CN101718340B - 往复-旋转运动转换机构h型机体及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种往复-旋转运动转换机构H型机体，其第二往复运动轨道和与其相邻的第一往复运动轨道、第三往复运动轨道彼此之间有相叠合的部位，在该叠合部位，第二往复运动轨道的内径面变狭窄，这段变狭窄的内径面部位被称为第二往复运动轨道的鼻梁区；该机体第二往复运动轨道的鼻梁区直径的尺寸略大于该第二往复运动轨道的其它部位；或者，所述鼻梁区沿往复运动方向的中部位置具有一段直径尺寸略大于该第二往复运动轨道其它部分的部位。本发明同时提供使用上述机体或者动平衡滑块的设备。本发明提供的H型机体或者动平衡滑块，可减少机体鼻梁区的损伤，保证第二往复运动轨道的顺畅。

Description

往复-旋转运动转换机构H型机体及设备

技术领域

本发明涉及往复-旋转运动转换机构，尤其是涉及一种往复-旋转运动转换机构H型机体。本发明同时涉及使用上述H型机体的设备。

背景技术

在机械设备中，在很多场合下需要实现往复运动和旋转运动之间的相互转换。例如，往复式内燃机需要将活塞在可燃混合气体的爆发压力推动下产生的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动；与之相反，压缩机需要将外接电动机带动的曲轴旋转转换为活塞的往复直线运动。上述两种转换除了主动件不同外，对机构的运动学要求是一致的，因此，可以实现往复直线运动转换为旋转运动的机构，一般也可以用于实现旋转运动转换为往复直线运动。

现有技术下已经提供了若干往复直线运动和旋转运动相互转换的机构。通常技术下，采用曲柄连杆机构实现上述转换。目前大多数内燃机、压缩机均使用曲柄连杆机构。该机构的特点是，往复直线运动件与旋转运动件之间需要通过来回摆动的连杆连接，由于连杆的运动是来回摆动，该运动是一种复杂运动，难以进行惯性力的平衡，并且连杆的摆动会增加活塞对运动导轨侧壁的侧压力，造成摩擦力的增加，另外，连杆的存在还使该机构在往复运动方向上需要具备一定的长度，使其尺寸难以进一步缩小。

为了解决上述问题，中国专利文献CN85100358B公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利文献CN1067741C公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利文献CN1144880A公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。另外，本申请人在2009年10月16日提出的申请号为200910236026.5的中国专利申请中，还提出了一种采用端轴-动轴组合形成的轴系与往复运动件配合构成的往复-旋转运动相互转换机构。

上述新型旋转-往复转换机构的共同特点，是不再使用连杆作为往复运动 与旋转运动的中间过渡元件，避免了由于连杆造成的问题。首先，由于不存在连杆引入的复杂运动，使运动机构中所有元件均处于简谐运动状态，便于进行往复惯性力和旋转惯性力的平衡，并能够实现真正的完全平衡。其次，由于不存在连杆，使往复运动轨道上不再存在为布置连杆而增加的尺寸，使整个机构占据的空间尺寸得以显著减少。

上述新型旋转-往复转换机构的共同特点，是不再使用连杆作为往复运动与旋转运动的中间过渡元件，避免了由于连杆造成的问题。首先，由于不存在连杆引入的复杂运动，使运动机构中所有元件均处于简谐运动状态，便于进行往复惯性力和旋转惯性力的平衡，并能够实现真正的完全平衡。其次，由于不存在连杆，使往复运动轨道上不再存在为布置连杆而增加的尺寸，使整个机构占据的空间尺寸得以显著减少。

由于不存在连杆，上述往复-旋转运动转换机构的空间布置也与现有通常技术的曲柄连杆机构不同。尤其是对于具有三个往复运动元件的上述新型旋转-往复转换机构，不仅可以实现其往复惯性力和往复惯性力矩的完全平衡，而且可以使整个机构布置在结构紧凑的机体中。为上述三个往复运动元件提供的机体中，一种典型的形式是H型机体。

上述H型机体的结构示意图如图1、图2所示。其中，图1是该H型机体的正视方向示意图，图2是该H型机体的俯视方向示意图。该图示出的机体用于一种内燃机。该内燃机具有三个往复运动元件，分别是两个活塞和一个动平衡滑块，所述活塞可以是单作用活塞或者双作用活塞。相应的，所述机体为其提供了三个往复运动轨道，分别是为两个活塞提供的往复运动轨道，即第一气缸1(第一往复运动轨道)、第二气缸2(第三往复运动轨道)，以及为动平衡滑块提供的跑道4(第二往复运动轨道)；另外，所述机体还为旋转运动件，即曲柄圆滑块机构的曲轴或端轴-动轴的轴系提供了主轴承孔3，为上述旋转运动件提供旋转支撑。其中，所述第一气缸1、第二气缸2的轴线相互平行，上述两个轴线所在的平面称为第一平面；所述主轴承孔3的轴线 同样位于所述第一平面上并与所述第一气缸1、第二气缸2的轴线垂直。所述跑道4则夹在所述第一气缸1和第二气缸2的轴线之间，跑道4的轴线和所述主轴承孔3的轴线垂直相交，并构成第二平面，该第二平面垂直于所述第一平面。跑道4作为动平衡滑块的往复运动轨道，可以设计成不同的横截面形状。一般有两种选择，即圆形或者方形。

为了使整个运动机构的结构紧凑，上述H型机体的第二往复运动轨道(跑道4)和与其相邻的第一往复运动轨道(第一气缸1)、第三往复运动轨道(第二气缸2)彼此之间有相叠合的部位，使该第二往复运动轨道轴向上与第一往复运动轨道和第三往复运动轨道相叠合的部位，具有一个内径面狭长的部位，并且越是靠近第一往复运动轨道和第三往复运动轨道的中轴线位置时，该部位越狭小。该部位被称为第二往复运动轨道的鼻梁区。请参看图3，该图为一款H型机体的立体图，该图中可以看出该H型机体的第一气缸1、第一气缸2、主轴承孔3和跑道4。该图从H型机体的顶面以一定角度向下俯视，可以看出其中的鼻梁区4-1。请同时参看图4，该图为该H型机体沿所述第二平面剖开后的立体图，从该图更可以清楚的看出鼻梁区4-1的范围，鼻梁区4-1标示的四个箭头所指位置为鼻梁区4-1所在的范围。

由于鼻梁区面积狭长，当动平衡滑块或者其他形式的往复运动元件在第二往复运动轨道中往复运动时，该部位刚度最差，在机体所承受的复杂应力作用下，会产生无规律的复杂的变形，造成往复运动件运动过程中，不能与该部位形成顺畅的配合，进而产生局部会拉伤和划伤，最终使鼻梁区产生严重的变形，使第二往复运动元件无法获得往复运动需要的顺畅轨道，影响整个机构的正常运行。

发明内容

针对上述问题，本发明解决的技术问题在于，提供一种用于往复-旋转运动转换机构的H型机体，该机体适用于曲柄圆滑块机构、端轴-动轴机构等不包含连杆的往复-旋转运动转换机构，解决了第二往复运动轨道的鼻梁区变形 的问题。

本发明同时提供使用上述H型机体的设备，包括内燃机和压缩机。

本发明提供一种往复-旋转运动转换机构H型机体，其第二往复运动轨道和与其相邻的第一往复运动轨道、第三往复运动轨道彼此之间有相叠合的部位，在该叠合部位，第二往复运动轨道的内径面变狭窄，并且越是靠近第一往复运动轨道和第三往复运动轨道的中轴线位置时，该部位越狭窄；第二往复运动轨道上这段变狭窄的部位被称为第二往复运动轨道的鼻梁区；该机体第二往复运动轨道的鼻梁区直径的尺寸大于该第二往复运动轨道的其它部位；或者，所述鼻梁区沿往复运动方向的中部位置具有一段直径尺寸大于该第二往复运动轨道其它部分的部位。

优选的，该机体第二往复运动轨道的鼻梁区直径的尺寸大于该第二往复运动轨道的其它部位0.05mm到0.5mm。

优选的，所述直径尺寸略大的鼻梁区和直径尺寸正常的第二往复运动轨道的其它部位之间以坡面过渡。

本发明还提供一种设备，该设备为内燃机，该内燃机使用上述提及的往复-旋转运动转换机构H型机体的几个技术方案中的任意一种机体。

本发明还提供一种设备，该设备为压缩机，该压缩机使用上述提及的往复-旋转运动转换机构H型机体的几个技术方案中的任意一种机体。

本发明提供的H型机体，将鼻梁区或者鼻梁区中部的直径尺寸设置为较第二往复运动轨道的其他部分大，当往复运动元件如动平衡滑块等，在第二往复运动轨道中运动时，在该鼻梁区不会和轨道壁直接接触，而是由往复运动元件的位于轴向上外侧的侧面部位和鼻梁区之外的轨道壁部分接触，为该往复运动元件提供运动支撑。在这种情况下，由于鼻梁区不直接与往复运动元件接触，该处的变形也就不会影响到往复运动件在跑道中的运动，也可进一步避免鼻梁区的局部划伤和拉伤，保证第二往复运动轨道的顺畅。

图1是背景技术中所述的H型机体的正视方向示意图；

图2是背景技术中所述的H型机体的俯视方向示意图；

图3是背景技术所述的H型机体从顶面向下以一定角度俯视的立体图；

图4是背景技术所述的H型机体以所述第二平面剖分后获得的立体剖视图；

图5是本发明第一实施例提供的H型机体的立体图；

图6是本发明第一实施例提供的H型机体以第二平面为剖分面剖分获得的剖视图；

图7是本发明第二实施例提供的动平衡滑块的正视图；

附图说明

图8是本发明第二实施例提供的动平衡滑块的俯视图。

请参看图5，该图为本发明第一实施例提供的一种H型机体的立体图。该H型机体用于采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构的内燃机或者压缩机。在本实施例中以其应用于内燃机为例。该立体图的观察角度是从该H型机体的顶面以一定角度向下俯视获得。

如图5所示，该H型机体具有跑道4，该跑道4和所述第一气缸1、第二气缸2垂直，并且第一气缸1和第二气缸2在其两侧与其分别相交，并有叠合的部位，这些叠合部位使整个机体结构非常紧凑，有利于减轻机体体积和重量。

具体实施方式

但是，上述叠合部位的存在，也使所述跑道4在该部位的壁部变得薄弱。从图5可以看出，跑道4上与第一气缸1和第二气缸2中轴线越接近的位置，其内壁面越窄，形成所述鼻梁区4-1。该鼻梁区4-1作为跑道4的一部分，会与在该跑道4中运行的动平衡滑块(图未示)发生摩擦。该摩擦作用使该鼻梁区4-1受到不断发生的往复作用力。由于该鼻梁区4-1比较薄弱，造成在该部位特别容易发生变形，并且由于机构运行过程中，机体受到的外力非常复杂，使该薄弱部位受到复杂的应力作用，其变形非常复杂。这些变形首先会造成鼻梁区4-1和动平衡滑块之间的摩擦力增加，在鼻梁区4-1进一步产 生局部拉伤或者划伤，这些局部损伤进一步会造成鼻梁区4-1的更严重变形，最终无法为动平衡滑块提供顺畅的往复运动轨道。另外，由于该鼻梁区4-1比较窄小，造成壁部和动平衡滑块侧壁之间的摩擦产生的热量集中在窄小的面积上，使该鼻梁区4-1还容易受热而发生变形和烧蚀，同样会影响其为动平衡滑块提供轨道。

为了解决上述问题，在本实施例中，将跑道4在该鼻梁区4-1的直径设置为稍大于其它部位。大于其它部位的尺寸根据该跑道4的直径而定，跑道4的直径越大，鼻梁区4-1大于其它部位的尺寸也可以大一些。其尺寸范围根据具体情况可以在0.05mm-0.5mm之间，当然也可以根据具体情况超出上述范围。该尺寸要求可以采用为鼻梁区4-1设置与跑道4其它部分不同的尺寸公差的形式实现，也可以直接为鼻梁区4-1设置不同的尺寸要求。上述鼻梁区4-1和跑道4的相邻部位之间可以以坡面过渡，也可以以阶梯过渡。从图5中可以看出，在鼻梁区4-1上部的起始位置有一道横线，就是鼻梁区4-1尺寸稍大而成的与跑道4其它部位的分界线。请同时参看图6，该图为以所述第二平面为剖分面剖分所述H型机体获得的H型机体的剖视图。该图中可以清楚看出所述鼻梁区4-1上下起始位置均有一道横线，即为鼻梁区4-1尺寸稍大形成的与跑道4其它部分的分界线。

所述动平衡滑块在往复运动轨道方向上的长度长于鼻梁区4-1的长度，当其在跑道4中运行时，在往复运动轨道方向上，即跑道4的轴向上，该动平衡滑块的上部和下部的外壁分别和跑道4的鼻梁区4-1上部和下部的内壁相接触，并且其往复运动的整个范围内，该动平衡滑块都始终同时与跑道4内壁的鼻梁区4-1以上和以下的部位接触，这样，动平衡滑块通过鼻梁区4-1以外的跑道4内壁获得往复运动轨道支持，而鼻梁区4-1则始终不会与动平衡滑块侧壁发生摩擦。

在上述实施例中，也可以不将整个鼻梁区4-1的直径设置为大于其它部分，而是将鼻梁区4-1中部的一定宽度的区域设置为直径稍大，对于鼻梁区4-1，其越是靠近中部的位置越薄弱，因此，中间段受到保护取得的效果最好。上述鼻梁区中部的宽度的具体尺寸，以跑道4内径对动平衡滑块的支持为依据设置，使动平衡滑块往复运动的整个范围内，都可以与上部和下部的跑道 4内壁接触，避免出现动平衡滑块只在上部或者下部与跑道4内壁接触的情况，以使动平衡滑块的往复运动获得平稳的轨道支撑。

本实施例通过将鼻梁区4-1或者其中部一段的直径设置较跑道4的其它部位大，使该动平衡滑块的外壁不会和该直径加大段的跑道4内壁直接接触，而是相隔一定距离。这样，由于不存在相互的摩擦，使动平衡滑块的往复运动不会造成鼻梁区4-1直接受力以及摩擦生热，鼻梁区变形就不会影响到动平衡滑块的运动，也不可能由于局部划伤和拉伤以及烧蚀等原因产生进一步的变形。上述方式使跑道4内壁的最薄弱环节获得了保护，延长了跑道4的寿命，也延长了整个机体的使用寿命。

上述实施例的技术方案也可以用于其他场合的H型机体。其中，该实施例中的跑道4是H型机体的第二往复运动轨道的一个特例，实际上，第二往复运动轨道可以是用于为另一个活塞提供轨道的气缸，所述的动平衡滑块也可以相应的替换为其它做功元件。总之，只要是H型机体的第二往复运动轨道，不论用于何种场合，均可以采用上述技术方案。

与上述第一实施例的发明思路类似，也可以将动平衡滑块侧壁上往复运动方向上的中间一段设置为直径较小，此时，依靠动平衡滑块上下段与跑道4内壁的抵靠获得往复运动轨道的支持。该动平衡滑块的上下段的运动范围均在鼻梁区外，或者在鼻梁区中间部位的外侧，这样也同样可以获得对鼻梁区的保护。以下第二实施例即为该动平衡滑块的一个例子。

请参看图7，该图为本发明第二实施例提供的动平衡滑块5的正视图。请同时参看图8，该图为本发明第二实施例提供的动平衡滑块5的俯视图。由上述两图可以看出，该动平衡滑块5为扁平体，其纵截面整体为长方形，其宽度方向的两侧边是和跑道内壁相对的圆弧形侧壁。在上述侧壁的轴向的中部，有一段尺寸略小于侧边上下部位的凹入部位5-1。该凹入部位5-1的凹入尺寸根据动平衡滑块5的尺寸确定，其尺寸范围为0.05mm-0.5mm。该凹入部位和相邻部位可以以坡面过渡，也可以直接以台阶过渡。

上述动平衡滑块工作时，其凹入部位5-1以上和以下的外壁和第二往复运动轨道内壁接触，并且在整个往复运动过程中，该动平衡滑块与第二往复运动轨道内壁直接接触的上述部位均不会和第二往复运动轨道中部的鼻梁区 接触，使该鼻梁区不会受到与其摩擦的运动件的直接作用力，也就避免了因变形而产生的拉伤、划伤和烧蚀等问题。

上述在动平衡滑块侧壁适当部位设置凹入部位的技术方案，比第一实施例中在鼻梁区增加直径尺寸的技术方案更易于加工获得；但是，上述技术方案也存在明显缺陷，即动平衡滑块的承压面积明显减少，对动平衡滑块的使用寿命可能产生影响。所以该技术方案不如上述第一实施例的技术方案合理。

上述第二实施例尽管是提供一种动平衡滑块，实际上，其凹入部位的结构设置也可以应用于其他安置在第二往复运动轨道中的往复运动件。另外需要说明，该技术方案和上述第一实施例的技术方案的基本技术思想是一致的，都是尽量使鼻梁区不和往复运动元件发生直接摩擦接触，因此，两个技术方案可以作为同一个构思，具有单一性。

上述第一实施例供的H型机体，可以应用于内燃机或者压缩机，获得将其应用于内燃机或者压缩机的实施例。上述第二实施例提供的动平衡滑块，同样可以应用于采用H型机体的内燃机或者压缩机，获得将其应用于内燃机或者压缩机的实施例。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种往复-旋转运动转换机构H型机体，其第二往复运动轨道和与其相邻的第一往复运动轨道、第三往复运动轨道彼此之间有相叠合的部位，在该叠合部位，第二往复运动轨道的内径面变狭窄，并且越是靠近第一往复运动轨道和第三往复运动轨道的中轴线位置时，该部位越狭窄；第二往复运动轨道上这段变狭窄的内径面部位被称为第二往复运动轨道的鼻梁区；其特征在于，该机体第二往复运动轨道的鼻梁区直径的尺寸大于该第二往复运动轨道的其它部位；或者，所述鼻梁区沿往复运动方向的中部位置具有一段直径尺寸大于该第二往复运动轨道其它部分的部位。

2.根据权利要求1所述的往复-旋转运动转换机构H型机体，其特征在于，该机体第二往复运动轨道的鼻梁区直径的尺寸大于该第二往复运动轨道的其它部位0.05mm到0.5mm。

3.根据权利要求1所述的往复-旋转运动转换机构H型机体，其特征在于，所述直径尺寸略大的鼻梁区和直径尺寸正常的第二往复运动轨道的其它部位之间以坡面过渡。

4.一种设备，该设备为内燃机，其特征在于，该内燃机使用权利要求1-3任意一项所述的往复-旋转运动转换机构的H型机体。

5.一种设备，该设备为压缩机，其特征在于，该压缩机使用权利要求1-3任意一项所述的往复-旋转运动转换机构H型机体。

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