CN1321823A - 新的活塞工作装置内燃机、活塞马达、活塞泵及应用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及活塞机械,在活塞与转轴之间设摆轴,通过斜盘副或连杆与转轴传动。摆轴活塞缸有对置的双缸,双活塞,由摆轴对外传动。本发明传动效率高承载力强结构简单成本低故障少制造维护简便润滑好密封好体积小重量轻,可制成新一代斜盘发动机、摆轴连杆发动机、大扭矩液压马达、气动马达,高压油泵、空压机等。结构独特的斜盘发动机安装在汽车后轴处,可制新一代的汽车、铁路机车、舰船、工程机械、直升飞机、摩托车等。

Description

新的活塞工作装置内燃机、活塞马达、活塞泵及应用装置

本发明涉及以流体为工作介质的活塞工作装置，属机械领域，主要指活塞马达与活塞泵，包括内燃发动机、液压马达、气动马达、气体压缩机、高压油泵、水泵本发明将内燃机定义为热气动马达。上述机械都是由活塞缸、传动装置、转轴组成，本发明是针对它们的传动装置和活塞缸的缺点提出新的传动装置、新的活塞缸及应用装置。

在现有技术中，上述机械的缺点是：1.活塞对转轴的传动要依赖连杆和曲轴即曲柄滑块机构，现以内燃机为例，摆动的连杆使活塞对缸壁产生侧压力，为了限制侧压，只好增加连杆长度(多为曲柄半径4倍)，使整机重量随之成倍增加，制约了活塞行程和曲柄半径的合理选择，行程缸径比多限在1.2左右；2.现有活塞缸以活塞杆或连杆为对外传动工作部，导向差，易失稳，侧压严重，每个活塞缸要占用一套传动装置。

本发明解决上述问题的思路是：1.在活塞与转轴之间设置一个摆轴，活塞驱动摆轴摆动，摆轴再通过斜盘付或连杆与转轴传动；2.设计新的摆轴活塞缸，以适应本发明的上述思路，以下详述。

一、摆轴斜盘传动的活塞工作装置：它是在活塞与转轴之间设一摆轴(亦称摇杆、摆动件)，摆轴再通过斜盘与转轴传动。先看图1，它由活塞缸1、活塞2、摆轴3、摆动框8、铰轴4、摆动斜盘5、转动斜盘6、转轴7组成，转轴7上固接有转动斜盘6，转动斜盘与摆动斜盘组成斜盘双滑块机构，有一个摆动框8，它是一个传力结构件，起到支承铰轴4和摆动斜盘的重要作用，摆动框有圆柱形内腔，腔内安置摆动斜盘，图1的摆动斜盘为两件，其中一件可与摆动框制为整体。摆动框的详细结构还要结合图8详述。摆轴3位于转轴侧面，其轴线与纸面垂直，摆轴有伸出爪通过铰轴4与摆动框铰接传动，摆轴还与活塞杆2铰接传动，工作时，摆轴作简单摆动，摆动框作复杂摆动，转动斜盘作定轴转动。斜盘接合面可以是平面，也可以是适当锥度的圆锥面。摆动斜盘与转动斜盘有间隙，其接合面时而贴近，时而分离，使润滑油不断进入接合面，形成油膜，因而润滑性特好，传动效率高，并有密封的防尘外壳；为了减小磨擦阻力，可在斜盘之间加入滚动体，或用滚动轴承制造斜盘，斜盘接合面及滚动体的材料，建议选用氮化硅或含氮化硅的材料，使磨擦系数小。为了平衡往复运动产生的惯性力，可按图3在转轴上设两组相位相反的斜盘付，图3中由活塞1、活塞2、摆轴3、摆动框8、铰轴4、摆动斜盘5、转动斜盘6、转轴7组成第一组斜盘付，第二组结构相似，往复运动方向相反，其活塞缸未画出，两组缸体要靠近，使惯性力互相抵消。图4展示图3的较详细的结构，其摆轴3的轴线与转轴垂直，并与铰轴4的轴线垂直，活塞缸1中的活塞2与摆轴3联接传动，两组活塞缸较为靠近，使惯性力低消。图2是双缸发动机方案，为了改进工作性能，摆轴3有正相铰点4和反相铰点5，它们分别与活塞1、2联接，可抵消一部分惯性力，用两组双缸发动机可组成四缸发动机的方案。图9表达摆动框、摆轴的细节结构：摆动框2有圆柱形内腔，腔内有摆动斜盘5，摆动框端部有筒状或柱状铰接部4，另有图1的摆动件即摆轴3，摆动框的筒形铰接部与摆轴3的铰孔6铰接，摆轴外端有铰孔8与活塞缸1联接传动，摆轴一般位于转轴7的一侧，也可跨接在两侧，摆轴轴线NN与铰轴4的轴线垂直，并与转动斜盘中心A点相交；图10则略有变化，但原理与图9相同，图10的摆动框2外端有筒形铰接部4、5，筒形铰孔4与摆轴3铰接，筒形铰孔5与摆动的铰轴9铰接，铰轴9有铰孔8与活塞缸1联接传动，由于摆轴轴线NN从A点下移，转动斜盘有轴向往复运动，性能不如图9，用于特殊需要。图8表示摆动框内结构：筒形摆动框1可与摆动斜盘2做成整体，摆动框内有摆动斜盘3，摆动框外两端有筒形铰接部4，筒形摆动框与筒形铰接部之间有传力肋板5，与斜盘间也有传力肋板6；图11是斜盘传动的第二种结构：转动斜盘2与转轴1固接，转动斜盘3与转轴4固接，两个转动斜盘通过螺纹接合件5接合成整体，形成完整的转轴，转动斜盘互相面对且斜角相等。在接合部11有传递扭矩的键组10，可用花键、方键、齿形键，接合部11为园柱面或园锥面，统称旋转面。筒形摆动框6内固接有摆动斜盘7，摆动框外有两个筒形铰接部8，有摆动件即摆轴9与摆动框铰接，摆轴与活塞缸(未画出)联接传动。

二、摆轴连杆传动的活塞工作装置及摆轴活塞缸：即摆轴活塞缸与连杆曲轴的组合。

1.摆轴组合活塞缸：普通活塞缸以活塞杆或连杆对外传动，导向差，侧压严重，稳定性差。本发明的摆轴组合活塞缸见图5：对置的缸体1、缸体2及缸体联接件3组成双缸体组合，对置的活塞4，活塞5及活塞联接件6组成双活塞组合，件7为连杆，摆轴8为对外传动工作部，双缸体组合与双活塞组合中一件为移动组件，另一件为固定组件，件3可以是与缸体相似的筒形，也可以是机架外壳等构件，件6可以是一件园筒，也可以是几件联接构件，两缸体轴线平行，但可以不在一条直线上，图5的摆轴为定轴摆动，它与活塞的联接也可以按图7用滑块联接，图6的摆轴为空间摆动：它的摆轴1与活塞联接件2直接铰接，摆轴的另一铰点与摇杆3铰接，件2与件4间可用滚动轮接触。摆轴组合活塞缸优点是导向好，稳定性好，传力性好，特别是它的摆轴对外传动部，特别适合本发明新的活塞工作装置的需要，如图3和下述的图7。2.摆轴连杆活塞工作装置，见图7：它是将摆轴组合活塞缸与连杆2，曲轴3组合，组合活塞缸的摆轴与连杆2传动，连杆再与曲轴即转轴3传动，完成了活塞对转轴的传动，连杆2产生的侧压传给机架，图7可组成双缸内燃发动机，由两组反相的双缸发动机可组成四缸发动机的最佳方案，可以消除惯性力。

本发明的摆轴斜盘，摆轴连杆活塞工作装置，适用于内燃机、气动马达、气体压缩机、高压油泵、水泵，具有传动效率高、结构简单、故障少、容易润滑、密封防尘、制造容易、维护简单、承载力强、体积小、质量轻，与现有技术相比具有压倒优势，例如现有的高压油泵、油马达，将缸体、活塞设在高速转动的斜盘与园盘之间，结构复杂，故障多寿命短，又如专利(85107837赫竞)“转缸发动”机被评为第二届发明展银奖，也是在转动的斜盘与园盘之间设置气缸、活塞，这些设计的目的都是为了将活塞的往复运动变为转轴的转动，对照现有技术，本发明优势明显，特产生新一代的活塞机械，详见后述。

1.新一代的汽车及摩托车：本发明图3、图7的活塞工作装置，可制成结构十分特别的内燃机，高度小，长度大，可设置在汽车后轴底盘处，转轴与车轮轴平行，使汽车的结构发生重大改变，特别是图1、图2、图3，可将转轴制成空心筒状，中心通孔可容纳减速后的输出轴。将新的发动机设置在汽车后部底盘，使其转轴直接面对受驱动的车轮工作轴，在正常车速时，发动机转轴可直接传动车轮轴，低速时，需经离合器，减速器传动车轮轴，本发明可使汽车及摩托车变轻、简单、高效。

2.新一代的铁路机车：本发明图3、图7的内燃发动机，结构十分特别，可使铁路内燃机车结构发生重大改变，图3的摆轴斜盘发动机和图7摆轴连杆发动机，可放置在机车底盘中央，转轴与车轮轴平行，最好直接面对受驱动的车轮工作轴，工作情况基本与上述汽车相同。

3.新一代的舰船：本发明图3、图7的内燃发动机，结构十分特别，重量轻、体积小、高效、特别适用于舰船，可减轻船只自重，提高工作效率，特别是图3的斜盘发动机，转轴直接面对螺旋浆工作轴。

4.新一代的直升飞机，本发明图3、图7的内燃发动机结构十分特别，重量轻、体积小、效率高，特别适用于有竖直的螺旋浆工作轴的直升飞机，特别是对于图3的斜盘发动机，这时组合活塞缸也随之竖直布置，对工作有利。

5.新一代的工程机械、油压马达、高压油泵及气动马达，众所周知，高压油泵，大扭矩高转速的油马达是工程机械的核心，本发明可制成上述油压马达、高压油泵，气动马达，可制成新一代的工程机械。

6.新一代的气体压缩机，空气压缩机、水泵、空压机是发电厂、化工厂重要设备，现有技术效率低，浪费大量电能，原因是它们要依赖连杆曲轴来传动，本发明可取代现有的压缩气缸及传动结构，图3和图7可制成新一代的气体压缩机。

Claims (12)

1.一种含缸体、活塞的机械装置，包括内燃发动机、液压马达、气动马达、气体压缩机、油泵、水泵，由缸体、活塞、传动装置、转轴组成，其特征是：a、转轴上有转动斜盘，转动斜盘与摆动斜盘接合传动；b、有筒形摆动框，摆动框内有摆动斜盘，摆动框外有筒形铰接部；c、有摆动件与摆动框铰接；d、摆动件上有至少为一个的传动铰接部与活塞缸联接传动。

2.一种如权利要求1所述装置，为了结构合理，其特征是：a、转轴上有两个斜角相等的转动斜盘；b、两个等斜角的转动斜盘中间有摆动斜盘。

3.一种如权利要求1、2所述装置，为了结构合理，其特征是：a、两个等斜角转动斜盘之间有螺纹接合件，通过螺纹件接合成为整体；b、两个转动斜盘之间有园柱面或园锥面的接合部，接合部有传递扭矩的键。

4.一种如权利要求1所述装置，为了平衡惯性力，其特征是：有相位相反的斜盘传动组合。

5.一种如权利要求1所述装置，为了改善性能，其特征是：斜盘工作面由含氮化硅材料制成。

6.一种如权利1所述装置，为了满足多种工作要求，其特征是：转轴有通孔。

7.一种活塞缸，由缸体、活塞、对外传动工作部组成，其特征是：a、有对置的双缸组合、对置的双活塞组合，其中一个为移动组合；b、有一个与移动组合联接的摆轴对外传动工作部。

8、一种含缸体、活塞的机械装置，包括内燃发动机，液压马达、气动马达、气体压缩机、油泵、水泵，由缸体、活塞、传动装置、转轴组成，其特征是：a、有至少为一个的含对置缸体组合，对置活塞组合，摆轴对外传动工作部的摆轴组合活塞缸；b、摆轴对外传动工作部通过斜盘付或连杆曲轴付与转轴传动。

9、一种机动交通装置，包括汽车、铁路机车、舰船、摩托车、直升飞机，由内燃机、活塞、传动装置、转轴、工作轴组成，其特征是：a、有至少为一个的含对置缸体组合、对置活塞组合、摆轴工作部的摆轴组合活塞气缸工作单元；b、摆轴组合活塞气缸工作单元通过斜盘付或连杆曲轴付传动转轴及工作轴。

10、一种如权利要求9所述装置，为减少传动环节，其特征是：内燃机转轴直接面对工作轴。

11、一种活塞泵，包括油泵、水泵、气体压缩机，由活塞、压缩缸、传动装置、驱动轴组成，其特征是：a、有至少为一个的含对置缸体组合、对置活塞组合、摆轴工作部的摆轴组合缸工作单元；b、驱动轴通过斜盘付或连杆曲轴付驱动摆轴组合缸工作单元。

12、一种活塞马达，包括内燃机、气动马达、液压马达，由缸体、活塞、传动装置、转轴组成，其特征是：a、有至少为一个的含对置缸体组合、对置活塞组合、摆轴工作部的摆轴组合缸工作单元；b、摆轴组合活塞缸通过斜盘付或连杆曲轴付传动转轴旋转。

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