CN101655156B - 曲柄圆滑块机构的活塞及其内燃机、压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲柄圆滑块机构的活塞，包括冠部和与所述冠部固定连接的活塞座；在所述活塞座上设置有圆滑块容置孔；其中，在所述圆滑块容置孔端面边缘且经过所述活塞座腰部的区域还设置有加强肋，所述加强肋以可拆装方式装配于所述活塞座上。本发明的活塞在尽量少增大体积或重量的条件下，腰部具有较大的强度或刚度。本发明还提供一种内燃机和压缩机。本发明的内燃机和压缩机在尽量少增大往复运动质量的前提下，其中的活塞的腰部具有较大的强度或刚度。

Description

曲柄圆滑块机构的活塞及其内燃机、压缩机

技术领域

本发明涉及活塞，具体涉及一种曲柄圆滑块机构的活塞。本发明同时还涉及一种内燃机和压缩机。 

背景技术

传统的内燃机或压缩机都是采用曲柄连杆机构实现活塞的往复运动和曲轴的旋转运动之间的转换。其中，在内燃机中是往复运动到旋转运动的转换，而压缩机是旋转运动到往复运动的转换。然而，在曲柄连杆机构中，由于连杆的存在，曲柄连杆机构的内燃机或压缩机具有体积庞大、笨重，平衡性能差等缺陷。 

为解决上述问题，审定公告日为1988年1月13日、公告号为CN85200358B的中国专利公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”；审定公告日为1988年12月14日、公告号为CN85100359B的中国专利公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式压缩机”；授权公告日为2001年6月27日、授权公告号为CN1067741C的中国专利公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”；授权公告日为2001年6月27日、授权公告号为CN1067742C的中国专利公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。上述专利公开的内燃机或压缩机的共同特点是用圆滑块取代了传统曲柄连杆机构中的连杆，使得往复运动与旋转运动之间的转换机构得以简化，采用该转换机构的内燃机或压缩机的体积下降，重量减轻，且平衡性能较好。 

上述的中国专利公开的内燃机或压缩机中，在活塞的活塞座上设置有圆滑块容置孔，圆滑块上设置有偏心圆孔。装配时，将圆滑块置于所述的圆滑块容置孔中，圆滑块可在所述圆滑块容置孔中转动；曲轴的曲柄销装配于所述的偏心圆孔中，曲柄销也可以在所述偏心圆孔中转动。 

无论是内燃机还是压缩机，活塞都是往复运动与旋转运动的转换中受力较大的部件，因而对其强度或者刚度有着较高的要求。和传统的往复运动与旋转运动的转换机构不同，上述中国专利公开的内燃机或压缩机中的转换机构中，在活塞座需要设置圆滑块容置孔，这不免会影响活塞的强度或刚度，特别是活塞座的腰部(圆滑块容置孔的内周面与该活塞座的导向面之间距离最小时的活塞座的部分为本文中所指的活塞座的腰部)是薄弱部位。 

发明内容

本发明提供一种曲柄圆滑块机构的活塞，以解决现有活塞的活塞座腰部薄弱的问题。 

本发明另外提供一种内燃机或压缩机，以在尽量少增大往复运动质量的前提下，增大其中的活塞的活塞座的强度和刚度。 

本发明提供的一种曲柄圆滑块机构的活塞，包括冠部和与所述冠部固定连接的活塞座；在所述活塞座上设置有圆滑块容置孔；其特征在于：在所述圆滑块容置孔端面边缘且经过所述活塞座腰部的区域还设置有加强肋，所述加强肋以可拆装方式装配于所述活塞座上。 

可选的，所述加强肋为沿所述圆滑块容置孔整个周沿的环形挡片或沿所述圆滑块容置孔部分周沿的弧形挡片。 

可选的，在所述活塞座上的圆滑块容置孔的周边设置有凸台，所述凸台上设置有圆孔；在所述加强肋上设置有与所述圆孔相配的圆孔；装配时，连接件穿过所述加强肋上的圆孔插入凸台上的相应的圆孔中。 

可选的，在所述活塞座上的圆滑块容置孔周边设置有圆孔，在所述加强肋上设置有与所述圆孔相配的圆孔；装配时，连接件穿过所述加强肋上的圆孔插入活塞座上的相应的圆孔中。 

可选的，所述连接件为铆钉或螺栓。 

可选的，所述活塞座上的圆孔为通孔；装配时，所述连接件同时穿过所述通孔两侧相应的加强肋上的圆孔，将圆滑块容置孔两侧的加强肋同时固定于活塞座上。 

可选的，在所述圆滑块容置孔的两端面边沿用于装配加强肋的区域设置有内止口，在所述加强肋上设置有与所述内止口相配的外止口。 

可选的，所述活塞座的材质为铝合金，所述加强肋的材质为不锈钢或钛合金。 

可选的，所述活塞座的材质为铝合金，所述加强肋的材质为碳钢。 

可选的，所述活塞座的材质为铝合金，所述加强肋的材质为合金钢。 

优选的，所述加强肋的内侧边缘或部分边缘延沿所述活塞座延伸至所述圆滑块容置孔的孔口，在所述圆滑块容置孔中若安装有轴承时，装配于所述活塞座两侧的加强肋用于夹持所述轴承。 

此外，本发明还提供一种曲柄圆滑块机构的内燃机，包括上述任一技术方案所述的活塞。 

此外，本发明还提供一种曲柄圆滑块机构的压缩机，包括上述任一技术方案所述的活塞。 

与现有技术相比，本发明的技术方案中，通过在圆滑块容置孔端面边缘且经过所述活塞座腰部的区域设置加强肋，不仅可以加强活塞座腰部的刚度或强度，延长活塞的使用寿命；而且也可以加强活塞中部容纳圆滑块的圆滑块容置孔的刚度，减小其在工作过程中的形变，并减小零件的磨损和摩擦损失，从而可保证在往复运动与旋转运动的转换中的精准性，且尽量减小在运动转换中的能量损失； 

进一步的，本发明的活塞中的加强肋制造简单，可批量生产，制造成本较低，且以可拆装方式装配于活塞的活塞座上，便于活塞以及整个曲柄圆滑块机构的装配，使用方便。 

在本发明的优选技术方案中，所述加强肋的内侧边缘或部分边缘延沿所述活塞座延伸至所述圆滑块容置孔的孔口，在所述圆滑块容置孔中若安装有轴承，所述加强肋还可以从所述圆滑块容置孔两侧夹持所述轴承，从而阻止所述的轴承沿轴向的窜动和周向的转动，可有效防止因轴承的运动导致的润滑油孔的阻塞。 

附图说明

图1为本发明的第一实施例的活塞的示意图； 

图2为本发明的第一实施例的活塞中的冠部与活塞座的示意图； 

图3为本发明的第一实施例的活塞中的加强肋的示意图； 

图4为图3所示的加强肋沿XX’方向的剖面示意图。 

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。 

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。 

曲柄圆滑块机构的往复运动与旋转运动的转换机构中，由于在活塞座设置有圆滑块容置孔，用于装配具有偏心圆孔的圆滑块，导致活塞座的强度下降，特别是活塞的腰部的为强度薄弱部位。本发明提供一种应用于曲柄圆滑块机构的活塞，本发明的活塞在尽量少增大体积或重量的条件下，腰部具有较大的强度或刚度。 

本发明的活塞包括冠部以及与所述冠部固定连接的活塞座。在所述活塞座上设置有圆滑块容置孔，在所述圆滑块容置孔端面边缘且经过所述活塞座腰部的区域还设置有加强肋，所述加强肋以可拆装方式装配于所述活塞座上。 

下面结合具体的实施例以及附图对本发明的曲柄圆滑块机构的活塞进行详细的说明。需要说明的是，下述实施例对技术细节的描述不应该作为对本发明的权利要求保护范围的限制，在不背离权利要求的保护范围的条件下，本领域技术人员根据本发明的实施例的教导，将认识到许多其它的变形、替代或修改。 

例如，对于活塞的冠部与活塞座的关系，既可以是一体成形的，也可以是通过铆接或螺栓等方式固接为一体的；所述活塞既可以是单作用活塞，即在活塞座的其中一端具有冠部，也可以是双作用活塞，即在所述的活塞座的两端均有冠部……无论活塞的冠部与活塞座各自是何结构，二者之间是何关系，也不论所述活塞是否还具有其它附加部件，只要在活塞座的圆滑块容置孔两侧具有加强肋，所述加强肋沿所述圆滑块容置孔边缘且经过所述活塞座腰部的区域，并以可拆装方式装配于所述活塞座上的技术方案均包含在本发明的权利要求的保护范围之内。 

实施例一 

本实施例以冠部与活塞座为一体成形的单作用活塞为例来说明本发明的曲柄圆滑块的活塞。 

图1为本发明的第一实施例的活塞的示意图，请参考图1，本实施例的 活塞包括冠部1、活塞座2和加强肋3。其中，所述冠部1设置于所述活塞座2的其中一个端部，与所述活塞座2一体成形。在所述活塞座2上具有圆滑块容置孔2-2，所述加强肋3以可拆装方式装配于所述圆滑块容置孔2-2边缘且经过所述活塞座2的腰部的区域。例如，本实施例中通过连接件4将所述加强肋3固定连接于所述活塞座2上。 

图2为本发明的第一实施例的活塞中的冠部1与活塞座2的示意图。 

请参考图2，与传统的活塞冠部相同，在本实施例的活塞冠部1的侧面可以设置有气环和油环，例如，可以是两道气环和一道油环。 

与所述冠部1一体成形的活塞座2具有两个相对的导向侧面2-1，所述导向侧面2-1的表面为弧形面，以便将所述活塞装配于汽缸中时，与汽缸的内壁相配合。 

在所述活塞座2上设置的圆滑块容置孔2-2用于容纳曲柄圆滑块机构中的具有偏心圆孔的圆滑块。所述圆滑块容置孔2-2的直径大于装配于其中的圆滑块，以便于在圆滑块安装于其中时，可以相对于所述活塞座2转动。所述圆滑块容置孔2-2的内壁表面可以经过特殊的处理，以提高耐磨能力。 

此外，也可以在所述圆滑块容置孔2-2的内壁安装滑动轴承，例如轴瓦；当然，也可以在所述圆滑块容置孔2-2的内壁安装滚动轴承，例如滚针轴承，以减小圆滑块转动时的摩擦，从而减小运动转换时的能量损失；在所述圆滑块容置孔2-2的内径较小的情况下，也可以仅仅在所述圆滑块容置孔2-2的内壁与安装于其中的圆滑块之间设置滚针或滚柱，这时，需要设置专门的轴承外圈，这里不再作详细描述。 

当然，还可以以其它方式提高圆滑块容置孔2-2内壁的耐磨性能，并减小圆滑块与圆滑块容置孔2-2内壁相对运动时的摩擦，这里不再对圆滑块容置孔2-2的内壁提高耐磨的处理方式以及在内壁设置减小摩擦力的方式进行一一的描述。 

在所述活塞座2上、所述圆滑块容置孔2-2的一端面的周边还设置有凸台2-3a、2-3b和2-3c。在所述凸台2-3a、2-3b和2-3c上设置有圆孔2-4a、2-4b和2-4c。所述圆孔2-4a、2-4b和2-4c可以是普通圆孔，也可以是螺纹孔。也可以部分圆孔为普通圆孔，其它为螺纹孔。 

所述凸台2-3a、2-3b和2-3c以大致相等的距离(如图1所示的方式)分布于所述圆滑块容置孔2-2的周边，以便于加强肋3通过所述凸台2-3a、2-3b和2-3c上的圆孔2-4a、2-4b和2-4c固定于活塞座2上时，加强肋各个部分受力较为均匀。 

此外，所述凸台的数目可以仅仅是图1所示的3个，其也可以是多个，本领域技术人员可以根据本实施例的教导做出相应的变更。在设置所述凸台、圆孔数目以及分布时，一般需要考虑的因素包括尽量不增加活塞座体积与重量，并尽可能使加强肋受力均衡等方面。 

在所述圆滑块容置孔2-2的另一端面的周边与所述2-4a、2-4b和2-4c相对应的位置，设置有相同数目的凸台和圆孔，以便在该另一端面的周边安装加强肋。 

其中，作为特殊的例子，所述圆滑块容置孔2-2两端面周边的上述的对应圆孔连通。本实施例中以所述圆滑块容置孔2-2两端面周边的圆孔连通的情况作为例子进行说明。 

此外，在所述活塞座2上也可以不设置凸台2-3a、2-3b和2-3c，所述圆孔2-4a、2-4b和2-4c直接设置于所述活塞座2上、所述圆滑块容置孔2-2的周边，这里不再详细描述。 

在所述活塞座2的圆滑块容置孔2-2的两端面边沿、用于装配加强肋3的区域还可以分别设置内止口2-5，图2中仅仅示出所述圆滑块容置孔2-2其中一端面边沿的情形。所述内止口2-5可以沿所述圆滑块容置孔2-2的整个周沿的设置，也可以是仅仅设置于所述圆滑块容置孔2-2的部分周沿。本实施例中以在所述圆滑块容置孔2-2的整个周沿设置内止口2-5的情形为例进行说明。 

图3为本发明的第一实施例的活塞中的加强肋3的示意图。 

请参考图3，本实施例中，所述的加强肋3为沿图1或图2所示的活塞座1中的圆滑块容置孔2-2的整个周沿的环形挡片。所述环形挡片的外环的表面，可以是与图2所示的活塞座2的导向侧面2-1同心的弧形表面，但是其半径略小于所述导向侧面2-1的半径，以防止该加强肋3安装于活塞座2上后，该活塞座2在汽缸中运动时与汽缸壁接触而划伤钢壁。 

在所述加强肋3上设置有圆孔3-1a、3-1b和3-1c，所述圆孔3-1a、3-1b和3-1c的数目为三个，与所述圆孔2-4a、2-4b和2-4c的数目相同；所述圆孔3-1a、3-1b和3-1c的位置与所述圆孔2-4a、2-4b和2-4c的位置相对应。 

此外，根据需要，也可以设置所述圆孔的数目为其它数值，但是圆孔的数目和位置一般与所述活塞座2上的圆孔的位置和数目相当。 

但也有例外的情况，例如，为了减轻加强肋3的重量，从而减轻整个活塞的重量，还可以在所述加强肋3与所述活塞座2的圆孔相应位置以外的区域，设置减重圆孔(图未示)，该减重圆孔的数目以及位置可以根据实际情况而设，本领域技术人员可以根据本发明的说明书的教导做出相应的变更，这里不再进行详细说明。 

在所述加强肋3朝向所述活塞座2的一侧，还设置有外止口3-2(如图4所示的沿图3所示的XX’方向的剖面示意图)，所述外止口3-2的位置与所述活塞座2上的内止口2-5的位置相对应，且尺寸与所述内止口2-5相配合。 

通过设置于加强肋3上的外止口3-2与设置于活塞座2上的内止口2-5，在活塞座2上安装加强肋2时具有导向作用和定位作用；另一方面，二者组合加强活塞座2的刚度，减少圆滑块容置孔2-2在工作过程中的变形。当然，也可以在加强肋3与活塞座2上设置其它的部件，达到所述的导向作用和定位作用，这里不再一一列举。 

此外，还可以设置所述外止口3-2的尺寸稍大，使所述加强肋的内侧边缘或部分边缘延沿所述活塞座延伸至所述圆滑块容置孔的孔口。当所述加强肋3安装于活塞座2上之后，外止口3-2表面的一部分与内止口2-5配合以外，剩余部分可以抵住安装于圆滑块容置孔2-2内的轴承(若需要在所述圆滑块容置孔2-2的内壁安装轴承)。通过圆滑块容置孔2-2两侧的加强肋3可以夹持轴承(如图1中所示的滑动轴承2-6)，从而可防止该轴承位置变动而阻塞活塞座2上的润滑油孔；此外，也可以防止该轴承沿轴向位置变动。当然，所述加强肋3的延伸部分的尺寸需要小于或等于轴承的径向厚度，以避免妨碍在所述圆滑块容置孔2-2中安装圆滑块。 

装配时，两加强肋3分别置于所述活塞座2上的圆滑块容置孔2-2的两侧，使所述加强肋3上的圆孔3-1a、3-1b和3-1c与活塞座2上的圆孔2-4a、 2-4b和2-4c分别对准，通过连接件4-1a，4-1b和4-1c分别穿过上述的圆孔，插入到所述活塞座2相应的圆孔中，从而将加强肋3紧固于所述活塞座2上，可参考图1。活塞座2两侧的加强肋3可分别通过上述的方式与活塞座2紧固为一体。 

由于本实施例中，活塞座2上的圆孔为通孔，因而，可使用同时穿过所述通孔以及两侧相应的加强肋上的圆孔的连接件，将圆滑块容置孔2-2两侧的加强肋3同时固定于活塞座2上。 

其中，所述连接件4-1a，4-1b和4-1c可以是铆钉，也可以是螺栓。本实施例中，所述连接件4-1a，4-1b和4-1c为螺栓，通过与螺母配合，将圆滑块容置孔2-2两侧的加强肋3与活塞座2安装为一体。 

所述的加强肋3的材质可以是碳钢、合金钢、不锈钢或钛合金，使得加强肋具有较大的强度。所述活塞的活塞座2和冠部1的材质可以为铝合金，使得活塞整体的重量下降。由于加强肋3的强度以及刚度较大，故而通过安装加强肋3与活塞座2上，可在尽可能不增大或少增大活塞整体重量的情况下，提高活塞的刚度或强度。 

此外，通过所述的加强肋3，不仅可以加强活塞座2腰部的刚度或强度，延长活塞的使用寿命；而且也可以加强活塞中部容纳圆滑块的圆滑块容置孔的刚度，减小其在工作过程中的形变，并减小零件的磨损和摩擦损失，从而可保证在往复运动与旋转运动的转换中的精准性，且尽量减小在运动转换中的能量损失。 

进一步的，本发明的加强肋制造简单，可批量生产，制造成本较低，且以可拆装方式装配于活塞座上，便于活塞以及整个曲柄圆滑块机构的装配，使用方便。 

此外，在所述圆滑块容置孔中若安装有轴承，所述挡片还可以从所述圆滑块容置孔两侧夹持所述轴承，从而阻止所述的轴承沿轴向的窜动和周向的转动，可有效防止因轴承的运动导致的润滑油孔的阻塞。 

此外，在所述活塞座2与所述冠部1相对应的端部，还可以设置活塞镶块(未图示)，所述活塞镶块可以通过铆接或螺栓连接等连接方式固定于活塞座2的端部，在该活塞运动过程中活塞镶块起到平衡的作用。当然，根据需 要，活塞座2的该端部也可以悬空，不设置活塞镶块。 

此外，在所述活塞座2的与所述冠部1相对于的端部，可以设置另外的冠部，使得活塞成为双作用活塞，这里不再一一进行赘述。 

当然，所述的加强肋3并不限于上述的实施例一中所描述的形状，其还可是其它形状，请参考下面的实施例二和实施例三。 

实施例二 

本实施例中，所述的加强肋3的形状为沿图2中所示的圆滑块容置孔2-2的部分周沿的弧形挡片。 

在所述弧形挡片的两个端部分别具有圆孔，在所述弧形挡片朝向所述活塞座的一侧，还可以设置有外止口(未标示)。 

所述弧形挡片可以与上述实施例1相同的方式装配于活塞的活塞座2上的。所不同的是，在活塞座2的圆滑块容置孔的每一端面周边，均有两个弧形挡片，该弧形挡片对称安装于活塞座上，用于加强所述活塞座的腰部的强度。 

由于弧形挡片相对于实施例一的环形挡片重量更轻，因而，在对活塞强度要求不太高的情形，可以使用本实施例的弧形挡片。 

本实施例的其他方面可以与上述的实施例一相同，本领域技术人员可以根据实施例一的教导进行相应的变更和替换，这里不再进行赘述。 

实施例三 

本实施例中，所述加强肋也为弧形挡片，在每一弧形挡片的两端也分别设置有圆孔，在图2所示的活塞座2的圆滑块容置孔2-2的每一端面周边也分别安装有两个弧形挡片。与实施例二所不同的是，在弧形挡片安装于所述活塞座2上时，共用活塞座上的其中一个圆孔2-4a，该设计可减少在活塞座2上设置的圆孔的数目，可简化装配以及活塞的制造工艺。 

本实施例的其他方面可以与上述的实施例二相同，本领域技术人员可以根据实施例二的教导进行相应的变更和替换，这里不再进行赘述。 

此外，上述实施例中所述的活塞可以应用于曲柄圆滑块机构的内燃机中，也可以应用于曲柄圆滑块机构的压缩机中，应用上述的实施例的活塞，在尽量少增大往复运动与旋转运动能量损失的前提下，可增大其中的活塞的活塞 座的强度。 

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。 

Claims (13)

1.一种曲柄圆滑块机构的活塞，包括冠部和与所述冠部固定连接的活塞座；在所述活塞座上设置有圆滑块容置孔；其特征在于：在所述圆滑块容置孔端面边缘且经过所述活塞座腰部的区域还设置有加强肋，所述加强肋以可拆装方式装配于所述活塞座上。

2.如权利要求1所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述加强肋为沿所述圆滑块容置孔整个周沿的环形挡片或沿所述圆滑块容置孔部分周沿的弧形挡片。

3.如权利要求2所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述活塞座上的圆滑块容置孔的周边设置有凸台，所述凸台上设置有圆孔；在所述加强肋上设置有与所述圆孔相配的圆孔；装配时，连接件穿过所述加强肋上的圆孔插入凸台上的相应的圆孔中。

4.如权利要求2所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述活塞座上的圆滑块容置孔周边设置有圆孔，在所述加强肋上设置有与所述圆孔相配的圆孔；装配时，连接件穿过所述加强肋上的圆孔插入活塞座上的相应的圆孔中。

5.如权利要求3或4所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述连接件为铆钉或螺栓。

6.如权利要求3或4所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述活塞座上的圆孔为通孔；装配时，所述连接件同时穿过所述通孔两侧相应的加强肋上的圆孔，将圆滑块容置孔两侧的加强肋同时固定于活塞座上。

7.如权利要求3或4所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述圆滑块容置孔的两端面边沿用于装配加强肋的区域设置有内止口，在所述加强肋上设置有与所述内止口相配的外止口。

8.如权利要求1至4任一权利要求所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述活塞座的材质为铝合金，所述加强肋的材质为不锈钢或钛合金。

9.如权利要求1至4任一权利要求所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述活塞座的材质为铝合金，所述加强肋的材质为碳钢。

10.如权利要求1至4任一权利要求所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述活塞座的材质为铝合金，所述加强肋的材质为合金钢。

11.如权利要求2至4任一权利要求所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述加强肋的内侧边缘或部分边缘延沿所述活塞座延伸至所述圆滑块容置孔的孔口，在所述圆滑块容置孔中若安装有轴承时，装配于所述活塞座两侧的加强肋用于夹持所述轴承。

12.一种曲柄圆滑块机构的内燃机，其特征在于：包括权利要求1至11任一权利要求所述的活塞。

13.一种曲柄圆滑块机构的压缩机，其特征在于：包括权利要求1至11任一权利要求所述的活塞。

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