一种光学发动机用平衡活塞的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光学发动机用平衡活塞，旨在克服现有技术存在单缸或多缸机改装完成后的发动机再平衡设计的问题。所述的光学发动机用平衡活塞包括有紧固螺栓（1）、油环（2）、平衡活塞主部（7）、配重块（8）。配重块（8）扣装在平衡活塞主部（7）的上端并采用5个结构相同的紧固螺栓（1）固定连接，油环（2）安装在平衡活塞主部（7）的油环槽内。平衡活塞主部（7）由上部配装体即配重块定位止口（9）与下部装配体组成。配重块（8）是一个中心位置加工有圆柱形凹槽的盘式结构件，配重块（8）的顶端面上设置有5个螺栓光通孔，5个螺栓光通孔和平衡活塞主部（7）的5个螺纹孔相对应，配重块（8）的材料选择45号钢或铝合金。
【专利说明】一种光学发动机用平衡活塞
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发动机领域用活塞，更确切的说，本实用新型涉及一种光学发动机用平衡活塞。
【背景技术】
[0002]光学发动机是通过改装透明缸套和带有底视窗口的加长活塞来实现发动机可视光路的，结合不同的光学测试手段可实现发动机缸内不同现象和机理的研究，为发动机的技术研究提供理论支撑。虽然国外在上世纪末就有应用光学发动机研究发动机缸内现象的成果出现，而我国的光学研究也正处于起步阶段，但大部分的光学发动机都是通过单缸或多缸机改装完成的，而改装完成之后的发动机再平衡设计确很少去做。对于多缸机来说这种单单增重某一缸活塞质量的方式会增大改装后的光学发动机震动，给拍摄光路的聚焦和图像采集带来了很大影响，需要做出相应的活塞质量匹配才能保证发动机的再平衡。
[0003]多缸机改装单缸可视发动机，一般是将多缸机的某一缸活塞改为加长活塞，增加了这一缸的活塞质量，其它缸活塞拆除或保持不变，但这势必破坏了原发动机的平衡。鉴于此，本实用新型提出了一种多缸机改装单缸可视发动机用平衡活塞，这种平衡活塞应用到多缸机不安装加长活塞的其它缸内，通过质量匹配使改装后的多缸机实现再平衡。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是解决了现有技术存在单缸或多缸机改装完成后的发动机再平衡设计的问题，提供了一种光学发动机用平衡活塞。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的:所述的光学发动机用平衡活塞包括有油环、平衡活塞主部、配重块。
[0006]配重块扣装在平衡活塞主部的上端为螺栓固定连接，油环安装在平衡活塞主部的油环槽内。
[0007]技术方案中所述的平衡活塞主部为一个顶端封顶的圆桶形结构件，平衡活塞主部的上部分为和配重块配装的上部装配体即所谓配重块定位止口，平衡活塞主部的下部分为和缸套配装的空心的下部装配体，上部装配体与下部配装体连成一体；上部配装体的直径小于下部配装体的直径，下部装配体的外圆柱面即和缸套滑动连接的活塞导向面，下部配装体的上端加工有圆环形的横截面为矩形的油环槽；下部配装体的中间位置沿径向设置有安装活塞销的活塞销孔。
[0008]技术方案中所述的活塞销孔的两端加工有2个结构相同的安装活塞销挡圈的活塞销挡圈槽，活塞销挡圈槽的尺寸根据活塞销挡圈的外圆尺寸确定。
[0009]技术方案中所述的平衡活塞主部的下部配装体的中心处设置有连杆小头沉槽，连杆小头沉槽是由两个长方体形孔叠置而成的沉孔，连杆小头沉槽与下部配装体上的活塞销孔垂直相交，连杆小头沉槽位于活塞销孔的中间位置。
[0010]技术方案中所述的平衡活塞主部的顶端面上设置有5个结构相同的安装5个结构相同的紧固螺栓的螺纹孔，5个螺纹孔中的一个设置在平衡活塞主部的顶端面的中心位置，另4个结构相同的螺纹孔均匀地分布在和处于中心位置的螺纹孔的回转中心等距的圆周上。
[0011]技术方案中所述的配重块是一个中心位置加工有圆柱形凹槽的盘式结构件，配重块的顶端面上设置有5个螺栓光通孔，5个螺栓光通孔和平衡活塞主部上的5个螺纹孔相对应，配重块的材料选择45号钢或铝合金材料。
[0012]技术方案中所述的配重块中心位置的圆柱形凹槽的直径等于平衡活塞主部上端的上部配装体的直径，配重块中心位置的圆柱形凹槽的深度小于平衡活塞主部上端的上部配装体的高度。
[0013]技术方案中所述的配重块的质量等于根据计算得出的一种光学发动机用平衡活塞的质量减去平衡活塞主部的质量。
[0014]与现有技术相比本实用新型的有益效果是:
[0015]1.本实用新型所述的一种光学发动机用平衡活塞是可以根据配重质量需要任意改变平衡活塞质量的，具有很大的灵活性；
[0016]2.本实用新型所述的一种光学发动机用平衡活塞结构适用于不同缸径和不同缸数的多缸机改装，具有广泛的适用性；
[0017]3.本实用新型所述的一种光学发动机用平衡活塞通过机械加工就可生产出来，结构简单，相比重新开模铸造的活塞成本更低。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明:
[0019]图Ι-a是本实用新型所述的一种光学发动机用平衡活塞主视图上的全剖视图；
[0020]图Ι-b是本实用新型所述的一种光学发动机用平衡活塞右视图上的全剖视图；
[0021]图2_a是本实用新型所述的一种光学发动机用平衡活塞中的平衡活塞主部的主视图；
[0022]图2_b是本实用新型所述的一种光学发动机用平衡活塞中的平衡活塞主部的俯视图；
[0023]图中:1.紧固螺栓，2.油环，3.活塞销挡圈槽，4.连杆小头沉槽，5.活塞销孔；
6.活塞导向面；7.平衡活塞主部，8.配重块；9.配重块定位止口。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型作详细的描述:
[0025]参阅图1，本实用新型所述的多缸机改单缸的一种光学发动机用平衡活塞包括5个结构相同的紧固螺栓1、油环2、平衡活塞主部7、配重块8。
[0026]配重块8扣装在平衡活塞主部7的上端并采用5个结构相同的紧固螺栓I固定连接，油环2安装在平衡活塞主部7上的油环槽内。
[0027]参阅图2，所述的平衡活塞主部7是整个平衡活塞的最主要部分，为一个顶端封顶的圆桶形结构件。平衡活塞主部7的上部分为和配重块8配装的上部配装体即所谓配重块定位止口 9，平衡活塞主部7的下部分为和缸套配装的空心的下部配装体，上部配装体与下部配装体连成一体，上部配装体的直径小于下部配装体的直径，下部配装体的外圆柱面即和缸套滑动连接的活塞导向面6，下部配装体的上端加工有圆环形的横截面为矩形的油环槽；下部配装体的中间位置沿径向设置有安装活塞销的精度要求较高的活塞销孔5，活塞销孔5为贯穿整个下部装配体的通孔。平衡活塞主部7的顶端面上即上部配装体(配重块定位止口 9)的顶端面上设置有5个结构相同的安装5个结构相同的紧固螺栓I的螺纹孔，5个螺纹孔中的一个设置在上部配装体(配重块定位止口 9)的顶端面的中心位置，另4个结构相同的螺纹孔均匀地分布在和处于中心位置的螺纹孔的回转中心等距的圆周上。平衡活塞主部7所采用的材料一般选择为强度高质量轻的铝合金材料，达到只通过改变平衡块8就能在很大程度上改变活塞质量的效果。
[0028]参阅图1，所述的配重块8用于调整光学发动机用平衡活塞质量，配重块8的质量为根据加长活塞计算得来的光学发动机用平衡活塞的质量减去平衡活塞主部7的质量，再根据平衡活塞主部7上端的结构加工出不同厚度的配重块8。其结构形状根据平衡活塞主部7的结构确定，确切地说，配重块8结构形状根据平衡活塞主部7中的上部配装体的结构确定。配重块8是一个中心位置加工有圆柱形凹坑(盲孔或槽)的盘式结构件，配重块8的顶端面上设置有5个螺栓光通孔，5个螺栓光通孔和平衡活塞主部7上的5个螺纹孔相对应，即5个螺栓光通孔在配重块8顶端面上分布的结构尺寸和5个螺纹孔在平衡活塞主部7上即在上部配装体的顶端面上分布的结构尺寸相同，配重块8通过5个螺栓光通孔再采用5个结构相同的紧固螺栓I固定扣装在平衡活塞主部7的上部配装体上。配重块8中心位置的圆柱形凹槽的直径等于平衡活塞主部7上端的上部配装体的直径，配重块8中心位置的圆柱形凹槽的深度小于平衡活塞主部7上端的上部配装体的高度。
[0029]配重块8的材料可以根据所需要平衡活塞的质量确定，当所需要平衡活塞的质量较大时可以选择45#钢，而所需平衡质量较小时可以选择铝合金材料。
[0030]所述的紧固螺栓I 一共采用5个结构相同的螺栓，分别安装在平衡活塞主部7顶端面上的5个螺纹孔内，并用于将配重块8固定到平衡活塞主部7上端的上部配装体的顶端面上，紧固螺栓I均为标准螺栓。
[0031]所述的油环2安装在平衡活塞主部7中下部配装体上端加工的圆环形的横截面为矩形的油环槽内为滑动连接，油环2主要起到在缸套内刮油和布油的作用，使本实用新型所述的光学发动机用平衡活塞和缸套之间形成润滑油膜，减少光学发动机用平衡活塞与缸套之间的摩擦。油环2为普通发动机活塞用油环，一般选择组合油环，有更好的刮油和布油效果。
[0032]本实用新型所述的活塞销挡圈槽3是加工在活塞销孔5两端的结构相同的2个活塞销挡圈槽，其用于安装活塞销挡圈，防止活塞销的轴向窜动，活塞销挡圈槽3的尺寸根据活塞销挡圈的外圆尺寸确定。
[0033]参阅图1，所述的连杆小头沉槽4用于安放连杆小端，其大小根据连杆小头运行范围确定，防止连杆小头在摆动过程中碰到平衡活塞裙部，为方便机械加工一般加工成由两个长方体形孔叠置而成的沉孔，连杆小头沉槽4与下部配装体上的活塞销孔5的回转轴线垂直相交，连杆小头沉槽4位于活塞销孔5回转轴线的中间位置。
[0034]参阅图l_b，所述的活塞销孔5用于安装活塞销，其尺寸根据活塞销的直径确定，并与活塞销之间保持动配合，间隙为0.02_，方便活塞销的安装。活塞销孔5的中心线与光学发动机用平衡活塞的纵向对称中心线要有较高的垂直度，垂直度选择在0.04以内，防止光学发动机用平衡活塞安装和运行过程出现偏斜，增大摩擦阻力。
[0035]所述的活塞导向面6是整个光学发动机用平衡活塞运行过程中与缸套的接触面，两个接触面之间的间隙要合理，一般间隙范围在0.01-0.02mm，过小的间隙可能会增加运行中的摩擦阻力，而过大间隙又会增大活塞的晃动和敲缸。
[0036]所述的配重块定位止口 9 (上部配装体)主要用于定位配重块8，防止配重块8在随光学发动机用平衡活塞运动过程中的横向移动造成整个光学发动机用平衡活塞的偏斜。
[0037]配重块质量确定算法:
[0038]多缸机改装单缸可视发动机一般选择直列式，而直列式多缸机的平衡一般包括旋转惯性力平衡和往复惯性力平衡，增加某一缸活塞质量之后，发动机的旋转惯性力平衡没有变化，而往复惯性力平衡被破坏，而往复惯性力的平衡只能通过往复惯性力完成。
[0039]1.对于两缸机来说选择某一缸安装加长活塞质量m,则另一缸安装配重活塞质量Hi1，对于两缸机来说，只考虑往复惯性力合力为零，因此
[0040]2.对于直列三缸机来说只要保证各缸活塞质量相等就可以平衡掉一阶和二阶往复惯性力，因此对于利用三缸机改装单缸可视发动机而言，只需保证加长活塞质量m与其它两缸的平衡活塞质量IH1与m2相等即可，即111=1?=!?。
[0041]3.对于直列四缸机来说一般选择中间两缸安装加长活塞(第二或第三缸)，假如以第二缸安装加长活塞，加长活塞质量为m，利用其它三缸做往复惯性力平衡。第一缸平衡活塞IH1、第三缸平衡活塞 质量m3、第四缸平衡活塞质量m4。首先由合力为零得111=1?-!?+!]?,再由对第一缸曲轴中心取矩的合力矩为零得m=-2m3+3m4，两公式联立计算可得:若m3质量定为a，则第一缸平衡活塞第四缸平衡活塞质量m4=l/3m+2/3a可达到四缸机往复惯性力的平衡；若m4质量定为a，则第一缸平衡活塞11^=1/2111+1/28，第三缸平衡活塞质量m4=3/2a-l/2m可达到四缸机往复惯性力的平衡，因此，当加长活塞质量确定之后，按照以上质量确定方案可完全实现四缸机的一阶往复惯性力平衡。
[0042]各缸平衡活塞总质量确定之后，再减去平衡活塞主部的质量就可确定出匹配配重块的质量。
【权利要求】
1.一种光学发动机用平衡活塞，其特征在于，所述的光学发动机用平衡活塞包括有油环(2)、平衡活塞主部(7)、配重块(8)； 配重块(8)扣装在平衡活塞主部(7)的上端为螺栓固定连接，油环(2)安装在平衡活塞主部(7)的油环槽内。
2.按照权利要求1所述的一种光学发动机用平衡活塞，其特征在于，所述的平衡活塞主部(7)为一个顶端封顶的圆桶形结构件，平衡活塞主部(7)的上部分为和配重块(8)配装的上部装配体即所谓配重块定位止口(9)，平衡活塞主部(7)的下部分为和缸套配装的空心的下部装配体，上部装配体与下部配装体连成一体；上部配装体的直径小于下部配装体的直径，下部装配体的外圆柱面即和缸套滑动连接的活塞导向面(6)，下部配装体的上端加工有圆环形的横截面为矩形的油环槽；下部配装体的中间位置沿径向设置有安装活塞销的活塞销孔(5)。
3.按照权利要求2所述的一种光学发动机用平衡活塞，其特征在于，所述的活塞销孔(5)的两端加工有2个结构相同的安装活塞销挡圈的活塞销挡圈槽(3)，活塞销挡圈槽(3)的尺寸根据活塞销挡圈的外圆尺寸确定。
4.按照权利要求1所述的一种光学发动机用平衡活塞，其特征在于，所述的平衡活塞主部(7)的下部配装体的中心处设置有连杆小头沉槽(4)，连杆小头沉槽(4)是由两个长方体形孔叠置而成的沉孔，连杆小头沉槽(4)与下部配装体上的活塞销孔(5)垂直相交，连杆小头沉槽(4)位于活塞销孔(5)的中间位置。
5.按照权利要求1所述的一种光学发动机用平衡活塞，其特征在于，所述的平衡活塞主部(7)的顶端面上设置有5个结构相同的安装5个结构相同的紧固螺栓(I)的螺纹孔，5个螺纹孔中的一个设置在平衡活塞主部(7)的顶端面的中心位置，另4个结构相同的螺纹孔均匀地分布在和处于中心位置的螺纹孔的回转中心等距的圆周上。
6.按照权利要求1所述的一种光学发动机用平衡活塞，其特征在于，所述的配重块(8)是一个中心位置加工有圆柱形凹槽的盘式结构件，配重块(8)的顶端面上设置有5个螺栓光通孔，5个螺栓光通孔和平衡活塞主部(7)上的5个螺纹孔相对应，配重块(8)的材料选择45号钢或招合金材料。
7.按照权利要求1或6所述的一种光学发动机用平衡活塞，其特征在于，所述的配重块(8)中心位置的圆柱形凹槽的直径等于平衡活塞主部(7)上端的上部配装体的直径，配重块(8)中心位置的圆柱形凹槽的深度小于平衡活塞主部(7)上端的上部配装体的高度。
8.按照权利要求1或6所述的一种光学发动机用平衡活塞，其特征在于，所述的配重块(8)的质量等于根据计算得出的一种光学发动机用平衡活塞的质量减去平衡活塞主部(7)的质量。
【文档编号】F02F3/00GK203532085SQ201320665163
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月26日 优先权日:2013年10月26日
【发明者】韩林沛, 洪伟, 苏岩, 解方喜, 许允, 李小平, 刘洪涛, 白效静, 王新超, 朱祥冰 申请人:吉林大学