CN201416481Y - 一种往复活塞式内燃机、压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种内燃机，该内燃机使用曲柄圆滑块机构，其特征在于，该曲柄圆滑块机构的曲柄销上套有若干垫片，这些垫片将圆滑块端面和曲轴的结构端面分隔开。本实用新型同时提供一种压缩机，该压缩机采用曲柄圆滑块结构，该曲柄圆滑块机构的曲柄销上套有若干垫片，这些垫片将圆滑块端面和曲轴的结构端面分隔开。本实用新型通过垫片的设置，实现了对尺寸链的方便调整以及减少轴向上相对旋转的相邻面的摩擦的作用。

Description

一种往复活塞式内燃机、压缩机

技术领域

本实用新型涉及往复活塞式内燃机、压缩机技术。

背景技术

往复活塞式的内燃机、压缩机，都需要实现活塞的往复运动和曲轴的旋转运动之间的转换。其中，往复式内燃机是将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，而往复式压缩机则是将曲轴的旋转运动转化为活塞的往复运动。目前的通用技术下，上述转换过程均需要使用曲柄连杆机构。由于曲柄连杆机构中连杆的存在，使机器庞大、笨重，无法完全平衡.

为了解决上述问题，中国专利CN85100359A公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利ZL95111404.2保护了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利ZL95111403.4保护了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。上述内燃机的共同特点是对通用技术下内燃机的曲柄连杆机构进行了彻底改进，采用具有偏心圆孔的圆滑块代替连杆。所述偏心圆滑块呈圆柱形，并且开有平行于圆柱体轴线的偏心圆孔，该偏心圆孔用于穿过曲轴的曲柄销。该内燃机的活塞包括冠部和导向部，其中导向部上开有圆孔，该圆孔的内径面和上述圆滑块的外径面相配合，所述圆滑块即安置在该圆孔中。当所述活塞受到汽缸中燃烧气体的推动而在气缸中往复运动时，所述偏心圆滑块绕其自身的圆心转动，并进而带动曲轴反向转动，从而将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，再通过与曲轴连接的旋转部件向外传递功率。上述专利的思想也可以方便的转用到压缩机中，获得曲柄圆滑块压缩机。

采用上述曲柄圆滑块机构，可以有效减小内燃机或者压缩机的体积，并可以使机构达到理想的动平衡效果，活塞与汽缸的侧压力也大幅降低。

然而，在实际使用中，上述曲柄圆滑块机构也暴露出一些显著的缺陷。其中一个问题是，沿曲柄销轴向的尺寸链精度要求高。在曲柄销的轴向上，需要各个零件相对面之间有适当的轴向间隙，如果完全没有，则无法旋转。但是，如果间隙过大则会使整个机构的紧凑度和轴系刚度下降，整个机构的运行不正常。上述尺寸链要求，对曲、圆滑块的加工精度和装配精度提出了很高要求，实现难度很大。

另外一个严重的问题是，圆滑块端面容易出现烧蚀，与圆滑块端面相对的曲柄端面以及曲轴臂端面也容易出现这种现象。通过分析，上述问题是由曲柄圆滑块机构的运动特点引起的。在曲柄圆滑块机构的运动过程中，所述圆滑块和曲轴以相反的方向同速度旋转，因此，两者之间的相对速度就是曲轴转速的两倍。现有的发动机的最高转速一般在6000转左右，这样曲轴和圆滑块之间的相对速度就是发动机转速的两倍，即最高可达到12000转。在曲柄圆滑块机构的设计中，圆滑块安置在活塞导向部的圆滑块容置孔中，其轴向有一定的窜动量。并且，为了缩小机构的整体尺寸，圆滑块和曲柄臂、曲柄之间的距离均非常接近。这样，在高速运转的过程中，圆滑块的端面和相对的曲柄端面或者曲柄臂端面就会偶尔发生摩擦，由于圆滑块与曲轴的相对转速非常大，这种摩擦就会对相互摩擦的两个元件表面造成很大的损害，出现表面烧蚀，而且机构运动的摩擦损失也非常大。

上述问题在现有技术中尚未出现可靠的解决方案。如果加大圆滑块与曲柄臂或者曲柄端面之间的距离，将使整个机构的紧凑程度下降。限制圆滑块的轴向窜动，则可能使圆滑块无法正常转动。因此，以上两种方法均不是较佳的解决方案。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型解决的技术问题在于，提供一种曲柄圆滑块机构，该机构能够较好的解决圆滑块端面以及与其相对的曲柄和曲轴表面的表面烧蚀问题。并且该机构能够方便灵活的调整轴系的轴向窜动量。

本实用新型提供一种往复活塞式内燃机，该内燃机使用曲柄圆滑块机构，该曲柄圆滑块机构的曲柄销上套有若干垫片，这些垫片将沿曲柄销轴向布置的、具有相对旋转运动的零件的相邻端面分隔开。

优选的，所述垫片的厚度根据轴向尺寸链以及具体装配情况选配。

优选的，所述垫片的内孔直径略大于所述曲柄销外径。

优选的，所述垫片表面开有油槽。

优选的，所述油槽从中心向外径方向发散设置。

本实用新型提供一种往复活塞式压缩机，该压缩机采用曲柄圆滑块结构，该曲柄圆滑块机构的曲柄销上套有若干垫片，这些垫片将沿曲柄销轴向布置的、具有相对旋转运动的零件的相邻端面分隔开。

优选的，所述垫片的厚度根据轴向尺寸链以及具体装配情况选配。

优选的，所述垫片的内孔直径略大于所述曲柄销外径。

优选的，所述垫片表面开有油槽。

优选的，所述油槽从中心向外径方向发散设置。

本实用新型提供的内燃机和压缩机，均采用曲柄圆滑块机构。其共同特征是采用了垫片分隔曲柄销轴向上分布的具有相对旋转运动的不同零件的相邻面。该垫片的厚度可以根据需要灵活选择，通过这些垫片就可以对轴向的尺寸链进行适当的调整，使轴向上各个零件的间隙控制在合适的状态。这样使轴向零件的设计可以非常灵活，降低了其制造精度要求。垫片的制造和选配非常简易，不会给制造装配增加难度。

另外，通过上述垫片，将原本直接相对的反向运动的曲轴和圆滑块的相邻端面隔开，这样，圆滑块就不会和曲轴结构端面直接接触而发生高速摩擦，降低圆滑块或者曲轴结构端面烧蚀的可能性。

在本实用新型的优选实施方案中，所述减磨片内孔直径制造尺寸略大于曲柄销直径，使其可以空套在所述曲柄销上并沿轴向灵活窜动。这样，在该曲柄圆滑块机构运转时，所述减磨片的速度不会和曲轴同速，而是以低得多的速度运动，使该减磨片和曲轴结构端面或者圆滑块端面发生摩擦时，相对速度大为降低，有效避免了由于相对高速摩擦发生表面烧蚀的情况。

本实用新型的进一步优选的实施方案中，在所述减磨片的表面上开设油槽，该油槽具有存油功能，可以有效存储润滑油，使减磨片和与其相邻的圆滑块端面和曲轴结构端面之间的摩擦得到润滑，同样可以有效降低相对高速摩擦造成的表面烧蚀和摩擦损失。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的曲柄圆滑块机构的曲轴圆滑块组件的示意图；

图2是本实用新型第一实施例提供的曲柄圆滑块机构的曲轴圆滑块组件的减磨片的正视图；

图3是本实用新型第二实施例提供的曲柄圆滑块机构的曲轴圆滑块组件的示意图；

图4是本实用新型第三实施例提供的曲柄圆滑块机构的曲轴圆滑块组件的示意图；

图5是本实用新型第四实施例提供的曲柄圆滑块机构的曲轴圆滑块组件的示意图。

具体实施方式

本实用新型第一实施例提供一种单圆滑块的曲柄圆滑块机构。请参看图1，该图为该曲柄圆滑块机构的局部示意图。曲柄圆滑块机构主要包括曲轴、圆滑块和活塞，由于活塞和本实用新型的关系不大，因此，该示意图中未示出活塞，仅仅示出曲轴圆滑块部分，该部分可以称为该曲柄圆滑块机构的曲轴圆滑块组件。

图1所示的曲柄圆滑块机构局部示意图，所述曲柄圆滑块组件包括曲轴1、第一减磨片2、圆滑块3、第二减磨片4以及曲柄螺栓5。

所述曲轴1为一个组合式曲轴，包括分别独立制成的单拐1-1和曲柄1-2，两者通过连接结构连接为一体，形成一个完整的曲轴。

所述单拐1-1包括轴向上依次连接的单拐主轴颈1-1-1、曲柄销1-1-3等两部分。所述单拐主轴颈1-1-1位于该单拐1-1的一端，该单拐主轴颈1-1-1与曲柄1-2的主轴颈共同支撑该组合曲轴，为组合曲轴提供旋转轴心；所述曲柄销1-1-3为直径较单拐主轴颈1-1-1小的圆柱，从所述单拐主轴颈1-1-1的外端面垂直伸出，其轴线相对单拐主轴颈1-1-1的轴线偏置于一侧，并且伸出的前端具有锥度。在该曲柄销1-1-3靠近单拐主轴颈1-1-1端面的根部位置设置有齿段(或者齿圈)1-1-2，该齿段1-1-2用于克服活点。在中国专利CN85100359A相关的专利文件中以及其它相关的专利文件中都已经公开。在此不予详细说明。

所述曲柄1-2包括曲柄主轴颈1-2-1、凸台1-2-2以及在该曲柄上开设的曲柄孔1-2-3。所述曲柄主轴颈1-2-1与所述单拐主轴颈1-1-1共同构成曲轴的旋转支撑轴，所述凸台1-2-2设置在安装时与所述单拐主轴颈1-1-1相对的，所述曲柄孔1-2-3的轴线与所述曲柄主轴颈1-2-1的轴线平行并偏置在一侧，该曲柄孔1-2-3为锥孔，其锥度与所述曲柄销1-1-3前端锥度相配合。所述凸台1-2-2为设置在曲柄孔1-2-3大径端开口位置的凸起部位。所述曲柄1-2和单拐1-1之间的连接，首先是将所述曲柄销1-1-3插入所述的曲柄孔1-2-3，利用其相互配合的锥度使两者紧密结合，然后利用曲柄螺栓5将两者牢固的连接在一起。为此，在所述曲柄销1-1-3锥端端面上设置轴向的螺纹孔，在曲柄1-2的外端面上设置为曲柄螺栓5提供支撑面的沉孔。由于上述连接结构已经由本申请人提出申请，且并非本申请关注的重点，在此不予详述。

上述曲轴部件组合以后形成一个完整的曲轴，该曲轴具有若干由于曲轴的各个部分的几何结构形成的垂直于曲轴轴向的端面，称为曲轴的结构端面，包括曲柄端面、齿段端面。在采用主轴颈上设置曲柄臂的曲轴时，曲轴的结构端面还包括曲柄臂端面，在未设置齿段的情况下，所述曲轴结构端面可以是主轴颈端面。

所述第一减磨片2、第二减磨片4均为具有内孔的垫片，统称为减磨片，图2为减磨片的示意图。减磨片的内径较所述曲轴1的曲柄销1-1-3稍大，外廓尺寸则选择合适的尺寸即可，不宜过大，以免影响曲轴圆滑块组建的布置。减磨片的厚度根据轴向尺寸链的需要进行调整，其厚度根据需要选配，以实现轴向上零件装配位置的调节，故又称为调整垫片。为了能够存储润滑油以改善摩擦状态，减磨片的端面上设置若干从内向外发散布置的油槽2-1。需要注意，上述减磨片的内径尺寸较所述曲轴1的曲柄销1-1-3外径尺寸稍大即可，这样才能保证减磨片能够可靠的抵靠曲轴结构端面。上述减磨片采用弹簧钢或者其它硬度较大的材料制造，使其更加耐磨。

所述圆滑块3与现有技术的圆滑块基本相同，在此不做详细介绍。该圆滑块3与所述减磨片相抵靠的端面上设置有若干发散的油槽，以存储润滑油。

上述各个元件组合在一起形成曲轴圆滑块组件，该曲轴圆滑块组件的装配过程是，首先将所述第一减磨片2套在曲柄销1-1-3上，使其抵靠所述齿段1-1-2的端面，然后将曲柄销1-1-3插入圆滑块3的通孔中(假设此时圆滑块3已经安装在活塞的圆滑块容置孔中)，并使该圆滑块3的端面抵靠所述第一减磨片2的外侧端面。继而放入第二减磨片4，该第二减磨片4抵靠所述圆滑块3的端面，最后，通过曲柄孔1-2-3和曲柄销1-1-3前端的锥面的配合，使曲柄1-2固定在曲柄销1-1-3上，并使用曲柄螺栓5拧紧。这样一个曲轴圆滑块组件就组装完成了。需要注意，所述第一减磨片2同时起到调整垫片的作用，该减磨片的厚度根据需要选择，使组装之后的曲柄圆滑块组件在轴向上的松劲度合适，使各个相互接触的端面不会在轴向上挤压过紧而造成圆滑块3旋转不灵活；又不至于过松而使结构紧凑性下降。

上述曲轴圆滑块组件在曲柄圆滑块机构运动时，由于所述减磨片的隔离作用，使该曲轴圆滑块组件中的圆滑块的靠近所述齿段1-1-2的端面不会和所述齿段1-1-2的端面直接接触摩擦，其另一个端面则不会和曲柄1-2的端面直接摩擦。减磨片则由于处于中间位置，可能和与其紧贴的曲轴的结构端面或者圆滑块端面摩擦。由于减磨片是空套在曲柄销1-1-3上，使其不可能与曲轴同速运转，而是以远比曲轴旋转速度低的速度旋转，这样，不论是曲轴的结构端面还是圆滑块端面与其摩擦，相对运转速度都比较低，降低了高速摩擦造成烧蚀的可能性，运动中的摩擦损失也降低了。另外，上述减磨片的端面上均设置了油槽，这些油槽可以在端面上存润滑油或者润滑脂，在减磨片与曲轴结构端面或者圆滑块端面发生摩擦时，这些润滑油或者润滑脂可以降低烧蚀和摩擦带来的损害。

为了进一步降低相对摩擦造成的损害，与所述减磨片相邻的曲轴结构端面可以做相应的热处理以提高硬度。

上述第一实施例提供一种单圆滑块的曲柄圆滑块机构，实际上还可以将上述实施例的基本思想用在双圆滑块和多圆滑块等场合。本实用新型第二实施例即提供一种应用于双圆滑块的例子。

请参看图3，该图示出本实用新型第二实施例提供的双圆滑块的曲轴圆滑块组件，该组件的工作原理在中国专利ZL95111404.2中已经说明，该实施例中的区别在于，在曲柄销上该双圆滑块组件的两端分别套有减磨片，分别是第一减磨片22和第二减磨片25。所述第一减磨片22将第一圆滑块23的左侧端面和曲柄21的右侧端面隔开。所述第二减磨片25将第二圆滑块24的右侧端面和曲轴26的曲柄臂端面隔开。上述减磨片同时作为调整垫片，根据装配时轴向间隙的具体情况，灵活选配合适厚度的减磨片，可方便的控制沿曲柄销轴向的尺寸链，使相邻的各个零件之间具有合适的轴向间隙。上述减磨片的设置方式、结构等和上述第一实施例基本相同，在此不再赘述。由于两个圆滑块相互固定为一体，两个圆滑块的相邻端面不会发生摩擦，所以两个圆滑块之间无需安装减磨片。上述两个圆滑块一个安装在该曲柄圆滑块机构的活塞上的圆滑块容置孔中，另一个安装在该曲柄圆滑块机构的动平衡滑块的圆滑块容置孔中。该曲柄圆滑块机构运转时，圆滑块组的运动方向和曲轴的运动方相反，减磨片由于空套在曲柄上，其旋转速度远小于曲轴旋转速度，使减磨片与圆滑块端面相互之间的相对速度远比曲轴和圆滑块之间的相对速度低，圆滑块端面和减磨片发生摩擦时，由于相对速度较低，产生烧蚀的可能性降低，并且摩擦损失也降低了。另外，还可以通过在减磨片、圆滑块端面曲轴结构端面上设置油槽的方式，使运转过程中可能发生相互摩擦的端面的表面布满润滑油，降低摩擦损失。另外，减磨片同样使用经过淬火的弹簧钢或者其他硬度较大的材料，圆滑块或者曲轴上与减磨片相对的端面可以进行专门的热处理或者表面处理以增加硬度，更好的防止烧蚀的发生。

图4示出本实用新型第三实施例提供的一种安装了三个圆滑块的曲轴圆滑块组件，与第二实施例相同，在圆滑块组两端的曲柄销上设置了减磨片，分别是第一减磨片31、第二减磨片32，其中一个减磨片作为调整垫片。上述两个减磨片的安装方式、结构以及工作原理和上述两个实施例相同，在此不再详述。

图5示出本实用新型第四实施例提供的一种具有更多圆滑块的曲轴圆滑块组件。该曲轴圆滑块组件用于一种八缸发动机，该组件中共有六个圆滑块，这些圆滑块分成两组、每组三个圆滑块。所述曲轴包括一个双拐，即在主轴颈的两个端面各安置一个曲柄销形成的曲轴元件。组成曲轴圆滑块组件时，每个曲柄销上套设三个圆滑块，即一组圆滑块组。由于每个圆滑块组的两端均可能和曲轴结构端面发生摩擦，所以，在该曲轴圆滑块组件中，可能与圆滑块发生摩擦的曲轴结构端面共有四个，在这四个位置均安置减磨片，具体位置在各圆滑块组的两端。如图5所示为从左到右的第一减磨片41、第二减磨片42，第三减磨片43，第四减磨片44。通过对其厚度的选择，上述减磨片同时具有调整轴向窜动量的作用。

上述实施例中，圆滑块或者圆滑块组的两端均安装了减磨片，实际上，也不排除只在圆滑块或者圆滑块组的一端安装减磨片的情况，此时只能在该安装有减磨片的一端获得降低烧蚀可能性的效果。

另外，在要求不高的场合，所述油槽可以用设置在减磨片上的油孔代替，油孔是贯穿减磨片的通孔，同样可起到存油作用。

将上述安装了减磨片的曲轴圆滑块组使用在内燃机中，即可获得使用该曲轴圆滑块机构的内燃机。

将上述安装了减磨片的曲轴圆滑块组使用在压缩机中，即可获得使用该曲轴圆滑块机构的压缩机。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1、一种往复活塞式内燃机，该内燃机使用曲柄圆滑块机构，其特征在于，该曲柄圆滑块机构的曲柄销上套有若干垫片，这些垫片将沿曲柄销轴向布置的、具有相对旋转运动的零件的相邻端面分隔开。

2、根据权利要求1所述的往复活塞式内燃机，其特征在于，所述垫片的厚度根据轴向尺寸链以及具体装配情况选配。

3、根据权利要求1所述的往复活塞式内燃机，其特征在于，所述垫片的内孔直径略大于所述曲柄销外径。

4、根据权利要求1所述的往复活塞式内燃机，其特征在于，所述垫片表面开有油槽。

5、根据权利要求4所述的往复活塞式内燃机，其特征在于，所述油槽从中心向外径方向发散设置。

6、一种往复活塞式压缩机，该压缩机采用曲柄圆滑块结构，其特征在于，该曲柄圆滑块机构的曲柄销上套有若干垫片，这些垫片将沿曲柄销轴向布置的、具有相对旋转运动的零件的相邻端面分隔开。

7、根据权利要求6所述的往复活塞式压缩机，其特征在于，所述垫片的厚度根据轴向尺寸链以及具体装配情况选配。

8、根据权利要求6所述的往复活塞式压缩机，其特征在于，所述垫片的内孔直径略大于所述曲柄销外径。

9、根据权利要求6所述的往复活塞式压缩机，其特征在于，所述垫片表面开有油槽。

10、根据权利要求6所述的往复活塞式压缩机，其特征在于，所述油槽从中心向外径方向发散设置。

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