Двигатели стирлинга

Ромбический привод

Ромбический привод был изобретен сотрудником фирмы «Филипс» Мейером для использования в одноцилиндровом дви­гателе компоновочной модификации бета типа показанного на рис. 1.18. Эта конструкция механизма привода позволяет до­биться идеальной балансировки. Ромбический привод является усовершенствованной формой балансира Ланчестера (XIX в.) [47], показанного на рис. 2.29 для четырехцилиндрового дви­гателя с рядным расположением цилиндров. Силы разбаланса вызывают силу вибрации Fs, действующую в центре тяжести двигателя. Балансир Ланчестера расположен таким образом, что точка контакта двух зацепленных шестерней, являющихся главными элементами устройства, находится точно под осью двигателя. Эти шестерни вращаются в противоположных на­правлениях п перемещаются относительно вала кривошипа с

Рис. 2.29. Балансир Ланчсстера и его использование в двигателе [47, 50]

Помощью косозубого колеса, как показано на рис. 2.29. Обе шестерни снабжены эксцентрическими массами. Результирую­щая сила инерции вращающихся масс уравновешивает силу разбаланса Fs- Сила, которую нужно уравновесить в данном случае — это результирующая сил инерции четырех поршневых механизмов. Однако с точки зрения действия балансира без­различно, является ли двигатель одноцилиндровым или много­цилиндровым. Следовательно, силу разбаланса одного поршня можно уравновесить, применяя принцип Ланчестера. Однако, поскольку в цилиндре движутся два поршня, задача решается не столь же просто, так как теперь в возвратно-поступательном движении участвуют две массы, причем фазы их движения различны. Теперь потребуются два балансира, чтобы уравно­весить оба поршня, и некоторая передача, чтобы требуемым об­разом привести в движение оба поршня. Ромбический механизм привода Мейера является элегантным практическим осуществ­лением этого принципа. Ланчестер также решил эту задачу для обычного двигателя (рис. 2.29) [50].

Математическое описание динамики ромбического привода довольно громоздко и запутанно, но этот вопрос очень ясно из­ложен в докторской диссертации Мейера [49]. Теоретический вывод условий балансировки представлен в приложении Б. Чтобы понять принципы балансировки ромбического прнводного механизма, вернемся к рис. 1.18, на котором можно видеть, что этот механизм состоит из двух кривошипов и соединяющих их рычажных передач, смещенных относительно оси двигателя; кривошипы вращаются в противоположных направлениях и свя­заны двумя синхронизирующими шестернями. Рабочий поршень прикреплен к верхней траверсе, а вытеснительный — к нижней. Все соединительные рычаги имеют одинаковую длину, образуя ромб, н механизм обеспечивает полную симметрию в любой мо­мент времени рабочего цикла. Если массы поршней и связан­ных с ними возвратно-поступательно движущихся деталей рав­ны, то центр тяжести ромба всегда будет расположен в его геометрическом центре, и, когда приводной механизм вращает­ся, центр тяжести перемещается вверх вдоль линии хода. Силы инерции, возникающие при этом движении, можно компенси­ровать, добавляя к каждой распределительной шестерне вра­щающуюся массу, равную массе поршня, так, чтобы их центры тяжести периодически перемещались в направлении, обратном направлению движения центра тяжести ромба, и положение центра тяжести всей системы оставалось неизменным. Таким образом достигается идеальная балансировка сил инерции, на­правленных по вертикали. Чтобы выполнить эти требования, необходимо достаточно точно определить положение уравнове­шивающих масс и их величину, как описано в приложении Б. Ввиду характерной симметрии системы сумма сил инерции в горизонтальном направлении равна нулю и сумма моментов, обусловленных этими силами, также равна нулю.