CN1072004A - 将来自动力源的直线运动转变成旋转运动的装置 - Google Patents

Abstract

一种将来自一动力源的直线运动转变成旋转运 动的装置，此装置具有第一机构，它具有与在一气缸 内通过压力介质作往复运动的活塞相接的杆件相应 的构件和曲面导板，此装置还具有第二机构，它具有 从轴向外伸出而固定在轴上的两个对置的翼形部分； 活塞杆穿过气缸底壁上的一孔而使其下面的气缸空 间形成一腔室；曲面导板在处于上位和下位时都位于 底壁背向活塞的一侧；腔室具有一连接外界的通路； 它在活塞从上位移到下位时可在腔室内产生一过 压。

Description

本发明涉及一种将来自一驱动源的直线运动转变成旋转运动的装置。

本发明主要用以将活塞这样一类内燃机或压缩空气发动机部件的直线往复运动转变成旋转运动。但，本发明并不限于任一种个别的应用。

瑞典专利No.8901653-9叙述了一种采用曲面导板将直线运动转变成绕一轴旋转的运动的装置。该装置具有一第一机构，此第一机构具有一用以作往复运动的杆件或相应构件和一曲面导板，此曲面导板装在此杆的一端，使在其背向此杆的一面具有曲面部分。此装置还具有一第二机构，此第二机构具有从轴向外延伸并固定在此轴上的两个对置的翼形部分，在每翼形部分的外部装有一可转动的滚子或相应构件。滚子用以靠在曲面导板上滚动，从而将直线运动转变成旋转运动。

该专利所述装置可产生一种较一般具有相同有效行程的曲轴更强的最大力矩。此外，在曲轴上每周仅施力一次，尽管这是在半周中进行的。在采用具有两个带活塞气缸并作180°相位差连接的装置时每周才可取得两个力矩峰值。

采用两个气缸和两个曲面导板时，该专利所述装置每周可取得四个力矩峰值，在同一时间内所述机构中总是其中的一个与曲面导板中的一个进行传力接触，但，就带活塞气缸的每个行程来看，该装置的轴所取得的旋转量仅为具有两个带活塞气缸的装置通过曲轴驱动的轴所取得的旋转量之半。

因此，该专利所述装置与采用一般曲轴将直线运动转变成旋转运动的装置相比是具有其优越性的。

但对该专利所述装置所作试验表明：曲面导板与翼形机构上的滚子之间所产生的起始接触是一种硬接触。这一问题主要只是在滚子在其回程中顶起活塞时才出现。这种起始接触不是一种平稳的施力而可以说是一种冲击。这个问题的主要原因是：对这种曲面导板和滚子之间的接触没有采用机械的方法加以控制。

采用本发明就可消除这一缺点。

因此，本发明涉及一种将来自动力源的直线运动转变成旋转运动的装置，在此装置中，动力源与一曲面导板配合动作而产生一轴的旋转运动;此装置具有一第一机构，此第一机构具有一与一气缸内的活塞连接而作直线往复运动的杆件或类似构件，用以通过一压力介质作出直线往复运动，此压力介质是作用在活塞的一个侧面上的，此侧面背向活塞与杆件相接的另一侧面;曲面导板与杆件的一端相接而只是在其背向杆件的一面具有曲面部分;此装置还具有一第二机构，此第二机构具有从轴向外伸出而固定在此轴上的两个对置的翼形部分;每翼形部分的外部装有一可转动的滚子或类似构件以便靠在所述曲面导板上滚动，所述装置的特征是：活塞杆穿过气缸下部底壁上的一孔而使活塞下面的气缸空间大体上形成一腔室;曲面导板在其处于其上位和下位时都位于所述底壁背向活塞的一侧;所述腔室至少具有一个与外界连接的通路;所述通路在活塞从其上位移到其下位时可在腔室内产生一过压。

现对本发明就其实施例和附图进行较详细的说明。

图1为本发明装置的侧视图，此装置具有一作为动力源的两冲程内燃机，图中所述内燃机的活塞处于其上死点位置。

图2-4所示为图1中的装置在其轴处于不同旋转位置时的情况。

图5为本发明装置的侧视图，此装置具有一作为动力源的压缩空气发动机，图中活塞处于其最低位置。

图6为图1的右视图，图中示出本发明装置的下部。

本发明装置用以将来自一动力源1的直线运动转变成旋转运动，其中，动力源与一曲面导板2配合动作而产生一轴3的旋转运动。

本发明具有一第一机构，此第一机构具有一用以产生直线往复运动的杆4或类似构件和以上所述曲面导板2。曲面导板2装在杆4的一端。杆4为动力源的一个部件，在所示实施例中为一活塞杆。曲面导板2只是在其背向杆件的一个表面5上具有曲面部分。

本发明装置还具有一第二机构，此第二机构具有从轴3伸出并固定在此轴上的两个对置的翼形部分6、7。在每翼形部分的外部装有可转动的滚子8、9或类似构件以便在曲面导板2上滚动。

此两相互对置而外伸的翼形部分6、7是由两个相互平行的翼形支承件10、11构成的，滚子8、9即装在其外部的中间如图6所示。每翼形支承件连接在轴3上，此轴从相应翼形支承件外伸。如图6所示，轴3为一两段式轴，也就是此轴不是连续的而是在翼形支承件10、11之间形成一断开的空间12。

曲面导板2具有两个曲面部分20、21（图1），其中，第一部分20在杆4进行作功冲程时可与上述滚子8、9配合动作，而第二部分21则与滚子8、9配合动作而使杆件回行。此两曲面部分20、21大体上在曲面导板的中央彼此接合而形成一连接的曲面。

图1-4所示为一作功冲程和一回程。图1所示为处于起始位置的装置。轴3由于活塞4使曲面导板2向下移动如图1所示而从此工作位置上沿箭头22方向转动。在曲面导板2在其作功冲程中向下移动时，滚子8靠在曲面导板的第一部分20上滚动。在曲面导板向下移动时，滚子8在曲面导板上进一步向外移动如图2所示，直至到达图2所示位置。在到达此位置时作功冲程即告完成。

如图2和3所示，曲面导板的最低部分越过轴3所在高度。这就是将轴3做成两段式轴的原因。但，并不一定要求本装置的结构能使曲面导板越过此轴所在高度，不过，这种结构可减小装置的高度。

作为一实施例，装置具有一飞轮23（图6），在作功冲程完毕时，此飞轮可转动轴3，从而使装置产生一回程。此回程示于图4。飞轮于是沿箭头22方向转动轴3。如图4所示，这时滚子9靠在曲面导板2的第二部分21上滚动，并将曲面导板向上顶起直至到达图1所示位置，在到达这一位置时，回程即告完成。这时，作功冲程开始，滚子9靠在曲面导板的第一部分上滚动，此后，装置又进行一回程，如此进行下去。

这样，就所述装置而言，轴3每转一周，就可取得两个力矩峰值。可见，就一动力源而言，在一作功冲程中，力矩的大小和分布取决于曲面导板第一部分20的曲面构形。第一部分20最好一开始具有一相对较陡的曲面部分如各图所示以便完成一相对较强的起始力矩。在滚子进一步沿曲面导板动作时，如图2所示，曲面导板的第一部分就可相对地平坦些，因为这时可通过较长的力臂取得较大的力矩。

作为本发明的一个优选而非常有利的实施例，两曲面部分20、21的构形应使产生作功冲程的滚子8在作功冲程完成时与曲面导板的一个曲面部分接触而另一滚子9则靠在曲面导板的第二曲面部分21上如图3所示。也可以使另一滚子9在作功冲程的终点正要进行接触。

作为一优选的实施例，曲面导板2具有一内伸的凹槽24、25，此凹槽大致平行于曲面部分20、21而稍靠近其下面，滚子分别在作功冲程和回程中靠在此曲面部分上。这两凹槽24、25在相应滚子与曲面部分20、21接触时产生某种弹性作用，因此，通过凹槽24、25形成的舌形体26、27具有一定的弹性。

在图1所示实施例中，活塞杆4连接在气缸30内的活塞31上。活塞31通过燃气这样的压力介质来回移动，此燃气作用在活塞的一个侧面上，此侧面背向活塞杆与活塞连接的另一侧面。在图1-4所示实施例中，燃气是由一两冲程内燃机产生的，此内燃机具有一与一化油器（图中未示出）连接的进气管32、进气口33、34、一排气口35和一火花塞36。

如概述部分中所述，通过对按早期公开的专利制成的装置所作试验表明，曲面导板与翼形件上滚子的起始接触是硬接触。这种起始接触不是一种平稳的接触而是一种冲击性的硬接触。这主要是对回程滚子来说的，此滚子在回程开始时与曲面导板接触。

这一问题的原因主要是：曲面导板和滚子之间的接触不是通过机械的方法进行控制的，因而，在回程滚子与曲面导板进行接触时，曲面导板正在向上移动。尽管回程滚子与曲面导板的接触和工作滚子与曲面导板的接触是同时或大体上同时发生的，这种接触还是一种冲击性的接触。这可能是由于在曲面导板处于其最低位置而在回程滚子将其向上顶起之前停在此最低位置上的情况下，曲面导板的回跳在回程滚子和曲面导板之间产生一间隙的原因。

按本发明，这一问题是这样解决的，即：使活塞杆4穿过气缸下部底壁37上的一孔36，从而使活塞以下的气缸空间大体上形成一腔室38，在这种情况下，曲面导板2在其上位和下位都处于低壁37背向活塞31的一侧，而腔室38至少具有一连接外界的通路。这一通路应在活塞31从其上位移到其下位时在腔室38内形成一过压。

作为一优选实施例，这一连接通路可使气体在活塞从其下位移到其上位而产生一压降时进入所述空间，而在活塞从其上位移到其下位时所述连接通路即关闭。在图1所示实施例中，此通路是由燃气进气管32构成的。

在图5所示实施例中，动力源为一压缩空气发动机50，通路51为一简单的与外界大气连接的通路。

连接通路32、51各备有一止回阀39或类似构件，用以关闭所述通路而防止气体从腔室38中排向外界。

但，经发现：在活塞从其上位移到其下位时将一定量的气体从腔室38放出是有利的。为此，另外设一通路40，使腔室38与大气连通。也可不另设通路而使上述止回阀能沿其阻流方向泄去一定量的气体。不论是采用止回阀进行泄放还是采用另一通路40，最好设一使气体流出腔室38的可调节流器。在所示各实施例中，这一可调节流器为一针阀41。

在活塞和气缸成为内燃机的部件时，通入空间或腔室38和从中排出的气体就是燃气。通过止回阀或针阀排出的气体就流回进气管32。

作为本发明的优选实施例，在孔36和活塞杆4之间设有一密封件，此密封件最好为一浮置的套筒42，此套筒通过一密封圈43压靠在所述壁37上进行密封。

为使图面清楚起见，图1-4中仅图1注有标号。

图1所示内燃机的活塞处于其上死点位置，活塞的作功冲程从此位置开始。

图2示出内燃机的膨胀阶段，此时气体正通过排气口开始排出而工作滚子则处于作功冲程的终点。

图3示出活塞的下死点位置，此时工作滚子已完成作功冲程而回程滚子正或即将与曲面导板接触。发动机的排气阶段或吸气阶段在此位置上进行。

图4示出压缩阶段，此时回程滚子顶起曲面导板及活塞。燃油混合气也就通过进气管吸入。

图5示出动力源为一压缩空气发动机50的装置如上所述。压缩空气可通过一阀（图中未示出）经一进气口52进入。进气口52备有一止回阀。出气口53、54常开以便在完成作功冲程时放出压缩空气如图5所示。如前所述，通路51用以在活塞从其最低位移到其最高位时使空气进入腔室38。

有曲面导板在其中移动的筒体55最好具有长方形截面，以便形成一导向机构，从而防止曲面导板绕活塞杆的纵轴线扭转。此外，曲面导板相对于筒体55的构形应能在曲面导板在筒体内上下移动时防止在曲面导板的任一侧形成任何明显的压力。

曲面导板2最好在舌形体26、27的外侧沿曲面导板的运动方向具有导向轨56、57，这两导向轨贴着筒体55的内壁移动。导向轨的作用是防止曲面导板在图1纸面内歪斜。

本发明在压力源为内燃机和压缩空气发动机的情况下具有相同的功能。

本发明用以在活塞从其最高位移到其最低位时在活塞下面产生一压力，其功能在于：在完成作功冲程时（图3和5），在回程滚子将活塞顶起之前在腔室38内气垫造成的压力作用下活塞转而向上。因此，回程滚子在曲面导板向上移动而回程滚子也向上移动时才会与曲面导板2的表面21相接触。

通过试验表明：采用本发明，与在活塞下面无压力形成时所得出的接触相比，可取得极其平稳的接触。

因此，本发明解决了在概述中所提出的问题。

以上通过本发明的一些实施例对本发明作了说明，对本专业的技术人员来说很明显的是：对这些实施例可多方面进行修改而并不脱离本发明利用活塞下面增大了的压力使活塞回行的概念。

因此，不应认为本发明仅限于上述这些实施例，因为，对这些实施例可以在以下权利要求的范围内进行修改。

Claims (8)

1、一种将来自一动力源的直线运动转变成旋转运动的装置，其中，动力源用以与一曲面导板配合动作而产生一轴的旋转运动；此装置具有一第一机构，此第一机构具有一与一在一气缸(30；50)内通过一压力介质作往复运动的活塞(31)相接的杆件(4)或相应构件，此压力介质作用在活塞(31)的一个侧面上，此侧面背向杆件(4)与活塞相接的另一侧，此第一机构还具有所述曲面导板(2)，此曲面导板装在杆件(4)的一端而只是在其背向杆件(4)的一面具有曲面部分(5)；此装置还具有一第二机构，此第二机构具有从轴(3)向外伸出而固定在此轴上的两个对置的翼形部分(6，7)；每所述翼形部分的外部装有一滚子(8，9)以便靠在所述曲面导板(2)上滚动，所述装置的特征是：活塞杆(4)穿过气缸下部底壁(37)上的一孔(36)而使活塞下面的气缸空间大体上形成一腔室(38)；曲面导板在其处于其上位和下位时都位于所述底壁(37)背向活塞(31)的一侧；所述腔室(38)至少具有一个与外界连接的通路(32，40；51，40)；所述连接通路(32，40；51，40)在活塞(31)从其上位移到其下位时可在腔室(38)内产生一过压。

2、按权利要求1所述装置，其特征是：连接通路（32，51，40）具有一可调的节流器。

3、按权利要求1或2所述装置，其特征是：此装置具有一连接通路（32，51），此连接通路可使气体在活塞（31）从其下位移到其上位而产生一压降时进入所述腔室（38）而在活塞从其上位移到其下位时即关闭。

4、按权利要求3所述装置，其中，活塞（31）和气缸（30）构成一内燃机的部件，其特征是：所述气体为燃气。

5、按权利要求3或4所述装置，其特征是：所述连接通路（32;51）备有一止回阀（39），用以在所述腔室（38）内压力增大时关闭所述连接通路。

6、按权利要求1，2，3，4或5所述装置，其特征是，在所述孔（36）和所述活塞杆（4）之间设有一密封件（42），所述密封件最好为一浮置套筒。

7、按以上任一权利要求所述装置，其特征是：曲面导板上曲面部分（20，21）的构形应使产生作功冲程的一个滚子（8，9）在一作功冲程完成时与曲面导板（2）的一个曲面部分（20）接触而另一滚子（8，9）则接触或即将接触所述曲面导板的另一曲面部分（21）。

8、按以上任一权利要求所述装置，其特征是：曲面导板（2）具有一内伸的凹槽（24，25），此凹槽大致平行于曲面导板的曲面部分而稍靠近其下面，一滚子（8，9）分别在作功冲程和回程中靠在此曲面部分上。

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