CC BY
111
УДК 629.7.03
БЕСШАТУННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ДЕЗАКСИАЛЬНЫМ МЕХАНИЗМОМ
В. О. Рутковский*, М. А. Рутковская
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: jbiplane@gmail.com
Предлагается модификация хорошо известного механизма Парсонса. Основное отличие состоит в смещении осей цилиндров относительно коленчатого вала. Данная модификация уменьшает потери на трение и уровень вибрации двигателя.
Ключевые слова: бесшатунный двигатель, дезаксиальный механизм, потери на трение, уровень вибраций.
DESAXIAL CONRODLESS ENGINES MECHANISM
V. O. Rutkovskiy*, M. A. Rutkovskaya
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: jbiplane@gmail.com
In this paper proposes modification of well-known Parsons mechanism. The main difference is the offset of cylinder axes relative to the crankshaft. It significantly reduces friction losses and engine vibration levels.
Keywords: desaxial crank mechanism, displacement of cylinder axes, friction loses, vibration level.
В 1877 году Парсонсом был изобретен, запатентован и изготовлен паровой 4-цилиндровый двигатель с нестандартным механизмом преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала. Однако в дальнейшем изобретатель сконцентрировался на паровых турбинах и практически создал турбостроение.
В дальнейшем, во многих странах были предприняты попытки сделать бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. Например, в 1912 был сделан французский двигатель Бурлет. В СССР с 1937 по 1951 годы двигатели с модифицированным механизмом Парсонса пытался создать Сергей Степанович Баландин.
В данной работе предложен модифицированный механизм Парсонса и проведено его сравнение с одним из вариантов двигателя Баландина.
В настоящее время основным типом двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются поршневые двигатели с кривошипно-шатунным механизмом. Одним из недостатков кривошипно-шатунного механизма является наличие относительно большого бокового усилия поршня на стенку цилиндра, приводящее к потерям на трение. Предпринимались многочисленные попытки уменьшить, а то и свести к нулю это усилие [1-5]. Наиболее известным за рубежом являются различные варианты механизма Парсонса (рис. 1а, 16). В СССР были предприняты попытки разработать и произвести альтернативные механизмы преобразования поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала (рис. 1в). [3].
Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»
в
Бесшатунные механизмы: а - бнротатнвный Парсонса, б - с эксцентриками - Б880-Сго88, Великобритания 1970, в - с направляющими скольжения Баландина [1]
В механизм Баландина к варианту Парсонса были добавлены направляющие скольжения для полной разгрузки поршней от бокового давления на стенку цилиндра - позиция 7 (рис. 1, в).
Был смоделирован механизм, позволяющий работать как в варианте Баландина, так и Парсонса. Все цилиндры смещены относительно коленвала на некоторую величину е (рис. 2). Была разработана методика расчёта усилия поршня на стенку цилиндра или направляющюю скольжения под действием газодинамических и инерционных нагрузок.
Рис. 2. Предлагаемый дезаксиальный бесшатунный механизм Парсонса: a-cxeMa механизма, б- боковые усилия, синий график услиие в варианте Баландина, красный в варианте Парсонса без смещения, фиолетовый в предлагаемом нами безаксиальном механизме Парсонса
При компьютерном моделировании бесшатунных механизмов было показано, что на максимальных оборотах, типичных для поршневого шатуного двигателя силы инерции бесшатунного механизма многократно превышают газодинамические силы из-за выросшей массы подвижных деталей, что может привести к несколько большим механическим потерям, чем у шатунных механизмов. Однако, дстоинством подобной схемы можно считать полную динамическую балансировку и, как следствие, низкий уровень вибрации. Как показано, на рис. 2 боковые усилия на поршень в варианте Парсонса кратно меньше усилия на направляющие в варианте Баландина. Для малогабаритных двигателей применение схемы Парсонса представляется более целесообразным. Предлагаемое нами смещение осей цилиндров в бесшатунных механизмах, выполненных как в варианте Парсонса, так и Баландина, аналогично применяемому в поршневых двигателях с кривошипно-шатунными механизмами, значительно уменьшит потери и обеспечит более равномерное распределение крутящего момента.
Библиографические ссылки
1. Norman H. Beachley, Martha A. Lenz. A Critical Evaluation of the Geared Hypocycloid Mechanism for Internal Combustion Engine Application // SAE Transactions. 1988. Vol. 97, Section 6. P. 1231-1242.
2. Design of a Modified Hypocycloid Engine / David M. Ruch, Frank J. Fronczak, Norman H. Beachley // SAE Transactions. 1991. Vol. 100, Section 3. P. 1547-1564.
3. Баландин С. С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972. 176 с.
4. Bell A. G. Two-Stroke Performance Tuning (2nd Edition). HAYNES MANUALS INC, Newbury Park, United States, 1999. 271 p.
5. Двигатели внутреннего сгорания: Сборник статей / Московское высшее техническое училище им. Н. Э. Баумана; под общей редакцией А. С. Орлина. Москва: Машгиз, 1954. 148 с.
© Рутковский В. О., Рутковская М. А., 2020
