CN104704199B - 柔性连杆 - Google Patents

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Abstract

一种用于发动机、密闭式压缩机、以及需要有活塞和曲柄之间的连接的任何应用场合或需要有直线运动的滑块和曲柄之间的连接的应用场合的柔性连杆结构。

Description

柔性连杆
与相关申请的关系
本发明声索2012年8月10提交的美国临时专利申请No.61/681,711的优先权，其内容合并于此。
技术领域
本发明涉及连杆，尤其涉及柔性连杆。
背景技术
现在，用于各种不同的装置的活塞和曲柄之间的杆件是刚性的连杆。连杆的刚性可能引起压缩机或任何其它往复式装置的曲柄轴承和活塞的磨损速率增高。
发明内容
本发明是针对以往的连杆存在的问题对以往的连杆构造进行的一种改进。本发明提出一种可用于发动机、密闭式压缩机、以及需要有活塞和曲柄之间的连接的任何应用场合或需要有直线运动的滑块和曲柄之间的连接的应用场合的柔性连杆。连杆的柔性部分可用一个或多个弹簧来构成，但不要求一定如此。一个或多个弹簧在用到这种连杆上时就构成可用于连接曲柄和活塞的柔性连杆。这种连杆可以完全或部分地用柔性材料来成形(例如弹簧、活塞、其它零件、等等)。当连杆包括弹簧时，弹簧的弹性力可以是沿着弹簧的纵向长度恒定的或可改变的。弹簧的金属丝直径可以是沿着弹簧的纵向长度恒定的或可改变的。弹簧的直径可以是沿着弹簧的纵向长度恒定的或可改变的。用于成形弹簧的材料可以是沿着弹簧的纵向长度完全一致的或可改变的。连杆的柔性部分可包括单个弹簧或两个或更多套装起来的弹簧。如果用两个或更多套装起来的弹簧，那么a)各弹簧的卷绕方向可相同或不同，b)各弹簧的自由长度可相同或不同，c)各弹簧的金属丝直径可相同或不同，d)各弹簧的直径可相同或不同，e)各弹簧的弹性力可相同或不同，和/或f)用于成形各弹簧的材料可相同或不同。
本发明的一个非限制性目的是，降低压缩机或任何直线滑动机构的曲柄轴承和活塞的磨损。本发明做到这一点的办法是，通过采用柔性连杆来降低活塞和连杆内的轴向应力。柔性连杆是一种能吸收轴向挠变的弹性元件，使这样的轴向挠变分布于曲柄轴承和活塞表面的更大区域。而且还可以针对各种尺度和型式的压缩机、发动机、装置或直线滑动装置，构造柔性连杆的形状，让这种连接引入一个附加的自由度，这个自由度可将应力分布于轴承和活塞的更大表面。柔性连杆的这样一种构造可降低压缩机的曲柄轴承和活塞上的磨损，而延长曲柄轴承和/或活塞的寿命。
在本发明的一个非限制性方面，提供一种包括活塞、柔性连杆和轴承的连杆构造。活塞是设计成在气缸的活塞腔内作往复运动。活塞、柔性连杆和轴承的尺寸、形状和材料都是非限制性的。一般，活塞的尺寸和形状是做成为能够正确地在气缸的活塞腔内运动。活塞包括一个杆腔，其设计成可套接地接纳柔性连杆的第一端部。杆腔还包括一个连接体，其设计成可把柔性连杆的第一端部连接于杆腔的内部。所用的连接体的型式是非限制性的。在一个非限制性的结构安排中，这个连接体是一个枢转连接件，它使柔性连杆的第一端部能够随着活塞在气缸的活塞腔内往复运动而在杆腔的内部枢转。应能理解，也可以用其它的连接结构。轴承一般是设计成可被连接于曲柄或其它型式的转动机构。
在本发明的另一个非限制性方面，在柔性连杆的第一端连接于活塞内的杆腔时，活塞内的杆腔的底开口的截面面积大于柔性连杆的位于或靠近底开口之处的截面面积。柔性连杆的截面面积和活塞内的杆腔的底开口的截面面积的这一尺寸差异使柔性连杆的前部能够随着活塞在气缸的活塞腔内往复运动而在活塞内的杆腔里运动。在一个非限制性的构造中，柔性连杆的在或靠近活塞内的杆腔402的开口之处的截面面积对活塞内的杆腔的底开口的截面面积的尺度比约为0.1～0.95:1，典型地约为0.15～0.9:1，更典型地约为0.2～0.8:1，甚典型地约为0.25～0.5:1。
在本发明的再一个非限制性方面，活塞内的杆腔的深度是这样的，即在柔性连杆的第一端连接于杆腔的内部时，柔性连杆的整个长度不能都进入杆腔。一般，柔性连杆的纵向长度对杆腔的纵向长度之比至少约为1.1:1，典型地至少约为1.5:1。在一个非限制性的具体结构安排中，柔性连杆的纵向长度对杆腔的纵向长度之比约为1.2～100:1，典型地是1.3～50:1。应能理解，也可以用其它的长度比。
在本发明的再一个非限制性方面，柔性连杆呈弹簧的形状。一般地说，柔性连杆长度的至少约25％是弹簧，典型地，柔性连杆长度的至少约33％是弹簧，更典型地，柔性连杆长度的至少约40％是弹簧，甚典型地，柔性连杆长度的至少约50％是弹簧，更甚典型地，柔性连杆长度的至少约75％是弹簧，还更甚典型地，柔性连杆长度的100％是弹簧。
在本发明的再一个非限制性方面，柔性连杆的第二端是通过一种枢转连接连接于轴承，从而使柔性连杆的第二端能够在活塞在气缸的活塞腔内往复运动时绕轴承枢转。应能理解，也可采用其它的连接结构。
在本发明的再一个非限制性方面，柔性连杆包括安装在柔性连杆的一端或两端的气缸连接体。该气缸连接体有一个腔室，而该腔室包括一个设计成可接纳一个连接销轴的圆形截面的区域。连接销轴可安装在轴承和杆腔两者之一或两者上。连接销轴和气缸连接体的这种连接结构可用于便于构成1)柔性连杆的第一端和杆腔之间的枢转连接和/或2)柔性连杆的第二端和轴承之间的枢转连接。应能理解，柔性连杆的一端或两端可以有倒过来的结构安排(例如柔性连杆的一端或两端包括连接销轴，而杆腔和/或轴承包括气缸连接体)。应能理解，可以用其它或可替换的结构安排来建立柔性连杆与杆腔和/或轴承之间的枢转连接。
在本发明的再一个非限制性方面，轴承包括一个安装座，其设计成便于把柔性连杆连接于轴承。在一个非限制性构造中，安装座是设计成可插进柔性连杆的第二端。在另一个非限制性构造中，安装座是设计成可套接地接纳柔性连杆的第二端的一部分。在再一个非限制性构造中，安装座包括一个销轴安装孔，其设计成可接纳一个用于把柔性连杆连接于轴承的连接销轴，但不要求一定如此。在再一个非限制性构造中，在安装座设计成可插进柔性连杆的第二端时，柔性连杆的第二端包括一个设计成可接纳安装座的连接腔，并且这个连接腔的截面面积对安装座的截面面积之比约为0.9～2:1，典型地约为0.9～1.5:1，更典型地约为0.9～1.5:1，甚至更典型地约为0.95～1.05:1。在这一结构安排中，安装座的截面形状一般与连接腔的截面形状相同，但不要求一定如此。还是在这一结构安排中，柔性连杆和轴承之间的连接通常不是枢转连接。安装座是设计成能插进柔性连杆但不能插进其纵向全长。一般，安装座是设计成可插进柔性连杆的纵向全长的不到90％，典型地，不到柔性连杆的纵向全长的约75％，更典型地，不到柔性连杆的纵向全长的约65％，甚典型地，不到柔性连杆的纵向全长的约50％，更甚典型地，不到柔性连杆的纵向全长的约40％，还更甚典型地，不到柔性连杆的纵向全长的约25％,。
在本发明的再一个非限制性方面，杆腔包括一个在其顶部的连接槽座，其设计成包括一个连接体，而这个连接体又是设计成可接纳柔性连杆的可被连接于杆腔的那一部分，但不要求一定如此。连接槽座可包括一个销轴安装孔，其设计成可接纳一个用于把柔性连杆连接于杆腔的连接销轴，但不要求一定如此。
本发明的一个非限制性目的是，提供一种能降低压缩机或任何直线滑动机构的曲柄轴承和活塞的磨损的连杆构造。
本发明的另一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种利用柔性连杆来降低活塞和连杆内的轴向应力的连杆构造。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种包括柔性连杆的连杆构造，而柔性连杆是一个能够吸收轴向挠变的弹性元件，能使轴向挠变分布于曲柄轴承和活塞表面的更大区域。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种包括一个柔性连杆的连杆构造，柔性连杆可构造成适合于各种尺度和型式的压缩机、发动机或直线滑动装置，因而让连接引入一个附加的自由度，这个自由度可使应力分布于轴承和活塞的更大表面。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种能够降低压缩机的曲柄轴承和活塞的磨损并能延长曲柄轴承和/或活塞的寿命的连杆构造。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种构成一个柔性连杆的连杆构造，其适用于发动机、气体压缩机、以及需要有活塞和曲柄之间的连接的任何应用场合或需要有直线运动的滑块和曲柄之间的连接的应用场合。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其连杆包括一个柔性部分，而柔性部分可用一个或多个弹簧来构成。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中的柔性连杆可以完全或部分地是由柔性材料成形的。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种包括活塞、柔性连杆和轴承的连杆构造。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中的活塞包括一个杆腔，其设计成可套接地接纳柔性连杆的第一端部。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中的杆腔包括一个连接体，其设计成可使柔性连杆的第一端连接于杆腔的内部。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中的杆腔内的连接体是一个枢转连接件，它使柔性连杆的第一端能够随着活塞在气缸的活塞腔内往复运动在杆腔的内部里枢转。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中，在柔性连杆的第一端连接于杆腔的内部时，活塞内的杆腔的底开口的截面面积大于柔性连杆的位于或靠近底开口之处的截面面积。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中，活塞内的杆腔的深度是这样的，即在柔性连杆的第一端连接于杆腔的内部时，不是柔性连杆的整个长度都进入杆腔。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中，柔性连杆的第二端是通过枢转接头而连接于轴承，这种枢转连接可使柔性连杆的第二端在活塞在气缸的活塞腔内往复运动时绕轴承枢转。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中，柔性连杆包括一个气缸连接体，其可安装在柔性连杆的一端或两端。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中的轴承包括一个安装座，其设计成便于把柔性连杆连接于轴承。
本发明的再一个和/或供选择的非限制性目的是，提供一种连杆构造，其中，杆腔包括一个在其顶部的连接槽座，其设计成可接纳柔性连杆的被连接于杆腔的那一部分。
对熟悉本技术领域的人来说，在结合附图阅读本说明书的以下部分之后，这些和其它目的和优点将会变得更加明显。
附图说明
现在参照附图说明本发明，各附图图示本发明的非限制性实施例，各附图中：
图1是本发明的非限制性连杆构造的前视图；
图2是图1的连杆构造在连接在一个可转动的轴和一个气缸之间的情况下的前视图；
图3是图1的连杆构造的活塞的前视图；
图4是图1的连杆构造的柔性连杆的前视图；以及
图5是图1的连杆构造的轴承的前视图。
具体实施方式
现在参照图1-5，它们图示本发明的一个非限制性实施例，其中提供的连杆构造100包括轴承200、柔性连杆300和活塞400。如图2所示，连杆构造100设计为构成可转动的轴RS和气缸C之间的柔性连接。气缸可以是任何类型的气缸，诸如但不限于燃烧气缸。燃烧气缸的一种非限制性型式可以是构成内燃发动机的一部分的燃烧气缸。气缸C包括一个活塞腔PS，其设计成允许活塞400在其内往复运动，如图2中的虚线所示。该活塞腔图示为有大体上圆形的截面形状，但不要求一定如此，同样，该活塞也图示为有大体上圆形的截面形状，但不要求一定如此。活塞在活塞腔内的往复运动使可转动的轴RS作旋转运动。诸如但不限于曲柄的可转动的轴的转动可用于驱动车辆的车轮，驱动各类机器的运转，等等。照此，本发明的连杆构造100是针对发动机、封闭式压缩机、以及需要有活塞和曲柄之间的连接的任何应用场合或需要有直线运动的滑块和曲柄之间的连接的应用场合。
柔性连杆300大体上呈弹簧的形状，如图1、2和4所示。该弹簧构成轴承200(译注：原文误为100)和活塞400之间的柔性连接。如图1、2和4所示，柔性连杆完全是由一个弹簧构成。一般地说，该弹簧的弹性力沿着弹簧的纵向长度是恒定的，但不要求一定如此。弹簧的钢丝直径沿着弹簧的纵向长度是恒定的，但不要求一定如此。弹簧的直径沿着弹簧的纵向长度一般是恒定的，但不要求一定如此。这种柔性连杆可用于降低活塞和连杆内的轴向应力。这种柔性连接是设计成可吸收轴向挠变，因而可使轴向挠变分布于曲柄轴承和活塞表面的更大区域。柔性连杆可构造成适合于各种尺度和型式的压缩机、发动机、装置或直线滑动装置，因而让连接引入一个附加的自由度，这个自由度可将应力分布于轴承和活塞的更大表面。柔性连杆可降低压缩机的曲柄轴承和活塞的磨损而延长曲柄轴承和/或活塞的寿命。
现在来参照图1-3，活塞400包括一个杆腔402，其设计成可套接地接纳柔性连杆300的第一端部。杆腔402包括一个连接体406，其设计成可将柔性连杆的第一端部302连接于杆腔402的内部。连接体406图示为构成一种枢转连接，这种枢转连接使柔性连杆的第一端能够随着活塞在气缸的活塞腔内往复运动而在杆腔402的内部作枢转运动。连接体406包括一个在杆腔402的顶部的连接槽座408，杆腔402包括连接体406。连接体包括一个销轴安装孔410，其设计成可接纳用于把柔性连杆连接于杆腔402的连接销轴。连接销轴是设计成能够配合地穿过销轴安装孔410而配合于一个气缸连接体306，这个气缸连接体是位于柔性连杆的第一端部302处。气缸连接体包括一个设计成可接纳连接销轴的孔腔。连接销轴和气缸连接体的连接结构是用于便于构成柔性连杆的第一端和杆腔之间的枢转连接。
现在来参照图1，在柔性连杆的第一端连接于杆腔402的内部时，活塞400内的杆腔402的底开口412的截面面积大于柔性连杆300的位于或靠近活塞内的杆腔的这个开口之处的截面面积。柔性连杆的截面面积和活塞内的杆腔402的开口的截面面积之间的这一尺寸差异使柔性连杆的前部能够随着活塞在气缸的活塞腔内往复运动而在活塞的杆腔402内运动。一般地说，柔性连杆的在或靠近活塞内的杆腔402的开口之处的截面面积对活塞内的杆腔402的开口的截面面积的尺度比约为0.2～0.5:1。
如图1和2所示，活塞内的杆腔402的深度应该是这样的，即，在柔性连杆的第一端连接于杆腔402的内部时，柔性连杆的整个长度不会都处于杆腔402里。一般地说，柔性连杆300的纵向长度与杆腔402的纵向长度之比约为1.3～10:1。
柔性连杆300的第二端304是连接于轴承200。如图5所示，轴承200包括安装座210，其设计成便于把柔性连杆连接于轴承200。安装座210是设计成可被插进柔性连杆的第二端部304，如图1和2所示。安装座210的顶部可任选地包括一个锥形部分，其便于把柔性连杆的第二端部304插到安装座上。安装座210是设计成只能插进柔性连杆的纵向全长的一部分。一般地说，安装座是设计成能插进柔性连杆的纵向全长的不到50％。
安装座包括一个销轴安装孔214，其设计成可接纳用于把柔性连杆的第二端部连接于轴承的连接销轴。销轴安装孔214是设计成可接纳一个用于把柔性连杆连接于轴承的连接销轴。该连接销轴设计成能够相配地穿过销轴安装孔214而相配地插进位于柔性连杆的第二端部304的气缸连接体308。
轴承包括轴孔216，其设计成可接纳可转动的轴RS的轴颈。把轴承连接于可转动的轴RS的结构措施是非限制性的。轴孔216(译注：原文误为26)的尺寸和形状一般是选择为使轴承能够随着可转动的轴转动而在可转动的轴上转动。
应能因此而看出，前面提出的且在以上描述中变得很明显的各目的都能有效地达到，并且可对这里所提出的构造做某些改变也不会偏离本发明的精神和范围，所以这里要说，以上描述中包含的和各附图中表示的所有内容都应被解释为说明性的而不是限制性的。已经结合优选的和可供选择的实施例描述了本发明。熟悉本技术领域的人在阅读和理解了这里给出的本发明的详细讨论之后，明显地可做出各种改型和改动。所以本发明意欲包括属于本发明的范围内的所有改型和改动。还应能理解，后面的权利要求书意欲涵盖这里描述的本发明的一般和具体特点以及本发明的范围的所有声明，作为一个语言问题，其可以是居于两者之间。

Claims (12)

1.一种柔性连杆构造，包括轴承、柔性连杆、以及活塞，所述柔性连杆有第一端部和第二端部，所述第一端部连接于所述活塞，所述第二端部连接于所述轴承，所述第一端部是可枢转地连接于所述活塞，所述柔性连杆沿其纵向长度是柔性的，以便吸收轴向挠变，所述柔性连杆包括在所述活塞和所述轴承之间完整延伸的螺旋弹簧，所述活塞包括杆腔，在所述柔性连杆连接于所述活塞时，所述杆腔套接地接纳所述柔性连杆的所述第一端部的至少一部分。
2.如权利要求1所述的连杆构造，其中，所述活塞包括位于所述杆腔的顶部的连接结构，所述连接结构包括设计为可接纳连接销轴的杆槽座，所述柔性连杆的所述第一端部包括一个设计为可接纳所述连接销轴的气缸连接体，从而将所述柔性连杆的所述第一端部可枢转地连接于所述活塞。
3.如权利要求1所述的连杆构造，其中，在所述柔性连杆的所述第一端部连接于所述活塞时，所述活塞内的所述杆腔的底开口的截面面积大于所述柔性连杆的位于或靠近所述底开口之处的截面面积。
4.如权利要求1所述的连杆构造，其中，所述活塞内的所述杆腔的深度小于所述柔性连杆的纵向总长度。
5.如权利要求1所述的连杆构造，其中，所述轴承包括设计成便于把所述柔性连杆连接于所述轴承的安装座，所述安装座设计成能插进所述柔性连杆的所述第二端部，所述安装座能插进去的长度小于所述柔性连杆的纵向全长。
6.如权利要求5所述的连杆构造，其中，所述安装座包括销轴安装孔，其设计成可接纳用于把所述柔性连杆的所述第二端部连接于所述轴承的连接销轴，所述柔性连杆的所述第二端部包括气缸连接体，其设计成可接纳所述连接销轴。
7.一种采用柔性连杆结构来构成可转动的轴和气缸之间的柔性连接的方法，包括以下步骤：
a.提供连杆构造,所述连杆构造包括轴承、柔性连杆、以及活塞，所述柔性连杆有第一端部和第二端部，所述第一端部连接于所述活塞，所述第二端部连接于所述轴承，所述第一端部是可枢转地连接于所述活塞，所述柔性连杆包括在所述活塞和所述轴承之间完整延伸的螺旋弹簧，所述活塞包括杆腔，在所述柔性连杆连接于所述活塞时，所述杆腔套接地接纳所述柔性连杆的所述第一端部的至少一部分；
b.把所述活塞插进所述气缸的活塞腔，所述气缸构成一个发动机的一部分，所述活塞设计成可在所述气缸的所述活塞腔内往复运动；以及
c.把所述轴承连接于所述可转动的轴。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述活塞包括位于所述杆腔的顶部的连接结构，所述连接结构包括设计为可接纳连接销轴的杆槽座，所述柔性连杆的所述第一端部包括设计为可接纳所述连接销轴的气缸连接体，从而将所述柔性连杆的所述第一端部可枢转地连接于所述活塞。
9.如权利要求7所述的方法，其中，在所述柔性连杆的所述第一端部连接于所述活塞时，所述活塞内的所述杆腔的底开口的截面面积大于所述柔性连杆的位于或靠近所述底开口之处的截面面积。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所述活塞内的所述杆腔的深度小于所述柔性连杆的纵向总长度。
11.如权利要求7所述的方法，其中，所述轴承包括设计成便于把所述柔性连杆连接于所述轴承的安装座，所述安装座设计成能插进所述柔性连杆的所述第二端部，所述安装座能插进去的长度小于所述柔性连杆的纵向全长。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述安装座包括销轴安装孔，其设计成可接纳用于把所述柔性连杆的所述第二端部连接于所述轴承的连接销轴，所述柔性连杆的所述第二端部包括气缸连接体，其设计成可接纳所述连接销轴。
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