CN86210915U - 偏心圆滑块往复活塞式内燃机 - Google Patents

Abstract

一种偏心圆滑块往复活塞式内燃机，通过有相同偏心半径的曲轴和偏心圆滑块将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。在偏心圆滑块上开有一与中心对称的槽，它与装配在机体上的滑动副相配合，保证了活塞的往复运动可靠地转变为曲轴的旋转运动。该机具有体积小、重量轻、平衡性好等优点，可用于单缸或多缸的二行程以及四行程内燃机。

Description

本实用新型涉及无连杆往复活塞式内燃机。

在内燃机的发展史上，人们发明了各种无连杆机构以求代替曲柄连杆机构，从而减小内燃机的体积和重量。从近年来国内外发表的文章和专利文献来看，无连杆机构的研究方案十分相近，其中多采用曲柄圆滑块机构，其不同之处是采用的同步机构有所差别。这类机构的活塞上有一个大圆孔，圆滑块可装于孔中，圆滑块偏心半径与曲轴偏心半径相等，圆滑块的旋转方向与曲轴转向相反，活塞的行程为曲轴偏心半径的四倍。当活塞在气体压力作用下下行时，圆滑块在活塞的大孔中转动，圆滑块上的偏心孔迫使曲轴反向旋转，从而把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，当活塞行至二倍的曲轴半径时，圆滑块处在与曲轴同轴的位置上，这时活塞上大圆孔也与曲轴同轴，因此圆滑块可以在这一位置与曲轴空转，而活塞不动，为了使活塞的往复运动连续，需要加同步机构来克服这一位置，由此派生出各种专利方案。如1980年日本《机械设计》第三期报导的日本原口工业公司发明的无连杆发动机的同步机构是在曲轴曲柄臂上开一圆弧槽，在活塞上有相应的凸起，这种结构工艺性不好，而且不够可靠；1981年《内燃机关》第八期报导的日本工业大学研制的无连杆发动机，是采用十字型布置的气缸和双滑块互为同步的方案，这种方案无法作成单缸或多缸直列式机器。我国专利CN85200337U所述的曲柄圆滑块往复活塞式内燃机的同步机构是一对齿数为2：1的内外齿轮付，内齿圈铆接在活塞上需与圆滑块同心，小齿轮与曲轴颈同轴，因此加工精度与装配精度都要求很严，否则无法正常转动，这就提高了制造成本。此外由于小齿轮与曲轴颈同轴，就限制了曲轴颈必须小于小齿轮节圆直径；而大齿圈铆接在活塞上，齿圈受力就使活塞受一力矩，加剧了活塞的摩擦磨损，同时活塞受冲击载荷，容易打坏齿轮机构，这使其在实用中受到限制。

本实用新型的目的就在于提供一种体积小、重量轻、结构简单、工艺性好的偏心圆滑块往复活塞式内燃机，以求在一定范围内用于生产实际。

本实用新型的内燃机主要由机体（1）、气缸体（2）、活塞（3）、曲轴（4）、偏心圆滑块（5）、飞轮（6）、缸盖（7）以及配气机构、润滑系统、燃料供给系统、点火系统、冷却系统等组成。它是通过偏心圆滑块机构把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动的。这种机构的活塞上开有一圆孔，偏心圆滑块装于活塞圆孔中可成滑动付或滚动付，偏心圆滑块有一偏心半径与曲轴偏心半径相等偏心圆孔，曲轴颈与此孔配合，可成滑动付或滚动付。本实用新型的特点是偏心圆滑块一端面平整，另一端面在偏心圆孔处有一凸台，凸台上开有一与中心对称的槽，它与装配在机体上的可在与气缸垂直的平面上滑动的一组滑动付中的滑动销相配合，以改变偏心圆滑块的约束，以保证活塞在偏心圆滑块与曲轴同轴时能可靠地把往复运动转变为曲轴的旋转运动。这种同步机构的特点在于偏心圆滑块的形状与结构都和上述的几种专利不同，通过偏心圆滑块凸台上的槽和在气缸垂直的平面上滑动的滑动销的配合，限制了偏心圆滑块既要与活塞同步，又要和滑动销同步。

本实用新型的偏心圆滑块上开有偏心半径为e（曲轴半径也为e）的偏心圆孔，它与曲轴颈相配合，可采取装滚针形成滚动付或装轴瓦形成滑动付的形式。偏心圆滑块一端面平整，另一端面在偏心圆孔处有一凸台，凸台上开有与滑块中心对称的槽。偏心圆滑块上还开有用于减重或润滑的孔。偏心圆滑块可做成整体结构或组合结构两种形式，组合结构用于整体曲轴时。

本实用新型所述的在垂直气缸的平面上滑动的滑动付可以有两种型式。一种型式是在通过轴承座孔中心并垂直于气缸中心平面上，在一个轴承座孔两侧的机体上各装有一根带有复位弹簧的滑动销，滑动销呈L型，其长端可沿垂直于轴承座孔的方向滑动，短端与偏心圆滑块上的槽相配，这种配合是断续的，如图（4）所示，当偏心圆滑块在双点划线位置时（约45°）L型销（14）和偏心圆滑块上的槽进入啮合，当偏心圆滑块到图示位置（90°）L型销（14）到极限位置，偏心圆滑块继续转动，L形销（14）在复位弹簧的作用下右移并逐渐脱离啮合，当偏心圆滑块转到225°时，另一侧的L型销（15）将进入啮合。为防止L形销转动和滑出在机体上装有限位螺钉，这种机构的啮合运动与摆线针齿啮合相似，它适于全支撑曲轴型式。

另一种滑动付的型式适用于悬臂支撑的单拐曲轴型式，仅适于单缸内燃机。这种滑动付是在轴承座盖上直接开出导轨，依导轨型式不同也有两种型式。一种是在轴承座盖上开槽，形成槽形导轨，与方滑块配合，方滑块上装有圆柱销，销的另一端与偏心圆滑块上的槽配合。另一种是在轴承座盖上开孔，形成圆筒形导轨，与短圆柱滑块配合，短圆柱滑块上装有圆柱销，销的另一端与偏心圆滑块上的槽相配合。这种结构型式中，滑动销与偏心圆滑块上的槽是连续啮合。

本实用新型的活塞有一延伸的导向部分，其中心线上开有直径大于偏心圆滑块外径的圆孔，偏心圆滑块装于此孔中，可采用镶衬套加滚针形成滚动付或装轴瓦形成滑动付的形式。当行程与缸径之比小于0.8时，导向部分的尺寸可布置成与活塞直径相等，当行程与缸径比大于0.8时，导向部分的尺寸大于活塞直径。

本实用新型的机体可以为两垂直的圆柱孔相贯的整体，一孔可安装气缸体，其余部分为活塞导向部分的导向段；当行程与缸径比小于0.8时，可不单设曲轴箱，一孔可安装活塞并形成气缸，另一孔为安装曲轴的轴承座孔。

本实用新型可采用整体曲轴，组合偏心圆滑块的型式，也可采用组合曲轴或单拐曲轴，整体偏心圆滑块的型式。曲轴的偏心半径为e与偏心圆滑块的偏心半径相等。本实用新型的运动方程式为S＝2e（1－COSωt），V＝2eωsinωt、a＝2eω²COSωt，其中S为活塞位移，V为活塞速度，a为活塞加速度。可见活塞作简谐直线运动，与曲柄连杆机构相比，无二阶及二阶以上的往复惯性力，因此易于平衡，振动小。

本实用新型活塞行程S＝4e，无连杆，且可不用专门的曲轴箱，故可以降低机体高度，容易制成体积小、重量轻的机器。本实用新型与前面所述三种专利相比较，制造简单、工艺性好、成本低。根据本发明可制出各种型号的单缸或多缸的二行程或四行程的内燃机。用于内燃凿岩机、手抬式消防水泵、背负式喷雾器等，效果更佳。

附图说明：

图1为实施例1的结构示意图，其中1表示机体、2表示气缸体、3表示活塞、4表示曲轴、5表示偏心圆滑块、6表示飞轮、7表示气缸盖、8表示带导轨的轴承座、9表示圆柱销、10表示方滑块。

图2是实施例2的结构示意图，其中1表示机体、2表示气缸体、3表示活塞、4表示曲轴、5表示偏心圆滑块、6表示飞轮（含磁电机）、11表示冲击活塞、12表示气垫缸、13表示冷却风扇、14表示L形滑动销。

图3为图2的横剖面图。

图4是L形销在机体上装配的示意图。其中14和15为L形滑动销、16表示轴承座孔、17表示偏心圆滑块、18表示复位弹簧。图中粗实线表示偏心圆滑块17和L形销14的啮合情况。偏心圆滑块的槽和L形销平行时，即偏心圆滑块和轴承座孔同轴时，L形销14到极限位置。图中双点划线表示偏心圆滑块的槽和L形销14进入啮合时的情形。偏心圆滑块17转动时，L形销14在弹簧18的作用下向右移动。图中L形销15是在没有进入和偏心圆滑块的槽啮合的位置，它是受限位螺钉限位的。限位螺钉装在机体上它顶在L形销上的槽或平面上，既限位又防止L形销转动。

图5表示轴承座盖上滑块在导轨上安装的情况。图中10表示方滑块、9表示圆柱销、8表示轴承座盖上的导轨。

图6表示导向部分大于活塞直径的活塞结构示意图。

图7表示导向部分和活塞直径相等的活塞。

图8表示偏心圆滑块的结构视图。

图9表示图8的左视剖面图。

图10表示L形销的结构视图。

图11表示图10的左视图。

图12表示短圆柱形滑块和圆柱销。

图13表示方滑块和圆柱销。

图14表示轴承座盖上的筒形导轨。

图15表示图14的右视图。

实施例一

根据本实用新型制造的3马力四冲程风冷柴油机采用飞溅式润滑和压力润滑相结合的润滑方式。该机采用铝合金制造活塞、用铝合金和铸铁双金属浇铸气缸体，铸铁机体、曲轴、偏心圆滑块和其它零件分别用碳素结构钢、铸铁通过车、铣、磨等方法制得。装配时先将活塞（3）装入气缸体（2）中，然后将偏心圆滑块（5）装入活塞孔中，对准装在座盖（8）上的滑动销（9）、曲轴（4）通过轴承孔插入偏心圆滑块（5）的偏心孔中，装好飞轮（6）、气缸盖（7）、拧紧有关螺栓，装好高压油泵等附件，便得到图1所示的柴油机，该机设计指标重20kg，油耗率200g／PS·h。

实施例二

根据本实用新型制造的二行程内燃凿岩机如图2所示。它用一冲击活塞11代替了内燃机的气缸盖，冲击活塞在气缸压力的作用下频繁敲击钎杆完成凿岩工作。该机采用二冲程汽油机掺混式润滑该机的零件制造，使用材料与实施例一相同。如图2所示，该机与实施例一不同的是采用了组合式曲轴，偏心圆滑块与L形销相配合。装配时先将L形销装好，然后把组装好的活塞装入气缸中，使活塞大孔中心对准轴承孔，偏心圆滑块在组装曲轴时就装在曲轴颈上，把组装好的曲轴偏心圆滑块组件从轴承孔穿入，让偏心圆滑块对准活塞大孔装入，并使偏心圆滑块的槽对准一个L形销的短端，装好轴承和轴承和轴承盖，装好有关附件、装好冲击活塞、气垫缸、连好气管，拧紧有关螺栓即可。该机设计指标为整机重20kg，转速3000～3500r／min，凿眼速度大于200mm／min。最大凿眼深度6m。

Claims (5)

1、一种偏心圆滑块往复活塞式内燃机，它由机体、气缸体、缸盖、曲轴、偏心圆滑块活塞、油底壳、飞轮、配气机构、润滑系统、燃料供给系统、点火系统以及冷却系统等组成。所述的偏心圆滑块上有一偏心半径和曲轴偏心半径相等的偏心圆孔与曲轴颈相配合，偏心滑块可装于活塞导向部分的圆孔中转动，将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，其特征在于偏心圆滑块一端面平整，另一端面在偏心孔处有一凸台，凸台上开有一与中心线对称的槽，它与装配在机体上可以在通过轴承座孔中心与气缸轴线垂直的平面上滑动的滑动销相配合。

2、根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于所述的滑动销为一对L型滑动销，各装在轴承座两侧机体上，其长端装有复位弹簧，可沿垂直于气缸轴线方向滑动，短端与偏心圆滑块上的槽相啮合。

3、根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于所述的滑动销也可以是一根装在滑块上的圆柱销。

4、根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于所述的滑块可以是方形滑块，也可以是短圆柱形滑块，滑块在轴承座盖上开的导轨中滑动。

5、根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于所述的轴承座盖上可开成槽，形成槽形导轨与方滑块配合，也可以开孔，形成圆筒形导轨和短圆柱形滑块配合。

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