专利名称：一种曲柄圆滑块机构及其内燃机、压缩机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及往复-旋转运动转换机构，特别是涉及一种曲柄圆滑块机构。本实用新型同时涉及使用上述曲柄圆滑块机构的内燃机、压缩机。
背景技术：
传统发动机的运动机构为曲柄连杆机构。在这种运动机构下，活塞的往复运动需要通过与其连接的连杆传递给曲轴，在运动过程中，连杆随着活塞的运动作来回的摆动，使活塞受到以高阶函数变化的周期性侧向力。由于连杆的存在，曲柄连杆机构内燃机存在体积庞大、笨重、平衡性能差等缺点， 为了解决这些问题，中国专利文献CN85100358B公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”，这种内燃机的特点是取消了连杆，采用开有偏心圆孔的圆滑块与特殊设计的活塞总成相配合，实现活塞的直线往复运动到旋转运动的转化。以上述专利文献为基础，中国专利文献CN1067741C公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”。该内燃机采用活塞与动平衡滑块配对的方式，两者分别在呈90度布置的往复运动轨道上运动，活塞和动平衡滑块之间相互克服活点，可以避免采用齿轮机构克服活点对机构寿命的影响；同时，活塞和动平衡滑块的运动合力形成从曲轴中心指向曲柄销中心的离心力，便于进行平衡，使该机构可以达到理想的动平衡效果。该机构的问题在于， 所述活塞和动平衡滑块之间沿曲轴轴线存在距离L，使两者在曲轴上形成弯矩，使整个机构无法完全平衡。在中国专利文献CN1144880A中，则公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”，该内燃机采用三圆滑块的曲柄圆滑块机构，该机构采用三个往复运动元件形成往复运动元件组，三个往复运动元件的往复运动轨道相互垂直，其中位于中间的往复运动元件的质量为其他两个往复运动元件的质量之和，位于中间的往复运动元件中安装的圆滑块的质量为安装在两边的往复运动元件中的圆滑块的质量之和。三个圆滑块相互固定形成圆滑块组，其中位于两侧的圆滑块同相安装，位于中间的圆滑块与两侧的圆滑块以180°相位差安装。上述三个圆滑块的偏心孔套在同一个曲柄销上。上述机构中，所有往复运动惯性力最终可以合成一个旋转惯性力，便于通过设置平衡元件实现平衡。并且，由于中间往复运动元件在尺寸上设置为恰好在两侧的往复运动元件的中间位置，使整个机构在曲轴上不会形成弯矩，也就是说，在理论上，该结构可以实现完全的平衡效果。但是，该机构的良好动平衡效果有赖于其设置的中间往复运动件，整个机构过于复杂，并且增加了往复运动元件的数量， 需要增加曲柄销的长度，造成轴系刚度降低。另外，机器的制造成本也显著增加，可靠性也有所下降。对于要求尺寸较小的机器，不可能采用上述机构。尽管上述专利文献中公开的均为内燃机，但其运动机构也可以适用于压缩机、抽真空机等需要设置实现往复-旋转运动相互转换机构的机械上。
发明内容
3[0007]本实用新型提供一种曲柄圆滑块机构，该机构能够使曲柄圆滑块机构的空间布置获得改进，为整个机构实现完全的平衡的效果提供了可能。本实用新型同时提供使用上述往复运动件的内燃机和压缩机。本实用新型提供的曲柄圆滑块机构，包括分列式往复运动件和单列式往复运动件；所述分列式往复运动件为两头均设置有冠部的双作用活塞，其导向部被一纵向槽分为相互平行的两列，分别称为第一列导向部和第二列导向部；所述第一列导向部上设置第一圆滑块容置孔，所述第二列导向部上设置第二圆滑块容置孔，分别用于安置第一圆滑块和第二圆滑块；所述单列式往复运动件为单作用活塞，其导向部插入所述分列式往复运动件的纵向槽中，与所述分列式往复运动件垂直交叉，该导向部上设置安置中间圆滑块的中间圆滑块容置孔；所述第一圆滑块和第二圆滑块同相安装，所述中间圆滑块夹在上述第一圆滑块和第二圆滑块之间并与上述两个圆滑块以180°相位差安置，相邻圆滑块彼此固定； 所述分列式往复运动件称为分列式双作用活塞，所述单列式往复运动件称为单列式单作用活塞。优选的，所述单列式单作用活塞的导向部以厚度方向插入所述分列式双作用活塞的纵向槽。优选的，所述分列式双作用活塞的往复运动方向为水平方向，所述单列式单作用活塞的往复运动方向为垂直方向。优选的，所述第一列导向部和所述第二列导向部的厚度相同。优选的，所述第一列导向部和所述第二列导向部具有完全相同的结构和尺寸。优选的，所述第一圆滑块和第二圆滑块为相同的圆滑块。优选的，所述第一圆滑块、第二圆滑块和中间圆滑块组成的圆滑块组，其质量中心落在曲柄销的轴线上。优选的，所述分列式双作用活塞和所述单列式单作用活塞的质量相同。优选的，所述分列式双作用活塞和所述单列式单作用活塞的重心均位于其各自的轴线上。优选的，所述分列式双作用活塞的往复运动轨道的中心线和所述单列式单作用活塞的往复运动轨道的中心线相互垂直共面。优选的，所述分列式双作用活塞的往复运动轨道的中心线和所述单列式单作用活塞的往复运动轨道的中心线的交点位于该曲柄圆滑块机构的曲轴的旋转轴上。优选的，所述纵向槽的槽长大于等于单列式单作用活塞的导向部宽度加上该分列式双作用活塞的往复运动行程。本实用新型同时提供一种内燃机，该内燃机采用上述技术方案所述的曲柄圆滑块机构。本实用新型提供一种压缩机，该压缩机采用上述技术方案所述的曲柄圆滑块机构。本实用新型提供的曲柄圆滑块机构，包括导向部被纵向槽分为两列的分列式双作用活塞，纵向槽可以容纳与该活塞配对的单列式单作用活塞的导向部穿过，其槽长和布置位置为该活塞自身提供了往复运动的行程空间。在该分列式双作用活塞的两列导向部上的圆滑块容置孔中都安置圆滑块，并和位于两者之间的安置在单列式单作用活塞上的圆滑块固定形成圆滑块组。设分列式双作用活塞的往复运动中心轴线和曲轴旋转轴线的交点为A， 单列式单作用活塞往复运动中心轴线和曲轴旋转轴线的交点为B，上述结构可以使A、B两点之间的距离显著减小，降低由于该距离而在曲轴轴线上产生的弯矩。在该曲柄圆滑块机构的优选方案中，所述分列式双作用活塞的第一列导向部和第二列导向部具有相同的厚度甚至完全相同的结构，这样的结构可以使上述提到的A、B两点重合，沿曲轴轴线的弯矩将不复存在，整个机构的平衡性得到显著提高。
图I是本实用新型实施例提供的曲柄圆滑块机构的立体示意图；图2是本实用新型实施例提供的曲柄圆滑块机构的另一角度的立体示意图；图3是本实用新型实施例提供的曲柄圆滑块机构中单列式单作用活塞的立体示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供一种采用双作用分列式活塞和单作用单列式活塞相组合形成的曲柄圆滑块机构。请参看图1，该图为本实施例提供的曲柄圆滑块机构的立体图。请参看图2，该图为该曲柄圆滑块机构的另一立体图。上述图均没有示出以曲柄销穿过圆滑块偏心孔的曲轴，因为该部分和背景技术提及的双圆滑块机构、三圆滑块机构相同，在此为突出本发明的特点，将其省略。如上述图所示，该曲柄圆滑块机构包括两个往复运动件，分别是分列式双作用活塞I和单列式单作用活塞2，两者分别布置在相互垂直的往复运动轨道上。其中分列式双作用活塞I为水平布置，在水平方向上左右运动；单列式单作用活塞2以垂直方向布置，其顶面向上。从图I、2可以看出，所述分列式双作用活塞I的导向部1-2被一纵向槽1-4分为相互平行的两列分叉，所述单列式单作用活塞2的导向部2-2以其厚度方向穿过所述纵向槽1-4，使两个往复运动件实现交叉。从图中可以看出，所述分列式双作用活塞I的纵向槽1-4为所述单列式单作用活塞2提供了与分列式双作用活塞I交叉的空间，使两个往复运动件的往复运动中心线能够在一个平面上垂直交叉，这一点是该曲柄圆滑块机构的主要特点。所述分列式双作用活塞I采用具有分叉的导向部结构，具体请看图I和图2中示出的该活塞。所述分列式双作用活塞I为具有第一冠部1-1和第二冠部1-5的分列式双作用活塞，其导向部1-2被一纵向槽1-4分为相互平行的两列分叉，分别称为第一列导向部 1-2-1和第二列导向部1-2-2 ;所述第一列导向部1-2-1和所述第二列导向部1-2-2具有相同的结构，尤其是具有相同的厚度，以及在相同的位置上设置有相同的圆滑块容置孔。如图所示，所述第一列导向部1-2-1上设置第一圆滑块容置孔1-3-1，所述第二列导向部上设置第二圆滑块容置孔1-3-2，分别用于安置第一圆滑块3-1和第二圆滑块3-2。上述两个圆滑块是相同的圆滑块。该分列式双作用活塞I的第一冠部1-1和第二冠部1-5相当于传统曲柄连杆机构中的活塞，其结构设计相同，在此不再赘述。如图I、图2、图3所示，所述单列式单作用活塞2具有冠部2-1以及导向部2_2。所述冠部2-1与传统活塞的结构相同，在用于内燃机时为燃烧室的底面，在用于压缩机时， 为活塞的工作面，其结构与其它曲柄圆滑块机构的单作用活塞相应部位基本相同，在此不再赘述。所述导向部2-2的外廓为长方体，中间设置中间圆滑块容置孔2-3。该单列式单作用活塞的导向部2-2厚度根据所述分列式双作用活塞I的纵向槽1-4的槽宽设计，使其以厚度方向恰好可以插入所述纵向槽1-4，使分列式双作用活塞I和所述单列式单作用活塞2 能够在两者的导向部位交叉。所述导向部的厚度，具体是指导向部沿其圆滑块容置孔轴线这一维度的尺寸。上述分列式双作用活塞I的纵向槽1-4需要具有足够的槽长，以使其往复运动过程中，该分列式双作用活塞I的往复运动不会与所述单列式单作用活塞2产生干涉。该槽长根据两个往复运动件的空间布置的距离关系确定，在尽量紧凑的情况下，期望所述分列式双作用活塞I运动到左、右止点时，其导向部1-2的两端，也就是第一冠部1-1和第二冠部1-5的内侧面，和单列式单作用活塞2的导向部2-2的靠近该侧的导轨面接近，但不会碰上，所以需要保证所述纵向槽1-4的长度不小于所述单列式单作用活塞2的导向部2-2的宽度加上该分列式双作用活塞I的行程。所述分列式双作用活塞I的第一圆滑块容置孔1-3-1中安置第一圆滑块3-1、所述第二圆滑块容置孔1-3-2中安置第二圆滑块3-2，两者为同相设置，所述双作用活塞2上安置的中间圆滑块(图未示出)与上述两个圆滑块反相设置，即以180°相位差设置。三个圆滑块的偏心孔均套在曲轴的同一个曲柄销上，相邻圆滑块彼此以定位销或者其他结构相互固定。三个圆滑块彼此之间相互贴合，这样可以尽可能节省空间，减小整个结构的尺寸。为了获得最佳的平衡效果，所述第一圆滑块3-1和所述第二圆滑块3-2的厚度均为所述中间圆滑块的厚度的1/2，并且，第一圆滑块3-1和所述第二圆滑块3-2的质量之和等于所述中间圆滑块的质量。将采用上述结构用于内燃机，即获得使用该曲柄圆滑块机构的内燃机的实施例， 将上述结构用于压缩机，即获得使用该曲柄圆滑块机构的压缩机的实施例。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1.一种曲柄圆滑块机构，其特征在于，包括分列式往复运动件和单列式往复运动件; 所述分列式往复运动件为两头均设置有冠部的双作用活塞，其导向部被一纵向槽分为相互平行的两列，分别称为第一列导向部和第二列导向部；所述第一列导向部上设置第一圆滑块容置孔，所述第二列导向部上设置第二圆滑块容置孔，分别用于安置第一圆滑块和第二圆滑块；所述单列式往复运动件为单作用活塞，其导向部插入所述分列式往复运动件的纵向槽中，与所述分列式往复运动件垂直交叉，该导向部上设置安置中间圆滑块的中间圆滑块容置孔；所述第一圆滑块和第二圆滑块同相安装，所述中间圆滑块夹在上述第一圆滑块和第二圆滑块之间并与上述两个圆滑块以180°相位差安置，相邻圆滑块彼此固定；所述分列式往复运动件称为分列式双作用活塞，所述单列式往复运动件称为单列式单作用活塞。
2.根据权利要求I所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述单列式单作用活塞的导向部以厚度方向插入所述分列式双作用活塞的纵向槽。
3.根据权利要求I所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述分列式双作用活塞的往复运动方向为水平方向，所述单列式单作用活塞的往复运动方向为垂直方向。
4.根据权利要求I所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述第一列导向部和所述第二列导向部的厚度相同。
5.根据权利要求I所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述第一列导向部和所述第二列导向部具有完全相同的结构和尺寸。
6.根据权利要求I所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述第一圆滑块和第二圆滑块为相同的圆滑块。
7.根据权利要求6所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述第一圆滑块、第二圆滑块和中间圆滑块组成的圆滑块组，其质量中心落在曲柄销的轴线上。
8.根据权利要求I所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述分列式双作用活塞和所述单列式单作用活塞的质量相同。
9.根据权利要求I所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述分列式双作用活塞和所述单列式单作用活塞的重心均位于其各自的轴线上。
10.根据权利要求I所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述分列式双作用活塞的往复运动轨道的中心线和所述单列式单作用活塞的往复运动轨道的中心线相互垂直共面。
11.根据权利要求10所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述分列式双作用活塞的往复运动轨道的中心线和所述单列式单作用活塞的往复运动轨道的中心线的交点位于该曲柄圆滑块机构的曲轴的旋转轴上。
12.根据权利要求I所述的曲柄圆滑块机构，其特征在于，所述纵向槽的槽长大于等于单列式单作用活塞的导向部宽度加上该分列式双作用活塞的往复运动行程。
13.一种内燃机，其特征在于，采用上述权项I-权项12所述的曲柄圆滑块机构。
14.一种压缩机，其特征在于，采用上述权项I-权项12所述的曲柄圆滑块机构。
专利摘要本实用新型提供曲柄圆滑块机构，包括分列式往复运动件和单列式往复运动件；分列式往复运动件为双作用活塞，导向部被纵向槽分为相互平行的第一列导向部和第二列导向部；第一列导向部上设置第一圆滑块容置孔，第二列导向部上设置第二圆滑块容置孔，分别安置第一圆滑块和第二圆滑块；单列式往复运动件为单作用活塞，其导向部插入所述分列式往复运动件的纵向槽中，与所述分列式往复运动件垂直交叉；第一圆滑块和第二圆滑块同相安装，中间圆滑块夹在上述第一圆滑块和第二圆滑块之间并与上述两个圆滑块以180°相位差安置，相邻圆滑块彼此固定。该曲柄圆滑块机构结构可以降低该机构在曲轴轴线上的弯矩，并且比现有的三圆滑块机构更小。
文档编号F04B39/00GK202349136SQ201120498458
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者郭立军, 马玉生, 马青龙, 黎明, 黎正中 申请人:北京中清能发动机技术有限公司