CN1006922B - 直线运动——回转运动转换器 - Google Patents

Abstract

一种直线运动—回转运动转换器。它包括第一零件和可转动的第二零件以及联接这两个零件的联接装置。第一零件可以是活塞形式，并可沿着一导向件作直线运动，联接装置包括一个连接轴，它相对于第一零件的轴心线偏心安装，第一联接装置把第一零件联接到连接轴上，这样第一零件的轴向往复运动将引起该连接轴的轨道运动。第二联接装置把该连接轴联接到第二零件上，这样该连接轴的轨道运动将引起第二零件的旋转运动。

Description

本发明涉及一种用于将直线运动与回转运动相互转换的装置。本发明的原理可用于流体发动机或马达，特别适用于使轴产生旋转运动的装置以驱动车辆、农业机械、和固定的装置如泵、热交换器、发电机等。

这种发动机或马达特别适用以多种流体进行运行，实际上可以用任意可膨胀的流体进行运行，而不管是否要求事先点火。这样，本装置就可以用压缩的或加压的流体如可膨胀的空气、水蒸汽或氮气运行;另一方面，这种马达又可以用流体如汽油、煤气，其它碳氢化合物或类似的燃料运行，这些燃料需要点火，以产生必要的膨胀。反过来，当本发明的装置作为泵运行时，它可以用于抽吸或压缩液体和气体。

在澳大利亚第501555号专利说明书中描述的一种流体装置包括：一个气缸件，至少两个可在气缸中轴向运动的相互对置的活塞件，一个位于所述气缸件内部的一个工作室，它是由所述活塞件的相对的两个端面与所述气缸件的内壁形成的，所述气缸件带有与所述工作室相通的进出口装置，以便分别使工质流向所述工作室或从所述工作室排除用过的工质;一个同轴地穿过所述活塞件和所述气缸件的共轴件;一个把该活塞件与其它提到过的零件中的一个零件相连接的第一联接装置，这样该活塞件的轴向往复运动将引起该活塞件相对所述其它提到过的零件中的一个零件转动;一个把该活塞件与其它提到过的零件相连接的第二联接装置，可防止该活塞件与其它提到过的零件中的所述另一个零件发生相对转动，同时却允许该活塞件作轴向往复运动;和所述工作室中的阀装置，所述工作室与相对气缸件转动的所 述轴件相接，该阀装置控制着通过所述进出口装置进入和流出所述工作室的工质的流动。该说明书公开的实施例中，第一联接装置至少有一个形成在该活塞件和该气缸件一个表面内的连续正弦形导轨，在该气缸件或活塞件的一个端面上分别至少装有一个相关的凸轮从动机构，该机构从那里伸出并与导轨啮合;这些实施例中的第二联接装置，至少有一个形成在该活塞件或该轴件一个表面内的轴向延伸的导轨，并至少有一个分别装在该活塞件或该轴件的一个端面上的相关的凸轮从动机构，该机构从那里伸出并与导轨啮合。在另外一些实施例中，第一和第二联接装置的排列被颠倒，其中第一联接装置至少有一个形成在该活塞件或该轴件一个表面内的连续正弦形导轨，并至少有一个分别装在该轴件或该活塞件的一个端面上的相关的凸轮从动机构，该机构从那里伸出并与导轨啮合;而第二联接装置至少有一个形成在该活塞件或该气缸件的一个表面内的轴向延伸的导轨，和至少有一个分别装在该气缸件或活塞件的一个端面上的相关的凸轮从动机构，该机构从那里伸出并与导轨啮合。

本发明的一个任务是提供一种改进的直线运动一回转运动转换器，它的结构相对简单，而且更有效。

根据本发明的直线运动一回转运动转换器包括，一个第一零件和一个导向件，所述第一零件有一个轴心线并适于在所述导向件内或沿所述导向件在所述轴心线方向作直线运动，一个适于作回转运动的第二零件，将所述第一和第二零件相互连接起来的联接装置，以使一个所述零件自身的直线运动导致另一个所述零件相应的转动，所述联接装置具有一个与所述第一零件的轴心线偏心安装的连接轴，把所述第一零件连接到所述连接轴上的第一联接装置，这样所述第一零件的轴 向往复运动将引起所述连接轴的轨道运动或所述连接轴的轨道运动将引起第一零件的轴向往复运动，和把所述连接轴连接到所述第二零件上的第二联接装置，这样所述连接轴的所述轨道运动将引起所述第二零件的转动或所述第二零件的转动将引起所述连接轴的轨道运动。

第一联接装置最好有一个与作轴向往复运动的第一零件连接在一起的一个轴套，该轴套又联在连接轴上并相对该连接轴作轴向往复运动，以及有至少一个在该轴套和一个固定支座之间延伸的连杆件，该万向支座的位置可根据需要进行调整。

第二联接装置最好装有一个绕一轴线转动的圆盘状零件，连接轴与该轴线偏心地装在圆盘状零件上，第二零件连接在该圆盘状零件上。

第一联接装置的一种形式为，一组在轴套和各相应的固定支座间延伸的连杆件，每个连杆件最好用枢轴连接到所述轴套和允许有限万向运动的支座上。

第二零件的一种方案是，与圆盘状零件同轴可运转地相连接，第二零件的另一种方案是，经向偏置在圆盘状零件轴心线的一方，并通过传动装置联接在圆盘状零件上，圆盘状零件最好有一个圆周齿轮部分，以与可运转地连接在第二零件上的另一个齿轮啮合。

第一零件最好由活塞构成，导向件最好由气缸构成，气缸中有工作室，进口和出口装置与该工作室相通，以便工质从那里流入和排出，第一零件的一种最好形式是在气缸内部设置两个活塞，在所述两个活塞之间形成一个单工作室。

该装置进一步还可以包括一个润滑系统和（或）冷却系统，它有一条布置在连接轴和第二联接装置内部，用以从转换器外部向第一零件输送润滑剂和（或）冷却剂的输送通道，这样，连接轴的轨道运动将有助于在第一零件或它周围所选定的部位分配流体，该流体可通过 抽吸作用或离心力而循环。

本发明进一步的特征，可以结合附图从下述最佳实施例的叙述中，将能更清楚地理解。

附图中的图1是按照本发明构造的马达的第一个实施例的纵剖面图（沿图2Ⅰ-Ⅰ线剖面）;

图2是沿图1Ⅱ-Ⅱ线的横剖面图;

图3是按照本发明构造的马达的第二个实施例的纵剖面图;

图4是本发明的一个装置的透视图;

图5是单个活塞、连接轴和中间纵向局部剖开的它们的中间联接件的局部示意透视图;

图6以一个部分剖开的局部示意图说明两个连杆的应用，它们位于与活塞相联接的连接轴上的轴套和发动机或泵壳上的相应的连杆安装座之间。

有些结构要素图上没有表示出来，例如气缸内为安装适当阀件的孔，这些孔用于与每个工作室18、19相通，以向每个工作室输送工质，然后从那里把工质排出。工质可以是压力流体（例如，压缩气体如空气或水蒸汽，或是被加压的液体如液压油），也可以是点火膨胀的燃烧气体，在后一情况，每个工作室也可以装置一个某种已知类型的适当的点火装置。

轴20在气缸12内偏心地延伸，並偏心地安装在圆盘状零件21和22的内端面上。输出轴23和24同轴地固定在圆盘状零件21和22的外端面上，並用适当的轴承支承在气缸12端壁25、26内，以便转动。

每一个活塞14、15、16、17都联接在轴20上，这样， 这些活塞的轴向往复运动将导致该轴在气缸12中作轨道运动。如图1和图2所示这个联接件包括轴套27、28、29，它们套在轴20上，並可在轴上往复运动。应提起注意的是，当活塞14和17分别装在轴套27和29的一端时，活塞15和16已被装在单个套筒28的两端，以保证这些活塞能协调一致地运动。于是，工作室18内的工质的膨胀将使活塞14和轴套27从图1所示的位置向右运动，使活塞15和轴套28从图1所示的位置向左运动，这个运动使活塞16也向左运动而活塞17和套筒29向右运动，这样就将已经作过功的工质从室19中排出，並造成圆盘状零件21和22随作轨道运动的轴20转动和下面将要描述的输出轴23、24的转动。

往复运动的连杆臂27A、28A和29A使圆盘状零件21和22转动沿轴20作轴向运动的轴套27、28和29，这些连杆臂分别穿过气缸12上的纵向槽30、31和32，每个连杆臂的一端分别枢接在轴套27、28和29上，其另一端枢接在位于纵向延伸的机壳33内的气缸12外部的一个固定点上（如果需要，所述实施例可以改成使这个固定点位于气缸12的内部）。从图2可以看出，每个连杆臂27A、28A和29A是装在机壳33内的，不仅沿气缸轴线往复运动，而且它们在横向是装了枢轴的。还可以看出，由于连杆臂的存在，每个轴套受到轴20方向的轴向力作用时，该轴将被迫作轨道运动，例如图2中箭头A所示的方向那样，因此圆盘状零件21和22和输出轴23和24将转动。

如果需要，机壳33或气缸12中的每个连杆臂27A、28A和29A的枢接点可以改变。这又起到改变这些活塞上、下死点位置，从而改变工作室中压力的作用。此外，改变这些连杆臂的长度还可以 使冲程的行程按要求进行选择。

图3中的流体马达，在许多方面与图1和图2中的马达相似。它包括气缸112，可轴向运动的活塞114、115、116、117和所形成的工作室118、119。然而，在本实施例中，四个轴120、121、122、123与气缸112偏心，而轴套124、125、126、127可各自在对应的轴上进行轴向往复运动。这些轴套中的每一个都有一个装在其上的对应的活塞114、115、116、117。每个对应的活塞和轴套可以是一个整体。连杆臂128、129、130、131是用枢轴装在对应的轴套和外部枢接点上的，並在它们之间延伸，这已在图1和图2中详细表示出来。然而，从图3可以看出，轴120、121、122、123分别被偏心地固定在一个对应的齿轮132、133、134、135上的一个端面上，安装这些齿轮是为了在气缸112中形成转动。圆盘状零件132、133、134、135通过气缸112壁上的相应孔与装在外部输出轴137上的外齿轮136啮合。这样通过由于工作室118、119的膨胀或收缩造成的活塞114、115、116、117和轴套124、125、126、127的轴向运动，和连杆臂128、129、130、131的作用，而产生的轴120、121、122、123的轨道运动将传给输出轴137，使它也产生旋转运动。

如果需要，相当于图3中的输出轴137的外部输出轴可以加到图1和图2的实施例中，这样的轴可以安装在例如与机壳33相对的气缸12的一侧。同样，相当于图1中的轴20的通轴，根据需要，也可以加到图3的实施例中，代替半轴120、121、122、 123。

图4所示的实施例包括，气缸112，两个活塞114和115，在这两个活塞间形成一个工作室。活塞114和115到输出轴137的中间连接是相同的，因此只说明与活塞114有关的零件。活塞114连接在一个在连接轴120上可以往复运动的偏心轴套124上，而连接轴120又与圆盘状零件132相连。连杆件128在轴套124和安装点之间延伸，安装点位置固定，但允许连杆件128相对安装点能作有限的万向运动。圆盘状零件132有一个外齿部分，它与齿轮138啮合，而齿轮138又与轴137连接在一起。图4所示装置的工作原理与前述相同。使工质进入工作室並从位于两个活塞之间的工作室中排出，这样就将动力传递到输出轴137。

图5为一个带有可轴向运动的活塞14的气缸12。活塞14的端面或活塞冠与第二活塞15的端面或活塞冠15A及气缸12的内壁一起，在气缸12内部形成了一个工作室19。这种装置与图4中的装置基本相同。图5所表示出的发动机部分的其它构件都具有本说明书前面所述的一样的特征，因而没有必要进一步解释。这些构件是，与气缸12偏心的轴20、轴套29、圆盘状零件21，输出轴24，机壳33，连杆臂或连杆27，气缸12上的槽30，和具有连接到机壳33上的轴35的枢轴支座装置34。根据前面的叙述，具有这些特征的发动机或泵的工作情况是清楚的。

如图所示，在轴24、圆盘21和轴20内部至少有一条通道（图5中表示的是一个单通道40），流体通过该通道进入活塞14背部与圆盘21之间的气缸12的区段和（或）进入到发动机的其它 部分。为了使流体进入到活塞14和圆盘状零件21之间的区域，在轴20和包住它的轴套29上至少有一个孔41，以便提供一个使流体流出通道40的通路。

流过通道40的流体通常是润滑剂（如油）、冷却剂或是也冷却发动机活塞的气体。

如果该流体是油，它通常经槽30流入位于机壳33底部的发动机油槽中。如果是气体，它也是经过槽30流出气缸12，通过机壳33上的孔或阀门排向大气。如果机壳33内部的气体压力高于大气压，则通过阀门向大气排气。

如果该流体只是用于冷却活塞，则孔41可以不要，流体将通过与通道40相通的孔42输送到活塞14的内腔14B。冷却流体通过下列通道流出内腔14B：（a）、走向与通道40平行的第二通道，（b）、活塞背部的至少一个孔43，或（c）活塞侧壁上靠张紧活塞环后方的至少一个孔（图上没有画出）。可以看出，在一些应用场合，活塞环並不是必需的。如果冷却剂是，或含有也起润滑作用的油，它将通过位于张紧活塞环后方，但在刮油环或给油环（如果有的话）前面，活塞14侧壁上的至少一个孔流出空腔14B。孔43可以装置一个阀门，以便控制通过该孔的冷却剂流量。在另一方案中，该孔可以没有，从而可对冲击起缓冲作用。

流体可以通过通道40用泵抽吸，或通过单向阀门与活塞14的往复运动的共同作用通过通道40循环流动，或只通过活塞14的往复运动而循环流动。如果流体必须流经一个以上的通道，或在一个方向流经一个通道而在相反方向流经另一通道，也可采用同样的方案。如果使用单向阀，则它们可以设置在流体通道中的任意适当位置。

图6所示的装置为一种改型转换器，连接每个轴套29的是一组连杆或连杆臂50。应提起注意的是，安装在轴20上的轴套29与轴20之间不会相对转动，这样轴20就不必是圆形横截面，轴20的截面的周线可以是圆形，但要有一个或几个取代圆弧的弦线，或是椭圆，或是六边形，或是任一种别的多边形，或（一般地说）是某种连续或间断的圆锥形截面。理想的是，与连杆一端相连的连接件可以在其上移动的支承表面23具有圆形横截面，而采用的轴20具有非圆横截面，轴的一端安置在活塞14背部的一个小孔内，防止活塞转动时，活塞14的侧面碰到气缸12的内壁。远离轴套29的连杆臂50的另一端连接在相应的与轴杆55相连的枢轴安装点上，而轴杆55则安装在机壳33上。

在另外一个实施例（在图中没有表示出）中，是通过在气缸212的外表面附加一个（或一组）支架，来分别对每个连杆55提供一个支座。该支架至少具有一个能安置连杆55端部的支承点。

使用两个或多个连杆55，可以改善发动机运行的平稳性。

可以包含在上述类型的发动机和泵中的另一个特征是，将相对的一对活塞14、15的轴20、20A（见图5^＊）安装成明显地不同心。更好是将轴20和20A这样安装，使它们的轴线位于通过气缸12轴线的不同经向平面上，最好是将轴20和20A安装在气缸12的径向平面内，它们相隔180°（即都位于气缸12的直径平面内）。

包含在这种类型的发动机或泵中的另一个特征是，相对的活塞活塞冠或端面的形状构成。在发动机情况下，可使燃气（或燃烧的烟气或其它类型的燃烧气）产生最大的紊流和涡流;在泵情况下，可使气体、液体或悬浮液产生最大的紊流和涡流。

Claims (12)

1、一种直线运动-回转运动转换器，包括一个具有轴心线，并适用于在所述轴心线方向作直线运动的第一零件(14、15、16、17、114、115、116和117)，一个适用于作旋转运动的第二零件(23、24、137)联接所述第一和第二零件的联接装置，使一个所述零件自身的直线运动引起另一所述零件相应的转动，其特征在于，所述的联接装置包括偏心于所述第一零件轴心线安装的连接轴(20、120、121、122、123)，把第一零件联接到所述连接轴上的第一联接装置(29、29A、28、28A、127、131)，这样，第一零件的轴向往复运动将引起所述连接轴的轨道运动，或所述连接轴的轨道运动将引起第一零件的轴向往复运动，把所述连接轴联接到所述第二零件上的第二联接装置(21、22、132、133、134、135)，这样，所述连接轴的轨道运动将引起所述第二零件的转动或所述第二零件的转动将引起所述连接轴的轨道运动。

2、根据权利要求1所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于，还具有一个导向件（12、112），所述第一零件在其内部或沿着它运动。

3、根据权利要求1所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于所述第一联接装置有一个连接在第一零件上的一个轴套，以便第一零件作轴向往复运动，所述轴套又与所述连接轴相联并可相对该轴作轴向往复运动，和至少一个在所述轴套和一个固定支座之间延伸的连杆件。

4、根据权利要求1、2或3所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于所述第二联接装置装有一个绕一个轴心线转动的圆盘状零件，所述连接轴偏离所述轴心线地联接在所述圆盘状零件上，所述第二零件可运转地连接在所述圆盘状零件上。

5、根据权利要求2所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于所述第一联接装置有一组在所述轴套和各相应固定支座之间延伸的连杆件。

6、根据权利要求5所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于每个所述连杆件是用枢轴联接在所述轴套和所述支座上，该支座允许有限的万向运动。

7、根据权利要求4所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于所述第二零件同轴地连接在所述圆盘状零件上。

8、根据权利要求4所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于所述第二零件是通过传动装置与所述圆盘状零件径向偏移可运转地联接的。

9、根据权利要求8所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于所述圆盘状零件具有用于与可运转地连接在所述第二零件上的另一个齿轮相啮合的圆周齿轮部分。

10、根据权利要求8中所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于所述第一零件由活塞构成，所述导向件由气缸构成，气缸中有工作室，进口装置和出口装置与所述工作室相通，以便输入和排出所述工质。

11、根据权利要求10所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于所述第一零件由两个位于所述气缸内的活塞组成，在所述两个活塞间形成一个单工作室。

12、根据权利要求1所述的直线运动一回转运动转换器，其特征在于它还具有一个润滑和（或）冷却系统，该系统有一条位于所述连接轴和所述第二联接装置内的，用于从转换器外部向所述第一零件输送润滑油和（或）冷却剂的通道，这样，所述连接轴的轨道运动有助于在所述第一零件上或环绕它的选定部位上分配流体。

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