CN101813170B - 往复运动和旋转运动相互转换的机构及其部件、设备 - Google Patents

Abstract

一种往复运动和旋转运动相互转换的机构，包括往复运动件、旋转运动件、机架；旋转运动件包括两个端轴和一个动轴；端轴可旋转的固定在机架上，两端轴的旋转轴位于同一直线；端轴上设有轴线距离旋转轴距离为e的动轴颈容置孔；动轴两端为动轴颈，中间具有三段轴线平行于动轴颈轴线、距离为e的动轴销，相邻动轴销在空间上有180度相位差；组装时，动轴颈分别与两端端轴的动轴颈容置孔可旋转的连接；每个动轴销至少对应设置一个置于往复运动导轨中的往复运动件，通过往复运动件上的动轴销孔与动轴销可旋转连接；相邻往复运动件的往复运动导轨在空间上具有90度相位差。本机构没有连杆和圆滑块，克服了它们给转换机构带来的缺陷。本发明还提供一种应用上述机构的设备。

Description

往复运动和旋转运动相互转换的机构及其部件、设备

本申请要求申请人于2009年10月16日提交的申请号为200910236026.5的中国专利申请的优先权。 

技术领域

本发明涉及一种运动转换机构，具体是涉及一种往复运动和旋转运动相互转换的机构。本发明同时涉及组成上述机构的部件，以及使用上述机构获得的设备。 

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”。上述内燃机的共同特点，是对通用技术下内燃机的曲柄连杆机构进行了彻底改进，采用具有偏心圆孔的圆滑块代替连杆。所述偏心圆滑块呈圆柱形，并且开有平行于圆柱体轴线的偏心圆孔，该偏心圆孔用于穿过曲轴的曲柄销。该内燃机的活塞包括两端的冠部和连接两冠部的导向部，其中导向部上开有圆孔，该圆孔的内径面和上述圆滑块的外径面相配合，称为圆滑块容 置孔；所述圆滑块即安置在活塞导向部上与其外周相配合的圆滑块容置孔中。当所述活塞受到气缸中燃烧气体的推动而在气缸中往复运动时，所述偏心圆滑块绕其自身的圆心转动，并进而带动曲轴反向转动，从而将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，再通过与曲轴连接的旋转部件向外传递功率。上述专利的思想也可以方便的转用到压缩机或者抽真空机中，获得曲柄圆滑块压缩机或者曲柄圆滑块抽真空机。 

由于取消了连杆，其复杂的往复摆动也就被取消，使上述曲柄圆滑块机构能够方便地实现惯性力的完全平衡；同样，由于连杆的摆动而形成的对活塞往复运动的导轨侧壁的侧压力也会消失，使活塞往复运动时的摩擦力显著降低；另外，取消连杆后，可以显著缩小往复运动方向的尺寸，整个机构的尺寸得以显著缩小。 

但是，上述运动机构仍然存在一些显著的缺点，限制了曲柄圆滑块机构的运用。首先，该机构中圆滑块设置在活塞的圆滑块容置孔中，曲柄销又需要穿过圆滑块上的偏心孔，使该位置各个零件交汇过于集中，曲柄销尺寸受到限制，不能进行大负荷传力。其次，运动时，圆滑块和曲柄销的轴承线速度高，而且处于机构深处，不易散热；另一个问题是，该机构的行程缸径比受到圆滑块尺寸的影响，不能很高，有可能使可燃混合气体每次点燃后产生的爆发压力无法充分释放，造成燃油经济性下降。 

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种往复运动和旋转运动相互转换的机构，该机构无需使用圆滑块，从而解决了曲柄圆滑块机构中由于圆滑块的存在而带来的种种问题，同时，还可以继续保留曲柄圆滑块机构中取消连杆带来的各种优点。本发明同时提供使用于上述往复运动和旋转运动相互转换的机构的部件，以及使用上述往复运动和旋转运动相互转换的机构的内燃机和压缩机。 

本发明提供的一种往复运动和旋转运动相互转换的机构，包括：往复运动件、旋转运动件以及支撑该机构的机架，所述旋转运动件包括两个端轴和连接在两个端轴之间的动轴，其中， 

所述端轴可旋转地支撑在机架上，并且两个端轴的旋转轴位于同一直线上，所述端轴上开设有动轴颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴的旋转轴平行，并且距离该旋转轴的距离为e； 

所述动轴包括动轴颈、动轴销以及动轴臂，其中所述动轴颈为位于动轴端 头的轴段，该动轴的两端各有一个动轴颈，两端的动轴颈的轴线位于同一条直线上；所述动轴销为一段轴段，该动轴共有三个动轴销，各个动轴销的轴线均平行于所述动轴颈的轴线，并且动轴销轴线距离动轴颈轴线的距离也为e，并且相邻的动轴销在空间上具有180度相位差；动轴颈和动轴销之间以及相邻的动轴销之间通过所述动轴臂连接；与所述端轴组成所述旋转运动件时，动轴两端的动轴颈分别插入相应的端轴的动轴颈容置孔，并与动轴颈容置孔可旋转地连接； 

每个动轴销至少对应设置一个往复运动件，往复运动件上具有套在动轴销上的动轴销孔，动轴销孔与动轴销可旋转连接；所述往复运动件具有能够使其在往复运动轨道中进行直线运动的轮廓，其中相邻动轴销对应的往复运动件的往复运动导轨在空间上具有90度相位差。 

可选的，对应每段动轴销的往复运动件为一个；其中，左右两段的动轴销对应的往复运动件为活塞，中间段的动轴销对应的往复运动件为活塞、动平衡滑块或者其它任意一种往复运动件；所述活塞为单作用活塞或者双作用活塞。 

可选的，所述中间段的动轴销对应的往复运动件的质量等于左、右动轴销对应的活塞的质量之和。 

本发明还提供一种用于上述的任一种往复运动和旋转运动相互转换的机构的端轴，其中，该端轴具有一个旋转轴，并且该端轴上开设有动轴颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴的旋转轴平行，并且与端轴的旋转轴具有距离e；该距离e和与该端轴配对使用的动轴的动轴销轴线与动轴颈轴线的距离相等。 

可选的，该端轴具有端轴颈和端轴臂；所述端轴颈能够被支撑在机架上，其轴线就是该端轴的旋转轴；所述端轴臂为设置在端轴颈一端的凸盘，其上开设所述动轴颈容置孔。 

本发明还提供一种用于上述的任一种往复运动和旋转运动相互转换的机构的动轴，包括动轴颈、动轴销以及动轴臂；其中所述动轴颈为位于动轴端头的轴段，该动轴的两端各有一个动轴颈，两端的动轴颈的轴线位于同一条直线上；所述动轴销为一段轴段，该动轴共有三个动轴销，各个动轴销的轴线均平行于所述动轴颈的轴线，并与动轴颈轴线具有距离e，该距离e和与该动轴配对使用的端轴的动轴颈容置孔轴线与端轴的旋转轴之间 

的距离相等；相邻的动轴销在空间上具有180度相位差；动轴颈和动轴销之间、以及相邻的动轴销之间通过所述动轴臂连接。 

本发明还提供一种用于上述的任一种往复运动和旋转运动相互转换的机构的旋转运动件，包括两个端轴和连接在两个端轴之间的动轴，其特征在于， 

所述两个端轴的旋转轴位于同一直线上，在每一端轴上均开设有动轴颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴的旋转轴平行，并且距离该旋转轴的距离为e； 

所述动轴包括动轴颈、动轴销以及动轴臂，其中所述动轴颈为位于动轴端头的轴段，该动轴的两端各有一个动轴颈，两端的动轴颈的轴线位于同一条直线上；所述动轴销为一段轴段，该动轴共有三个动轴销，各个动轴销的轴线均平行于所述动轴颈的轴线，并且动轴销轴线距离动轴颈轴线的距离也为e，相邻的动轴销在空间上具有180度相位差；动轴颈和动轴销之间以及相邻的动轴销之间通过所述动轴臂连接； 

组成所述旋转运动件时，所述动轴两端的动轴颈分别插入相应的端轴的动轴颈容置孔，并与动轴颈容置孔可旋转地连接。 

本发明还提供一种设备，该设备为内燃机，其中，使用上述任一项所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构。 

本发明还提供一种设备，该设备为压缩机，其中，使用上述任一项所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构。 

与现有技术相比，本发明提供的往复运动和旋转运动相互转换的机构，其旋转运动件为一个轴系，包括端轴和动轴，所述端轴上设置有偏置在其旋转轴一侧的动轴颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴旋转轴的距离为e，用于容置所述动轴的动轴颈；所述动轴上除了与所述端轴上的动轴颈容置孔以可旋转方式相配的动轴颈外，还具有三段动轴销，这些动轴销的轴线均与动轴颈的轴线具有距离e，并且相邻的动轴销空间上具有180度相位差；该往复运动和旋转运动相互转换机构的往复运动件对应所述动轴销设置，每段动轴销设置至少一个往复运动件，所述往复运动件上具有套在动轴销上的动轴销孔，且两者之间为可旋转连接，所述往复运动件受到往复运动导轨的限制，只能在直线上运动，并且相邻的动轴销对应的往复运动件的往复运动导轨在空间上呈90度；利用该往复运动与旋转运动相互转换的机构，在两个或任意一个往复运动件的运动方向输入驱动力，可转换为旋转运动，并通过任意的一个端轴输出旋转运动，从而可带动其它的外部部件做转动。反之，在端轴输入旋动运动驱动力，可转换为两个相互垂直方向的往复运动力；运动时，假设端轴以+ω的速度旋转，则所述动轴以动轴颈轴线为中心，以-ω的速度旋转，此时，动轴通过动轴销可拉着往复运动件在直线轨道上运动，反之亦然；该往复运动和旋转运动相互转换的机构中，相互垂直方向的往复运动件可将往复惯性力转化为离心惯性力，便于对其进行平衡。 

此外，本发明的往复运动和旋转运动转换的机构中，由于该机构的动轴具有三个动轴销，其中位于两端的两个动轴销与位于中间的动轴销的相位相反，从而还可以相互克服活点，使其可以解决活点问题；所谓活点，是指动轴销运动到90度相位时，即动轴销轴线与端轴轴线重合时，端轴和动轴可能不再按照原来的运动方向继续运动的位置点；由于这一点上，动轴运动方向不确定，故称为活点；而在本发明的技术方案中，动轴具有相位相反的动轴销，由于相位相反的动轴销对应的往复运动件在不同时刻通过活点，使一个(或相位相同的两个)动轴销处于活点时，与之相位相反的动轴销则继续带着该动轴按照原来的运动方向运动，使处于活点的动轴销也能够按照原来的运动方向运动，最终该动轴整体上不会改变运动方向；通过上述相互作用，可形成具有相位相反的动轴销的动轴的各个动轴销相互帮助其它动轴销克服活点的机制，旋转运动件可以持续向一个旋转方向旋转运动，整个转换机构的正常运动得以维持；上述运动机理保证了机构的稳定性。 

此外，本发明的往复运动和旋转运动转换的机构中，具有三个动轴销，分别为位于左右两端的第一动轴销和第三动轴销，以及位于中间的第二动轴销，且第一动轴销和第三动轴销所对应的往复运动件的往复运动方向相同，并与所述第二动轴销所对应的往复运动件的往复运动方向垂直；而且，第一动轴销和 第三动轴销上的往复运动件分别设置于第二动轴销上的往复运动件的两侧；从而使得该机构不但可以将相互垂直的往复惯性力转化为离心惯性力，而且该机构产生的往复惯性力矩也有可能获得平衡，在选择合适的结构参数的情况下，甚至可以使往复惯性力矩为零。例如，选择将第二动轴销的往复运动件的往复运动中心轴线布置在距离第一动轴销的往复运动件的往复运动中心轴线和距离第三动轴销的往复运动件的往复运动中心轴线相等的位置，并且第二动轴销对应的往复运动件的质量是第一动轴销和第三动轴销对应的往复运动件的质量之和。 

而且，本机构中，任一往复运动件均可以作为做功部件，而有同时作为其它往复运动件的平衡部件，通过运动构件本身便可以将往复惯性力矩平衡，这与传统的技术中需要另外设置额外的平衡机构的方式(例如正反转平衡轮系)截然不同。 

此外，本发明提供的往复运动和旋转运动转换的机构还具有如下的优点：由于不设置连杆，使该机构中不含有来回摆动的运动件，所有运动件的运动均为简谐运动，可方便的进行动平衡；其次，由于该机构中不再设置圆滑块，使其往复运动件往复运动行程的设计尺寸不受圆滑块尺寸的限制，可以设置得比较大，以克服行程缸径比过小可能造成的可燃混合气体爆发压力释放不充分的问题；另外，由于该机构中不存在圆滑块设置在活塞中、曲柄销又需要穿过圆滑块偏心孔这样的复杂结构，简化了机构的装配复杂度，机构的润滑油路等也易于设计，便于散热；而且，在该机构中，起到传力作用的动轴销直接穿过往复运动件，而不需要先穿过圆滑块，再通过圆滑块与活塞等往复运动件联系，因此，其尺寸可以做得比曲柄圆滑块机构中的曲柄销粗，有利于进行大负荷传力。 

上述机构可以用于将往复运动转换为旋转运动的设备中，例如内燃机；也可以用于将旋转运动转换到往复运动的设备中，例如压缩机；相对于传统的曲柄连杆机构的内燃机机或压缩机，本发明的运动转换机构构成的发动机具有诸多优点：平衡性能好，行程缸径比选择范围大，无曲轴箱，结构紧凑，体积重量小等；而且，功能灵活多变，例如，作为动平衡滑块的往复运动件也可以改造为活塞，用于发电机，压缩机，抽真空机等，构成多功能机。 

附图说明

图1为本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第一实施例的示意 图； 

图2为图1的左视图的简图； 

图3为本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第一实施例中的端轴的结构示意图； 

图4为本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第一实施例中的动轴的结构示意图； 

图5为本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第一实施例中的往复运动件的示意图； 

图6为本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第二实施例的示意图。 

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。 

下面结合实施例以及附图对本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构进行详细描述。 

实施例一 

图1为本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第一实施例的示意图。图2为图1左视图的简图，该图用于说明该实施例的往复运动件的位置关系，图1中表示的一些元件没有示出。图3、图4和图5分别为图1所示的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第一实施例中各个组件的结构示意图。 

请参考图1，本实施例中，以所述动轴销为三个，对应每一个均有一个往复运动件为例进行说明。 

本实施例中，往复运动和旋转运动相互转换的机构包括第一往复运动件14a、第二往复运动件14b和第三往复运动件14c，以及旋转运动件和支撑该机构的机架(图中未示出)。 

所述旋转运动件为一个轴系，包括位于两端的第一端轴10a和第二端轴10b以及以转动副连接在所述的第一端轴10a和第二端轴10b之间的动轴15。所述往复运动件14a、14b和14c分别套接于所述的动轴15的三个动轴销上，并与相应的动轴销构成转动副。 

请继续参考图1，所述的第一端轴10a和第二端轴10b具有共同的轴线m。 当所述的两个端轴沿图1中箭头11所示的方向沿其轴线m转动时，第一往复运动件14a和第三往复运动件14c可沿图1中箭头13的方向做往复直线运动，而第二往复运动件14b可沿垂直于所述第一往复运动件14a和第三往复运动件14c运动方向做往复直线运动(如图2所示，其中，图2中第一往复运动件14a和第三往复运动件14c往复运动的方向相同，图2中仅示出第一往复运动件14a)。利用图1所示的结构，可实现沿箭头11所示的旋转运动与图1中的箭头13和图2中的箭头13b所示的往复运动之间的相互转换。当然，所述端轴10a和10b的旋转方向还可以是与箭头11所示的方向相反的方向。 

下面结合图3、图4以及图5分别对图1中示出的机构的各个组件进行详细描述。 

图3为本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第一实施例中的端轴的结构示意图。图1中示出的第一端轴10a和第二端轴10b可以完全相同，图3中仅示出其中的第一端轴10a。 

请参考图3，本实施例中，第一端轴10a包括端轴颈1和端轴臂2。其中，所述端轴颈1可转动的固定于机架上，具体固定方式可通过滚动轴承或者滑动轴承，以及其它可能的可转动固定方式。固定时，图1中示出的第一端轴10a和第二端轴10b的端轴颈的轴线位于同一直线上，也即二者可以绕共同的轴线旋转，该轴线就是端轴的轴线m。 

所述的端轴臂2为设置于端轴颈1的内侧端(即朝向图1中所示的动轴15的端部)的凸盘，在所述端轴臂2上开设有容纳动轴15的动轴颈(请参考图4所示)的动轴颈容置孔3。所述的动轴颈容置孔3的轴线与所述端轴颈1的轴线平行，且偏离所述端轴颈1的轴线的距离为e，如图3所示。 

此外，也可以将所述端轴臂2通过轴承直接固定于机架之上(此时，所述端轴臂2需要为圆柱体，且该圆柱形体的中心轴线与端轴颈1的轴线重合)，而端轴颈1可用于传递扭矩，向外输出动力。当然，所述第一端轴10a也可以不设置所述的端轴颈1，仅有圆柱体形状的端轴臂2构成，并在所述端轴臂上设置所述的动轴颈容置孔3。 

所述的第一端轴10a还可以具有其它结构，但其至少包括一旋转轴使该第一端轴10a可以绕所述的旋转轴转动，以及包括设置于该端轴上并偏离所述旋转轴的一个动轴颈容置孔。 

此外，本实施例的图1中所示出的第一端轴10a和第二端轴10b结构也可以 不必相同，只要二者在机架上固定后具有共同的旋转轴，且动轴颈容置孔中心轴线与该旋转轴的距离相同即可。 

图4为本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第一实施例中的动轴15的结构示意图。 

请参考图4，动轴15包括第一动轴颈4a和第二动轴颈4b，第一动轴销6a、第二动轴销6b和第三动轴销6c，以及第一动轴臂5a、第二动轴臂5b、第三动轴臂5c和第四动轴臂5d。 

其中，第一动轴颈4a和第二动轴颈4b为轴段，分别位于动轴15的两端，且第一动轴颈4a和第二动轴颈4b的轴线位于同一直线上。 

本实施例中，动轴销为三个，分别为图4所示的第一动轴销6a、第二动轴销6b和第三动轴销6c。所述的第一动轴销6a、第二动轴销6b和第三动轴销6c也同样为轴段，其长度可以与第一动轴颈4a和第二动轴颈4b不同。所述第一动轴销6a、第二动轴销6b和第三动轴销6c的轴线均平行于所述第一动轴颈4a和第二动轴颈4b的轴线，且第一动轴销6a、第二动轴销6b和第三动轴销6c的轴线距第一动轴颈4a和第二动轴颈4b的轴线的距离均为e，也即与图3中所示的动轴颈容置孔3的轴线偏离其端轴颈1的距离相同。而且，第一动轴销6a和第二动轴销6b、第二动轴销6b和第三动轴销6c在空间上具有180度的相位差，即所述第一动轴销6a和第三动轴销6c位于所述第一动轴颈4a和第二动轴颈4b的同侧，而所述的第二动轴销6b则位于与所述第一动轴销6a和第三动轴销6c相对的一侧，且第一动轴销6a和第三动轴销6b的轴线共线，其轴线距离所述第一动轴颈4a和第二动轴颈4b的共同轴线的距离和第二动轴销6b的轴线与该共同轴线的距离相等。 

第一动轴颈4a和第一动轴销6a、第一动轴销6a和第二动轴销6b、第二动轴销6b和第三动轴销6c以及第二动轴颈4b和第三动轴销6c之间分别通过第一至第四动轴臂5a、5b、5d和5c连接，其中，上述的动轴颈、动轴臂以及动轴销可以一体成形，也可以分别制成，再通过连接件固定连接，这里不再赘述。 

该机构安装完成后，所述的动轴15的第一动轴颈4a和第二动轴颈4b分别插入图3中所示的两端轴的动轴颈容置孔中，构成转动副。 

图5为本发明的往复运动和旋转运动相互转换的机构的第一实施例中的往复运动件的示意图。 

参考图5，往复运动件具有套在图4中所示的动轴15的动轴销上的动轴销 孔7，在往复运动件套接于所述动轴的动轴销上时，构成转动副。此外，所述往复运动件还具有能够使其在往复运动轨道中进行直线运动的外廓形状。 

本实施例中，所述的往复运动件为三个，分别为第一往复运动件14a、第二往复运动件14b和第三往复运动件14c(如图1和图2所示)，且分别套接于图4所示的动轴15的第一动轴销6a、第二动轴销6b和第三动轴销6c上。上述三个往复运动件可分别置于往复运动导轨中，其外廓与往复运动导轨相配合。 

上述第二往复运动件14b的往复运动导轨方向与所述第一往复运动件14a和第三往复运动件14c的往复运动导轨在空间上均具有90度的相位差，而第一往复运动件14a和第二往复运动件14c的往复运动导轨平行设置。例如，第一往复运动件14a和第三往复运动件14c的往复运动导轨可沿图1所示的箭头13方向布置，而第二往复运动件14b的往复运动导轨方向可沿图2箭头13b的方向布置。 

另外，为了获得最佳的往复惯性力和往复惯性力矩平衡效果，可设置第一往复运动件14a和第三往复运动件14c的质量之和与第二往复运动件14b的质量相同。相应的，还需要设置第二往复运动轨道轴线与第一往复运动轨道轴线和与第三往复运动轨道轴线的距离相等。 

此外，在每一动轴15的动轴销上也可以并列设置两个或两个以上的往复运动件，这里不再详细论述。 

上述的实施例中，提供的往复运动和旋转运动相互转换的机构，其旋转运动件为一个轴系，包括端轴和动轴，所述端轴上设置有偏置在其旋转轴一侧的动轴颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴旋转轴的距离为e，用于容置所述动轴的动轴颈；所述动轴上除了与所述端轴上的动轴颈容置孔以可旋转方式相配的动轴颈外，还具有三段动轴销，这些动轴销的轴线均与动轴颈的轴线具有距离e，并且相邻的动轴销空间上具有180度相位差。该往复运动和旋转运动相互转换机构的往复运动件对应所述动轴销设置，每段动轴销设置一个往复运动件，所述往复运动件上具有套在动轴销上的动轴销孔，且两者之间为可旋转连接，所述往复运动件受到往复运动导轨的限制，只能在直线上运动，并且相邻的动轴销对应的往复运动件的往复运动导轨在空间上具有90度相位差。 

利用上述的实施例的往复运动与旋转运动相互转换的机构，在两个或任意一个往复运动件的运动方向输入驱动力，可转换为旋转运动，并通过任意的一个端轴输出旋转运动，从而可带动其它的外部部件做转动。反之，在端轴输入 旋动运动驱动力，可转换为两个相互垂直方向的往复运动力。运动时，假设端轴以+ω的速度旋转，则所述动轴以动轴颈轴线为中心，以-ω的速度旋转，此时，动轴通过动轴销可拉着往复运动件在直线轨道上运动，反之亦然。 

本实施例的往复运动和旋转运动相互转换的机构中，相互垂直方向的往复运动件可相互平衡往复惯性力，将往复惯性力转化为离心惯性力，便于进行平衡，从而使机构获得良好的平衡性能。 

此外，本实施例的往复运动和旋转运动转换的机构中，由于该机构的动轴具有三个动轴销，其中两个与另外的一个相位相反，从而还可以相互克服活点的问题，使其可以方便的克服活点问题。所谓活点，是指动轴销运动到90度相位时，即动轴销轴线与端轴轴线重合时，端轴和动轴可能不再按照上述运动规律运动继续运动的位置点；由于这一点上，动轴运动方向不确定，称为活点。而在本实施例中，动轴具有相位相反的动轴销(其中两个与另外的一个相位相反)，由于相位相反的动轴销对应的往复运动件在不同时刻通过活点，使一个(或相位相同的两个)动轴销处于活点时，与之相位相反的动轴销则继续带着该动轴按照原来的运动规律运动，使处于活点的动轴销也能够按照原来的运动规律运动，最终该动轴整体上不会改变运动规律。通过上述相互作用，可形成具有相位相反的动轴销的动轴的各个动轴销相互帮助其它动轴销克服活点的机制，旋转运动件可以持续向一个旋转方向旋转运动，整个转换机构的正常运动得以维持。上述运动机理保证了机构的稳定性。 

此外，对于仅有两个动轴销的往复运动和旋转运动转换的机构(该机构与上述实施例中所不同的仅仅是动轴为两个动轴销)，在其每一动轴销上具有往复运动方向相互垂直的往复运动件，虽然该机构也能够将相互垂直的往复惯性力转换为离心惯性力，使得往复惯性力得以转化并易于平衡，但是其整个机构的往复惯性力矩并未得到平衡，必要时，还需要额外的平衡机构来对往复惯性力矩进行平衡或减小。 

而本申请中的上述的往复运动和旋转运动转换的机构中，具有三个动轴销，分别为第一动轴销6a、第二动轴销6b和第三动轴销6c，且第一动轴销6a和第三动轴销6c所对应的往复运动件14a和14c的往复运动方向相同，并与所述第二动轴销6c所对应的往复运动件14b的往复运动方向垂直；而且，第一往复运动件14a和第三往复运动件14c设置于第二往复运动件14b两侧。从而使得该机构不但可以将相互垂直的往复惯性力转化为离心惯性力，而且该机构产生的往 复惯性力矩也得以平衡，整体的往复惯性力矩为零。总之，本机构中，第一往复运动件14a、第二往复运动件14b和第三往复运动件14c，均可以作为做功部件，而任一往复运动件根据需要又可以作为其它往复运动件的平衡部件，通过运动机构本身便可以将往复惯性力矩平衡。这与传统的技术中需要另外设置额外的平衡机构的方式(例如正反转平衡轮系)截然不同。 

此外，本申请中提供的机构还具有如下显著的优点：由于不设置连杆，使该机构中不含有来回摆动的运动件，所有运动件的运动均为简谐运动，可方便的进行动平衡；其次，由于该机构中不再设置圆滑块，使其往复运动件往复运动行程的设计尺寸不受圆滑块尺寸的限制，可以设置得比较大，以克服行程缸径比过小可能造成的可燃混合气体爆发压力释放不充分的问题；另外，由于该机构中不存在圆滑块设置在活塞中、曲柄销又需要穿过圆滑块偏心孔这样的复杂结构，简化了机构的装配复杂度，机构的润滑油路等也易于设计，便于散热。 

而且，在该机构中，起到传力作用的动轴销直接穿过往复运动件，而不需要先穿过圆滑块，再通过圆滑块与活塞等往复运动件联系，因此，其尺寸可以做得比曲柄圆滑块机构中的曲柄销粗，有利于进行大负荷传力。 

此外，本实施例的往复运动和旋转运动转换的机构结构简单紧凑，零件数目少，易于维护。因而，本发明的实施例的转换机构可应用于内燃机和压缩机中，替代传统的曲柄连杆的运动转换机构。例如，位于左右两边的往复运动件可作为活塞，中间的往复运动件可以作为动平衡滑块、活塞或其它形式的往复运动件。此外，也可以中间的往复运动件为活塞，而位于左右两边的往复运动件为动平衡滑块。其中，所述往复运动件为活塞时，其结构可以如下：其外廓形状中具有一段圆柱形的活塞头，该圆柱形的外周面配合作为往复运动轨道的气缸内径面设置；该活塞还具有一段伸出的活塞臂，所述动轴销孔设置在该活塞臂上。 

相对于传统的曲柄连杆机构的内燃机机或压缩机，本发明的运动转换机构构成的发动机具有诸多优点，例如，平衡性能好，行程缸径比选择范围大，无曲轴箱，结构紧凑，体积重量小等。而且，功能灵活多变，例如，作为动平衡滑块的往复运动件也可以改造为活塞，用于发电机，压缩机，抽真空机等，构成多功能机。本发明的运动转换机构的组件与传统的曲柄连杆机构中的组件结构大致相同，因而与传统的机构具有很好继承性，容易实现。 

实施例二 

图6为本发明的往复运动与旋转运动相互转换的机构的第二实施例的示意图。本实施例中，位于左右两端的第一曲柄销6a和第三曲柄销6c对应的往复运动件为双作用活塞，而位于中间的第二曲柄销6b对应的往复运动件为动平衡滑块，利用本实施例的往复运动和旋转运动相互转换的机构也可以构成H型四缸内燃机和压缩机。本实施例的其它方面与上述的实施例一相同，并具有相同的有益效果，这里不赘述。 

此外；如果第二动轴销6b上的往复运动件换为单作用活塞，则可构成H-⊥型五缸机。可见，在各个动轴销上均可装配单作用活塞、双作用活塞以及动平衡滑块，而不同的活塞又可实现诸如压缩空气，抽气以及内燃机活塞等不同的功能，它们之间组合可产生多种形式的内燃机以及多功能机器，本领域技术人员根据本发明的教导可以做出相应的改变，这些改变后的形式均应包含在本发明的保护范围之内。 

上述的实施例仅以动轴具有三个动轴销的情形对本发明进行了说明，当然，动轴的动轴销还可以是以三个一组，形成六个、九个等形式的机构，每一个动轴销上至少安装有一个往复运动件，也可以安装两个或者多个往复运动轨道在同一个直线方向上的往复运动件。其变化非常多样，这里不再一一进行描述，本领域技术人员可以根据本发明的教导做出相应的改变。这些改变后的形式均应包含在本发明的保护范围之内。 

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)

1.一种往复运动和旋转运动相互转换的机构，包括：往复运动件、旋转运动件以及支撑该机构的机架，其特征在于，

所述旋转运动件包括两个端轴和连接在两个端轴之间的动轴，其中，

所述端轴可旋转地支撑在机架上，并且两个端轴的旋转轴位于同一直线上，所述端轴上开设有动轴颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴的旋转轴平行，并且距离该旋转轴的距离为e；

所述动轴包括动轴颈、动轴销以及动轴臂，其中所述动轴颈为位于动轴端头的轴段，该动轴的两端各有一个动轴颈，两端的动轴颈的轴线位于同一条直线上；所述动轴销为一段轴段，该动轴共有三个动轴销，各个动轴销的轴线均平行于所述动轴颈的轴线，并且动轴销轴线距离动轴颈轴线的距离也为e，并且相邻的动轴销在空间上具有180度相位差；动轴颈和动轴销之间以及相邻的动轴销之间通过所述动轴臂连接；与所述端轴组成所述旋转运动件时，动轴两端的动轴颈分别插入相应的端轴的动轴颈容置孔，并与动轴颈容置孔可旋转地连接；

每个动轴销至少对应设置一个往复运动件，往复运动件上具有套在动轴销上的动轴销孔，动轴销孔与动轴销可旋转连接；所述往复运动件具有能够使其在往复运动轨道中进行直线运动的轮廓，其中相邻动轴销对应的往复运动件的往复运动导轨在空间上具有90度相位差。

2.根据权利要求1所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构，其特征在于，对应每段动轴销的往复运动件为一个；其中，左右两段的动轴销对应的往复运动件为活塞，中间段的动轴销对应的往复运动件为活塞、动平衡滑块或者其它任意一种往复运动件；所述活塞为单作用活塞或者双作用活塞。

3.根据权利要求2所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构，其特征在于，所述中间段的动轴销对应的往复运动件的质量等于左、右动轴销对应的活塞的质量之和。

4.一种用于权利要求1或2或3所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构的端轴，其特征在于，该端轴具有一个旋转轴，并且该端轴上开设有动轴颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴的旋转轴平行，并且与端轴的旋转轴具有距离e；该距离e和与该端轴配对使用的动轴的动轴销轴线与动轴颈轴线的距离相等。

5.根据权利要求4所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构的端轴，其特征在于，该端轴具有端轴颈和端轴臂；所述端轴颈能够被支撑在机架上，其轴线就是该端轴的旋转轴；所述端轴臂为设置在端轴颈一端的凸盘，其上开设所述动轴颈容置孔。

6.一种用于权利要求1或2或3所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构的动轴，其特征在于，包括动轴颈、动轴销以及动轴臂；其中所述动轴颈为位于动轴端头的轴段，该动轴的两端各有一个动轴颈，两端的动轴颈的轴线位于同一条直线上；所述动轴销为一段轴段，该动轴共有三个动轴销，各个动轴销的轴线均平行于所述动轴颈的轴线，并与动轴颈轴线具有距离e，该距离e和与该动轴配对使用的端轴的动轴颈容置孔轴线与端轴的旋转轴之间的距离相等；相邻的动轴销在空间上具有180度相位差；动轴颈和动轴销之间、以及相邻的动轴销之间通过所述动轴臂连接。

7.一种用于权利要求1或2或3所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构的旋转运动件，包括两个端轴和连接在两个端轴之间的动轴，其特征在于，

所述两个端轴的旋转轴位于同一直线上，在每一端轴上均开设有动轴颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴的旋转轴平行，并且距离该旋转轴的距离为e；

所述动轴包括动轴颈、动轴销以及动轴臂，其中所述动轴颈为位于动轴端头的轴段，该动轴的两端各有一个动轴颈，两端的动轴颈的轴线位于同一条直线上；所述动轴销为一段轴段，该动轴共有三个动轴销，各个动轴销的轴线均平行于所述动轴颈的轴线，并且动轴销轴线距离动轴颈轴线的距离也为e，相邻的动轴销在空间上具有180度相位差；动轴颈和动轴销之间以及相邻的动轴销之间通过所述动轴臂连接；

组成所述旋转运动件时，所述动轴两端的动轴颈分别插入相应的端轴的动轴颈容置孔，并与动轴颈容置孔可旋转地连接。

8.一种设备，该设备为内燃机，其特征在于，使用权利要求1至3任一项所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构。

9.一种设备，该设备为压缩机，其特征在于，使用权利要求1至3任一项所述的往复运动和旋转运动相互转换的机构。

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