во вращательное превосходит по эффективности кривошипно-шатунный механизм на 100%.

Под коэффициентом формы изобретения подразумевается

вариант конструктивного выполнения изобретения, влияющего на его эффективность

работы, в частности отношение прямого угла к величине угла вращения вала, в течение которого эффективность преобразования видов движения изменяется от минимальной до максимальной. Чем больше этот коэффициент, тем эффективнее изобретение. Таких

вариантов реализации изобретения в отличие от кривошипно-шатунного

преобразователя может быть множество.

Как видно из графика площадь залитой

цветом фигуры эффективности, относящейся к изобретению, значительно превышает

площадь фигуры кривошипно-шатунного преобразователя и равна:

(3π/4) / (π/2)  = 1,5 раза, т.е. на  50%!!

Таким образом, эффективность преобразования усилия

возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала у

созданного рабочего демонстрационного образца изобретения превышает

эффективность кривошипно-шатунного механизма на 50%!!

Еще большей эффективности изобретения

можно добиться, выполнив его конструкцию с большими значениями коэффициента

формы. Так, например, у изобретения с коэффициентом формы = 6 соответствующая

площадь фигуры эффективности:

(11π/12) / (π/2)  = 1,833 раза,

То есть эффективность передачи усилия от

поршня к валу у изобретения с коэффициентом формы = 6 превосходит эффективность

кривошипно-шатунного преобразователя на 83,3%!!!

      Теоретический

запас превосходства эффективности передачи усилия от поршня к валу у изобретения

с максимальным коэффициентом формы по отношению к эффективности

кривошипно-шатунного преобразователя составляет 99,9%.

Коэффициент формы влияет только на формы

деталей механизма изобретения и никаких конструктивных или функциональных

ограничений и никаких дополнительных экономических затрат для изготовления

изобретения с высокими значениями коэффициента формы нет.

      Таким

образом, в случае применения изобретения в двигателе внутреннего сгорания

вместо кривошипно-шатунного механизма изобретение позволит передавать

дополнительное усилие от поршня к вращающемуся валу двигателя, что позволит при

том же расходе горючего существенно увеличить мощность двигателя, либо позволит

уменьшить объём цилиндра и поршня и существенно уменьшить расход горючего (бензина)

при той же мощности двигателя.


ИЗОБРЕТЕНИЕ   ПРЕДЛАГАЕТСЯ   К   ВНЕДРЕНИЮ   И   КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ.

СОЗДАВАЙТЕ   НА   ОСНОВЕ   ИЗОБРЕТЕНИЯ   ТЕХНИКУ,   ВЫВОДИТЕ   ЕЁ   НА   РЫНОК,   И   ДЕЛАЙТЕ   ДЕНЬГИ !

Обращайтесь:

  techs@front.ru

На главную страницу

Поделиться статьёй с друзьями:

Другие статьи раздела "Двигателестроение ":

  1. 07.10.14 Высокоэффективный бесшатунный преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно
  2. 09.12.13 Устройство ротора и принцип работы движителя
  3. 09.12.13 Аппарат магнитного вращения
  4. 09.12.13 Вечный электромагнитный двигатель-генератор с электромагнитом на статоре и магнитом на роторе
Страницы: 01 02 03