CN108119233B - 一种容积变化装置、压缩机、内燃机和水泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种容积变化装置、压缩机、内燃机和水泵，所述容积变化装置包括：曲轴组件、滚动活塞和缸体；所述曲轴组件的两端分别设置有侧盖；所述滚动活塞上设置的偏心圆孔以可旋转的方式套装在所述曲轴组件的曲柄销上，所述滚动活塞设置在所述缸体的内腔中，且所述滚动活塞的外圈以相切的方式与所述缸体的内壁接触；所述滚动活塞上偏心圆孔的偏心矩与所述曲轴组件的曲柄半径相同。所述滚动活塞的转轴方向与所述缸体的长度方向垂直，处于工作状态时，所述滚动活塞沿所述缸体内壁的长度方向作往复直线运动。该容积变化装置不但结构简单、零件数量少，不会产生二阶及以上的往复惯性力，其行程长，并且具有较小的体积和质量。

Description

一种容积变化装置、压缩机、内燃机和水泵

本申请要求于2016年11月30日提交中国专利局、申请号为201611081479.1、发明名称为“一种容积变化装置、压缩机、内燃机和水泵”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的技术领域，具体涉及一种容积变化装置。本发明同时涉及一种压缩机、内燃机和水泵。

背景技术

现有技术中内燃机和压缩机的工作均采用往复运动原理来实现，也就是在内燃机和压缩机中均要涉及往复运动的机构。现有的应用最广泛的是，采用曲柄连杆机构，该曲柄连杆机构不仅体积庞大、笨重，而且零件的数量较多，往复惯性力无法达到完全平衡。

另外，其他类似曲柄连杆机构的相类似结构也存在各种不足。因此，亟需一种可稳定达到往复惯性力平衡的结构简单的组件。

发明内容

本发明提供一种容积变化装置，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明另外提供一种压缩机、内燃机和水泵。

本发明提供一种容积变化装置，包括：曲轴组件、滚动活塞和缸体；所述曲轴组件的两端分别设置有侧盖；

所述滚动活塞为扁圆柱形结构，其上设置有偏心圆孔，所述偏心圆孔以可旋转的方式套装在所述曲轴组件的曲柄销上，所述滚动活塞设置在所述缸体的内腔中，且所述滚动活塞的外圈以相切的方式与所述缸体的内壁接触，所述滚动活塞上偏心圆孔的偏心矩与所述曲轴组件的曲柄半径相同；

所述滚动活塞的转轴方向与所述缸体的长度方向垂直，处于工作状态时，所述滚动活塞沿所述缸体内壁的长度方向作往复直线运动。

可选的，所述缸体包括中间部位的两个平直面结构和两端的半圆弧面结构，所述平直面结构与所述半圆弧面结构之间平滑过渡；

所述滚动活塞的外圈以相切的方式与所述缸体的内壁接触，具体是，所述两端的半圆弧面结构的弧形半径与所述滚动活塞的半径相同，所述滚动活塞的直径与所述缸体平直面结构位置的宽度相同。

可选的，所述曲轴组件还包括平衡重，所述平衡重设置在所述曲轴组件的曲柄臂上，所述平衡重的转轴方向与所述曲轴区间的方向相同。

可选的，所述侧盖上设置有用于连接轴承的轴承孔、曲轴组件的曲柄销孔和平衡重旋转空间。

可选的，所述缸体还包括介质进口和介质出口，所述介质进口和介质出口分别位于所述缸体两端的圆弧面结构上。

可选的，所述介质进口位置设置有进口阀门，所述介质出口位置设置有出口阀门。

可选的，所述曲轴组件采用分体式连接，所述曲轴组件的曲轴、曲柄臂和曲柄销采用可拆卸的方式连接。

本申请还提供一种往复运动结构件，其特征在于，包括上述的容积变化装置。

本申请另外还提供一种内燃机，其特征在于，包括上述的容积变化装置。

此外，本申请还提供一种压缩机，其特征在于，包括上述的容积变化装置。

本申请还提供一种水泵，包括上述的容积变化装置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点:

本发明提供一种容积变化装置，包括：曲轴组件、滚动活塞和缸体；所述曲轴组件的两端分别设置有侧盖；所述滚动活塞上设置的偏心圆孔以可旋转的方式套装在所述曲轴组件的曲柄销上，所述滚动活塞设置在所述缸体的内腔中，且所述滚动活塞的外圈以相切的方式与所述缸体的内壁接触；所述滚动活塞上偏心圆孔的偏心矩与所述曲轴组件的曲柄半径相同。所述滚动活塞的转轴方向与所述缸体的长度方向垂直，处于工作状态时，所述滚动活塞沿所述缸体内壁的长度方向作往复直线运动。

采用该容积变化装置不但采用的结构简单、零件数量极少，并且不会产生二阶及二阶以上的往复惯性力，也可达到行程长的效果。同时，该容积变化装置通过设置滚动活塞和曲轴组件之间的连接关系，具有较小的体积和质量。因此，采用该容积变化装置可通过较低的加工制造成本而获得较大的容积变化，可广泛的应用于各类通过容积变化做功的装置中。

附图说明

图1是本申请第一实施例提供的容积变化装置的结构示意图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是本申请第一实施例提供的曲轴组件的结构示意图。

图4是本申请第一实施例提供的缸体的结构示意图。

图5是本申请第一实施例提供的侧盖的结构示意图。

图6是本申请第一实施例提供的滚动活塞的结构示意图。

其中，001、曲轴组件，001-1、曲轴，001-2、曲柄销，001-3、曲柄臂，001-4、平衡重，002、滚动活塞、002-1、偏心圆孔，003、缸体，003-1、介质进口，003-2、介质出口，004、侧盖，004-1、曲柄销孔，004-2、平衡重旋转空间，004-3、轴承孔。

具体实施方式

本申请提供一种容积变化装置，该容积变化装置应用于任何可以通过容积变化的做功而进行往复运动的机构或设备中，采用该容积变化装置可以在一定程度上提供容积变化的行程，结构简单、零件数量极少，并且不会产生二阶及二阶以上的往复惯性力，也可达到行程长的效果。同时，该容积变化装置通过设置滚动活塞和曲轴组件之间的连接关系，具有较小的体积和质量。

以下通过具体实施例对该容积变化装置进行详细的介绍和说明。

图1是本申请第一实施例提供的容积变化装置的结构示意图。图2是图1中的A-A剖视图。

请参照图1，本申请第一实施例提供一种容积变化装置，该装置包括至少以下部件：曲轴组件001、滚动活塞002和缸体003。

其中，所述曲轴组件001的两端分别设置有侧盖004。

所述曲轴组件001用于受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴001-1承受弯曲扭转载荷的作用。图3是本申请第一实施例提供的曲轴组件的结构示意图。请参照图3，所述曲轴组件001可以包括曲轴001-1、曲柄销001-3和曲柄销001-2，曲柄销001-3连接所述曲轴001-1和曲柄销001-2，曲轴001-1、曲柄销001-2与曲柄销001-3的连接处都采用过渡圆弧连接，以减少应力集中的现象。

以上是对所述曲轴组件001的介绍，与所述曲轴组件001具有直接连接关系的为所述滚动活塞002，所述滚动活塞002属于偏心回转运动的零件。图6是本申请第一实施例提供的滚动活塞002的结构示意图。请参照图6，所述滚动活塞002为扁圆柱体结构，在所述滚动活塞002的偏心位置设置有偏心圆孔002-1。

所述滚动活塞002上设置的偏心圆孔002-1以可旋转的方式套装在所述曲轴组件001的曲柄销001-2上，所述滚动活塞002可以在所述曲柄销001-2转动下进行滚动或转动。

另外，需要设置所述滚动活塞002的偏心圆孔002-1的偏心矩，具体的，所述滚动活塞002上偏心圆孔002-1的偏心矩与所述曲轴组件001的曲柄半径相同。

需要说明的是，所述曲轴组件001的曲柄半径是指曲轴001-1旋转中心到曲柄销001-2中心之间的距离称为曲柄半径，一般情况下，通常活塞行程为曲柄半径的两倍，但是本申请第一实施例提供的该容积变化装置产生的滚动活塞002的行程为曲柄半径的四倍，具体实施方式在后续的原理及工作流程中间会具体的介绍和说明。

关于所述曲轴组件001各部分的组成方式，所述曲轴001-1、曲柄销001-3和曲柄销001-2可以通过固定加工方式加工为一体结构。但是，为了方便各部件之间的拆卸，该所述曲轴组件001采用分体式连接，所述曲轴组件001的曲轴001-1、曲柄销001-3和曲柄销001-2采用可拆卸的方式连接。通过可拆卸的方式连接可使得各部分在损坏的情况下进行单独拆卸更换，节省更换的时间和着着脸，以及还可以节省更换零件的成本。

另外，所述曲轴组件001还包括平衡重001-4，所述平衡重001-4设置在所述曲轴组件001的曲柄销001-3上。

曲轴平衡重001-4(也称配重)的作用是为了平衡旋转离心力及其力矩，有时也可平衡往复惯性力及其力矩。当这些力和力矩自身达到平衡时，平衡重001-4还可用来减轻主轴承的负荷。平衡重001-4的数目、尺寸和安置位置要根据发动机的气缸数、气缸排列形式及曲轴形状等因素来考虑。平衡重001-4一般与曲轴铸造或锻造成一体，大功率柴油机平衡重001-4与曲轴分开制造，然后用螺栓连接在一起。

本申请第一实施例提供的该容积变化装置是通过设置所述滚动活塞002和曲轴组件001配合，使得所述滚动活塞002在所述缸体003内做往复运动，因此，该容积变化装置不需要常规的连杆机构，结构简单，体积较小，需要的零件数量较少，并且可以实现所述滚动活塞002的往复运动，并且其位移的行程也较长。

需要说明的是，所述滚动活塞002是需要设置在所述缸体003的内腔中的，并且为了保证所述滚动活塞002的往复运动，所述滚动活塞002的外圈以相切的方式与所述缸体003的内壁接触。具体是，所述滚动活塞002的转轴方向与所述缸体003的长度方向垂直，处于工作状态时，所述滚动活塞002沿所述缸体003内壁的长度方向作往复直线运动。

图4是本申请第一实施例提供的缸体的结构示意图。请参照图4，该缸体003包括以下几个部分：中间部位的平直面结构和两端的半圆弧面结构。

需要说明的是，当所述滚动活塞002位于所述中间部位的平直面结构时，由于该平直面结构为平面结构，所述滚动活塞002的外圈是与所述平直面结构相切的关系。当所述滚动活塞002位于所述半圆弧面结构时，如果所述滚动活塞002在该位置可以返回进行往复运动，需要将所述滚动活塞002的半径设置的为与所述两端的半圆弧面结构的弧形半径相同。

当外来动力通过曲轴001-1输入时，所述滚动活塞002以自身的几何形心为中心沿着缸体003内壁做纯滚动运动，而当所述滚动活塞002移动到缸体003两端的极限的位置时，该滚动活塞002外圈面与缸体003端部的半圆弧面结构的圆弧形面相配合，随着曲轴001-1的转动，所述滚动活塞002将沿着相反的方向做纯滚动运动。随之，所述滚动活塞002到达缸体003的平直面上，之后再到所述缸体003的另一端的圆弧面结构的极限位置，在该端面上再次往复，依次按照上述规律做重复的往复运动。

通过上述方式设置，所述滚动活塞002的偏心圆孔002-1的偏心矩设置为所述曲柄半径相同，且所述滚动活塞002的半径与所述缸体003的圆弧面结构的弧形面的半径相同，因此，在所述滚动活塞002工作的状态时，所述滚动活塞002几何形心的位移为曲柄半径的四倍，并且可以以该规律做往复运动。

采用该容积变化装置也不会出现现有技术中经常出现的二阶或二阶以上的往复惯性力。因为该容积变化装置通过精确的控制所述滚动活塞002的偏心圆孔002-1的偏心矩，以及所述滚动活塞002的半径与所述曲柄半径，以最终使得所述滚动活塞002几何形心的位移为曲柄半径的四倍，极大提高了所述滚动活塞002的往复移动的行程。

另外，该缸体003还包括两端的介质进口003-1和介质出口003-2。所述介质进口003-1和介质出口003-2分别位于所述缸体003的两端。

所述介质进口003-1位置设置有进口阀门，所述介质出口003-2位置设置有出口阀门。

所述介质进口003-1与所述介质出口003-2的位置可以根据需要进行互换。

图5是本申请第一实施例提供的侧盖的结构示意图。请参照图5，图5是所述侧盖004的结构示意图。

所述侧盖004为两个，分别位于所述曲轴组件001的端部，该部分可参考附图1，在所述曲轴组件001两端的每一端分别设置有侧盖004。所述侧盖004上设置有用于连接轴承的轴承孔004-3、曲轴组件001的曲柄销孔004-1和平衡重旋转空间004-2。所述侧盖004可以对轴承和曲轴组件001起支撑作用，所述轴承可以通过轴承孔004-3设置在所述侧盖004上，另外，所述曲轴组件001也可以通过所述侧盖004上的曲柄销001-2孔和平衡重001-4旋转空间设置在所述侧盖004上。

以上是对所述容积变化装置各部分组成以及简单的原理介绍和说明，以下通过具体的工作流程对该容积变化装置进行详细的介绍和说明。

首先，外来驱动力可以通过所述曲轴组件001中的曲轴001-1输入，所述滚动活塞002的偏心圆孔002-1可旋转的套装在所述曲轴组件001的曲柄销001-2上，曲轴001-1的转动带动曲柄销001-2的转动，进而倚靠所述偏心圆孔002-1带动所述滚动活塞002的动作。

另外，所述滚动活塞002的外圈与所述缸体003的内壁相切，该相切关系存在于所述缸体003中部的平直面结构位置上，还存在于所述缸体003两端部的半圆弧面结构位置上，所述半圆弧面结构的圆弧形的半径与所述滚动活塞002的半径相同，同时，所述滚动活塞002上的偏心圆孔002-1的偏心矩与所述曲轴组件001中曲柄半径相同。

因此，当外来动力通过曲轴001-1输入时，所述滚动活塞002以自身的几何形心为中心沿着缸体003内壁做纯滚动运动，而当所述滚动活塞002移动到缸体003两端的极限的位置时，该滚动活塞002外圈面与缸体003端部的半圆弧面结构的圆弧形面相配合，随着曲轴001-1的转动，所述滚动活塞002将沿着相反的方向做纯滚动运动。随之，所述滚动活塞002到达缸体003的平直面上，之后再到所述缸体003的另一端的圆弧面结构的极限位置，在该端面上再次往复，依次按照上述规律做重复的往复运动。

本申请第一实施例提供的容积变化装置为加工型面为圆面和平面，无特殊的型面，因而该容积变化装置不但零件较少，且加工制造较为方便。

该容积变化装置通过所述曲轴组件001与所述滚动活塞002的配合，减少了连杆装置，因此缩小了整个装置的体积。同时采用曲轴组件001与所述滚动活塞002的配合还可以消除二阶及二阶以上的往复惯性力，保证往复运动的规律进行。

总之，采用该容积变化装置不但采用的结构简单、零件数量极少，并且不会产生二阶及二阶以上的往复惯性力，也可达到行程长的效果。同时，该容积变化装置通过设置滚动活塞002和曲轴组件001之间的连接关系，具有较小的体积和质量。因此，采用该容积变化装置可通过较低的加工制造成本而获得较大的容积变化，可广泛的应用于各类通过容积变化做功的装置中。

另外，本申请第二实施例还提供一种往复运动结构件，包括上述第一实施例介绍的容积变化装置该往复运动结构件是指需要通过该容积变化装置实现做功的部件。

由于在本申请第一实施例中已经对该容积变化装置进行了详细的介绍和说明，因此，在此不再对该装置进行详细的介绍和说明，具体说明可参考第一实施例中的介绍和说明。

本申请第三实施例还提供一种内燃机，包括上述第一实施例介绍的容积变化装置。该内燃机的往复运动做功是通过所述容积变化装置实现的，由于在本申请第一实施例中已经对该容积变化装置进行了详细的介绍和说明，因此，在此不再对该装置进行详细的介绍和说明，具体说明可参考第一实施例中的介绍和说明。

本申请第四实施例还提供一种压缩机，包括上述第一实施例介绍的容积变化装置。该压缩机的往复运动做功是通过所述容积变化装置实现的，由于在本申请第一实施例中已经对该容积变化装置进行了详细的介绍和说明，因此，在此不再对该装置进行详细的介绍和说明，具体说明可参考第一实施例中的介绍和说明。

此外，本申请第五实施例还提供一种水泵，包括上述第一实施例介绍的容积变化装置。该水泵采用上述容积变化装置可实现往复运动做功，由于在本申请第一实施例中已经对该容积变化装置进行了详细的介绍和说明，因此，在此不再对该装置进行详细的介绍和说明，具体说明可参考第一实施例中的介绍和说明。

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)

1.一种容积变化装置，其特征在于，包括：曲轴组件、滚动活塞和缸体；所述曲轴组件的两端分别设置有侧盖；

所述滚动活塞为扁圆柱形结构，其上设置有偏心圆孔，所述偏心圆孔以可旋转的方式套装在所述曲轴组件的曲柄销上，所述滚动活塞设置在所述缸体的内腔中，且所述滚动活塞的外圈以相切的方式与所述缸体的内壁接触，所述滚动活塞上偏心圆孔的偏心矩与所述曲轴组件的曲柄半径相同；

所述滚动活塞的转轴方向与所述缸体的长度方向垂直，处于工作状态时，所述滚动活塞沿所述缸体内壁的长度方向作往复运动。

2.根据权利要求1所述的容积变化装置，其特征在于，所述缸体包括中间部位的两个平直面结构和两端的半圆弧面结构，所述平直面结构与所述半圆弧面结构之间平滑过渡；

所述滚动活塞的外圈以相切的方式与所述缸体的内壁接触，具体是，所述两端的半圆弧面结构的弧形半径与所述滚动活塞的半径相同，所述滚动活塞的直径与所述缸体平直面结构位置的宽度相同。

3.根据权利要求1所述的容积变化装置，其特征在于，所述曲轴组件还包括平衡重，所述平衡重设置在所述曲轴组件的曲柄臂上，所述平衡重的转轴方向与所述曲轴区间的方向相同。

4.根据权利要求3所述的容积变化装置，其特征在于，所述侧盖上设置有用于连接轴承的轴承孔、曲轴组件的曲柄销孔和平衡重旋转空间。

5.根据权利要求1所述的容积变化装置，其特征在于，所述缸体还包括介质进口和介质出口，所述介质进口和介质出口分别位于所述缸体两端的圆弧面结构上。

6.根据权利要求5所述的容积变化装置，其特征在于，所述介质进口位置设置有进口阀门，所述介质出口位置设置有出口阀门。

7.根据权利要求1所述的容积变化装置，其特征在于，所述曲轴组件采用分体式连接，所述曲轴组件的曲轴、曲柄臂和曲柄销采用可拆卸的方式连接。

8.一种往复运动结构件，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的容积变化装置。

9.一种内燃机，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的容积变化装置。

10.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的容积变化装置。

11.一种水泵，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的容积变化装置。