CN103438189A - 一种跑道座以及应用该跑道座的设备 - Google Patents

Abstract

一种跑道座，所述跑道座包括跑道座本体以及与所述跑道座本体一体设置的导轨基座；其中，所述跑道座本体上相对的两侧分别设置有与曲轴箱装配的曲轴箱安装面和用于安装缸套的缸套安装结构；在所述跑道座本体上还设置有贯穿其厚度方向且在所述曲轴箱安装面和缸套安装结构开口的通过孔，称为活塞杆通过孔；所述导轨基座设置于跑道座本体上与曲轴箱安装面相同的一侧，在导轨基座顶部设置有对往复运动件提供导向的导轨；所述导轨基座中心线与所述活塞杆通过孔中心错开预定的距离。所述跑道座与曲轴箱、缸套为分离式结构，使得使用该跑道座的组合机体便于加工，制造成本低。本发明还公开一种使用所述跑道座的设备。

Description

一种跑道座以及应用该跑道座的设备

本申请要求于2013年05月02日提交中国专利局、申请号为201310157680.3、发明名称为“一种跑道座以及应用该跑道座的设备”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及往复运动与旋转运动相互转换技术领域。特别涉及应用于无连杆往复与旋转运动相互转换机构的设备的跑道座。本发明还涉及一种应用所述跑道座的设备。

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，在所述的曲柄连杆机构中，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、平衡性能差等缺陷。

为解决上述问题，中国专利文献CN85200358B公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”；中国专利文献CN85100359B公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式压缩机”；上述的中国专利文献中的内燃机和压缩机的往复运动与旋转运动的转换机构中，用曲柄圆滑块机构取代了曲柄连杆机构。其中，曲柄圆滑块机构包括圆滑块、活塞和曲轴，在圆滑块上设置有偏心圆孔。在活塞的活塞座上设置有圆滑块容置孔。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，曲柄销可以在所述偏心圆孔中转动。

以内燃机工作为例，机构的运动过程如下：燃烧室中的燃烧气体膨胀推动活塞运动，通过活塞带动设置于其中的圆滑块做往复运动，而圆滑块在所述活塞中同时做旋转运动，所述往复运动与旋转运动的合成使得圆滑块上的偏心圆孔的中心轴线绕曲轴的中心轴线做旋转运动；而所述偏心圆孔的中心轴线与曲轴的曲柄销的轴线重合，从而可实现活塞的往复运动到曲轴的旋转运动的转换。压缩机可采用相同的结构，由电机带动曲轴旋转，通过圆滑块、曲轴以及活塞之间的配合关系，实现活塞的往复运动，进而对被压缩介质做功。

上述的中国专利文献公开的内燃机和压缩机均为单缸结构，在曲柄圆滑块机构运动时，存在活点问题，即活塞运动到上止点时，存在运动状态不确定的现象。为此，在上述中国专利文献中采用内齿轮付结构来解决该问题，具体的设置和结构可参看上述的中国专利文献，在此不作过多描述。这使得该曲柄圆滑块机构复杂化，而且，由于是单缸机构，高阶惯性力难以平衡，其动平衡效果也不理想。

基于单缸曲柄圆滑块机器的上述问题，在中国专利文献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CN1067742C公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。对上述的问题进行了改进。具体而言，通过将曲柄圆滑块机构设置为包括两个或三个圆滑块的圆滑块组结构，相应的，每一圆滑块设置相应的活塞，相邻圆滑块相位差呈180度设置，于此相应的活塞则布置为相互垂直。相互垂直的活塞在往复运动时，可互相克服活点问题，并能够将各自的往复惯性力转换为旋转惯性力，旋转惯性力可通过曲轴上设置的配置块很容易被平衡，也解决了单缸机难以平衡高阶惯性力的问题。此外，活塞的两端可以根据需要选择设置不同的工作部，例如，内燃机活塞头、压缩机活塞头，或者其中一活塞不设置任何工作部，仅仅为另一活塞克服活点和转化惯性力，这可称为动平衡滑块。

不难看出，双圆滑块或三圆滑块的圆滑块组构成的曲柄圆滑块结构，具有能够克服活点且动平衡效果好的效果。相对于传统内燃机、压缩机，其还可具有结构紧凑、重量轻、噪音小、震动小等优势。但是，如上所述，在双圆滑块或三圆滑块的曲柄圆滑块结构中，需要具有运动方向相互垂直设置的活塞（或动平衡滑块，而曲轴也要求与上述的两活塞（或动平衡滑块）均垂直，受此垂直设置的要求，需要在与该曲柄圆滑块机构相配合的设备的机体上设置相应的结构，即，容纳两活塞（动平衡滑块）并提供导向的气缸（或跑道）相互垂直，并同时均与前后曲轴轴承孔中心线垂直，这对机体加工提出了很高的要求，而且，加工稍有偏差，会很容易引起拉缸、别缸等问题，严重时曲柄圆滑块机构会被锁死而无法运转。

发明内容

本发明提供一种跑道座，以解决现有的无连杆往复与旋转运动相互转换机构的设备的机体的上述问题。本发明另外提供一种采用所述跑道座的设备。

本发明提供一种跑道座，应用于采用无连杆往复与旋转运动相互转换的机构的设备，所述跑道座包括跑道座本体以及与所述跑道座本体一体设置的导轨基座；其中，所述跑道座本体上相对的两侧分别设置有与曲轴箱装配的曲轴箱安装面和用于安装缸套的缸套安装结构；在所述跑道座本体上还设置有贯穿其厚度方向且在所述曲轴箱安装面和缸套安装结构开口的通过孔，称为活塞杆通过孔；所述导轨基座设置于跑道座本体上与曲轴箱安装面相同的一侧，在导轨基座顶部设置有对往复运动件提供导向的导轨；所述导轨基座中心线与所述活塞杆通过孔中心错开预定的距离。

可选的，所述导轨与所述导轨基座一体成型，导轨的远离导轨基座一侧设置为与曲柄圆滑块机构的往复运动件配合导向的导向面。

可选的，所述导轨与所述导轨基座为可拆装结构，在所述导轨上设置有与往复运动件配合导向的导向面。

可选的，所述导向面为呈凹弧形面、凸弧形面、V形面或平面。

可选的，在所述跑道座本体上还设置有该跑道座本体与曲轴箱装配用的定位销孔。

可选的，所述跑道座本体呈扁长方体形，所述导轨呈长条形。

可选的，所述缸套安装结构为设置于所述跑道座本体上的凹槽，所述凹槽底部为平面，该平面为与缸套装配的缸套装配面。

可选的，在所述跑道座本体上还上还设置有与缸套装配用的装配孔，所述装配孔为螺纹通孔。

可选的，包括缸套；所述缸套的其中一端面设置为与所述跑道座本体上的缸套装配面相配合；装配时，缸套的所述端面与缸套装配面相贴合，缸套中心线与所述活塞杆通过孔中心相对准，通过螺栓固定为一体。

此外，本发明还提供一种采用无连杆往复与旋转运动相互转换的机构的设备，其应用上述任一技术方案所述的跑道座。

可选的，所述设备为内燃机、压缩机、真空泵或泥浆泵。

与现有技术相比，本发明具有以下优点:本发明的跑道座，包括有跑道座本体以、设置于其上的导轨基座以及导轨，其与曲轴箱、缸套均为分体式结构，这使得在加工设备机体时，包括导轨在内的跑道座可以单独加工，然后通过跑道座本体上的曲轴箱定位面、缸套安装结构进行定位安装；跑道座本体上仅仅需要加工出上述的定位面、缸套安装结构，也就是说，本发明的跑道座由于与曲轴箱均可以单独加工，因而，上述部件安装时仅仅通过平面进行定位不同部分的几何关系，这使得应用该跑道的组合机体不仅加工简单，而且组装也简单，这大大降低了制造的难度和制造成本。

另外，由于在跑道座上还设置有缸套安装结构，从而使得缸套与曲轴箱之间不再是一体式结构，相对于传统的缸套与曲轴箱一体成型的结构，这大大简化了机体的曲轴箱的加工工艺；也使得的缸套与曲轴箱可根据需要选择不同的材质，使得内燃机、真空泵、压缩机、泥浆泵等不同用途但均采用无连杆往复运动机构的机器可以共用一个平台，兼顾成本和功能（特别是强度）方面的考虑。这大大降低机器的制造、使用和维护成本。

附图说明

图1为本发明的实施例的跑道座组成的组合机体的结构示意图;

图2为本发明的实施例的跑道座组成的组合机体的剖视图之一;

图3为本发明的实施例的跑道座组成的组合机体的剖视图之二;

图4为与本发明的实施例的跑道座相配合的曲轴箱的结构示意图;

图5为本发明跑道座的实施例的结构示意图;

图6为应用于本发明的实施例的跑道座上的可分离式导轨的结构示意图;

图7为本发明的实施例的跑道座设置有缸套后的结构示意图。

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。

下面结合附图对本发明的跑道座进行详细说明。

请参考图5，其为本发明的跑道座实施例的结构示意图。本实施例中，跑道座包括跑道座本体2-1和与所述跑道座本体一体设置的导轨基座2-2。其中，所述跑道座本体2-1上相对的两侧分别设置与曲轴箱装配的曲轴箱安装面2-1a和用于安装缸套的缸套安装结构2-1b。

本实施例中，所述跑道座本体2-1为扁长方体形结构，在其边缘沿其厚度方向设置有与曲轴箱上的装配孔相对应的通孔2-1d。所述通孔2-1d为普通通孔，也可以为螺纹孔。此外，所述跑道座本体2-1也可以为其它结构。

在所述跑道座本体2-1上还设置有贯穿其厚度方向且在所述曲轴箱安装面和缸套安装结构开口的通过孔2-4，所述通过孔2-4用于穿过往复运动件的活塞杆，称为活塞杆通过孔2-4。

所述的导轨基座2-2设置于跑道座本体上与曲轴箱安装面2-1a相同的一侧，在本实施例中，所述导轨基座2-2为长条形结构，其沿跑道座本体2-1的长边方向设置。所述的跑道基座2-2也可以为其它结构，任何设置于所述跑道座本体上并能够对导轨提供支撑的结构均可应用与此。

所述导轨基座2-2的中心线与所述活塞杆通过孔错开预定的距离e。所述预定的距离e即为具有相互垂直往复运动件的设备的两往复运动件中心线之间的距离。

在所述导轨基座2-2的顶部（即远离所述跑道座本体2-1的一侧）还设置有对往复运动件提供导向的导轨2-3。本实施例中，所述导轨2-3与所述导轨基座2-2一体成型。所述导轨2-3呈长条形，在其上设置有与往复运动件配合导向的导向面2-3a。所述导向面2-3a可以为呈凹弧形面、凸弧形面、V形面或平面。本实施例中为平面。

在另外的实施例中，所述导轨基座2-2与所述导轨之间也可以为可拆装结构，也即导轨为分立部件，可单独制造。如图6中所示的导轨3，其为长条形结构，并具有V形导向面。设置导轨为分立的独立部件，则其可单独加工，并且可以选用与导轨基座不同的材质。可以根据需要选择导轨基座和导轨的材质，兼顾重量、成本和强度。

此外，所述缸套安装结构2-1b为设置于所述跑道座本体2-1上的凹槽，所述凹槽底部为平面，该平面为与缸套装配的缸套装配面，在所述跑道座本体2-1上还设置有与缸套装配用的装配孔2-1c。图7中示出了本实施例的跑道座装配缸套4后的结构示意图，在缸套与跑道座装配为一体后，缸套4的装配面与跑道座本体2-1的缸套装配面相贴合，缸套中心与所述跑道座本体2-1上的活塞杆通过孔2-4相对准，通过螺栓将二者连为一体。缸套与跑道座为可拆装的机构可便于缸套和跑道座分别加工，二者仅仅靠简单的定位平面定位二者的位置关系，不仅简单可靠，而且是的加工工艺大大简化。

请参考图2和图3，其分别为本发明的实施例的跑道座组成的组合机体的剖视图之一和之二。如图所示，组合机体包括曲轴箱1和可拆装设置于所述曲轴箱上的跑道座2，以及设置于所述跑道座2上的导轨3。其中，所述导轨3与所述跑道座2之间可以一体成型，也可以为可拆装结构。

请参考图4，其为与本发明的实施例的跑道座相配合的曲轴箱的结构示意图。所述曲轴箱1包括前壁1-1、后壁1-2、左壁1-3、右壁1-4以及上壁1-5围合而成的且内部为空腔的腔体。其内部空间可以用于容置曲轴、穿过曲轴曲柄销的圆滑块以及容置圆滑块的活塞座（此处以曲柄圆滑块机构的机体为例进行说明，其它无连杆往复与旋转相互转换机构而言，曲轴箱内部空间容置相应的运动件）。

在所述前壁1-1和后壁1-2上分别设置有用于容置曲轴轴承的通孔，分别称为前主轴承孔1-1a和后主轴承孔1-2a。其中，所述前主轴承孔1-1a和后主轴承孔1-2a设置位置相对应，二者中心连线即为曲轴旋转轴。

所述前后主轴承孔用于对无连杆往复与旋转运行相互转换机构的曲轴提供支撑，为提高机体的强度和刚度，本实施例中，所述两主轴承孔延轴向伸出机体之外，从而使得该轴承孔轴向宽度增大。

在所述曲轴箱1的上壁1-5、左壁1-3和右壁1-4的外侧壁均设置有与跑道座相配合的跑道座装配面，分别称为上跑道座装配面1-5b、左跑道座装配面1-3b和右跑道座装配面（未示出）。在一种可选的情形下，所述左跑道座装配面1-3b和右跑道座装配面平行，并均与所述上跑道座装配面1-5b垂直，所述的上跑道座装配面1-5b、左跑道座装配面1-3b和右跑道座装配面均与所述的前后主轴承孔（前主轴承孔1-1a和后主轴承孔1-2a）中心连线平行。上述的跑道座装配面不但作为曲轴箱与跑道座装配时的配合面，而且还作为跑道座上的导轨与两主轴承孔连线几何关系、与其它跑道座上的导轨的几何关系的定位面。

在所述曲轴箱上壁1-5、左壁1-3和右壁1-4还分别设置有连通曲轴箱内部空腔的开孔，分别称为第三开孔1-5a、第一开孔1-3a和第二开孔1-4a。所述第三开孔1-5a、第一开孔1-3a和第二开孔1-4a在曲轴箱壁外侧的开口均位于相应的跑道座装配面上，例如，第三开孔1-5b的在曲轴箱壁外侧开口位于所述上跑道座装配面上。在本实施例所述第三开孔1-5a、第一开孔1-3a和第二开孔1-4a中均为长方形开孔，其沿长边方向开孔尺寸需满足跑道座上的导轨基座能够由此开孔装配进入曲轴箱内部空腔中。在满足上述装配要求的情形下，所述开孔可具有多种形状，这里不再一一列举。

此外，在所述曲轴箱上壁1-5、左壁1-3和右壁1-4外侧还设置有多个装配孔，例如，在上壁1-5上围绕第三开孔1-5b设置有若干装配孔1-5d。所述装配孔为螺纹孔，用于与螺栓配合将跑道座紧固于该曲轴箱1上。

在所述曲轴箱1的下部还设置有与该曲轴箱一体设置的基座1-6，所述基座1-6沿曲轴箱1的前、后、左和右壁凸出所述曲轴箱外壁之外。设置所述基座1-6一方面加大曲轴箱整体的强度和刚度，另外，也可作为该曲轴箱整体固定于框架或底座时的基座。此外，在所述基座1-6下部还设置有与油底壳装配的配合结构。

为进一步提高曲轴箱1整体的强度和刚度，在曲轴箱1空腔内壁还可以设置加强筋。

图4所示的曲轴箱和图5所示的跑道座装配后的结构如图2和图3所示。在此以曲轴箱壁上设置有三个跑道座为例进行说明。请参考图2和图3，跑道座2a、跑道座2b和跑道座2c分别设置于曲轴箱的左壁、右壁和上壁外侧。不含跑道座本体的导轨基座2d设置于曲轴箱下侧，在其上设置有导轨。

在跑道座与曲轴箱壁装配时，跑道座上的导轨基座由曲轴箱壁上的开孔装配进入曲轴箱的内部空腔中，并且，跑道座的曲轴箱安装面与曲轴箱上相应的跑道座装配面相贴合，同时，跑道座本体上的通孔与曲轴箱壁上的装配孔相对准，通过螺栓将跑道座与曲轴箱紧固为一体。

装配后，跑道座2a和跑道座2b上的活塞杆通过孔相对准，且跑道座2a和跑道座2b的导轨基座上的导轨导向面相对准，导向方向相互平行，且二者导向面的中心线决定的平面包含所述跑道座2c上的活塞杆通过孔中心。跑道座2a和跑道座2b上的活塞杆通过孔中心连线与各自跑道座上的导轨导向方向相垂直。跑道座2c上的导轨导向面与导轨基座2d上的导轨导向面相对准。二者到导向面均与所述跑道座2a和跑道座2b的导轨导向面中心线垂直。

此外，为提高跑道座与曲轴箱装配时的定位精度，还可以在在所述跑道座和曲轴箱壁相对应位置分别设置定位销孔（如图4中的第一定位销孔1-5c和图5中的第二定位销孔2-1c），通过定位销孔和与之配合的定位销对二者进行定位。装配为一体时，跑道座和曲轴箱壁上相应位置的定位销孔相对准，定位销插入定位销孔中。

上述的组合机体，其曲轴箱除轴承孔外，在其内部没有任何加工表面，且外壁表面不设置与缸套组合的结构和其它特殊用途的结构，需加工的仅仅是普通平面（跑道座装配面）以及用于安装跑道座的螺纹孔和开孔。

组合机体的跑道座则通过曲轴箱壁上的跑道座装配面和定位安装到曲轴箱上。在跑道座上设置的导轨可以与跑道一体成型，也可以单独加工再与跑道座装配为一体。可见，由于曲轴箱、跑道座和导轨均可以单独加工，安装时仅仅通过平面进行定位不同部分的几何关系，不仅加工简单，而且组装也简单，这大大降低了制造的难度和制造成本。而且，由于在跑道座上还设置有缸套安装结构（图1使出了上述实施例的组合机体装配缸套的结构），从而使得缸套与曲轴箱之间不再是一体式结构，相对于传统的缸套与曲轴箱一体成型的结构，大大简化了机体的曲轴箱的加工工艺。

此外，也使得的缸套与曲轴箱可根据需要选择不同的材质，使得内燃机、真空泵、压缩机、泥浆泵等不同用途但均采用无连杆往复运动机构的机器可以共用一个平台，兼顾成本和功能（特别是强度）方面的考虑。这大大降低机器的制造、使用和维护成本。

上述的实施例中，以曲轴箱壁上设置有三个跑道座为例进行说明，三个跑道座中每一个外侧均可装配缸套，称为T型三缸机；在所述三个跑道座的其中一个上装配气缸其可构成单缸机，两个装配气缸则可构成I形双缸机（水平对置两气缸）或V形双缸机。上述含有至少两个气缸的各机型中，若其中一个气缸构成内燃机燃烧室，另外一个气缸若为压缩机、真空泵或泥浆泵工作腔，则可无需外接动力源，即可是的形成的压缩机、真空泵或泥浆泵工作，这使得该机器的使用范围大大扩大，不必在依赖于依靠电线才能提供动力的电机。

此外，上述的组合机体可以与任何无连杆往复与旋转运动相互转换的机构相结合组成上述的各种变型的机体，所述无连杆往复与旋转运动相互转换机构可以使曲柄圆滑块机构或者为动轴-端轴结构，这里不再赘述。

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 (11)

1.一种跑道座，应用于采用无连杆往复与旋转运动相互转换的机构的设备，其特征在于，所述跑道座包括跑道座本体以及与所述跑道座本体一体设置的导轨基座；其中，所述跑道座本体上相对的两侧分别设置有与曲轴箱装配的曲轴箱安装面和用于安装缸套的缸套安装结构；在所述跑道座本体上还设置有贯穿其厚度方向且在所述曲轴箱安装面和缸套安装结构开口的通过孔，称为活塞杆通过孔；所述导轨基座设置于跑道座本体上与曲轴箱安装面相同的一侧，在导轨基座顶部设置有对往复运动件提供导向的导轨；所述导轨基座中心线与所述活塞杆通过孔中心错开预定的距离。

2.根据权利要求1所述的跑道座，其特征在于，所述导轨与所述导轨基座一体成型，导轨的远离导轨基座一侧设置为与曲柄圆滑块机构的往复运动件配合导向的导向面。

3.根据权利要求1所述的跑道座，其特征在于：所述导轨与所述导轨基座为可拆装结构，在所述导轨上设置有与往复运动件配合导向的导向面。

4.根据权利要求2或3所述的跑道座，其特征在于：所述导向面为呈凹弧形面、凸弧形面、V形面或平面。

5.根据权利要求1所述的跑道座，其特征在于，在所述跑道座本体上还设置有该跑道座本体与曲轴箱装配用的定位销孔。

6.根据权利要求1所述的跑道座，其特征在于，所述跑道座本体呈扁长方体形，所述导轨呈长条形。

7.根据权利要求1所述的跑道座，其特征在于，所述缸套安装结构为设置于所述跑道座本体上的凹槽，所述凹槽底部为平面，该平面为与缸套装配的缸套装配面。

8.根据权利要求7所述的跑道座，其特征在于，在所述跑道座本体上还上还设置有与缸套装配用的装配孔，所述装配孔为螺纹通孔。

9.根据权利要求8所述的跑道座，其特征在于，包括缸套；所述缸套的其中一端面设置为与所述跑道座本体上的缸套装配面相配合；装配时，缸套的所述端面与缸套装配面相贴合，缸套中心线与所述活塞杆通过孔中心相对准，通过螺栓固定为一体。

10.一种采用无连杆往复与旋转运动相互转换的机构的设备，其特征在于，应用上述权利要求1至9任一权利要求所述的跑道座。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于：所述设备为内燃机、压缩机、真空泵或泥浆泵。

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