CN101793321B - 往复-旋转运动转换机构的h型机体及内燃机、压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种往复-旋转运动转换机构的H型机体，该机体以主轴承孔轴线和第二往复运动轨道中轴线组成的第二平面为分界，被分割为左半机体、右半机体两部分，两部分分别独立制成；在左半机体和右半机体上设置相互对应的定位结构，在组装时，通过这些定位结构将左半机体和右半机体组成一个完整的机体；该H型机体前表面设置有安装机油油泵的油泵安置孔；该安置孔中设置有连接机体油道的开口，该H型机体的油道全部设置在机体内部。通过采用上述分体式的H型机体，使机体的安装非常简单方便，使油道能设置在该机体中，无需借助机体外的管路，进一步化简了结构。本发明同时提供使用上述机体的内燃机和压缩机。

Description

往复-旋转运动转换机构的H型机体及内燃机、压缩机

技术领域

本发明涉及往复-旋转运动转换机构，尤其是涉及使用于该机构的机体，具体是一种用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体。本发明还涉及使用上述机体的内燃机和压缩机。

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，连杆的存在还是该机构的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，不存在连杆造成的对侧壁的侧压力，使往复运动件在往复运动中的摩擦力降低；其三，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型机体的结构如图1所示，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、第二气缸2，以及为动平衡滑块提供的跑道4；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的中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，即圆形或者矩形。横截面为圆形的跑道具有加工方便的优点，但是，其刚度较低；横截面为矩形的跑道刚度较好，但是其加工不太方便，往往要使用线切割等较为特殊的加工方法。

上述H型机体的特点是各个往复运动轨道和主轴承孔等的空间位置布置合理，可以帮助新型往复-旋转运动机构实现其结构紧凑的优点。但是，该机构存在腾挪空间过小的问题。例如，曲柄圆滑块机构的曲轴的曲柄销需要穿过圆滑块偏心孔，而圆滑块偏心孔又需要安置在活塞的圆滑块容置孔中，三个零件均集中在一处交汇。对于安装者而言，将该机构调整安装到位，需要克服难以观察到内部情况以及难以对各个元件的位置进行调节等空间狭小带来的困难。对于端轴-动轴机构，同样存在在端轴-动轴配合位置空间局促狭小，难以装配的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明解决的技术问题在于，提供一种往复-旋转运动转换机构的H型机体，该机体适用于采用曲柄圆滑块机构、端轴-动轴机构等不包含连杆的往复-旋转运动转换机构，该机体能够使整个机构的装配简易方便，并且，该机体的制造也较现有技术提供的机体简单。

本发明同时还提供使用上述机体的内燃机和压缩机。

本发明提供的往复-旋转运动转换机构的H型机体，以主轴承孔轴线和第二往复运动轨道中轴线组成的第二平面为分界，被分割为左半机体、右半机体两部分，两部分分别独立制成；在左半机体和右半机体上设置相互对应的定位结构，在组装时，通过这些定位结构将左半机体和右半机体组成一个完整的机体；该H型机体前表面设置有安装机油油泵的油泵安置孔；该安置孔中设置有连接机体油道的开口，该H型机体的油道全部设置在机体内部。

优选的，所述定位结构为若干个以左右方向穿过所述左半机体和右半机体的通孔；左半机体和右半机体组合后，相应的通孔连接成一个完整的通孔；穿过这些通孔的螺栓将左半机体和右半机体固定在一起。

优选的，所述通孔包括位于上述半机体四角的四个第一通孔。

优选的，所述通孔设置于机体顶面和底面位于前后沿的边肋中。

优选的，左半机体的左侧面和右半机体的右侧面分别设置有若干用于固定缸盖的定位结构。

优选的，其前表面设置有安装水泵的水泵安置孔；该安置孔中设置有连接机体水道的开口，该H型机体的水道全部设置在机体内部。

优选的，在左半机体和右半机体的顶面和底面均设置有加强肋，包括在左右维度上连接左右侧面凸缘的两条间肋，这两条间肋位于第二往复运动轨道在顶面或者底面开口的两侧；左半机体和右半机体上各设置有一组人字形肋，每组人字形肋连接相应的侧面凸缘和两侧的间肋；所述间肋中设置有第二通孔，用于穿过固定缸盖和机体两部分的长螺栓。

本发明同时提供一种内燃机，该内燃机采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构，并使用上述任一项技术方案所述的往复-旋转运动转换机构的H型机体。

本发明还提供一种压缩机，该压缩机采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构，并使用上述任一项技术方案所述的往复-旋转运动转换机构的H型机体。

本发明提供的往复-旋转运动转换机构的H型机体，采用分体式结构。其优选实施方式中，该分体式机体的分割位置为第二往复运动轨道中轴线和主轴承孔轴线共同组成的第二平面，该第二平面将整个机体分割为左右两个部分，并设置若干长螺栓孔，通过穿过上述螺栓孔的连接螺栓将两半机体连接为一个整体。采用上述分体式结构，可以在机体分开的情况下，首先安装各个往复运动件以及一个旋转运动件，并使其相互之间的关系配合恰当。由于每个半机体都具有开放的一面，为各个零件安装以及配合的调整提供了充分的空间。上述安装完毕后，再使用连接螺栓和螺母将两半机体连接为一个整体。最终获得安装完毕的完整机体。在此之后，还可以在机体上安装气缸盖、油底壳等其它部件获得完整的机体组。该机体上为机油油泵提供了安置孔，使油道能设置在该机体中，无需借助机体外的管路，进一步化简了结构。

通过采用上述分体式的H型机体，使机体的安装非常简单方便，并且对于第二往复运动轨道加工为矩形的轨道而言，该分体式机体使第二往复运动轨道的内表面更易于进行加工。

在本发明的优选实施例中，还在分体式机体的侧面上设置了安装缸盖的结构，使缸盖可以方便的连接道该机体上，形成完整的内燃机或者压缩机的缸体。

在本发明的其他优选实施例中，还在机体上为水泵提供了安置孔，使油道、水道均能设置在该机体中，无需借助机体外的管路，进一步化简了结构。

附图说明

图1是本发明背景技术提供的H型缸体的示意图；

图2是本发明实施例提供的分体式H型缸体的立体图之一；

图3是本发明实施例提供的分体式H型缸体的立体图之二。

具体实施方式

请参看图2，该图为本发明实施例提供的一种内燃机机体的立体图。请同时参看图3，该图是图2所示机体从另一个角度观察获得的立体图，其向外侧的端面为图2中的顶面。该机体是背景技术中所述的用于支撑曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构的H型机体，以下说明中，与背景技术中相同的结构采用相同的图标。另外，为了描述方便，对该机体根据通常的称呼标出其三个维度，分别是上下维度I、前后维度II和左右维度III，在图1中示出上述维度的方向。其六个外表面分别是上下维度I上的顶面和底面，前后维度II上的前端面和后端面，左右维度III上的左侧面和右侧面。图2、图3同样示出上述维度方向。

该机体需要支撑的运动结构具有三个往复运动元件和一个旋转运动元件。在内燃机中，三个往复运动元件分别是第一活塞、第二活塞和动平衡滑块，所述旋转运动元件是曲轴或者端轴、动轴组成的轴系。相应的，该H型机体为所述第一活塞和第二活塞提供了第一气缸1、第二气缸2两个往复运动轨道，为动平衡滑块提供了跑道4作为往复运动轨道。为所述的旋转运动元件提供主轴承孔3作为旋转支撑。其中，第一气缸1、第二气缸2轴向沿着机体的左右维度III延伸，跑道4的轴向沿着机体的上下维度I延伸，主轴承孔3的轴向沿着机体的前后维度II延伸，气缸、跑道和主轴承孔三者相互垂直。其中，第一气缸1、第二气缸2的轴线和主轴承孔3的轴线共面并相互垂直，其所在的平面称为第一平面；跑道4轴线垂直于第一气缸1、第二气缸2以及主轴承孔3三者的轴线，并且和所述主轴承孔3的轴线共面，该平面称为第二平面。

与背景技术中提供的H型机体不同，该机体沿所述第二平面被分割为两半，两部分分别单独制成。从图2、图3可以看出，该机体沿着上述第二平面存在完整的分界线，该分界线将机体分为左半机体A和右半机体B。从图中可以看出，在顶面上，沿着该分界线，左半机体A和右半机体B均设置有界面凸缘，左半机体A的界面凸缘称为左界面上凸缘A-2，右半机体的界面凸缘称为右界面上凸缘B-2。两个界面上凸缘在组装后相互贴合。该分界面还将所述主轴承孔3分为左右两部分，每部分在周向上占据半个圆。同样，所述跑道4也被该分界面对称的分为左右两半。被分为两部分的机体分别称为左半机体A和右半机体B。

所述左半机体A的左侧面上，具有凸出于顶面的凸缘，称为左侧面上凸缘A-1；左半机体A与右半机体B相邻的分界面上，具有凸出于顶面的凸缘，称为左界面上凸缘A-2。在左半机体A的顶面位置，还具有凸出于顶面的跑道4的左凸出部4-1，该左凸出部4-1为沿跑道4凸出的框体，该凸出部4-1的左侧边为向左凸出的弧形，并向右开口于左半机体A的界面上，其内缘面即为跑道4的一部分。所述左界面上凸缘A-2被该左凸出部4-1分为两个部分。在该顶面，设置有垂直并连接所述左侧面上凸缘A-1和左界面上凸缘A-2的两对加强肋，称为横肋。其中位于中间位置的一对称为左间肋A-3，分别位于机体前后维度II上的前后沿的一对称为左边肋A-4。在机体的底面位置同样设置与上述左间肋A-3和左边肋A-4相同的横肋。

所述左间肋A-3对称设置在所述左凸出部4-1的两侧，即跑道4的两侧。在上述左间肋A-3中均设置有第二通孔8，上述横肋的两端连接的左侧面上凸缘A-1和左界面上凸缘A-2位置同样被上述第二通孔8穿过。上述第二通孔8在机体组合后，与位于右半机体B上相应位置的第二通孔联通，形成以左右维度III方向横穿机体的通孔，该第二通孔8用于穿过固定缸盖以及左半机体和右半机体的长螺栓。这些长螺栓在将缸盖固定在机体上的同时，还将左半机体A和右半机体B固定在一起。机体上共有四个第二通孔8，另外两个位于机体底面。

所述左边肋A-4对称设置在左半机体A前后纬度II的边沿，在上述横肋中设置第一通孔5。上述横肋的两端连接的左侧面上凸缘A-1和左界面上凸缘A-2位置同样被上述第一通孔5穿过。上述左半机体A上的第一通孔5在左半机体A和右半机体B组装在一起后，与右半机体B上相应的第一通孔5连通，同样形成以左右维度III方向连通机体左侧面和右侧面的通孔。这些通孔用于穿过固定左半机体A和右半机体B的长螺栓。

上述第一通孔5和第二通孔8均在机体的左侧面和右侧面上开口，这些开口处均设置为可容纳螺栓头或者螺母的沉孔。如果不设置这些沉孔，则连接螺栓的压紧力将直接作用在机体的左侧面或者右侧面，会造成这些表面在螺栓安装位置产生局部压紧变形，对安装气缸盖产生不利影响。另外，在机体的左侧面和右侧面上，还设置有若干螺纹孔10，用于固定缸盖。

此外，所述两条左间肋A-3的外侧，还设置有前后方向的延伸的辅助肋A-5，连接在左间肋A-3与相应的左边肋A-4之间。在所述顶面上，还设置有人字形肋A-6。该人字形肋A-6的顶点连接左侧面上凸缘A-1上两条左间肋A-3的中点位置；其两个斜线的终点分别连接到两条左间肋A-3。在机体底面同样有上述各种加强肋的设置。

在所述右半机体B的顶面，具有与所述左半机体A相对称的结构，图2和图3中均已经示出，上面对左半机体A的说明中也有所涉及，在此不再赘述。

上述机体的顶面设置的加强肋结构，一方面通过两对横肋在顶面提供了设置所述第一通孔5和第二通孔8的位置，其人字形肋则将可以分担固定缸盖对机体产生的拉应力，避免其直接作用在跑道4上造成跑道4的变形，使其能够始终为动平衡滑块提供往复运动轨道。该分体式机体，由于跑道4被分界面分为两半，在安装缸盖后，机体在左右维度III上产生变形更大，使跑道4变形的可能性以及变形的程度都会比整体式机体大，因此，上述人字形加强肋的设置对于分体式机体的意义更为重要。

以下对上述机体的一些其它相关结构进行说明。

所述左半机体A的前端面上，位于所述主轴承孔3的下侧，开设有一个圆形盲孔，该孔用于安置水泵，称为水泵安置孔6；冷却水水道在该水泵安置孔6中具有开口，使冷却水可以从该水泵安置孔6直接联通机体内部的水道，无需外部的管路。与此相似，在所述右半机体B的前端面上，在所述主轴承孔3的下侧开设有圆形盲孔，该孔用于安置机油泵，称为机油泵安置孔7，该机油泵安置孔7中设置有机油油道的开口，使该机体的油道可以完全设置在机体上，无需通过外部管路连接。

在所述前端面上，在所述主轴承孔3的左右两侧，即分别在左半机体A和右半机体B上，分别设置一个齿轮安置孔9，用于安置带动凸轮轴的齿轮。

在该机体的顶面和底面，左半机体A和右半机体B均具有相对称的加强肋结构。这些加强肋结构，一方面通过两对横肋提供了设置所述第一通孔5和第二通孔8的位置，其人字形肋则可以分担固定缸盖对机体产生的拉应力，避免其直接作用在跑道4上造成跑道4的变形，使该跑道4能够始终为动平衡滑块提供往复运动轨道。该分体式机体，由于跑道4被分界面分为两半，在安装缸盖后，机体在左右维度III上产生变形更大，使跑道4变形的可能性以及可能的变形程度都会比整体式机体大，因此，上述人字形加强肋的设置对于分体式机体的意义更为重要。

上述介绍中，仅仅说明了机体顶面的情况，实际上，该机体底面具有相同与顶面对称的结构。对于机体底面的情况不再赘述，其中，相对左侧面上凸缘，机体底部具有左侧面下凸缘；同样，相对右侧面上凸缘，机体底部具有右侧面下凸缘，以上各个凸缘称为侧面凸缘。类似的，还可以有界面凸缘等概念。

上述实施例中，机体用于内燃机，实际上，该机体也可以用于压缩机。

另外，上述实施例中，假设第一气缸1和第二气缸2中均安置双作用活塞，实际上，也可以使用单作用活塞，此时仅在一个侧面上设置安装缸盖的连接结构。

将上述机体用于相应的内燃机或者压缩机，即可获得使用上述机体的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 (9)

1.一种往复-旋转运动转换机构的H型机体，该机体以主轴承孔轴线和第二往复运动轨道中轴线组成的第二平面为分界，被分割为左半机体、右半机体两部分，两部分分别独立制成；在左半机体和右半机体上设置相互对应的定位结构，在组装时，通过这些定位结构将左半机体和右半机体组成一个完整的机体；其特征在于，该H型机体前表面设置有安装机油油泵的油泵安置孔；该安置孔中设置有连接机体油道的开口，该H型机体的油道全部设置在机体内部。

2.根据权利要求1所述的往复-旋转运动转换机构的H型机体，其特征在于，所述定位结构为若干个以左右方向穿过所述左半机体和右半机体的通孔；左半机体和右半机体组合后，相应的通孔连接成一个完整的通孔；穿过这些通孔的螺栓将左半机体和右半机体固定在一起。

3.根据权利要求2所述的往复-旋转运动转换机构的H型机体，其特征在于，所述通孔包括位于上述半机体四角的四个第一通孔。

4.根据权利要求3所述的往复-旋转运动转换机构的H型机体，其特征在于，所述通孔设置于机体顶面和底面位于前后沿的边肋中。

5.根据权利要求1所述的往复-旋转运动转换机构的H型机体，其特征在于，左半机体的左侧面和右半机体的右侧面分别设置有若干用于固定缸盖的定位结构。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的往复-旋转运动转换机构的H型机体，其特征在于，其前表面设置有安装水泵的水泵安置孔；该安置孔中设置有连接机体水道的开口，该H型机体的水道全部设置在机体内部。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的往复-旋转运动转换机构的H型机体，其特征在于，在左半机体和右半机体的顶面和底面均设置有加强肋，包括在左右维度上连接左右侧面凸缘的两条间肋，这两条间肋位于第二往复运动轨道在顶面或者底面开口的两侧；左半机体和右半机体上各设置有一组人字形肋，每组人字形肋连接相应的侧面凸缘和两侧的间肋；所述间肋中设置有第二通孔，用于穿过固定缸盖和机体两部分的长螺栓。

8.一种内燃机，该内燃机采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构，其特征在于，使用权利要求1-权利要求7任一项所述的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体。

9.一种压缩机，该压缩机采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构，其特征在于，使用权利要求1-权利要求7任一项所述的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体。

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