CN1254800A - 柱塞式旋转往复机构 - Google Patents

Abstract

一种柱塞式旋转往复机构,由内圆柱,外圆柱,凸销与曲线凹槽构成。为保留传统往复活塞式机种密封性能好,易于加工等的优点和解决结构不紧凑,零部件众多等的不足而提出。在应用上本发明可直接充当气缸体,活塞和连杆机构,应用类型的配气系统可以简化;行程数为每转动一周360度两次或者更多,效率是高的,兼备了往复机和转子机的优点,因而在发动机、压缩机、泵等领域里,本发明可以广泛地应用。

Description

柱塞式旋转往复机构

本发明涉及一种适用于发动机、压缩机、泵等领域的柱塞式旋转往复机构。

目前，这个领域里的往复活塞式机种(下称往复机)体积大，结构复杂，相比之下的旋转活塞式机种(下称转子机)体积小，结构简单紧凑。这种情况使人认为：往复机有被转子机取代的趋势。然而，虽然往复机某些缺点明显，但是至今，转子机仍然未能取代往复机广泛应用的位置。

从结构上看，往复机圆柱形的缸体与活塞，型线简单，这种结构除加工便利外，还使其具有良好的密封性能，这些是往复机明显的优点。与转子机相比，它繁杂的曲轴连杆机构，配气机构如何加以改造呢？

为此，本发明的目的，提供一种机构，解决这个问题。

图1是本发明构思的立体结构图。从图中可以看出：本发明由内圆柱[1]，外圆柱[2]，凸销[3]和曲线凹槽[4]构成。内外圆柱同轴心，面接触，成柱塞状，相互能够滑动，并与传动轴主轴[5]同轴心或同轴向(因为主轴与内圆柱或外圆柱的连接有多种情况，所以图中未着实绘出，仅表示同轴向或同轴心)。为使两圆柱能作相对的有序运动，本发明在内圆柱外周面开有曲线凹槽，在外圆柱内周面设置圆柱体凸销(或凸销外加滚轮)，凸销嵌于槽内，可顺槽滑动，或成滚子在槽内滚动。若把曲线凹槽开在外圆柱的内周面上，则内圆柱的外周面设置凸销。

图2是本发明柱塞结构的内外两圆柱体接触周面的展开图。图中表示的是在同圆周上两个均匀分布凸销[3]的位置与在周面上开有两组等值连续波状曲线凹槽[4]的形状。从图中展示的两组波状曲线凹槽与相应的两个凸销可以看出，两组的目的在于实施中构件受力得以平衡。按需要，也可以开有一组、三组的波状曲线凹槽，对应设置一个、三个的凸销或者更多，并且无论多少，波状曲线凹槽在360度周面上是不交错的，而且是闭合的。其实际轮廓线是以凸销圆半径为半径的圆的包路线。

从图1、图2可以看出，内外圆柱可以移动的相对距离等于波高，转动360度一周的行程数两倍于波状曲线凹槽的组数。

与圆柱凸轮机构不同，本发明的这种结构，内外圆柱可互为主动，从动件或任一为不动件，并且互成柱塞形式而主要应用于作容积行程变化的机械领域。

为了更好地阐明本发明的构件动作原理与应用形式，设想把图1中的外圆柱延长，加上端盖，这就构成了一个容积能发生变化的内腔，亦即外圆柱成了气缸而内圆柱成为活塞(如图3-6的情况，图中内圆柱[1]、外圆柱[2]、凸销[3]、曲线凹槽[4]构成本发明机构)，因而可以直接构成变容机械。并且这里规定以传动轴主轴仅仅输出或输入转动(自然发动机输出转动而压缩机、泵等输入转动)，而不作往复运动(往复运动指往复直线运动，下同)加以叙述。

如图3

A.内圆柱作往复运动(主动)则外圆柱作旋转运动(从动)——可用于发动机。

B.外圆柱作旋转运动(主动)则内圆柱作往复运动(从动)——可用于压缩机、泵等。

从图中可以看出，要达到A、B这两种状况的目的，可在内圆柱[1]内设置轴向导轨[6]与槽(没标出来)，导轨固定在机架上，槽开在内圆柱上，使得内圆柱仅能在导轨上往复滑动而不转动。主轴[5]则与外圆柱[2]成为一体。

如图4

C.外圆柱作往复运动(主动)，则内圆柱作旋转运动(从动)——可用于发动机。

D.内圆柱作旋转运动(主动)，则外圆柱作往复运动(从动)——可用于压缩机、泵等。

从图中可以看出，要达到C、D这两种状况的目的，可在外圆柱[2]外加套[6]，套固定，套内开轴向导槽[7]，外圆柱上凸销[3]可加长(或另设置凸销)，分别嵌于导槽与曲线凹槽[4]内，使得外圆柱仅能作往复滑动而不转动。主轴[5]则与内圆柱[1]成为一件。

如图5

E.若外圆柱固定不动，则内圆柱可作往复、旋转复合运动——用于发动机；也可作旋转、往复复合运动——用于压缩机、泵等。

从图中可以看出，要达到E这种状况的目的，可在内圆柱内开轴向导槽[6]，主轴[5]上增设轴臂[7]嵌于导槽内，使得内圆柱与主轴能作相对往复滑动而不能作相对转动。

如图6

F.若内圆柱固定不动，则外圆柱可作往复、旋转复合运动——用于发动机；也可作旋转、往复复合运动——用于压缩机、泵等。

从图中可以看出，要达到F这种状况的目的，可在外圆柱端盖中心开口，开口形状与在主轴作滑动的距离内的主轴截面形状相同，并且为非圆形的吻合面接触(主轴内端截面为圆形)。使得外圆柱与主轴能作相对往复滑动面不能作相对转动。

从上述可以知道，因为本发明运动的方式是同时发生着旋转运动和往复运动的，而且构件构成柱塞的形式，所以本发明定名为柱塞式旋转往复机构。应相的发动机，压缩机则冠以柱塞式旋转往复发动机，柱塞式旋转往复压缩机的名称等。

也从上述可以知道，在发动机、压缩机、泵等领域里的本发明应用类型，保留了往复机圆柱形缸体与活塞简单的圆的型线；省去了繁杂宠大的连杆机构，仅以凸销、波状曲线凹槽替代；而且这种同轴向的柱塞结构，使配气系统有着很好的条件进行简化；并且传统往复机每转动一周，完成两个行程，而本发明可以更多。归纳起来，这个领域里的本发明应用类型，因为兼备了往复机与转子机结构简单紧凑，体积小，密封性能好，效率高，便于加工等优点，所以本发明会被广泛地应用。

为了更好地了解本发明应用的优点，下面举两个构思的本发明实际应用例子说明。

图7是构思中柱塞式旋转往复压缩机图，下图是轴向剖面图，其结构组成，工作原理简述如下：

图中：内圆柱[1]、外圆柱[2]、凸销[3]、曲线凹槽[4]构成本发明机构。内圆柱固定在外壳上，外圆柱加端盖[6]，叶轮[7]并成一体如图形状，端盖能够在主轴[5]上滑动。当主轴转动时，在凸销与曲线凹槽的限制下，外圆柱作旋转往复的复合运动。这种状况如前面F所述，应用形式与图6相似。

本压缩机的进排气与关闭过程从图7可以看到，外圆柱隔板[8]两侧与内圆柱、主轴构成两个工作腔。工作腔气口[9]各开在隔板两侧，错开90度。由于外圆柱还作旋转运动，因此可在其外加配气套[10]，配气套固定，配气套上开有配气进气通道[11]两组，配气排气通道[12]两组，并且隔置。气口的运动轨迹与曲线凹槽形状相同，因为配气进排气通道为气口进排气而设，所以开口在气口运动轨迹上，开口形状，位置如图7上图配气套展开图所示。另外机壳[13]上开有进气口[14]与配气进气通道相通，排气口[15]与配气排气通道相通(进排气口未在图中表示确切相通位置)。进排气通过气口、配气进排气通道，进排气口完成。进排气关闭在气口运动轨迹的波峰、波谷相关位置。

本压缩机润滑方式为飞溅式，图中[16]表示润滑油存油部位，机机件润滑由叶轮击打润滑油飞溅完成。另外，端盖[6]上开有小孔[17]，为润滑油通道，润滑主轴里端。

图8是构思中柱塞式旋转往复发动机图，下图是轴向剖面图，其结构组成、工作原理简述如下：

图中：内圆柱[1]、外圆柱[2]，凸销[3]、曲线凹槽[4]构成本发明机构。其中外圆柱充当机壳，内圆柱内设活塞座[6]并构成一体，活塞座如图示(剖面图与左上的侧视图)。本发动机没有把外圆柱与内圆柱直接充当气缸与活塞的构思是出于润滑上的考虑。活塞座中开矩形孔，可在主轴[5]相应的矩形(截面)段滑动，这种状况如前面E所述，应用形式与图5类似。

活塞[7]固定在活塞座上，缸体[8]与端盖[9]固定在外圆柱(机壳)上。端盖内成配气腔[10]，腔内容纳气阀，火花塞、凸轮盘等(图中没有表明)，配置如[11]：其中进排气阀(四大圆)各两个对置，火花塞(两小圆)对置，凸轮盘(虚线圆)固定在主轴上。凸轮盘形状如[12]所示，本凸轮盘实为两盘：凸起段各90度，对置错开成两工作同心圆，同时作用或离开两组进排气阀。

由于本发动机的结构特点，使其有良好的润滑与冷却条件。本发动机的润滑方式为飞溅式，机件润滑(可包括配气腔内润滑)由活塞座击打润滑油飞溅完成。缸体、主轴的冷却可以加套构成冷却腔进行油冷或者水冷(图中没有表示)。

发动机的工作条件比较恶劣，对某些零部件材料的耐高温、抗压强度要求较高。而替代连杆机构的凸销与曲线凹槽接触面积小，发动机工作时凸销对凹槽一些部位产生较大的作用力，这就提高了凸销、凹槽部件的材料品位要求。为分散这种集中的作用力，可以把凹槽加工成截面是正方形的形式，除了嵌入的凸销外，凹槽内充满直径如正方形边长的滚球，这样可以适当的解决作用力过于集中的问题。随着高强度、耐高温材料的出现与应用，本发动机更显出其优越的性能。

综上所述，本发明无论是直接充当往复机的气缸、活塞与连杆机构还是仅替代连杆机构，在本发明应用类型的结构简化、体积缩小、性能效率的提高上，都起着重要作用。比如以凸销凹槽取代连杆机构后，就使得本发明应用类型结构简单紧凑。比如上述本压缩机能通过配气套完成进排气与进排气关闭，配气机构的零部件数量降到了最低限度。也比如上述本发动机尽管没考虑采用配气套而采用传统气阀配气的形式，零部件仍然大量的减少，从这可以看出，本发明应用类型的结构特点，能有较好的条件供给设计上考虑。又比如，传统往复机每转动一周360度完成两个行程，而本压缩机、发动机则完成四个行程，本压缩机每缸做功两次，本发动机每缸做功一次，效率是高的。如前所述，本发明的应用使得应用类型兼备了往复机与转子机的优点，本发明可以得到广泛应用。

Claims (8)

1、一种柱塞式旋转往复机构，包括内圆柱，外圆柱，凸销和曲线凹槽，内外圆柱由开设在各接触面上的凸销、曲线凹槽联接，其特征在于：内外圆柱同轴心，面接触，相互能够滑动，成柱塞状，内圆柱或者外圆柱可以分别以固定的或活动的方式与主轴连接。

2、如权利要求1所述的柱塞式旋转往复机构，其特正在于，所述的曲线凹槽开设在内圆柱外周面上，凸销设置在外圆柱内周面上，或者曲线凹槽开设在外圆柱内周面上，凸销设置在内圆柱外周面上，凸销嵌于曲线凹槽内，凸销数与波状曲线凹槽波组数相等。

3、如权利要求1所述的柱塞式旋转往复机构，其特征在于，所述的凸销是在同圆360度圆周上均匀分布的一个、两个或者更多的圆柱体或是外加了滚轮的滚子。

4、如权利要求1所述的柱塞式旋转往复机构，其特征在于，所述的曲线凹槽在360度圆周面上是一个波峰、波谷为一组的等值连续的一组、两组或者更多的平滑波状曲线凹槽，并且是闭合的，不交错的，曲线凹槽的实际轮廓线是以凸销圆柱体半径为半径的圆的包络线。

5、如权利要求1所述的柱塞式旋转往复机构，其特征在于，所述的成柱塞状的内外圆柱体的轴心，与主轴同轴心或者同轴向。

6、如权利要求1所述的柱塞式旋转往复机构，其特征在于，它为一发动机传递运动和力的机构。

7、如权利要求1所述的柱塞式旋转往复机构，其特征在于，它为一压缩机传递运动和力的机构。

8、如权利要求1所述的柱塞式旋转往复机构，其特征在于，它为一泵传递运动和力的机构。

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