CN1045637A

CN1045637A - 能平衡往复惯性力的四连杆摆块机构

Info

Publication number: CN1045637A
Application number: CN 89105479
Authority: CN
Inventors: 朱炜青
Original assignee: Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute
Current assignee: Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1990-09-26
Also published as: CN1018013B

Abstract

本发明是一种平衡往复惯性力的四连杆摆块机构。属于往复传动旋转机构的改进。它由活塞、连杆、曲轴、三角摆快、拉杆、配重、平衡重所组成。其特点是结构紧凑、简单，它不受缸心距或气缸重叠度以及两缸直径、行程或往复质量是否相等的限制，都能实现往复惯性力的平衡。

Description

本发明涉及一种能平衡往复惯性力的四连杆摆块机构，属于往复传动旋转机械。

美国专利U·S·Patent 4138897，罗斯提出的传动机构，其特点是能使并列的两缸不受侧推力，为能平衡双缸机的往复惯性力和惯性力矩，采用了曲轴箱上加装一根与曲轴平行并与曲轴同步逆向旋转的平衡轴，然而这种平衡机构的实际应用存在着一定的缺点和局限性，因为它要求：1、两缸活塞的质量相等，否则就难以实现平衡。然而在斯特林发动机中，往往配气活塞与动力活塞的质量差别较大;2、加装平衡轴和同步齿轮，从而增加了结构的复杂性和运转噪音;3、增大两缸的缸心距，然而，在有气缸重叠度的结构设计中无法加装平衡轴。

为解决上述问题，本发明提出一种平衡往复惯性力的四连杆摆块机构，采用在三角摆块上加装配重和在曲臂上加装平衡重，从而达到往复惯性力的平衡。

本发明由活塞、连杆、曲轴、三角摆块、拉杆、配重和平衡重所组成。平衡往复惯性力的四连杆摆块机构，保持四连杆摆块机构活塞无侧推力的优点，用于各种结构型式的机器中，只需在三角摆块上加装配重，用以调配摆块机构质量总中心的位置，使其总质心轨迹绕曲轴中心作圆周运动，同时在曲臂上加装相应的平衡重，从而实现往复惯性力的平衡。

四连杆摆块机构：由曲轴绕O点旋转并与三角摆块上的销孔A处铰连，三角摆块的另一端销孔B处与拉杆一端铰连，而拉杆的另一端与机架上O₁处连接，从而组成了四连杆机构。在三角摆块上作近似直线运动的销孔C和D两处，分别与两个并列气缸中的两个连杆连接，而连杆又与活塞相连。该机构的特点是三角摆块上的销孔A和B的中心连线与销孔C、B、D的中心连线垂直。

配重由碳钢（或铸铁）制成，装在三角摆块下端。配重重心应在摆块机构的总质量中心与曲柄销中心相连的直线上，配重的质量乘以配重心至曲柄销中心的距离应等于摆块机构总质量乘上摆块总质量中心至曲柄销中心的距离。平衡重由碳钢（或铸铁）制成，装在曲柄臂上。平衡重的重心位置在曲柄销中心与曲轴中心相连的直线上，平衡重质量乘上平衡重重心距曲轴中心距离应等于摆块机构总质量加配重质量和曲轴不平衡回转质量之总和乘以曲柄半径。

在四连杆摆块机构的三角摆块下加配重，调整摆块机构总质量的具体办法是：活塞、连杆组往复质量产生的惯性力作用在三角摆块与连杆连接的销上，即销孔C和D上，亦相当于全部活塞质量M_p和连杆质量M_rd都集中在销孔C和D的中心上一样。另外在销孔B处有拉杆的当量质量M_l2而三角摆块本身的质量为M_g。于是摆块机构各质量的总和及质心的位置，可根据具体结构形状而确定。例如，对于均匀厚度的三角摆块，并且销孔间的距离CB＝BD时，则三角摆块质量Mg的质心位置，应在销孔B和A的中心线上，距离销孔B为h/3处，这时摆块机构总的质量应为：

M_△＝M_g+2（M_p+M_rd）+M_l2

而摆块机构质量M_△的质心位置应在销孔A、B中心线上的K点，距离销孔A处为：

r₁＝h（1- 1/3 (Mg)/(M_△) ）

为调整摆块机构总质心的位置，可在K点至销孔A中心的延长线上加配重M^′ _Δ，并使M^′ _△＝M_△(r₁)/(r₂) ，于是三角摆块加配重后，相对销孔A点是平衡的，即相当三角摆块加配重后总的质量为M_△+M^′ _△，而总质心却移到了销孔A点处，而A点绕曲轴中心O作旋转运动，因此，很容易在曲臂上加平衡重M_bl，同时平衡总质量M_△+M^′ _△和曲轴的不平衡回转质量M_R，从而实现了往复惯性力的平衡。若平衡重M_bl的质心距曲轴中心O点为r₃，则M_bl＝（M_△+M^′ _△+M_R） (r)/(r₃) 。

本发明是平衡往复惯性力的四连杆摆块机构，它与现有技术比较有如下优点：结构紧凑、简单，不受缸心距或气缸重叠度的限制，即是两缸直径、行程或往复质量不相等时，也能实现往复惯性力的平衡。同时，三角摆块上加配重后，还能减轻曲柄销的轴承负荷。

本发明的特点，还可从以下附图和实施例得到进一步说明。

图1，四连杆摆块机构的双缸往复式机械示意图;

图2，四连杆摆块机构加配重平衡往复惯性力的示意图。

图面编号及符号：

1，10-活塞 2，9-连杆 3-三角摆块

4-曲轴 5-配重 6-平衡重

7-曲轴箱 8-拉杆 11-气缸体

12-缸盖

r-曲柄半径

r₁-三角摆块机构总质心回转半径

r₂-配重质心回转半径

r₃-平衡重质心回转半径

h-三角摆块高

L-拉杆长

M_p-活塞质量

M_rd-连杆质量

M_g-三角摆块质量

M_△-三角摆块机构总质量

M^′ _△-配重质量

M_bl-平衡重质量

M_R-曲轴不平衡回转质量

M_l2-拉杆在销孔B处的当量质量

A、B、C-销孔

O₁-拉杆固定点

O-曲轴中心

以下结合附图，对本发明的实施例进行详述。

平衡往复惯性力的四连杆摆块机构由活塞1、10，连杆2、9，曲轴4，三角摆块3，拉杆8，配重5，平衡重6所组成。两只活塞1和10分别通过连杆2和9与三角摆块3上的两个销孔C和D相互连接。拉杆8一端与销孔C和D的连线间的销孔B相连，另一端固定在曲轴箱7的壳体上的O₁处，销孔B至销孔C或D的距离是相等的（也可以是不相等的）。三角摆块3上的销孔A与曲轴4相连。三角摆块3上的销孔C、B、D的中心连线垂直于销孔A和B的中心连线。在三角摆块3的下方装有配重5，用以平衡摆块机构，即平衡包括两个活塞1和10与连杆2和9，三角摆块3和拉杆8折算到销孔B处当量质量的总和。使整个摆块机构加配重5后，相对销孔A处于平衡状态。在曲轴4的曲臂上装有平衡重6，用以平衡销孔A处的全部回转质量，它包括摆块机构加配重的总质量M_△+M^′ _△和曲轴4不平衡回转质量M_R之总和。在配重5和平衡重6的综合作用下，使传动机构的一次往复惯性力得到完全的平衡。气缸体11装在曲轴箱7上，而缸盖12又装在气缸体11上面。配重5与平衡重6均用碳钢制成。

本发明系平衡往复惯性力的四连杆摆块机构，可在各种结构型式的往复式机械中实施：无论是单缸机、并列双缸机，四缸机或多缸机均适用。也无论两缸直径或两缸的行程是否相同，或两缸的往复质量是否相等，或两缸是否有重叠度，都不影响本发明的实施。而这种往复式机械包括：活塞式压气机、制冷机、斯特林发动机、热泵或内燃机等。

Claims

1、一种平衡往复惯性力的四连杆摆块机构由活塞、连杆、曲轴、三角摆块、拉杆、配重、平衡重所组成，其特征在于：

a、配重由金属制成，装在三角摆块上，该配重重心应在摆块机构的总质量中心与曲柄销中心的连线上，配重的质量乘以配重重心至曲柄销中心的距离应等于摆块机构总质量乘上摆块机构总质量中心至曲柄销中心的距离，

b、平衡重由金属制成，装在曲柄臂上，平衡重的重心位置应在曲柄销中心至曲轴中心的连线上，平衡重质量乘上平衡重重心距曲轴中心的距离应等于摆块机构总质量加配重质量和曲轴不平衡回转质量之总和乘以曲柄半径。