CN1796725B - 旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构 - Google Patents
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Abstract
本发明旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构属于直线运动与圆周运动相互转化的机构，特别是涉及发动机的活塞杆机构。解决了旋转体表面曲面导槽的优化曲线结构这个困扰旋转体高速运转的技术难题。本发明是在中国专利85102435.1的基础上，对旋转体表面展开的曲面导槽的曲线进行优化设计，并提供了三套优化的曲线方程组。将旋转体上的曲面导槽的曲线进行优化设计，提高直线运动变为圆周运动的工作效率，满足旋转体可高速转动的技术要求。
Description
技术领域
本发明属于直线运动与圆周运动相互转化的机构，特别是涉及发动机的活塞杆机构。
背景技术
发动机曲柄连杆机构伴随发动机诞生原用至今，但它的曲柄产生的圆周运动使连杆推动活塞撞击气缸壁，导致损坏活塞和气缸壁，使其输出扭矩降低，机械效率降低。中国专利85102435.1公开了一种旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构，但没有公开旋转体表面有曲面导槽的曲线设计，如果曲面导槽的曲线设计不合理，该机构不能实现直线运动与圆周运动的高速转换，特别是高速直线运动不能转换为的高速圆周运动。
发明内容
本发明的目的是提供旋转体表面曲面导槽具有优化设计的活塞杆机构，使活塞杆的高速直线运动能转换为旋转体的高速圆周运动。
本发明旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构是在中国专利85102435.1的基础上，对旋转体表面曲面导槽的曲线进行优化设计。
中国专利85102435.1的基础设计是：气缸活塞杆2是“T”字形，“T”字形的头与旋转体相连，“T”字形的主杆中段设有滑块3，滑块3与滑槽4相配；旋转体1是圆管，在圆管的内表面设有曲面导槽5；“T”字形的头与旋转体相连的方式是“T”字形头的两端分别插入曲面导槽5内；滑槽4中轴线与气缸中轴线重合或平行，使滑块3只能在滑槽4内沿气缸的直线方向作往复直线运动，从而保证“T”字形杆只作往复直线运动。
气缸活塞杆2与旋转体1还有第二种连接方式：气缸活塞杆2与旋转体1的连接端是一个“∏”形圆外套6，“∏”形圆外套6套在旋转体1外；旋转体1外表面设有曲面导槽5；“∏”形圆外套6的开口端内表面设有两个滑凸7，两个滑凸7分别位于同一直径的两端，两个滑凸7分别插入在旋转体1外表面的曲面导槽5内。
本发明是将中国专利85102435.1基础设计的旋转体1的曲面导槽5的曲线方程进行如下设计，获得具有优化曲面导槽的旋转体。
优化曲线方程为周期性变化的三角函数曲线，曲线每个周期平均分为往半周曲线和返半周曲线，曲线为多个周期时，往半周曲线和返半周曲线交替延续。所说的优化曲线方程是由往半周曲线和返半周曲线组成的方程组。本发明设计了三套方程组，即获得三种不同方程组曲面导槽的旋转体，最后制成具有三种旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构。
本发明设计的每个方程组的往半周曲线和返半周曲线是平滑连接，见表一、表二、表三列出了每套方程组和它们的一阶导数、二阶导数的方程组，以及它们的特殊点位的值，以及方程组的一阶导数、二阶导数的图象，证明每套方程组虽为两个方程，但一阶导数和二阶导数都是连续的，所以每套方程组的曲线是平滑连接的，满足旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构将高速直线运动变为高速圆周运动的技术要求。
本发明旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构的优点是：实现直线运动与圆周运动的相互转化，实际应用是将发动机活塞杆的直线运动变成作为动力输出的旋转体呈圆周运动，将旋转体上的曲面导槽的曲线进行优化设计，提高直线运动变为圆周运动的工作效率，满足旋转体可高速转动的技术要求。
附图说明
图1是：旋转体内表面设有曲面导槽的活塞杆机构的结构示意图；
图2是：旋转体外表面设有曲面导槽的活塞杆机构的结构示意图；
图3是：旋转体内表面的曲线和活塞杆结构示意图；
图4是：方程组一，该方程组一阶导数和二阶导数的方程组的曲线；
图5是：方程组二，该方程组一阶导数和二阶导数的方程组的曲线；
图6是：方程组三，该方程组一阶导数和二阶导数的方程组的曲线；
表一是：方程组一，该方程组一阶导数和二阶导数的特殊位置取值表；
表二是：方程组二，该方程组一阶导数和二阶导数的特殊位置取值表；
表三是：方程组三，该方程组一阶导数和二阶导数的特殊位置取值表；
图中1是旋转体、2是气缸活塞杆、3是滑块、4是滑槽、5是曲面导槽、6是“∏”形圆外套、7是滑凸。
Z往和Z返------是旋转体导槽曲线的轨迹；
h--------旋转体导槽曲线波峰与波谷的高度，常量；
ψ-------旋转体导槽曲线以弧度为单位的变量；
α------限定旋转体导槽曲线周期数设定的弧度常量；
ψ/α----横坐标；
Z′----各曲线方程组的一阶导数；
Z″----各曲线方程组的二阶导数。
每段图形的横坐标都已标准化，分成十等份，以便使比值ψ/α范围从左端为零到右端为1(ψ＝α)。
具体实施例
实施例1
本实施例是在中国专利85102435.1的基础上，对旋转体表面曲面导槽的曲线进行优化设计，满足旋转体可高速转动的技术要求。
气缸活塞杆2用“T”字形杆，“T”字形的头与旋转体相连，“T”字形的主杆中段设有滑块3，滑块3在滑槽4内；旋转体1是圆管，在圆管的内表面设有曲面导槽5；“T”字形杆的头与旋转体相连方式是“T”字形头的两端分别插入曲面导槽5内，使“T”字形头只能在曲面导槽5内滑动；滑块3带平面，滑槽4是与滑块3相配合，使滑块3只能在滑槽4内作往复运动，从而限制“T”字形杆旋转，以保证向旋转体输出扭矩。滑槽4中轴线与气缸中轴线重合。
本发明是将中国专利85102435.1基础设计的旋转体1的曲面导槽5的曲线进行优化设计，在内圆直径为40mm的圆柱形旋转体上，将展开图为2周期，曲线高度为32cm的优化曲线(见表一的曲线方程组)，加工为深度是5mm，宽度10mm的曲面导槽。
本实施例曲面导槽的曲线方程组是：
上述优化曲线方程组的曲线每个周期平均分为往半周曲线和返半周曲线，旋转体上的曲线是往半周曲线和返半周曲线的交替曲线。
本发明设计的方程组的往半周曲线和返半周曲线是平滑连接，见表一列出了本套方程组和它们的一阶导数、二阶导数的方程组，以及它们的特殊点位的值，以及方程组的一阶导数、二阶导数的图象，证明本套方程组虽为两个方程，但一阶导数和二阶导数都是连续的，所以本套方程组的曲线是平滑连接的，满足旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构将高速直线运动变为高速圆周运动的技术要求。
实施例2
本实施例是在中国专利85102435.1的基础上，对旋转体表面曲面导槽的曲线进行优化设计，满足旋转体可高速转动的技术要求。
气缸活塞杆2用“T”字形杆，“T”字形的头与旋转体内的曲面导槽5相配合，“T”字形的主杆中段设有滑块3，滑块3与滑槽4相配合；旋转体1是圆管，在圆管的内表面设有曲面导槽5；“T”字形杆的头与旋转体相连方式是“T”字形头的两端分别插入曲面导槽5内，使“T”字形头只能在曲面导槽5内滑动；滑块3用方块，滑槽4是与滑块3配合形状，使滑块3只能在滑槽4内作往复运动，从而限制“T”字形杆旋转，以保证向旋转体输出扭矩。滑槽4中轴线与气缸中轴线重合或平行。
本发明是将中国专利85102435.1基础设计的旋转体1的曲面导槽5的曲线进行优化设计，在内圆直径为80mm的圆柱形旋转体上，将展开图为2周期，曲线高度为32cm的优化曲线(见表二的曲线方程组)，加工为深度是8mm，宽度12mm的曲面导槽。
本实施例曲面导糟的曲线方程组是：
上述优化曲线方程组的曲线每个周期平均分为往半周曲线和返半周曲线，旋转体上的曲线是往半周曲线和返半周曲线的交替曲线。
本发明设计的方程组的往半周曲线和返半周曲线是平滑连接，见表二列出了本套方程组和它们的一阶导数、二阶导数的方程组，以及它们的特殊点位的值，以及方程组的一阶导数、二阶导数的图象，证明本套方程组虽为两个方程，但一阶导数和二阶导数都是连续的，所以本套方程组的曲线是平滑连接的，满足旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构将高速直线运动变为高速圆周运动的技术要求。
实施例3
本实施例是在中国专利85102435.1的基础上，对旋转体表面曲面导槽的曲线进行优化设计，满足旋转体可高速转动的技术要求。
气缸活塞杆2用“T”字形杆，“T”字形的头与旋转体相连，“T”字形的主杆中段设有滑块3，滑块3在滑槽4内；旋转体l是圆管，在圆管的内表面设有曲面导槽5；“T”字形杆的头与旋转体相连方式是“T”字形头的两端分别插入曲面导槽5内，使“T”字形头只能在曲面导槽5内滑动；滑块3用方块，滑槽4是与滑块3相配合，使滑块3只能在滑槽4内作往复运动，从而限制“T”字形杆旋转，以保证向旋转体输出扭矩。滑槽4中轴线与气缸中轴线重合。
本发明是将中f国专利85102435.1基础设计的旋转体1的曲面导槽5的曲线进行优化设计，在内圆直径为200mm的圆柱形旋转体上，将展开图为2周期，曲线高度为32cm的优化曲线(见表三的曲线方程组)，加工为深度是20mm，宽度20mm的曲面导槽。
本实施例曲面导槽的曲线方程组是：
上述优化曲线方程组的曲线每个周期平均分为往半周曲线和返半周曲线，旋转体上的曲线是往半周曲线和返半周曲线的交替曲线。
本发明设计的方程组的往半周曲线和返半周曲线是平滑连接，见表三列出了本套方程组和它们的一阶导数、二阶导数的方程组，以及它们的特殊点位的值，以及方程组的一阶导数、二阶导数的图象，证明本套方程组虽为两个方程，但一阶导数和二阶导数都是连续的，所以本套方程组的曲线是平滑连接的，满足旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构将高速直线运动变为高速圆周运动的技术要求。
实施例4
本实施例是在中国专利85102435.1的基础上，对旋转体表面曲面导槽的曲线进行优化设计，满足旋转体可高速转动的技术要求。
气缸活塞杆2与旋转体1的连接端用一个“∏”形圆外套6，“∏”形圆外套6套在旋转体1外面；旋转体1外表面设有曲面导槽5；“∏”形圆外套6的开口端内表面设有两个滑凸7，两个滑凸7分别位于同一直径的两端，两个滑凸7分别插入在旋转体1外表面的曲面导槽5内；在气缸活塞杆2的主杆横向上固定连接有带两个滚子的滑块3，旋转体1外表面曲面导槽5平面展开的曲线符合下述方程组的解：
本发明是将中国专利85102435.1基础设计的旋转体1的曲面导槽5的曲线进行优化设计，在内圆直径为40mm的圆柱形旋转体上，将展开图为2周期，曲线高度为32cm的优化曲线(见表一的曲线方程组)，加工为深度是5mm，宽度10mm的曲面导槽，“∏”形圆外套6与旋转体1配合，滑凸7高度稍小于导槽深度。
上述优化曲线方程组的曲线每个周期平均分为往半周曲线和返半周曲线，旋转体上的曲线是往半周曲线和返半周曲线的交替曲线。
本发明设计的方程组的往半周曲线和返半周曲线是平滑连接，见表一列出了本套方程组和它们的一阶导数、二阶导数的方程组，以及它们的特殊点位的值，以及方程组的一阶导数、二阶导数的图象，证明本套方程组虽为两个方程，但一阶导数和二阶导数都是连续的，所以本套方程组的曲线是平滑连接的，满足旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构将高速直线运动变为高速圆周运动的技术要求。
实施例5
本实施例是在中国专利85102435.1的基础上，对旋转体表面曲面导槽的曲线进行优化设计，满足旋转体可高速转动的技术要求。
气缸活塞杆2与旋转体1的连接端用一个“∏”形圆外套6，“∏”形圆外套6套在旋转体1外面；旋转体1外表面设有曲面导槽5；“∏”形圆外套6的开口端内表面设有两个滑凸7，两个滑凸7分别位于同一直径的两端，两个滑凸7分别插入在旋转体1外表面的曲面导槽5内；在气缸活塞杆2的主杆横向上固定连接有带两个滚子的滑块3，旋转体1外表面曲面导槽5平面展开的曲线符合下述方程组的解：
本发明是将中国专利85102435.1基础设计的旋转体1的曲面导槽5的曲线进行优化设计，在内圆直径为60mm的圆柱形旋转体上，将展开图为4周期，曲线高度为32cm的优化曲线(见表二的曲线方程组)，加工为深度是5mm，宽度10mm的曲面导槽，“∏”形圆外套6与旋转体1配合，滑凸7高度稍小于导槽深度。
上述优化曲线方程组的曲线每个周期平均分为往半周曲线和返半周曲线，旋转体上的曲线是往半周曲线和返半周曲线的交替曲线。
本发明设计的方程组的往半周曲线和返半周曲线是平滑连接，见表二列出了本套方程组和它们的一阶导数、二阶导数的方程组，以及它们的特殊点位的值，以及方程组的一阶导数、二阶导数的图象，证明本套方程组虽为两个方程，但一阶导数和二阶导数都是连续的，所以本套方程组的曲线是平滑连接的，满足旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构将高速直线运动变为高速圆周运动的技术要求。
实施例6
本实施例是在中国专利85102435.1的基础上，对旋转体表面曲面导槽的曲线进行优化设计，满足旋转体可高速转动的技术要求。
气缸活塞杆2与旋转体1的连接端用一个“∏”形圆外套6，“∏”形圆外套6套在旋转体1外面；旋转体1外表面设有曲面导槽5；“∏”形圆外套6的开口端内表面设有两个滑凸7，两个滑凸7分别位于同一直径的两端，两个滑凸7分别插入在旋转体1外表面的曲面导槽5内；在气缸活塞杆2的主杆横向上固定连接有带两个滚子的滑块3，旋转体1外表面曲面导槽5平面展开的曲线符合下述方程组的解：
本发明是将中国专利85102435.1基础设计的旋转体1的曲面导槽5的曲线进行优化设计，在内圆直径为250mm的圆柱形旋转体上，将展开图为16周期，曲线高度为32cm的优化曲线(见表三的曲线方程组)，加工为深度是20mm，宽度14mm的曲面导槽，“∏”形圆外套6与旋转体1配合，滑凸7高度稍小于导槽深度。
上述优化曲线方程组的曲线每个周期平均分为往半周曲线和返半周曲线，旋转体上的曲线是往半周曲线和返半周曲线的交替曲线。
本发明设计的方程组的往半周曲线和返半周曲线是平滑连接，见表三列出了本套方程组和它们的一阶导数、二阶导数的方程组，以及它们的特殊点位的值，以及方程组的一阶导数、二阶导数的图象，证明本套方程组虽为两个方程，但一阶导数和二阶导数都是连续的，所以本套方程组的曲线是平滑连接的，满足旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构将高速直线运动变为高速圆周运动的技术要求。
Claims (6)
1.旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构，包括气缸活塞杆(2)和与气缸活塞杆相连的旋转体(1)，气缸活塞杆(2)是“T”字形，“T”字形的头与旋转体相连，“T”字形的主杆中段设有滑块(3)，滑块(3)在滑槽(4)内；旋转体(1)是圆管，在圆管的内表面设有曲面导槽(5)；“T”字形的头与旋转体相连方式是“T”字形头的两端分别插入曲面导槽(5)内，其特征在于：旋转体(1)的曲面导槽(5)平面展开的曲线符合下述方程组的解：
方程组一：
或是方程组二：
或是方程组三：
2.根据权利要求1所述的旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构，其特征在于：旋转体(1)的曲面导槽(5)平面展开的曲线周期数是21+x，X＝0、1、3。
3.根据权利要求1所述的旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构，其特征在于：滑槽(4)中轴线与气缸中轴线重合或平行。
4.旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构，包括气缸活塞杆(2)和与气缸活塞杆相连的旋转体(1)，气缸活塞杆(2)与旋转体(1)的连接端是一个“∏”形圆外套(6)，“∏”形圆外套(6)套在旋转体(1)外；旋转体(1)外表面设有曲面导槽(5)；“∏”形圆外套(6)的开口端内表面设有两个滑凸(7)，两个滑凸(7)分别位于同一直径的两端，两个滑凸(7)分别插入在旋转体(1)外表面的曲面导槽(5)内；在气缸活塞杆(2)的主杆横向上连接有带两个滚子的滑块(3)，其特征在于：旋转体(1)外表面曲面导槽(5)平面展开的曲线符合下述方程组的解：
方程组一：
或是方程组二：
或是方程组三：
5.根据权利要求4所述的旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构，其特征在于：旋转体(1)的曲面导槽(5)平面展开的曲线周期数是21+x，X＝0、1、3。
6.根据权利要求4所述的旋转体表面有曲面导槽的活塞杆机构，其特征在于：滑槽(4)中轴线与气缸中轴线重合或平行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20100623 Termination date: 20171229 |