CN107110021A - 一种新型压气传动装置 - Google Patents

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Abstract

一种新型压气传动装置，包括至少一套气缸系统(1)，至少一套动力输出装置(2)，气缸系统(1)相对于动力输出装置(2)对称设置，气缸系统(1)包括气缸(101)、活塞(102)和活塞连杆(103)、点火装置和输油系统，活塞(102)置于气缸(101)内，使用时，在压力的作用下活塞(102)沿气缸壁往复上下移动，活塞(102)连接活塞连杆(103)，活塞连杆(103)上设置连接凸起(104)，动力输出装置(2)包括转动轮(201)和输出轴(202)，输出轴(202)穿过转动轮(201)的中心，沿转动轮(201)表面圆周倾斜设置闭合滑道(203)，连接凸起(104)装配入滑道(203)内，使用时，连接凸起(104)沿滑道(203)运动。所述的新型压气传动装置传动效率更高，结构更简单，零部件更少。

Description

一种新型压气传动装置
技术领域
本发明涉及压气传动装置领域，具体说是一种新型的压气传动装置。
背景技术
如今市场上常见的四冲程活塞往复发动机/压气机采用活塞、曲轴、连杆、气门等构件组成。在活塞式的发动机/压气机中，同一气缸中进行着进气、压缩、燃烧、排气四个冲程，气缸中产生的压力驱动活塞作往复运动，活塞连杆带动曲轴将往复运动转化为转动。这样的运动方式比较复杂，连杆在运动中对活塞产生侧压力，而且连杆曲轴传动比低，导致机械损失20％左右，传动效率低。这样的发动机/压气机存在运动消耗大、结构体系复杂、零部件繁多、体积大、运行过程中振动大等缺点。
针对上述缺点，公告号为CN 202832781 U，公告日为公告日为2013.03.27，建立一种新型组合运动方式，一组活塞相互运动，改变传统曲轴连杆结构，转换为新型齿轮传动，提供一种性能更优、零件少、振动小、功率高、运转平稳、构造简单、造价便宜、维修方便、燃料经济性更高的，可适用于各类机动车辆和工厂动力机构以及高效节能等的各种动力供给领域的基于水平对置的双级活塞发动机。所采用的方案为：基于水平对置的双级活塞发动机，其包括主动活塞机构和辅助活塞机构组成的双级活塞装置，所述主动活塞机构和辅助活塞机构置于主辅活塞外缸体内形成对置设置。
发明内容
鉴于上述背景技术，本发明的目的在于提出一种完全不同构思的，传动效率更高，结构更简单，零部件更少的一种新型压气传动装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型压气传动装置，包括至少一套气缸系统，至少一套动力输出装置，气缸系统相对于动力输出装置对称设置，气缸系统包括气缸、活塞和活塞连杆、点火装置和输油系统，活塞置于气缸内，使用时，在压力的作用下活塞沿气缸壁往复上下移动，活塞连接活塞连杆，活塞连杆上设置连接凸起，动力输出装置包括转动轮和输出轴，输出轴穿过转动轮的中心，沿转动轮表面圆周倾斜设置闭合滑道，连接凸起装配入闭合滑道内，使用时，连接凸起沿闭合滑道运动。
进一步的，还包括支撑装置，支撑装置包括连接槽，活塞连杆上还固定设置支撑凸起，使用时，支撑凸起装配入支撑装置的连接槽，随着气缸、活塞的相对运动，支撑凸起在连接槽内上下运动。
进一步的，支撑装置相对气缸固定设置。
进一步的，连接凸起上设置滑动轮或滚动轮，连接凸起在闭合滑道内的运动为相对滑动运动或相对滚动运动。
进一步的，支撑凸起上设置滑动轮或滚动轮，支撑凸起在连接槽内的运动为相对滑动运动或相对滚动运动。
进一步的，滑道为横S型阵列或V型阵列。
进一步的，一套气缸系统配置一个气缸和一个单头活塞。
进一步的，转动轮外表面或内表面圆周倾斜设置闭合滑道。
进一步的，连接凸起为锥坛形，闭合滑道的横截面为与锥坛形的连接凸起配合卡接的锥坛形凹槽。
进一步的，气缸为对置双缸气缸，活塞含有两个对置活塞，分别设置在活塞连杆的两端。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明活塞在气缸内作往复运动，带动活塞连杆及活塞连杆上的连体连接凸起作上下往复运动，气缸本体位置固定，因此连接凸起在闭合滑道内上下运动，由于闭合滑道为在转动轮表面圆周倾斜设置，因此滑道臂会受到水平切线方向的力，在上述力的作用下，转动轮会围绕中心轴做旋转运动，由于滑道为闭合回路，因此随着活塞的上下往复运动，转动轮会一直做旋转运动，进而带动输出轴旋转，输出扭矩。本发明的压气传动装置构思与传统的压气机、发动机等压气传动装置不同，另辟蹊径开发出了一种结构简单，零部件少，且传动效率高的一种新型压气传动装置，扩充了压气机、发动机等压气传动装置领域，节省成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1新型压气传动装置的结构示意图(局部剖视图)；
图2是实施例2新型压气传动装置的结构示意图(局部剖视图)；
图3是实施例3新型压气传动装置的结构示意图(剖视图)；
图4是实施例4新型压气传动装置的结构示意图(局部剖视图)；
图5是与活塞连杆连接的锥坛形连接凸起的结构示意图；
图6是转动轮上横截面为锥坛形的闭合滑道的局部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种新型压气传动装置，包括一套气缸系统1，一套动力输出装置2，气缸系统1包括气缸101、活塞102和活塞连杆103、点火装置和输油系统，活塞102置于气缸101内，一套气缸系统1配置一个气缸101和一个单头活塞102，使用时，在压力的作用下活塞102沿气缸内壁往复上下移动，活塞102连接活塞连杆103，活塞连杆103上设置连接凸起104，连接凸起104上设置滚动轮1042，动力输出装置2包括转动轮201和输出轴202，输出轴202穿过转动轮201的中心，沿转动轮201外表面2011圆周倾斜设置闭合滑道203，闭合滑道203沿转动轮201圆周闭合滑道203为V型阵列，连接凸起104装配入闭合滑道203内，使用时，连接凸起104沿闭合滑道203相对滚动运动。
新型压气传动装置还包括支撑装置3，支撑装置3相对气缸101固定设置，支撑装置3包括连接槽，活塞连杆103上还固定设置支撑凸起，支撑凸起上设置滑动轮，使用时，支撑凸起装配入支撑装置3的连接槽，随着气缸101、活塞102的相对运动，支撑凸起在连接槽内相对滑动运动。
实施例2
如图2所示，一种新型压气传动装置，包括两套气缸系统1，一套动力输出装置2，两套气缸系统1相对于动力输出装置2对称设置。气缸系统1包括气缸101、活塞102和活塞连杆103、点火装置和输油系统，活塞102置于气缸101内，一套气缸系统1配置一个气缸101和一个单头活塞102，使用时，在压力的作用下活塞102沿气缸内壁往复上下移动，活塞102连接活塞连杆103，活塞连杆103上设置连接凸起104，连接凸起104上设置滑动轮1041，动力输出装置2包括转动轮201和输出轴202，输出轴202穿过转动轮201的中心，沿转动轮201外表面2011圆周倾斜设置闭合滑道203，闭合滑道203沿转动轮201圆周闭合滑道203为V型阵列，连接凸起104装配入滑道203内，使用时，连接凸起104沿闭合滑道203相对滑动运动。
新型压气传动装置还包括支撑装置3，支撑装置3相对气缸101固定设置，支撑装置3包括连接槽，活塞连杆103上还固定设置支撑凸起，支撑凸起上设置滚动轮，使用时，支撑凸起装配入支撑装置3的连接槽，随着气缸101、活塞102的相对运动，支撑凸起在连接槽内相对滚动运动。
实施例3
如图3所示，一种新型压气传动装置，包括四套气缸系统1，一套动力输出装置2，四套气缸系统1相对于动力输出装置2对称设置。气缸系统1包括气缸101、活塞102和活塞连杆103、点火装置和输油系统，活塞102置于气缸101内，一套气缸系统1配置一个气缸101和一个单头活塞102，使用时，在压力的作用下活塞102沿气缸内壁往复上下移动，活塞102连接活塞连杆103，活塞连杆103上设置连接凸起104，连接凸起104上设置滑动轮1041，动力输出装置2包括转动轮201和输出轴202，输出轴202穿过转动轮201的中心，沿转动轮201内表面2012圆周倾斜设置闭合滑道203，闭合滑道203沿转动轮201圆周闭合滑道203为横S型阵列，连接凸起104装配入闭合滑道203内，使用时，连接凸起104沿闭合滑道203相对滑动运动。
新型压气传动装置还包括支撑装置3，支撑装置3相对气缸101固定设置，支撑装置3包括连接槽，活塞连杆103上还固定设置支撑凸起，支撑凸起上设置滑动轮，使用时，支撑凸起装配入支撑装置3的连接槽，随着气缸101、活塞102的相对运动，支撑凸起在连接槽内相对滑动运动。
实施例4
如图4所示，一种新型压气传动装置，包括两套气缸系统1，一套动力输出装置2，两套气缸系统1相对于动力输出装置2对称设置。气缸系统1包括气缸101、活塞102和活塞连杆103、点火装置和输油系统，活塞102置于气缸101内。气缸101为对置双缸气缸，活塞102含有两个对置活塞，分别设置在活塞连杆103的两端，一套气缸系统1配置一个气缸101和一套对置活塞102，使用时，在压力的作用下活塞102沿气缸内壁往复上下移动，活塞102连接活塞连杆103，活塞连杆103上设置连接凸起104，连接凸起104上设置滑动轮1041，动力输出装置2包括转动轮201和输出轴202，输出轴202穿过转动轮201的中心，沿转动轮201外表面2011圆周倾斜设置闭合滑道203，闭合滑道203沿转动轮201圆周滑道203为V型阵列，连接凸起104装配入闭合滑道203内，使用时，连接凸起104沿闭合滑道203相对滑动运动。
新型压气传动装置还包括支撑装置3，支撑装置3相对气缸101固定设置，支撑装置3包括连接槽，活塞连杆103上还固定设置支撑凸起，支撑凸起上设置滑动轮，使用时，支撑凸起装配入支撑装置3的连接槽，随着气缸101、活塞102的相对运动，支撑凸起在连接槽内相对滑动运动。
需要说明的是，如图5和6所示，实施例1至4中的连接凸起104都可以为锥坛形，闭合滑道203的横截面为与锥坛形的连接凸起配合卡接的锥坛形凹槽，上述结构能更好的进行径向力分配，最大化的转化活塞推力为推动转动轮201转动的力，转化效率更高。另外实施例1至4中的新型压气传动装置都可进行沿转动轮201的输出轴202串联多套新型压气传动装置，同步驱动转动轮201旋转，增大输出功率。
本发明的有益效果有：
1.取代传统的曲轴连杆传动结构(机械传动效率0.8左右)，取而代之的是连杆凸轮和导轨的切线往复运动(螺旋传动)，这种结构的传动效率达0.9-0.99(当连杆凸起通过滚动轴承接接触轨道时，由于滚动摩擦阻力较小，此时的传动效率达0.9或以上，当然，如果凸起与导轨之间有润滑油时，传动效率将超0.9以上；而且如果实现静压滚动螺旋传动的话，其效率更高达0.99；滚动螺旋传动的效率范围为0.9-0.99)。由此计算，如果在其他结构和条件基本相同或相近的情况下，该类型发动机的传动效率将比传统曲轴连杆发动机的传动效率高：(0.9-0.8)/0.8＝0.125、即12.5％以上。
2.由于本专利的结构改进，在发动机做功过程中，燃料燃烧做功推动活塞的推力通过连杆和凸轮一直以切线的方式作用于导轨(此种作用方式扭矩最大)，因此，相较于传统的曲轴连杆传动结构的发动机，此新型发动机将具有更大的扭矩，而发动机的扭矩是评价发动机优劣的另一个重要指标。
3.对置活塞的设计，一方面可以减少活塞部分冲程的传动环节的能量损失，另一方面，减少发动机的整体空间，从而减少发动机的体积和重量。
理由如下：由于对置活塞的设计，一方面，当一侧活塞的做功时，通过连杆直接推动另一端的活塞运动，此时，另一端活塞正进行压缩冲程或排气冲程，是耗能过程，这样这侧正在做功的活塞的动能直接传导给另一侧活塞进行压缩冲程或排气冲程，而不再像传统的曲轴连杆发动机一样，必须通过曲轴和飞轮的旋转经连杆再推动活塞进行压缩冲程或排气冲程，减少了传动环节，而传动环节本身是耗能的，从而节约了传动环节能量的损失；另一方面，对置活塞共用一个连杆凸轮，而连杆凸轮运动是需要空间的，这种设计，将明显较小发动机的整体空间，从而减小发动机的体积和重量。
4.由于本专利的独特设计，各个运动部件只进行相对比较单一的运动，因而可以减少发动机的震动，一方面可以减少噪音，另一方面可以延长发动机的寿命。
首先是活塞连杆的运动，本新型发动机活塞和连杆只进行上下或左右的直线往复运动，将比传统发动机的活塞曲轴连杆所进行的(活塞做直线往复运动、连杆的既直线往复运动同时旋转运动、曲轴的旋转运动)、同时相互影响的复杂运动，对发动机的关键部件活塞的破坏作用将小得多，震动也小，噪音降低。其次是导轨的运动，导轨虽然跟传统发动机的曲轴一样，都只进行旋转运动，本新型发动机只要导轨设计上质量四周平衡、左右对称就可以了；但是传统发动机的曲轴是不对称的，在其旋转运动时需要在另一侧增加对称的重量来平衡旋转时不平衡的离心力，一种解决办法是在对侧增加平衡重量，另一种是水平对置多个曲轴左右对称分布来抵消这个不平衡的离心力，这两种方法都可以减少曲轴的震动，减少噪音。目前，第一种增加配重方式比较普遍，好处是简单，缺点是增加了发动机重量；而水平对置发动机目前应用较少，其优点是运行平稳，发动机整体高度降低，缺点是发动机宽度增加、比较昂贵。
综上所述，本专利研究的新型发动机利用螺旋传动等原理，能够提高机械传动效率和发动机扭矩、减小体积、减轻重量等方面提高发动机的热效率(初步估计提高比例达12.5％或以上)，同时能够降低噪音、延长发动机寿命，从而最终达到国家要求的“节能减排”的目的，减少石油的消耗量，降低我国对石油的依赖程度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型压气传动装置，其特征在于，包括至少一套气缸系统，至少一套动力输出装置，所述气缸系统相对于所述动力输出装置对称设置，所述气缸系统包括气缸、活塞和活塞连杆、点火装置和输油系统，所述活塞置于所述气缸内，使用时，在压力的作用下活塞沿气缸壁往复上下移动，所述活塞连接所述活塞连杆，所述活塞连杆上设置连接凸起，所述动力输出装置包括转动轮和输出轴，所述输出轴穿过所述转动轮的中心，沿所述转动轮表面圆周倾斜设置闭合滑道，所述连接凸起装配入所述闭合滑道内，使用时，所述连接凸起沿所述闭合滑道运动。
2.根据权利要求1所述的一种新型压气传动装置，其特征在于，还包括支撑装置，所述支撑装置包括连接槽，所述活塞连杆上还固定设置支撑凸起，使用时，所述支撑凸起装配入所述支撑装置的连接槽，随着所述气缸、活塞的相对运动，所述支撑凸起在所述连接槽内上下运动。
3.根据权利要求2所述的一种新型压气传动装置，其特征在于，所述支撑装置相对所述气缸固定设置。
4.根据权利要求1所述的一种新型压气传动装置，其特征在于，所述连接凸起上设置滑动轮或滚动轮，所述连接凸起在所述滑道内的运动为相对滑动运动或相对滚动运动。
5.根据权利要求2所述的一种新型压气传动装置，其特征在于，所述支撑凸起上设置滑动轮或滚动轮，所述支撑凸起在所述连接槽内的运动为相对滑动运动或相对滚动运动。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种新型压气传动装置，其特征在于，所述滑道为横S型阵列或V型阵列。
7.根据权利要求1所述的一种新型压气传动装置，其特征在于，所述一套气缸系统配置一个气缸和一个单头活塞。
8.根据权利要求1所述的一种新型压气传动装置，其特征在于，所述转动轮外表面或外表面圆周倾斜设置闭合滑道。
9.根据权利要求1至5任一项或7或8任一项所述的一种新型压气传动装置，其特征在于，所述连接凸起为锥坛形，所述闭合滑道的横截面为与锥坛形的所述连接凸起配合卡接的锥坛形凹槽。
10.根据权利要求1所述的一种新型压气传动装置，其特征在于，所述气缸为对置双缸气缸，所述活塞含有两个对置活塞，分别设置在活塞连杆的两端。
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