CN102338149A - 曲轴飞轮组、内燃机和压缩机及其运动转换机构 - Google Patents

Abstract

一种曲轴飞轮组，应用于无连杆往复运动与旋转运动相互转换的机构；包括曲轴以及和所述曲轴固定连接并与所述曲轴同轴旋转的飞轮，其中，所述飞轮质心偏离其旋转轴线。本发明的曲轴飞轮组的飞轮能够同时起到飞轮以及平衡配重的作用。本发明另外提供一种应用该曲轴飞轮组的无连杆往复运动与旋转运动相互转换的机构以及内燃机和压缩机。

Description

曲轴飞轮组、内燃机和压缩机及其运动转换机构

技术领域

本发明涉及内燃机和压缩机，具体涉及一种应用于内燃机和压缩机上的曲轴飞轮组。本发明同时涉及一种应用所述曲轴飞轮组的无连杆往复运动与旋转运动相互转换的机构以及内然机和压缩机。

背景技术

在传统的内燃机和压缩机中，通过曲柄连杆机构实现活塞的往复运动与曲轴的旋转运动之间的转换。然而，由于连杆的存在，曲柄连杆机构的内燃机和压缩机具有体积庞大、笨重、平衡性能差等缺点。

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”。

在申请号为200910210785.4的中国专利申请文件中，公开了一种往复运动和旋转运动相互转换的机构(也称为端轴-动轴机构)。

曲柄圆滑块机构和端轴-动轴机构可以克服曲柄连杆机构的缺点，从而可以取代传统的曲柄连杆机构，作为往复运动与旋转运动相互转换的机构，应用于内燃机和压缩机等机器中。

采用曲柄圆滑块机构和端轴-动轴机构的机器(包括内燃机和压缩机)，取消了连杆，所有的运动件都是分别按各自的运动规律做最简单的运动，其往复运动件的惯性力通过平衡滑块或起平衡滑块作用的活塞转化为作用于曲柄销上的离心力，从而便于对其平衡。而且，由于该机构没有连杆，不用设置专门的曲轴箱作为连杆运动空间，使采用该机构的机器的机体和整机体积大大减小，重量减轻，机器结构也非常紧凑。

然而，这样的机构以及机体结构难以在机体内部设置平衡配重。而且，还需要平衡由活塞和动平衡滑块等往复运动件转换而来的离心力，这就需要平衡重比传统的曲柄连杆机构的平衡重质心距离旋转中心更远或者质量更大。这使得在机体内部设置平衡配重几乎不可能。

发明内容

本发明提供一种曲轴飞轮组。本发明的曲轴飞轮组的飞轮能够同时起到飞轮以及平衡配重的作用。本发明另外提供一种应用该曲轴飞轮组的无连杆往复运动与旋转运动相互转换的机构以及内燃机和压缩机。

本发明提供一种曲轴飞轮组，应用于无连杆往复运动与旋转运动相互转换的机构；包括曲轴以及和所述曲轴固定连接并与所述曲轴同步同轴旋转的飞轮，其中，所述飞轮质心偏离其旋转轴线。

可选的，所述曲轴为单拐曲轴，所述飞轮的质心相对于所述曲轴旋转轴线的对称点位于曲柄销中心轴线所在直线上。

可选的，所述飞轮为圆盘形；在所述盘形件的中心以外的区域设置有去重孔和/或去重槽，使所述盘形件的质心偏离其飞轮的旋转轴线。

可选的，在所述去重孔或去重槽相对于所述盘形件中心相对的区域设置有配重块。

可选的，所述配重块与所述盘形件一体成形。

可选的，在所述飞轮件外周还设置有飞轮齿圈。

本发明还提供一种无连杆往复运动件与旋转运动相互转换的机构，包括上述任一技术方案所述的曲轴飞轮组。

本发明还提供一种内燃机，包括上述的无连杆往复运动件与旋转运动相互转换的机构。

本发明还提供一种压缩机，包括上述的无连杆往复运动件与旋转运动相互转换的机构。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过设置曲轴飞轮组中的飞轮的质心偏离其旋转轴线，使得其飞轮不仅能够起到传统内燃机或压缩机中飞轮的作用，而且还能承担平衡配重的作用，作为整个平衡体系的一个组成部分；相对于传统的内燃机和压缩机中飞轮以及配重单独设置的结构，可减少一个零件，缩短轴系的长度，从而可提高轴系的刚度，而且可以使得结构更为紧凑，体积下降，重量减轻，结构稳定性大大提高，并最终降低制造成本。

附图说明

图1为本发明的曲轴飞轮组的实施例的结构示意图之一；

图2为本发明的曲轴飞轮组的实施例的结构示意图之二；

图3为本发明的曲轴飞轮组的飞轮的第一实施例的示意图之一；

图4为本发明的曲轴飞轮组的飞轮的第一实施例的示意图之二；

图5为本发明的曲轴飞轮组的飞轮外周设置飞轮外圈的结构示意图；

图6为本发明的具有另外形状的去重槽的飞轮的实施例中的示意图；

图7为本发明的曲轴飞轮组的飞轮的第二实施例的机构示意图。

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。

本发明提供一种应用于无连杆往复运动与旋转运动相互转换的机构的曲轴飞轮组。

下面以应用于曲柄圆滑块机构的曲轴飞轮组为例对本发明的曲轴飞轮组进行说明。图1为本发明的曲轴飞轮组的实施例的结构示意图之一，图2为本发明的曲轴飞轮组的实施例的结构示意图之二。

请参考图1和图2，本发明的曲轴飞轮组包括飞轮1和曲轴2。飞轮1固定装配于曲轴2的主轴颈的一端。

所述曲轴2为单拐曲轴，包括分别位于两端的曲柄2-2和主轴颈2-3，以及位于曲柄2-2和主轴颈2-3之间的曲柄销2-1。

其中，曲柄2-2和主轴颈2-3具有相同的旋转轴，该旋转轴即为曲轴的旋转轴，曲柄销2-1偏离所述曲轴旋转轴一定的距离e。其中，所述距离e等于曲柄圆滑块机构中圆滑块上的偏心圆孔的偏心距。

所述曲轴的曲柄销2-1与主轴颈2-3以及曲柄2-2一体成形。此外，所述曲柄销2-1与曲柄2-2可以为分体式结构，即在曲柄2-2上设置安装孔，曲柄销2-1的一端插入所述安装孔，然后通过螺栓等固定装置(如图2中所示的螺栓3以及飞轮垫片4)固定装配为一体。分体式曲轴便于曲柄销穿入整体式圆滑块。

所述曲柄销2-1与曲柄2-2为分体式结构时，二者之间还需要设置定位结构。在所述曲柄销2-1、曲柄2-2以及主轴颈2-3中还需要设置油道以及油孔等结构，这里不再一一进行赘述。此外，在图1所示的结构中，曲柄2-2也作为可以主轴颈使用，即该曲柄2-2可以直接置于机体上的轴承中，在曲轴2旋转时，通过该曲柄2-2对曲轴进行支撑。

在所述曲轴2的主轴颈2-3的外端(即远离所述曲柄销2-1的端部)还固定装配有所述飞轮1。如图1和图2所示。所述飞轮1与传统的内燃机中飞轮与曲轴的固定连接方式相同，即二者通过螺栓固定连接为一体，二者保持固定的相位，并且飞轮和曲轴具有相同的旋转轴，即所述的曲轴旋转轴，二者可同步同轴旋转。

通常情况下，飞轮所起的作用是在内燃机工作时，储存做功冲程中产生的少部分能量，并将其提供给非做功冲程，以保证内燃机的持续运转。飞轮一般为圆盘型，在传统的结构中均设置成匀质结构，其质心位于该飞轮的旋转轴即飞轮旋转轴上。

在本发明的实施例中，所述飞轮1为非匀质结构，即所述飞轮的质心偏离其飞轮旋转轴线一定的距离。作为具体的例子，如图1和图2所示，通过在飞轮1部分位置上设置一个或若干去重孔1-1，使其质心偏离其飞轮旋转轴线。而且，在飞轮1装配于所述曲轴2上后，飞轮1的质心相对于所述曲轴2的曲轴旋转轴线的对称点位于曲柄销2-1的中心轴线所在直线上。也就是所，所述质心偏离所述曲轴旋转轴线(该轴线与飞轮旋转轴线在同一直线)的位置与所述曲柄销2-1偏离曲轴旋转轴线的方向相反，二者相位呈180度分布。

由于所述飞轮1的质心偏离其飞轮旋转轴线，故而其可以承担平衡配重的作用，用于平衡曲柄销的旋转离心力以及通过相互垂直的往复运动件转换到曲柄销的离心惯性力。故而，所述飞轮1的质心偏离其飞轮旋转轴线的距离以及该飞轮的质量可以根据上述需要平衡的惯性力的大小而定。

上述实施例中的曲轴飞轮组中，其飞轮不仅能够起到传统内燃机或压缩机中飞轮的作用，而且还能承担平衡配重的作用，作为整个平衡体系的一个组成部分。相对于传统的内燃机和压缩机中飞轮以及配重单独设置的结构，上述实施例可减少一个零件，缩短轴系的长度，从而可提高轴系的刚度，而且可以使得结构更为紧凑，体积下降，重量减轻，结构稳定性大大提高，并最终降低制造成本。

下面对上述曲柄飞轮组的实施例中的飞轮进行详细介绍。

图3为本发明的飞轮的第一实施例的示意图之一，图4为本发明的飞轮的第一实施例的示意图之二。

请参考图3和图4，本实施例中，飞轮1为圆盘形。在所述飞轮1上设置有围绕其中心分布的通孔1-4，所述通孔1-4距离所述飞轮1中心的距离小于与该飞轮安装为一体曲轴主轴颈或端轴的径向半径。其中，该通孔1-4用于与螺栓配合将该飞轮1装配与曲轴上，称为安装通孔1-4。本实施例中，所述安装通孔1-4为五个，通过五个螺栓以及飞轮垫片可将该飞轮固定装配于曲轴或端轴-动轴机构的端轴上，装配后，曲轴旋转轴线或(端轴-动轴机构的)端轴旋转轴线与该飞轮的中心轴线相重合，二者可以同轴同步旋转。

此外，为保证飞轮与曲轴或端轴能够同步旋转，在所述飞轮1上还设置有用于定位的定位孔1-5，如图3和图4所示。

本实施例中，在所述飞轮1上中心以外的部分区域还设置有去重槽1-3和若干去重孔1-1。通过设置所述去重槽1-3和去重孔1-1，使得该飞轮1成为偏心部件，即飞轮1的质心偏离其中心轴线(该中心轴线即为其旋转轴线)。

本实施例中，所述去重孔1-1为圆形通孔，数目为五个；所述去重槽1-3横向截面为扇面形。去重孔1-1设于去重槽1-3的底部。

通过设置去重孔1-1的形状为圆形通孔，一方面使得去重孔1-1的加工比较容易，另一方面圆形去重孔1-1对飞轮质心改变的影响易于计算，通过质心位置需要来设置圆形去重孔1-1的数目以及位置较为简单容易。当然，所述去重孔1-1也可以为其它形状，例如方形、椭圆形或其它规则或不规则形状。根据需要可设置任意形状的去重孔。

设置去重槽1-3的横向截面为扇面形，且其外扇面外周与该飞轮的外周同心，且横向尺寸沿径向向外越来越大，如图3所示。这种结构的去重槽1-3一方面有利于设置飞轮的偏心位置，另一方面也符合飞轮旋转特性，有利于保持整个飞轮整体的强度和刚度以及旋转的稳定性。当然，所述去重槽1-3也可以有其它形状，如图6的所示的形状，这里不再赘述。

去重孔1-1设于去重槽1-3的底部可进一步加强去重的效果，并使飞轮1质心在相反方向偏离中心轴线的距离更大。当然，所述去重孔1-1与所述去重槽1-3可以分别设置于不同的区域，只是需要避免二者设置于位相相反的区域从而导致飞轮1的质心仍然处于飞轮1中心。

此外，所述去重孔1-1和去重槽1-3也可以根据质心偏离距离的需要以及强度等方面的考量分别单独设置，去重孔1-1也可以设置为其它数目。这里不再详细赘述。

所述去重孔1-1和去重槽1-3均为改变飞轮1质心分布的结构，通过该结构，可使得匀质飞轮1的质心偏离中心轴线，使得该飞轮可以成为偏心配重部件，应用于无连杆往复运动与旋转运动相互转换的机构时，可以起到平衡配重的作用。

此外，飞轮1在往复运动与旋转运动的相互转换机构中为惯性部件，其主要的作用之一是存储能量，而飞轮1存储的能量与其质量有直接的关系，质量越大，可存储的能量越大。因而，在设置去重孔1-1以及去重槽1-3时，还需要考量飞轮1的质量，在通过去重方式改变质心位置的同时，还需根据存储能量的大小合理选择飞轮质量以及去重后的质量。

此外，在所述飞轮1的外周还设置有如图3中所示飞轮齿圈安装结构1-6，用于在飞轮1外周上设置有飞轮齿圈1-7，如图5所示。

上述的实施例一中的飞轮1上设置去重结构，使得飞轮的质心偏离其中心轴线，该飞轮在应用于内燃机或压缩机时，不但可以起到飞轮存储能量的作用，还可以作为配重部件，承担平衡配重的作用。

在上述的实施例一中，通过在飞轮的中心以外区域设置去重结构的方式改变其质心位置。当然，也可以通过其它方式，例如，通过设置加重结构的方式或者通过同时设置去重结构和加重结构的方式。在下面的实施例二中，以同时设置去重结构和加工结构的方式进行说明。

图7为本发明的飞轮的第二实施例的机构示意图。

如图7所示，在飞轮1上设置有去重槽1-8以及配重块1-9。其中去重槽1-8和配重块1-9分别设置于相对于飞轮1中心对称的位置。且二者横向截面可以相同，本实施例中均为扇面型。此次，所述配重块1-9可以与所述飞轮1一体形成或者为分立结构，通过连接件固定连接为一体。

本实施例的其它方面可以与上述的飞轮的第一实施例相同，也具有上述的飞轮的第一实施例的技术效果，这里不再赘述。

本发明的上述实施例的曲轴飞轮组可以应用于无连杆往复运动件与旋转运动相互转换的机构，该机构可以应用于内燃机或压缩机中，应用该机构的内燃机和压缩机结构紧凑，体积小，重量轻，结构稳定性高。

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 (9)

1.一种曲轴飞轮组，应用于无连杆往复运动与旋转运动相互转换的机构；包括曲轴以及和所述曲轴固定连接并与所述曲轴同步同轴旋转的飞轮，其特征在于：所述飞轮质心偏离其旋转轴线。

2.根据权利要求1所述的曲轴飞轮组，其特征在于：所述曲轴为单拐曲轴，所述飞轮的质心相对于所述曲轴旋转轴线的对称点位于曲柄销中心轴线所在直线上。

3.根据权利要求1或2所述的曲轴飞轮组，其特征在于：所述飞轮为圆盘形；在所述盘形件的中心以外的区域设置有去重孔和/或去重槽，使所述盘形件的质心偏离其飞轮的旋转轴线。

4.根据权利要求3所述的曲轴飞轮组，其特征在于：在所述去重孔或去重槽相对于所述盘形件中心相对的区域设置有配重块。

5.根据权利要求4所述的曲轴飞轮组，其特征在于：所述配重块与所述盘形件一体成形。

6.根据权利要求1或2任一所述的曲轴飞轮组，其特征在于：在所述飞轮件外周还设置有飞轮齿圈。

7.一种无连杆往复运动件与旋转运动相互转换的机构，其特征在于：包括上述权利要求1至6任一所述的曲轴飞轮组。

8.一种内燃机，其特征在于包括权利要求7所述的无连杆往复运动件与旋转运动相互转换的机构。

9.一种压缩机，其特征在于包括权利要求7所述的无连杆往复运动件与旋转运动相互转换的机构。

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