CN1462348A - 运动转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置(2)，所述装置包括一个整体形状为矩形框架的滑块(9)，所述滑块可以沿它的长轴(10)移动，并且它的每个长边的内表面上包括一组形成一个齿条的齿形(14)。滑块(9)镶嵌在一个轮子(15)的周围，轮子(15)固定在一个轴(6)上，轮子(15)有一个沿与滑块(9)的移动方向相继与两组齿条(14)中的一个或另一个啮合的有齿部分(16)。齿形(14)与滑块(9)的长轴(10)相比有一个弯曲度或倾斜度。轮子(15)的有齿部分(16)距轴(6)的几何轴(17)的距离在它的长度上是变化的。因此得到滑块(9)的移动速度与轴(6)的转动速度之比的变化。所述装置用于热发动机，特别是用于爆发式热发动机，滑块(9)与至少一个活塞(5)连接。

Description

运动转换装置

技术领域

本发明涉及一种运动转换装置，特别是一种把一个交替的直线运动转换为连续旋转运动或相反运动转换的机械装置。所述装置特别用于、但不单用于实现热力发动机，用于把至少一个可在一个气缸内轴向移动的活塞的交替直线运动转换成一个输出轴的连续旋转运动，并代替传统的曲轴。

背景技术

已经通过本申请人的法国专利№ 2,093,119了解到一种把一个交替的直线运动转换为一个连续旋转运动或者相反运动转换的装置。这种已知的装置主要包括一个整体形状为矩形框架的滑块，所述滑块可以沿它的长轴移动，并且它的每个长边的内表面上包括一些形成一个齿条的齿。框架形滑块嵌在一个轮子的周围，轮子固定在一个穿过所述滑块的轴上。所述轮子有一个扇形有齿部分，其模数与两个齿条的模数相同，因此可以与这些齿条中的一个或另一个啮合。

因此，当滑块沿它的长轴进行交替的直线运动时，轮子的有齿部分交替与其中一个齿条(对滑块的一个移动方向)和另一个齿条(对同一滑块的相反移动方向)啮合。另外还设有一些当轮子的齿不再与滑块的一个或另一个齿条啮合，即在所述滑块的两个行程终点位置时，使滑块的移动与一个旋转轴连接的装置。

因此，滑块的交替直线移动保证轴的方向不变的连续转动，带有有齿部分的轮子固定在所述轴上，并且也很容易设想相反方向的转换，即把轴的连续旋转运动转换成滑块的交替直线运动。因此，把这个滑块与一个活塞或最好两个互相排列成直线的相反活塞连接就可以实现一种热发动机，特别是一种设计特别简单、经济的爆发式发动机，在这种发动机中，运动零件的数量大大减少(与传统的发动机相比)。

特别是在这种热发动机中，活塞或每个活塞可以直接与滑块连接，不需要铰链连接的连杆，并且传统发动机的曲轴被取消，被一个简单的直线运动输出轴取代。

另外，铰链连接的传动杆被一些简单的杆所取代，这些杆使每个活塞沿所述活塞和滑块的轴与滑块连接，并且始终作用在所述轴的方向，活塞的磨损大大减少，并且完全防止缸体镗孔被磨成椭圆形的危险。

最后，在这种发动机中，润滑被简化，润滑油处于中心，不再需要更换。

但是，在上述法国专利№ 2,093,119或其他类似文献如法国专利申请№ 2,451,518描述的实施例中，滑块的两个齿条是直线的，并且与所述滑块的轴平行。因此，滑块在它的交替直线运动的一个或另一个方向的移动速度总是(以一个恒定的比例)与输出轴的转动速度成正比。特别是，滑块移动速度与轴的转动速度之间的比在滑块行程终点的位置，因此也是与这个滑块的移动连接的活塞的行程终点位置没有改变。因此导致发动机断断续续地运行，并且在运动的转换中没有考虑热发动机所特有的爆发和压缩这样的现象。因此，发动机的运行没有被优化，使这种发动机还缺少动力和灵活性，这就是为什么尽管这种发动机具有不可否认的优点，但到现在都没有得到实际应用。

通过文件WO 96/16282(特别是图4)还了解到一种用于活塞发动机的运动转换装置，这种装置结构复杂，带有摆动的杠杆和传动杆，并且还包括与齿轮和旋转凸轮配合的弯曲齿条，这些齿条本身摆动安装。这种装置太复杂，远离与本发明有关的运动转换原理，并且它的设计为单独零件的摆动齿条与在滑块开口中形成的齿条或齿没有任何共同之处。

发明内容

本发明的目的是避免上述缺点，提供一种改进的运动转换装置，这里涉及的装置可以适应滑块移动速度与轴的旋转速度之间的比，并且可以在将其用于实现一个热发动机的使用范围内优化发动机，同时保留一种简单、结实和经济的结构。

因此，本发明的主要目的是一种上述类型的把交替的直线运动转换成连续的旋转运动的装置，其中滑块的两个齿形或齿条与滑块的长轴相比有一个弯曲度和/或倾斜度，使每个齿条到这个轴的距离在的齿条的长度上变化，与此相对应的是，轮子有齿部分的齿在它的圆周长度上距转轴的几何轴的径向距离也是变化的，使滑块移动速度与轴的旋转速度之间的比在滑块的全部或部分行程上是变化的。

根据本发明的一个实施例，滑块的两个齿条具有弯曲的外形，特别是带有比端部区域更远离滑块长轴的中心部分。

根据本发明的另一个实施例，滑块的两个齿条形成互相平行但倾斜于滑块长轴的直线或基本为直线的齿条。

至于带有有齿部分的轮子，所述轮子可以是一个比携带它的轴偏心的轮子。这个轮子的偏心度使它的齿距转轴的径向距离在它的圆周长度上是变化的。

因此，可以说，本发明所述装置可以根据每种应用的特殊情况改变“杠杆臂”，因此还可改变力矩，滑块根据这个力矩使带有有齿部分的轴转动。

这种运动转换装置可用于制造热发动机，特别是爆发式发动机，这种发动机包括至少一个滑动安装在一个气缸中的活塞，气缸与一个外壳连成一体，所述装置位于外壳中，活塞在它的交替滑动运动中与装置的滑块连接，以带动一个输出轴连续旋转。在这种应用中，最好有两个位于一个中心外壳两侧的轴向相对的气缸，两个气缸分别封闭两个与滑块的相对端连接的活塞。

在这种用于一个热发动机的范围内，本发明的目标装置可以在发动机运行周期的过程中非常敏感地适应“杠杆臂”(因此也适应力)，滑块根据这个杠杆臂通过有齿部分使输出轴旋转。因此可以在发动机的周期运行中改变运动，以优化发动机的内在效率，带有传动杆和曲轴的传统发动机完全不能做到这一点。

齿条的确定可以使“杠杆臂”在气缸中发生爆破的时刻增加，以便尽可能回收全部功率，并使滑块在行程终点的运动放慢，以减少断续，同时提高相反气缸压缩时的功率。

也可以考虑相反方向，即在周期开始时设置一个更小的“杠杆臂”，周期结束时(或滑块行程结束时)设置一个更长的“杠杆臂”。

还可以考虑周期或行程开始和结束时实际上相同的“杠杆臂”，并且在滑块行程的中间部分增加“杠杆臂”。

这些不同的变型或其他变型可以在计算机辅助设计过程中通过计算确定，以便根据每个发动机的特殊用途，特别是根据膨胀、燃烧、爆破的传播是否剧烈的特征来适应每个发动机。要指出的是，这种适应通过齿形的简单计算和它们相应的加工以简单、经济的方式进行，没有附加的零件，也没有特殊的调节系统。

装置的齿形配合作用在滑块的行程终点位置通过连接滑块的移动和轴的转动的装置的动作完成。这些装置由至少一个圆形侧板构成，圆形侧板与有齿轮固定在同一个轴上，并且包括至少一个与滑块的一个表面相对的有一定型面的槽，每个槽的设置是为了与滑块每一端包括的至少一个凸头或凸销配合，每个槽的型面能够保证当滑块到达行程终点时有齿轮转动的连续性。最好在每个侧板上设置两个分别与滑块的两个凸头或凸销配合的有型面的槽，这两个凸头或凸销在它们的的位置或在相应槽中啮合的时刻互相分开。因此，补偿了可能的间隙，并消除了滑块行程终点以及活塞终点的断续现象。

因此整体得到一个优化结构和运行并具有能力和灵活性优势的发动机。

附图说明

通过下面作为例子对这种用于热发动机情况下的运动转换装置的几个实施例的描述并参照附图可以更好地了解本发明：

图1是一个包括本发明所述运动转换装置的双缸热发动机的纵型面图；

图2放大表示图1发动机的运动转换装置；

图3是与图2类似的细节图，表示这种运动转换装置的一个变型。

具体实施方式

图1表示本发明所述的装置，整体用参考数字2表示，用于实现一个具有两个轴向相对气缸3(其中一个只表示出一部分)的热发动机，两个气缸位于一个中心壳4的两侧，并且与这个外壳4连接；所述装置保证两个分别滑动安装在两个气缸3中的活塞5的交替直线运动转换成一个穿过外壳4的输出轴6的连续旋转运动。对于一个爆发式发动机，每个气缸3与外壳4相对处有一个位于气缸3和活塞5形成的燃烧室8中的火花塞7。每个气缸3还包括一些进气口和排气口，这里不做详述。

装置2主要包括一个安装在外壳4内的矩形框架形状的滑块9，滑块9可以在直线导轨11的引导下沿它的长轴10的方向移动，直线导轨11在固定在外壳4内的滑块9的两侧。要指出的是，滑块9的长轴10与气缸3和活塞5的轴重合。

在这种应用的情况下，滑块9通过它的端部在它的长轴的延长线中与两个互相排列成直线的相对的杆或传动杆12连接。每个杆或传动杆12在一个位于外壳4的相应端的轴承中滑动，并且延伸到其中一个气缸3内，而杆或传动杆又在气缸3内与相应的活塞5连接。

滑块9的两个长边中的每一个的内表面上包括一组形成一个齿条的齿14，齿14的特殊形状将在下面描述。

穿过滑块9的中心开口的输出轴6带有一个固定在这个轴6上并且位于所述开口内的轮子15。轮子15的外周带有与齿轮的齿类似但是只分布在轮子15的一个扇形部分上一组齿16；轮子15圆周的其他部分没有齿，可以是光滑的表面。轮子15的齿组16的模数等于滑块9的两组齿14的模数，以便可以这两组齿14中的一个或另一个啮合，齿组14和16具有同样的齿数。

正如图2更详细地表示的，滑块9的两组齿14没有形成直线齿条，而是具有弯曲的整体外形，并带有离滑块9的长轴10更远的中心部分。

与上面所说直接有关的是，轮子15比携带它的轴6偏心，因此如果考虑齿形16的一个点到轴6的几何轴17的径向距离，这个距离是变化的，例如从一个最小值(到齿型16的一端)到一个最大值(位于这个齿形16的中点或到另一端)。

因此，在发动机运行的过程中，滑块9的两组齿形14交替与轮子15的齿形16啮合，运行的建立如下：

两个活塞5交替被火花塞7产生的爆破推动，它们通过杆或传动杆12使滑块9沿所述滑块9的长轴交替直线运动。因此，轮子15的有齿部分的齿16相继与滑块9的两组齿形14中的一个或另一个啮合，带动轮子15和轴6连续转动。

在滑块9往返运动的过程中，轮子15的齿形16在滑块9的其中一组齿形14上滚动，这些齿的接触点是变化的，距轴6的几何轴17的径向距离也是变化的。因此滑块9的瞬时移动速度与轴6的瞬时旋转速度之间的比产生变化。正如人们很容易理解的，选择齿14的形状和轮子15的偏心度就可以在滑块9的整个行程，因此也就是活塞5的整个行程，特别是活塞5的行程终点位置上适应这个速度比。

另外，为了保证滑块9在每个行程终点的正确运行，轮子15的两侧有两个圆形侧板18，滑块9处于并包括在两个圆形侧板18之间。每个侧板18中包括两个互相平行的型槽19、20，其中一个侧板18的两个槽19、20与另一个侧板的两个槽19、20相对应。滑块9的每一端有两个凸头或凸销21、22，用于在滑块9的每个行程终点，即一旦轮子15的齿形16不与滑块9的两组齿形14中的任何一个接触时，分别嵌在滑块9的两个型槽19、20中。通过这些装置，滑块9的移动在所有时刻都与轮子15的转动连接，这还意味着活塞5向它们的行程终点位置的移动仍保持与输出轴6的转动连接，特别是在图1、2所示的位置。

另外，为了保证装置2更灵活地运行，两个设在滑块9的每一端的凸头21、22在它们的位置中，因此也在它们啮合在相应的槽19、20中的时刻互相分开，以便更好地吸收可能的间隙以及从一个齿形14过渡到另一个齿形时的间断，因此消除干扰共振。

图3中，与上面描述的零件相对应的零件用同样的数字表示，所述图表示本发明目标的运动转换装置2的一个变型。

在这个变型中，仍然基本为矩形框架的滑块9的两个长边的内表面分别包括两个形成一个齿条的齿形14。两个齿条14在这儿形成互相平行的直线齿条，但是它们的方向与滑块9的长轴10的方向形成一个一定的锐角。

与两个齿形14的这种形状相对应，轮子15包括一个有齿部分16，由于轮子15比轴6的几何轴17偏心，有齿部分16从这个有齿部分16的一端到另一端(从轴17测量)的径向距离增加。

因此，在运行过程中，滑块9的每个直线齿条14相继与轮子15的有齿部分16啮合，并且齿的接触点与轴6的几何轴17的距离是可变的，例如增加或减小，使轴6的旋转在行程的一个和另一个终点之间逐渐放慢或加速。

另外，在此没有详细描述的是，封闭在外壳4中的运动转换装置2的整体在一个油浴中运行。

下述方面都不离开所附权利要求规定的本发明的范围：

—修改结构的细节，如滑块9的外形；

—根据需要的运动转换规律采用滑块9的两组齿形的形状；

—修改槽19、20以及对应的凸销21、22的数量；

—使用上述机械部件的各种替代件，特别是用一个斜面(而不是滑块9的齿形14)和凸轮的系统(代替有齿部分)来替代齿形14和16；

—在本装置用于一个热发动机的范围内。把两个或几个相似的装置2并列，这两个装置通过一个共同的输出轴6互相连接，以便实现一个有两个以上气缸3的发动机，在这种情况下，连在一起的不同装置的轮子15的有齿部分16的位置最好分开，以保证带动轴6连续转动的规则性；

—把运行是“可逆的”的同一个装置2用于把一个连续的旋转运动反向转换为一个交替的直线运动，例如构成一个活塞压缩机；

—更广泛的是，把这种装置用于所有需要把交替的直线运动转换为连续的旋转运动或相反的仪器、机械和设备。

Claims (8)

1.一种把一个交替的直线运动转换为一个连续旋转运动或相反运动转换的装置，其主要包括一个整体形状为矩形框架的滑块(9)，滑块可以沿它的长轴(10)移动，并且它的每个长边的内表面包括一组形成一个齿条的齿形(14)，所述滑块(9)接合在一个轮子(15)的周围，所述轮子(15)固定在一个穿过所述滑块(9)的轴(6)上，所述轮子(15)有一个有齿部分(16)，其模数与两个齿条(14)相同并且可以与这些齿条(14)中的一个或另一个啮合，使得当所述滑块(9)沿它的长轴(10)做交替的直线运动时，所述轮子(15)的有齿部分(16)交替与齿条(14)中的一个啮合，在所述滑块(9)的一个移动方向与一个齿条(14)啮合，在同一个滑块(9)的相反移动方向与另一个齿条(14)啮合，优选设置有装置(18-22)，以便在轮子(15)的有齿部分(16)不再与所述滑块(9)的一个或另一个齿条(14)啮合时，也就是在所述滑块(9)的两个行程终点的位置时使所述滑块(9)的移动与所述轴(6)的转动连接，所述装置的特征在于，所述滑块(9)的两个齿形或齿条(14)是弯曲的，和/或倾斜于所述滑块(9)的长轴，使每个齿形(14)到这个轴(10)的距离在这个齿形(14)的圆周长度上变化，同时相对应的是，所述轮子(15)的有齿部分(16)距所述轴(6)的几何轴(17)的径向距离也在它的长度上变化，以便在所述滑块(9)的全部或部分行程上，使所述滑块(9)的移动速度与所述轴(6)的旋转速度之间的比得到变化。

2.如权利要求1所述的运动转换装置，其特征在于，所述滑块(9)的两组齿形(14)的形状是弯曲的，特别是带有比端部区域更远离所述滑块(9)的长轴(10)的中心部分。

3.如权利要求1所述的运动转换装置，其特征在于，所述滑块(9)的两组齿形(14)形成直线或基本为直线的齿条，这些齿条互相平行但倾斜于所述滑块(9)的长轴(10)。

4.如权利要求1至3之一所述的运动转换装置，其特征在于，带有有齿部分(16)的轮子(15)是一个相对于携带它的轴(6)偏心的轮子(15)。

5.如权利要求1至4之一所述的运动转换装置，其特征在于，用于在所述滑块(9)的行程终点位置使所述滑块(9)的移动与所述轴(6)的转动连接而设置的装置由至少一个圆形侧板(18)构成，所述圆形侧板(18)与所述带有有齿部分的轮子(15、16)固定在同一个轴(6)上，并且包括至少一个与所述滑块(9)的一个表面相对的型槽(19、20)，这里，设置每个槽(19、20)是为了与所述滑块(9)的每一端包括的一个凸头或凸销(21、22)配合，每个槽(19、20)的型面保证在所述滑块(9)到达它的行程终点时所述齿轮(15、16)转动的连续性。

6.如权利要求5所述的运动转换装置，其特征在于，每个侧板(18)中设有两个分别与所述滑块(9)的两个凸头或凸销(21、22)配合的型槽(19、20)，这两个凸头或凸销(21、22)在其啮合在相应槽内的位置和时刻上是互相分开的。

7.如权利要求1至6之一所述的运动转换装置，其特征在于，所述装置用于实现一种热发动机，特别是一种包括至少一个活塞(5)的爆发式发动机，所述活塞(5)滑动安装在一个气缸(3)中，所述气缸(3)与一个外壳(4)连接，所述运动转换装置(2)位于所述外壳(4)中，所述活塞(5)在它的交替滑动运动中与所述装置(2)的滑块(9)连接，以带动一个输出轴(6)连续转动。

8.将运动转换装置用于权利要求7所述的热发动机，其特征在于，两个位于一个中心外壳(4)两侧的轴向相对的气缸(3)分别封闭两个与所述滑块(9)的相对端连接的活塞(5)。

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