专利名称：用于无连杆往复-旋转运动相互转换机构的活塞及设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及往复-旋转运动转换机构，特别是涉及一种用于无连杆往复-旋 转运动相互转换机构的活塞。本实用新型同时提供使用该活塞的设备。
背景技术：
在机械设备中，在很多场合下需要实现往复运动和旋转运动之间的相互转换。例 如，往复式内燃机需要将活塞在可燃混合气体的爆发压力推动下产生的往复直线运动转换 为曲轴的旋转运动；与之相反，压缩机需要将外接动力带动的曲轴旋转转换为活塞的往复 直线运动。上述两种转换除了主动件不同外，对机构的运动学要求是一致的，因此，可以实 现往复直线运动转换为旋转运动的机构，一般也可以用于实现旋转运动转换为往复直线运 动。现有技术下已经提供了若干往复直线运动和旋转运动相互转换的机构。通常技术 下，采用曲柄连杆机构实现上述转换。目前，大多数内燃机、压缩机均使用曲柄连杆机构。该 机构的特点是，往复直线运动件与旋转运动件之间需要通过来回摆动的连杆连接，由于连 杆的来回摆动是一种复杂运动，难以进行惯性力的平衡，并且连杆的摆动会增加活塞对运 动导轨侧壁的侧压力，造成摩擦力的增加，另外，连杆的存在还使该机构在往复运动方向上 需要具备一定的长度，使其尺寸难以进一步缩小。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”。上述专利提供了若干种不 同形式的曲柄圆滑块机构；该机构采用安装在活塞中的偏心圆滑块代替连杆。该机构可以 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。另外，本申请人在2009年10月16日提出的申请号为200910236026. 5的中国专
利申请中，提出了一种采用端轴-动轴机构的轴系与往复运动件配合构成的往复-旋转运 动相互转换机构。在该机构中，包括至少两个往复运动件、旋转运动件以及支撑该机构的机 架；所述旋转运动件为一轴系，包括位于两端的端轴和连接在两个端轴之间的动轴；所述 端轴可旋转的固定在机架上，并且两个端轴的旋转轴位于同一直线上；端轴上开设有动轴 颈容置孔，该动轴颈容置孔的轴线与端轴的旋转轴平行，并且距离该旋转轴的距离为e ；所 述动轴包括动轴颈、动轴销以及动轴臂；所述动轴颈为轴段，位于动轴左右两端，两端的动 轴颈的轴线位于同一条直线上；所述动轴销同样为轴段，共有两段或者两段以上，各个动轴 销的轴线均平行于所述动轴颈的轴线，并且动轴销轴线距离动轴颈轴线的距离也为e，相邻 的动轴销在空间上具有180度相位差；动轴颈和动轴销之间、以及相邻的动轴销之间，通过 动轴臂连接；与所述端轴组成所述旋转运动件时，动轴两端的动轴颈分别插入两端的端轴 的动轴颈容置孔，并与动轴颈容置孔可旋转的连接；每个动轴销至少对应设置一个往复运 动件——一般是活塞，也可以是动平衡滑块——往复运动件上具有套在动轴销上的动轴销孔，动轴销孔与动轴销可旋转连接；所述往复运动件置于机架的往复运动导轨中；相邻的 往复运动件的往复运动导轨在空间上具有90度相位差。上述无连杆往复-旋转运动相互转换机构，在不需要连杆的情况下，可以实现往 复-旋转运动的相互转换，克服了连杆对往复-旋转运动过程的各种不利影响，可以获得结 构更为紧凑、运转更为平稳的往复_旋转运动转换机构。在上述机构中，也存在着明显的问题。一个主要的问题是，在具有多个往复运动元 件时，活塞的腰部往往需要承受较大的往复惯性力。例如，在上述机构用于内燃机时，气缸 的爆发压力往往使活塞产生很大往复惯性力，而该往复惯性力通过曲轴作用在同组的其它 活塞的腰部，造成活塞腰部断裂以及曲轴或者动轴的严重变形。
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，提供一种用于无连杆往复-旋 转运动相互转换机构的活塞，该活塞的腰部能够获得较好的支撑，使该活塞在腰部断裂以 及曲轴或者动轴严重变形的可能性显著降低。本实用新型提供的一种用于无连杆往复_旋转运动相互转换机构的活塞，其活塞 的容置孔所在的腰部的两侧，设置有与机体的往复运动导轨配合的中间导向部。优选的，所述活塞为单作用活塞。优选的，所述活塞为分体式活塞，包括活塞主体、孔盖两部分；所述活塞主体包括 活塞头部、底部以及连接两者的连接部，其中，所述底部底面开设有向下开口的上半圆弧； 所述孔盖的上表面设置有向上开口的下半圆弧；所述孔盖的上表面和活塞主体底部的下表 面上，设置有相互配合的定位连接结构；将所述活塞主体的底部底面的下表面和所述孔盖 的上表面相互贴合，并以上述定位连接结构将孔盖固定在活塞主体上后，所述上半圆弧和 下半圆弧相拼合，形成完整的容置孔。优选的，所述中间导向部采用如下方式之一设置设置在所述活塞主体上；同时 设置在所述活塞主体和所述孔盖上；设置在所述孔盖上。优选的，所述活塞为双作用活塞。优选的，所述双作用活塞为分体式活塞，包括第一部分、第二部分两部分；所述第 一部分和所述第二部分均包括活塞头部、底部以及连接两者的连接部；两者的底部底面设 置有向下开口的半圆弧、以及相互对应的定位连接结构；将所述第一部分的底部底面和所 述第二部分的底部底面相贴合，并以上述定位连接结构连接两个部分后，两部分的半圆弧 相拼合形成完整的容置孔。优选的，所述第一部分和第二部分均设置有所述中间导向部。优选的，所述中间导向部的外径值与所述活塞的导向部的外径值相等。本实用新型同时提供一种设备，具体是内燃机，该内燃机使用上述任一项技术方 案所述的活塞。本实用新型提供一种设备，具体是压缩机，该压缩机使用上述任意一项所述的活
O本实用新型提供的活塞与现有技术相比，在其薄弱的腰部设置了中间导向部，该 中间导向部和机体提供的往复运动导轨相配合，能够为该活塞提供在腰部的支撑，在较大
4的往复惯性力作用在活塞腰部时，该支撑能够显著降低活塞腰部断裂以及曲轴或者动轴严 重变形的可能性。
[0020]图1是本实用新型第--实施例提供的活·I的立体图；[0021]图2是本实用新型第--实施例提供的活·I的活塞主体的立体图；[0022]图3是本实用新型第--实施例提供的活·I的孔盖的立体图；[0023]图4是本实用新型第--实施例提供的活·I的一种变形形式；[0024]图5是本实用新型第二二实施例提供的活·I的立体图；[0025]图6是本实用新型第二二实施例提供的活·I的第一部分的立体图。
具体实施方式
请参看图1，该图为本实用新型第一实施例提供的活塞的立体图。该活塞用于一款 内燃机中，采用铸铁或者铸钢制成。请同时参看图2，该图为本实用新型第一实施例的活塞 主体的立体图。图1所示的活塞为一个单作用活塞，该活塞可以是用于曲柄圆滑块机构的活塞， 也可以是使用于端轴-动轴机构的活塞，也可能是将来随着技术发展产生的新的类似的无 连杆机构往复-旋转运动相互转换结构的活塞。该活塞包括两个独立制成的部分，分别为 设置有活塞头部的活塞主体A，以及孔盖B。所述活塞主体A包括头部A-I、底部A-3以及连接两者的连接部A_2。如图2所示，所述头部A-I和普通活塞类似，为一个具有顶面的空心圆柱体，包括 位于顶端形成其顶面的冠部A-1-1，以及圆柱体侧面的导向部A-1-2 ；以上两个部分的结构 和功能均和普通活塞类似。所述连接部A-2的上端连接冠部A-1-1的底面，下端连接所述底部A-3。该连接部 A-2的横截面为工字型，其上端和底端较宽，上端的工字型两侧的横梁的宽度使其抵靠所述 导向部A-1-2的内侧，在工字型的中心板的两侧则设置有加强筋A-2-1 ；该连接部下端的工 字型侧梁则伸展到与所述底部相同的宽度。所述底部A-3为条状体，其底面开设有向下开口的上半圆弧A-3-1，在该上半圆弧 A-3-1的两侧的底部底面A-3-2，分别设置有第一定位连接孔A-3-3。该第一定位连接孔 A-3-3的内径面呈阶梯状，其直径较大的一段作为定位销孔，与定位套配合使用，起到定位 结构的作用。在该底部A-3长度方向的两侧边，为两个相对的外凸圆弧面，两个圆弧面在同 一个圆柱面上，该圆柱面的轴线和所述活塞导向部A-1-2的轴线重合，其直径也相同。该部 位称为第一中间导向部A-3-4。所述孔盖B如图3所示，为一个与所述活塞主体A的底部A-3具有相同宽度的条 状体，其上表面设置向上开口的下半圆弧B-1，在该下半圆弧B-I的两侧，分别设置有第二 定位连接孔B-2。在孔盖B长度方向的两侧边，为两个相对的外凸圆弧面，两个圆弧面的外 径在同一个圆柱体上，该圆柱体的直径和所述导向部A-1-2的直径相同。该部位称为第二 中间导向部B-3。组合时，将上述活塞主体A的下表面与所述孔盖B的上表面相对贴合，并通过相互对应的第一定位连接孔A-3-3和第二定位连接孔B-2通过螺栓和定位套等定位连接元件固 定为一体。组合完成后，所述上半圆弧A-3-1与所述下半圆弧B-I形成一个完整的圆孔，该 圆孔即为容置孔。如果该活塞用于曲柄连杆机构，则所述圆孔为圆滑块容置孔；如果该活塞 用于端轴-动轴机构，则该所述圆孔为动轴销孔，两者的主要差别在于孔径的大小。另外， 在组合完成后，所述第一中间导向部A-3-4和所述第二中间导向部B-3还连接为一个完整 的中间导向部C。该活塞在使用时，需要在分离状态下安装圆滑块或者插入动轴销，然后安装上另 外一个部分。与所述中间导向部C对应的机体内腔部位为所述中间导向部设置有往复运动 轨道，该活塞在往复运动时，不仅所述导向部提供往复运动的轨道支撑，而且该中间导向部 C也提供往复运动轨道的支撑。由于该中间导向部C位于活塞腰部，使曲轴或者动轴受到较 大的往复惯性力时，也能够通过该中间导向部抵靠壳体，获得支撑。这样，就降低了活塞腰 部断裂的风险以及曲轴或者动轴发生很大变形的风险。以上实施例中，所述中间导向部C和导向部A-1-2具有相同的外径值，实际上，所 述中间导向部C的外径可以和导向部外径不同，只要机体为该中间导向部提供的往复运动 轨道的直径能够与该中间导向部C的外径以合适的尺寸配合即可。当然，从零件加工便利 考虑，无论对活塞还是机体，均以中间导向部C和导向部A-1-2具有相同的外径比较合理。另外，上述实施例中，所述中间导向部在活塞主体A和孔盖B上各设置一部分，在 组合成为完整的活赛后，形成一个完整的中间导向部C。实际上，也可以将中间导向部C只 设置在所述活塞主体A上或者只设置在所述孔盖B上。图4即示出将中间导向部C仅仅设 置在活塞主体A上的情况。以上实施例为一个单作用活塞的实施例，实际上，双作用活塞也可以设置所述中 间导向部。本实用新型第二实施例提供一种具有中间导向部的双作用活塞。该活塞的特点 是，在其容置孔的两侧，即所述双作用活塞的腰部，设置有中间导向部；该中间导向部的外 径和所述双作用活塞的导向部的外径相同，同样起到为双作用活塞腰部提供支撑的作用。 以下详细介绍该双作用活塞。需要说明，该双作用活塞可以是用于曲柄连杆机构的活塞，也 可以是用于动轴-端轴机构的活塞。若为前者，则所述容置孔为圆滑块容置孔；若为后者， 则所述容置孔为动轴销孔。请参看图5，该图示出第二实施例提供的双作用活塞的整体立体图。请同时参看图 6，该图示出本实用新型第二实施例的双作用活塞的第一部分如图5所示，该活塞包括两个独立制成的部分，分别为第一部分D，以及第二部分 E。所述第一部分D和第二部分E的结构相同，均包括头部、底部和连接头部和底部的连接 部。实际上，只要设计时注意所述第一部分D和第二部分E两部分的定位连接孔的位置安 排，就可以使同一个零件即可以作为第一部分D也可以作为第二部分E使用，以方便生产组 织，降低成本。以下以第一部分D说明该活塞的结构。请同时参看图6，该图示出第一部分 D的立体结构。所述第一部分D包括头部D-1、底部D-3以及连接两者的连接部D_2。所述头部 D-I与普通活塞相同，为一个具有顶盖的空心圆柱，从上到下依次为冠部D-1-1和导向部 D-1-2。其中导向部D-1-2与机体的气缸内径面配合，为活塞提供往复运动支撑。所述连接部D-2的横截面呈工字型，并且其上端和底端较宽，上端的工字型两侧的横梁的宽度使其抵靠所述导向部D-1-2的内侧，在工字型的中心板的两侧则设置有加强 筋D-2-1 ；该连接部下端的工字型侧梁则伸展到与所述底部D-3的宽度相同。所述底部D-3为条状体，其底面开设有向下开口的半圆弧D-3-1，在该半圆弧 D-3-1的两侧的底部底面D-3-2，分别设置有定位连接孔D-3-3。在该底部D-3长度方向的 两侧边，为外凸的圆弧面，两个圆弧面的外径在同一个圆柱面上，并且该圆柱面的轴线与所 述导向部D-1-2的轴线重合，该圆柱面的直径和所述导向部D-1-2的直径相同。该部位称 为中间导向部D-3-4。将所述第一部分D和另一个和其具有相同结构的第二部分E组合。这两个部分以 底部底面D-3-2贴合，通过上面的定位连接孔D-3-3以螺栓、定位套等连接件连接为一体， 此时，两个部分的所述半圆弧拼合成为一个完整的容置孔，并且其腰部的中间导向部D-3-4 也连接形成完整的中间导向部。该活塞在使用时，需要在分离状态下安装圆滑块或者插入动轴销，然后安装上另 外一个部分。与所述中间导向部对应的机体内腔部位为所述中间导向部设置有往复运动导 轨，该活塞在往复运动时，不仅所述导向部提供往复运动的轨道支撑，而且该中间导向部也 提供往复运动轨道的支撑。由于该中间导向部位于活塞腰部，使曲轴或者动轴受到较大的 往复惯性力时，也能够通过该中间导向部抵靠壳体，获得支撑。这样，就降低了活塞腰部断 裂的风险以及曲轴或者动轴发生很大变形的风险。同样的，上述双作用活塞也可以产生一些变形。例如，所述中间导向部可以只设置 在其中一个部分上。另外，该中间导向部的外径可以和所述导向部的外径不同，只要和机体 为该中间导向部提供的往复运动轨道的内径尺寸配合即可。尽管第二实施例提供的是第一部分D和第二部分E为完全相同的零件，这完全是 为了生产组织的便利；实际上这两个部分也可以是具有两种尺寸要求有所不同的零件，只 要两个部分能够配对组合在一起使用即可。这种情况下，生产组织时，两种零件要有所分 别。尽管上述实施例提供的全部是分体式的活塞，但是，并不排除将本实用新型的基 本技术思想使用在整体式活塞上。将上述两个实施例提供的活塞，用于内燃机或者压缩机上，就获得了使用上述活 塞的内燃机或者压缩机的实施例。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。
权利要求一种用于无连杆往复 旋转运动相互转换机构的活塞，其特征在于，所述活塞的容置孔所在的腰部的两侧，设置有与机体的往复运动导轨配合的中间导向部。
2.根据权利要求1所述的用于无连杆往复_旋转运动相互转换机构的活塞，其特征在 于，所述活塞为单作用活塞。
3.根据权利要求2所述的用于无连杆往复_旋转运动相互转换机构的活塞，其特征在 于，所述活塞为分体式活塞，包括活塞主体、孔盖两部分；所述活塞主体包括活塞头部、底部 以及连接两者的连接部，其中，所述底部底面开设有向下开口的上半圆弧；所述孔盖的上表 面设置有向上开口的下半圆弧；所述孔盖的上表面和活塞主体底部的下表面上，设置有相 互配合的定位连接结构；将所述活塞主体的底部底面的下表面和所述孔盖的上表面相互贴 合，并以上述定位连接结构将孔盖固定在活塞主体上后，所述上半圆弧和下半圆弧相拼合， 形成完整的容置孔。
4.根据权利要求3所述的用于无连杆往复_旋转运动相互转换机构的活塞，其特征在 于，所述中间导向部采用如下方式之一设置设置在所述活塞主体上；同时设置在所述活 塞主体和所述孔盖上；设置在所述孔盖上。
5.根据权利要求1所述的用于无连杆往复-旋转运动相互转换机构的活塞，其特征在 于，所述活塞为双作用活塞。
6.根据权利要求5所述的用于无连杆往复_旋转运动相互转换机构的活塞，其特征在 于，所述双作用活塞为分体式活塞，包括第一部分、第二部分两部分；所述第一部分和所述 第二部分均包括活塞头部、底部以及连接两者的连接部；两者的底部底面设置有向下开口 的半圆弧、以及相互对应的定位连接结构；将所述第一部分的底部底面和所述第二部分的 底部底面相贴合，并以上述定位连接结构连接两个部分后，两部分的半圆弧相拼合形成完 整的容置孔。
7.根据权利要求6所述的用于无连杆往复_旋转运动相互转换机构的活塞，其特征在 于，所述第一部分和第二部分均设置有所述中间导向部。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的用于无连杆往复-旋转运动相互转换机构的活 塞，其特征在于，所述中间导向部的外径值与所述活塞的导向部的外径值相等。
9.一种设备，具体是内燃机，其特征在于，该内燃机使用上述权项1-权项8任一项所述 的活塞。
10.一种设备，具体是压缩机，其特征在于，该压缩机使用上述权项1-权项8任一项所 述的活塞。专利摘要本实用新型提供一种用于无连杆往复-旋转运动相互转换机构的活塞，该活塞所在的容置孔所在的活塞腰部的两侧，设置有与机体的往复运动导轨配合的中间导向部。优选的，所述活塞为单作用活塞，进一步优选的，该活塞包括活塞主体和孔盖两个部分。两个部分拼合后，能够形成完整的容置孔以及中间导向部。另一种优选方案是，该活塞为双作用活塞；进一步优选的，该双作用活塞为分体式活塞，其中间导向部由第一部分和第二部分拼合后形成。本实用新型提供的活塞，在活塞薄弱的腰部设置了中间导向部，该中间导向部能够为活塞提供腰部支撑，显著降低活塞腰部断裂以及曲轴或者动轴严重变形的可能性。本实用新型同时提供使用上述活塞的内燃机、压缩机。
文档编号F04B53/14GK201650487SQ201020180250
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者杨之怡, 黎明, 黎正中 申请人:北京中清能发动机技术有限公司