专利名称：容积往复式动力转换装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明为一种可用于气体动力机械、液压机械、内燃机、风机、压缩机和泵作为基本结构以产生动力或利用动力产生一定压力流体的容积往复式装置。
如何经济、有效地将热能、化学能转变成动力或利用动力一直为人们所关注。机器的结构和运转方式决定了其体积、重量、材料的选用、制造工艺、造价和效率。据《机械工程手册》第13、14卷的第72、73、74、76、77篇的介绍，归纳起来，目前所用的发动机、压缩机、风机和泵按结构来分主要有透平式和容积式。发动机是产生机械动力而余者利用动力，从这个角度看，两类机械的基本结构是一致的，后者为前者的逆运转。因此，为了节约篇幅，仅需讨论前者即可。下面就讨论不同结构的发动机的特点。透平机具有运转平稳，单机功率大的特点，但体积庞大、笨重，制造工艺复杂，对材料的要求高和热效率低，因而使用范围较小。容积式发动机主要活塞式和三角转子式。活塞机具有体积功率高，比重量小，便于移动，起动性能好及功率范围广等特点，其热效率也很高，但单机功率目前最大的为4.8万匹马力，其重量达1700吨。由于受制造、安装、运输、维修等的限制，单机功率已很维通过进一步大型化来提高，因而远远小于透平机。活塞机是用曲柄-连杆机构将活塞的往复直线运动转化为转动输出动力。活塞在运动中受连杆的侧向分压而与气缸壁摩擦，这不但消耗了大量的功，而且还由于磨损降低了使用寿命。活塞机的另外一个特点是，活塞除了传递动力外，还必须有导向作用，因此应有足够的长度，这样，体积就较大，一般占据气缸的一半体积。气缸中剩下的工作空间只能成为一个工作室。在一个冲程内，这个工作空间只能起一种作用，其利用率不高。另外，活塞机必须是每一工作室，即一活塞，需一连杆和一曲柄(某些情况下可多连杆共用一曲柄，但曲颈需加长)，从而使得多缸机的曲轴很长，不但增加了整机体积，还增加了制造难度和材料消耗。三角活塞转子机克服了上述缺限，而且无需曲柄连杆机构即可输出动力，体积小巧，工作空间利用率高(在进行一个冲程的同时，一工作室工作空间变化部分可作为另一工作室工作空间的一部分进行另一个冲程)，但密封难度过高成为制约其发展的主要因素。其部分负符经济性和低速动力特性均较活塞机差。
本发明的目的在于设计一种装置，利用其工作空间的特殊形状，改变动力传输机构和另件的结构以及运动方式，提高工作空间和动力传输元件的利用率。在用于动力输出机械作为基本工作结构时，达到比活塞机调出数倍的体积功率，大幅度减小比重量，并且可以比较容易地进一步提高单机功率的目的，还可以消除活塞机的那种附加摩擦损耗，提高效率;在用于风机、压缩机和泵时亦可大大缩小其体积，提高动力利用率。
本发明的这样实现的有一具有确定形状的缸，其腔面是圆弧状弯曲柱面，柱面可以有阶梯状变化，即柱面的横截面在不同处可以有所不同，弧的张角根据具体的设计可以有所不同，张角达到2π时，缸的端面相接，腔面呈环状柱面。缸的组件可分成两组。两组之间可作沿柱面轴线方向的往复相对运动，由于柱面的轴线是弧形的，其组件的运动轨迹为一圆弧，这可以说组件是在绕圆弧弧面在弧心处的垂直线的往复转动，该垂直线称为往复转动轴线，除该自由度外，组件不充许有其他自由度的相对运动，即是限位的。组件的相对运动接触面在沿运动轨迹方向上应有足够的延伸，以便在运动时不改变缸的端部横截面的形状和缸的长度。有一组隔栅和一组叶片。隔栅固定在一组组件的一件或数件上，叶片固定在另一组组件的一件或数件上。如缸不为环形，则其端面必须置有隔栅以封闭该缸。除此以外，隔栅和叶片相间地固定在缸的内部，将缸密封，分隔成至少二个工作室。每个工作室的工作空间除端部由于需设置其他零部件或其他需要的特殊形状，其截面形状可以有所变化外，其余部分的横截面在该工作室内是全等的，因此，若缸面有阶梯变化，除别的地方外在阶梯变化处必须设置叶片或隔栅。每一工作室都设有工况控制口，如进出口，喷油或点火装置等在此统称为工况控制口。工况控制口的形式和内容根据应用的不同而不同。这样，由于叶片和隔栅在缸中作相对往复运动，周期性地改变着工作室空间的大小，实现工作介质的压缩、膨涨和进出等过程。同时由相邻工作室的工作空间的变化是互补的，一部分工作空间可同时起二个作用。这种互补分完全和部分二种，截面相等的二工作空间是完全互补的，截面不等的为部分互补。组件作往复相对运动时，形状有阶梯变化的缸，如果其不为环形而两端截面相等，则其形状会有周期性变化但体积不变;如果缸不为环形且两端的截面不等，则缸的形状和体积均会发生变化;环形缸的体积不变，但其形状也可以有周期性变化。该装置有一套动力传输机构，该机构可将往复转动与连续转动进行相互转换而实现动力的输入或输出，该机构还可以在装置的内部有关机构之间传递动力。该装置还有一套对装置各处的工作状况起控制作用的控制机构。
本发明可以是这样的缸的组件中有一部件组成弧状柱面的较大半径一侧的缸面，该部件称之为缸套，有二部件组成柱面弧平面方向上二侧面的部分或全部缸面称为缸盖。有一主轴，可组成柱面较小半径一侧的缸面或和部分侧面。由二缸盖夹持着缸套和主轴即可形成一缸。主轴轴线与圆弧弧面方向或在弧心处重迭，缸盖上设有轴承，轴可在其中转动，轴的移动不会改变缸的长度和端部截面形状。主轴至少有一些不参于组成缸面的部分露出组成和封闭缸的部件(如缸盖、隔栅)外，这些部分可以是轴的端部或一部轴分的外径面，如轴有孔的话，则还可是孔的内面等，这些部分可与动力传输机构相连。叶片固定在主轴上，隔栅固定在缸盖或缸套上或它们同时支承。
为了提高密封性，缸盖与缸套和主轴的接触面上或隔栅、叶片和与它们相连的部件的可拆卸的接触面上开有槽，如仅开一道槽，则只需在接触面的一侧开槽，如开数道槽，则可在一侧开或两侧的不同位置上升，槽的方向应是沿面的交界线方向;在隔栅和叶片的与其他部件有相对运动的接触面上也应开有槽，槽的方向垂直于缸的柱面母线方向。这些槽称为密封槽。所有的密封槽中都装有密封件，密封件可以是环状或片状，密封件与密封面应有一定的接触压力。可采用弹性材料制作密封件或在密封件的背面安装密封弹簧。密封槽应延续成尽可能完全封闭每个工作室。
本发明可以设置润滑系统或冷却系统或二者同时设置，在缸盖和缸套上设置相应的润滑和冷却机构或其中之一。这样机构可以是润滑通道，冷却通道，冷却夹套和散热片等，起引导润滑液或冷却液或起散热作用。
本发明的叶片和隔栅中也可分别设有冷却通道或夹套，冷却通道和夹套通过与其相连部件上的通道或夹套与润滑或冷却系统相连。通常在隔栅面积不很大或热负荷不高时，隔栅的热量较易通过缸盖和缸套散发掉，可不设冷却通道或夹套，在面积较大和热负荷高时，应设置冷却通道或夹套。叶片与缸盖和缸套为动接触，传热不良，因而热负荷远高于其他部件，其冷却通道或夹套的设置在大多数热负荷较高的装置中是必要的，叶片中的冷却通道或夹套通过设在主轴中的通道与缸盖中的冷却或润滑通道相连。连接方式可根据需要是连续的或是间隙的，连接方式的不同可通过改变通道动接触接口面积的大小来实现。
本发明的叶片或隔栅或二者的与其他部件作相对滑动的面上开有二道以上，数量为偶数的密封槽，密封槽之间开有平行于密封槽的油槽，密封槽相对于油槽对称布置。油槽底部钻有油孔，油孔与润滑通道相通。润滑油可以从孔中流出以润滑气缸密封面，槽的作用是使润滑均匀。也可在孔中或槽中填充或覆盖多孔或网状材料，这样能使润滑更加均匀且不易引起润滑油过多的现象。填充或覆盖的材料应是不易破碎的，也不会从孔或槽中脱落，以致嵌入滑动面之间损坏气缸、叶片或栅片。
本发明可采用曲柄摇杆机构作为动力传输机构，其摇杆固定在一组件上，有一曲轴，曲轴由轴承座固定在另一组件上，曲轴与摇杆之间有一连杆分别与它们呈活销连接。例如，摇杆固定在主轴露出缸外的部位上与主轴一起运动，曲轴的支承与缸盖、缸套呈刚性连接，这样，叶片的往复运动通过主轴、摇杆、连杆而实现与曲轴转动的相互转换。这样的传输机构，其曲轴可以起输出或输入机械动力的作用，也可以用于起动机构或同步控制机构，或二者、或三者共用。有作为输入或输入轴功用时，还可采用双曲柄连杆结构，摇杆在主轴的两端相应的位置上同时设置，这样可起到均衡主轴和曲轴轴承受力和减小另部件尺寸的作用。
本发明还可采用齿轮-超越离合器单向运动机构作为动力输出机构。它含有一输出轴，两只超越离合器和至少三只齿轮，两只超越离合器的一端与某一组件相连，离合器的轴线与相对往复转动轴线重合，超越方向相反，可分别传输正反转的动力。齿轮的作用在于将不同方向的动力转变成同方向后再传给输出轴以输出动力。超越离合器如无一端直接与组件相连，虽也可行，但将加剧中间齿轮的磨损和该组件的转动惯量。两只离合中至少一只应与一齿轮相连，并通过别的齿轮将运动方向变向。输出轴的安装形式可以往复转动轴同轴，平等或垂直，这取决于超越离合器与组件、输出轴和齿轮的连接方式，以及组件结构和齿轮形状和数量。
本发明的工况控制机构随着用途不同而不同。在用于动力输出机械时，如气动机械、液压机械和内燃机时，一般由凸轮轴控制。凸轮轴的运动与主轴同步，可由主轴直接带动或由其它同步轴带动。用阀门控制工质的进出，阀门的启闭由凸轮直接或间接顶动。内燃机的喷油或点火可由凸轮轴控制或由与主轴同步运转的油泵或点火机构控制。在用于风机、压缩机和泵时，工质的进出通常由自控阀控制。在用于二冲程内燃机时，可将凸轮直接安装在主轴上，还可采用无气门机构。
从上面的叙述中可以看出，由于叶片的运动是由组成气缸某一面的组件作沿气缸缸面运动来导向的，这种运动不会改变气缸体积，叶片自身不需增加导向部分，因而采用叶片替代活塞作为往复运动元件可以减少所占气缸体积，如果气缸为环状的，则运动组件接触面的延伸甚至不会增加整机体积。叶片在工作空间的往复运动可使得它的前后空间成为互补的，因而工作空间的利用率可提高一倍。由于缸中各工作室的动力元件可固定在同一运动部件上而形成多工作室共用同一动力传输部件，所有这些使得使用本发明作为基本结构的气体动力机械、液压机械、内燃机、风机、压缩机和泵等的整机体积大大缩小。在用于多工作室动力输出机械时，同样体积的气缸，可比活塞机要多输出一倍的功率，而动力输出机构可缩小数倍，而且叶片不受侧向力，消除了活塞机的那种附加摩擦和由此引起的磨损，提高了输出效率和机械寿命。在用于其余的机械时工质的流量则增大一倍，还可降低平均能耗。
下面结合附图
对本发明的结构和工作原理进行更详细的阐述图一为工作原理图。为了便于说明，以环形缸四工作室四冲程内燃机为例。图中所画的为主轴轴向视意图，纸面为缸盖，叶片4Ⅰ、4Ⅱ与主轴一体，隔栅5和缸套一体并由缸盖夹持加固。气缸被隔栅和叶片分隔成a、b、c、d四工作室。每个工作室的工质进出口为了说明方便采用如图的布置，如排列方向为主轴轴向，则工作室间利用率更高。设在此时刻a室处于膨涨冲程，b室为压缩冲程，c室为吸气冲程，d室为排气冲程，则叶片4Ⅰ推动主轴沿实线方向运动，同时压缩b室的工质，主轴带动叶片4Ⅱ运动使c室吸进新鲜工质，同时d室上次冲程留下的废气被排出。当叶片运动到图中虚线位置时，a室膨胀结束，b室的工质被引燃产生高温高压气体，高温高压气体迅速膨胀，推动4Ⅰ向相反方向运动(图中虚线所指方向)，同时4Ⅱ压缩c室的的工质，d室吸进新鲜工质，a室的废气被排出。当这次冲程结束时，叶片回到了原来的位置，此时c室的工质被引燃进入膨胀冲程，4Ⅱ被推动，同时压缩d室工质，带动4Ⅰ使a室吸进新鲜工质，c室排气。如此循环，发动机可连续运行。如果图中除去了c、d工作室的话，就必须有一惯性系统以起到c、d工作室的作用，或者是作为二冲程内燃机、气体动力机械或液压机械的基本结构。起动时，可用高压气体按发火秩序依次注入各工作室或使主轴作交变转动即可。
图一的结构在用于气动机械或蒸气机时，可同时在相对的两室(如图a、c室)注入高压气体，另外两室的排气阀打开，当运行到虚线位置时打开b、d室进气阀关闭排气阀，同时关闭ac室进气阀打开排气阀。当运行到实线位置时，a、c室再进气，b、c室排气，如此循环，主轴即可通过动力输出机构输出动力。在用于液压机械时，原理同上。在用于风机，压缩机或泵时的工作原理与活塞式的一致，只不过本发明使用的动力输入机构为曲柄摇杆机构。
图二为一种气缸的形状有台阶状变化的相对转动轴轴向的结构轮廓图，图中结构可用于四工作室二冲程内燃机，a、b、c、d为内燃机工作室，e、f为扫气泵或压气机的工作室。e、f工作室的张角可与其他工作室张角相等也可略有不同，e、f工作室体积之和不小于其它工作室体积之和，根据体积和的比值的不同，可分为二冲程和二冲程增压内燃机二种用途。下面就e、f室提供扫气气源a、b二室是如何工作的作一说明，c、d室与a、b室工作原理相同。设在如图所示的位置时，叶片正处于止点位置即将沿实线所示方向运动，此时a室正处于膨胀冲程，其进排气道8a，9a关闭。b室处于扫气阶段，新鲜气体从8b进入，废气从9b排出。此时的扫气气源是储存在气道中的由e室在上个冲程压出的气体。4Ⅲ的运动使e室处于吸气过程，f室处于压气过程，一定压力的气体可顶开气阀9f进入气道。当叶片4Ⅰ运动到9b时，b室的扫气过程结束进入压缩冲程，8b、9b全部关闭。当叶片继续运行到9a时，a室膨胀冲程结束进入扫气过程，扫气由f室提供，此时9a、8a先后打开进行扫气。当叶片运行到图中虚线位置时，b室的压缩冲程结束进入膨胀冲程，叶片沿虚所指方向运动，a室利用气道中的气源继续扫气e室转入压气过程，f室为吸气过程。当叶片运行到9a时，a室扫气结束进入压缩冲程。当叶片运行到9b时，b室膨胀冲程结束转入扫气过程，扫气由a室提供。当叶片回复到图中实线位置时，完成一次工作循环。如此往复，可连续运转。
图三是用来说明缸的形状和体积的几种变化关系。图中所示的为缸的弧平面方向的轮廓，设柱面在纸面方向上没有台阶状变化，因此，轮廓的变化即为缸体积的变化，图中实线所示的为一种形状和体积均作周期性变化的缸，隔栅5与组成缸的圆弧状柱面半径较大一侧的轮廓的部件1为刚性连接，叶片与半径较小一侧的部件3为刚性连接，组成纸面方向缸面的组件可与1或3呈刚性连接。当部件1相对于31运动时，可以看出由隔栅5与缸的部件1和3组成的轮廓是在变化的，其面积也是变化的，即工作室a与工作室b的工作空间不是完全互补的，从而可引起缸的体积的变化。如果缸的轮廓包括图中虚线和实线两部分，则在组件在作相对运动时改变着缸的轮廓的形状，由于工作室a与d和工作室b与c的工作空间完全互补，所以缸的体积是不变的。如果我们所用的缸为环形，即包括图中实线、虚线和点划线所组成的缸的轮廓，在组件1与3作相对运动时缸的轮廓形状是变化的，由于工作室a、b、c、d的总的工作空间是不变的，而工作室e、f、g、h的体积是完全互补的，所以组件的相对运动可以改变缸的形状而不能改变缸的体积。图中还可看出，不论组件如何运动缸的端面由于有隔栅的限制是不变的，在每一工作室内，缸的轮廓是无台阶状变化的，缸面台阶状变化处安装叶片和隔栅是为了保证叶片和隔栅作可能的最大相对位移时，仍能保证每个工作室的相互独立性。从现在加工工艺来看，缸的截面形状最易制造的为矩形，其次为梯形，三角形，五边形和六边形。如将截面加工成圆形，将缸体沿垂直于弧面的直径分成二件，叶片和隔栅分别固定在一部件上，则缸的刚性最好，隔栅和叶片的厚度之和最小，缸的面容比最小，这样的缸是最理想的。这样的缸如是环形的话，还可将组成外环柱面的部件分成两半，以利装配。也可将缸做成截面为顶面为圆的龙门式形状，圆的部分为外环柱面。
图四为一台内燃机的部分分解剖视图。图中内燃机的供应系统、点火系统、起动机构、润滑系统和冷却系统有的未画全，有的给出的仅为示意，有的未画出，未画出或画全的可采用现在的技术或部件来完成。缸套1固定在机体O上，两者也可做在一起。主轴上有一法兰31起加长叶片根部的运动线度和减小轴端尺寸的作用，图中主轴是中空的，凸轮轴7从中穿过并由轴承71支承，这样凸轮轴可自由转动，凸轮轴上装有凸轮72、73，凸轮轴上有二道凸台，分别控制对径的二工作室的气门。凸轮轴上有一凸轮轴齿轮74，齿轮可与某一凸轮做在一起，也可以是分立的，该齿轮由曲轴齿轮66驱动。主轴端部固定一摇臂33，连杆64通过销子34与摇臂呈活销连接。连杆的另一端与曲轴轴颈62呈活销连接。有一手柄63为起动机构的示意，与曲轴的一端连接以起动发动机。曲轴由轴承座67固定在缸盖2(或机体)上。主轴安装在缸盖中心的主轴孔32内，由主轴轴承35支承，图中所画为滑动轴承，也可用滚动轴承或别的种类的轴承。缸盖上设有进排气道8、9与进排气管86、96相连。气道的启闭由气门81、91控制。82、92为气门座，气门座气密地镶在缸盖上。83、93为气门弹簧，84、94为滚轮，用以在凸轮上滚动并通过滚轮轴85、95顶动气门。缸盖中有冷却水套与机体上的水套相连。缸盖上开有环形槽24、25、26，24用于油封，25为气封，26为水封。密封环或片的材料与结构可与现有的活塞机或三角转子机的相同。隔栅上开有槽，槽内装有密封片和密封弹簧。叶片上的密封片可做成L形，在顶部搭接。气缸中每个工作室都装有火花塞11(如是柴油机，可在此处装喷油嘴)。缸盖与缸套通过螺栓22和螺帽23紧密相连(其定位机构未画出，可采用台阶定位，也可采用销、键定位)，这样可形成4个独立工作室。工作开始时，由起动机构带动曲柄运转，通过连杆、摆臂和主轴带动叶片在气缸里往复运动。工况可由凸轮轴顶的气门和带动点火或喷油系统来控制，点火或喷油系统也可由曲轴或主轴带动。起动后，起动机构脱开，叶片往复运动，通过主轴、摇杆和连杆带动曲轴转动，输出动力。点火或喷油系统及其控制方法可与现有活塞机的相同，冷却系统亦可相同。
图五为一种可通冷却液冷却的叶片的立体剖视图。图中叶片4、法兰31和主轴3为一体(也可是分立组装)，主轴中画出了一通孔36(也可无此孔)，叶片上开有密封槽42，43为叶片的冷却通道，法兰31的两侧开有环形通道44，此通道可与缸盖上的冷却通道或润滑冷却通道相连，环形的意义在于主轴在运动时，可以始终保持通道的接口相通。如需间隙相通则只需改变环的长短即可得到不同的通断率。
图六为一种叶片结构的部分剖面图。此种叶片密封槽数量为偶数。在叶片的中间，相对于密封槽对称处开有油槽，槽的底部钻有数个油孔48，油孔与润滑通道49相连(此通道可兼作冷却通道，也可另设冷却通道)，润滑油可以从孔中流出以润滑气缸表面和密封片。在孔中槽中还可填充或覆盖多孔或网状材料以均匀供油。填充或覆盖的材料可以与叶片呈固定连接，也可以是象密封环那样活动地嵌入槽或孔中。这种材料应是不易破碎的，也不会从孔或槽中脱落而嵌入叶片与气缸的接触面之间，在叶片运动时损坏气缸或叶片。此种叶片的供油方式可以是连续的，也可是间隙的，油量通过孔的大小，油压和供油时间来控制，以免缸中润滑油过多即引起不良后果。
图七为一种隔栅的安装、固定结构图，栅片可与某一侧的缸盖或缸套做成一体(也可以都是分立的，但此时应有定位装置以免工作时隔栅串动)。在分立的接触面上开有榫槽27，将栅叶的周边紧密地嵌入榫槽中。这样可提高栅片的刚性和减少厚度，这种加固也可采用键或销结构。
图八为一种双缸缸体的立体分解图。隔栅的安装、固定与图六相似，只是另一侧无缸盖支承加固。叶片与环形栅53做成一体，(也可以做成分立的，但此时叶片安装后应有定位措施，以免叶片在离心力的作用下而产生串动)。环形栅的内经与法兰直径相等，外径与缸径相等。叶片的根部距离小于环的内径。这样叶片可嵌入法兰上开的叶片槽45内。环形栅与叶片一起固定在法兰上，呈气密接触。气缸腔面上开有环形槽，内装密封环用以密封环形栅与缸面的接触面(该环形槽也可开在环形栅上)。环形栅中也可设冷却通道。用此结构的气缸，可以多缸在轴向排列形成更多的独立工作室而不会影响工质的均匀性，特别适用于汽油机和煤气机，以减少爆震。环形栅对叶片也有加固作用。
图九所示的为一种气缸、栅片和叶片的结构和安装方式。主轴上有两环形法兰46，法兰上开有榫槽用以与叶片上的榫54进行榫接，(也可在法兰叶片上开孔进行销接或开槽进行键接)，环形法兰被固定在主轴法兰上，环形法兰的一部分成为气缸的组成部分。缸盖上开有榫槽用以固定栅片(或采取其他类似的固定方式)。这种结构特别适用于中大功率机械。尤其在定叶片数量较多的情形下，用此结构可以大幅度减少主轴法兰的直径和叶片的厚度，同时也可以减小缸套和机体。环形法兰的侧面可不与缸盖接触以减少摩擦，同时还可在此空间设置冷却通道以冷却环形法兰和叶片。
图十为一种输出轴与主轴同轴安装的齿轮-超越离合器单向运动机构。所用的离合器为复合式的，即二个离合器的一端做在一起，使用摩擦式超越离合器可减小噪音和冲击，也可用棘轮式或别的式样的单向运动离合器。如图，超越离合器C1的外圈和C2的内圈做成一体成为中间圈Q，Q作为两超越离合器的输入端，它向不同方向转动时可分别带动C1和C2的输出端。将Q与主轴相连或与主轴做成一体，C1的内圈与输出轴相连或做成一体，C2的外圈与圆锥齿轮Z1相连或做成一体。圆锥齿轮Z2的轴固定在机体上，圆锥齿轮Z3固定在输出轴上，Z1与Z3齿数相等，Z1和Z3在Z2的对径方向上与之啮合。这样当主轴向一个方向转动时，可直接通过C1带动付轴转动，往另一个方向转动时通过C2带动Z1，Z1与Z2将转动变向再传给Z3即可带动付轴向C1的转动方向转动，从而实现动力的连续、单向传动。
图十一为一种输出轴与主轴垂直安装的齿轮-超越离合器单向运动机构，C1、C2为超越离合器，C1、C2的内圈与主轴3相连也可以做成一体，C1、C2的超越方向相反。C1、C2的外圈各与一圆锥齿轮Z1、Z2相连，Z1、Z2的齿数相等。这两齿轮与付轴6上的一圆锥齿轮Z3对径啮合即可将主轴的两个方向的转动转变成输轴的单向连续运转。
图十二为一种输出轴与主轴平行安装的齿轮-超越离合器单向运动机构。超越离合器C1、C2的一端与主轴3相连但超越方向相反。C1、C2的另一端各与一圆柱齿轮Z4、Z5相连，这样Z4、Z5的转动方向是相反。输出轴60与主轴平行安装。轴上装有圆柱齿轮Z6、Z7、Z6。直接与Z4啮合，Z7通过一转动轴固定的圆柱齿轮Z8与Z5啮合。Z4、Z6的传动比与Z5、Z7的传动比是一致的。这样主轴的两方向的转动可转化为输出轴的单向连续转动。
下面为附图中附号的说明1-缸套，11-火花塞，12-环形密封槽;
2-缸盖，22-螺栓，23-螺帽，24、25、26-环形密封槽，27-榫槽;
3-主轴，31-法兰，32-主轴孔，33-摇臂;35-主轴轴承，36-通孔;
4-叶片，41-密封片，42-密封槽，43-冷却通道;44-环形通道，45-叶片槽，46-环形法兰，47-油槽，48-油孔，49-润滑通道;
5-隔栅，51-密封片，52-密封弹簧，53-环形栅，54-榫;
6-曲轴，60-输出轴，61-曲柄，62-轴颈，63-起动机构，64-连杆，65-销子，66-驱动齿轴，67-轴承座;
7-凸轴轴，71-轴承，72、73-凸轮，74-凸轮轴齿轮，75、76-凸台。
8-进气道，9-排气道，81、91-气门，82、92-气门座，83、93-气门弹簧，84、94-滚轮，85、95-滚轮轴，86-进气管，96-排气管;
0-机体，01-冷却水套，02-螺栓孔;
Z1、Z2、Z3-圆锥齿轮，Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9-圆柱齿轮;
C1、C2超越离合器，Q-中间圈;
a、b、c、d……-工作室编号;
4Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ-叶片编号;
8a、b、c……9a、b、c……分别为a、b、c……工作室进排气道。
权利要求
1.一种可产生或利用动力的容积往复式动力转换装置，它包含1.1由可分成两组作往复相对运动组件组成的缸，缸的长度和端面截面形状不因组件运动而改变，组件在运动自由度以外的其他自由度上是限位的，缸上设有工况控制口，其特征在于1.1.1缸的腔面呈圆弧状弯曲柱面，弧的张角达2π时两端相接，呈圆弧状柱面，柱面可以有阶梯状变化；1.1.2在组件相对运动时，缸的体积或形状和体积可以是固定的，缸的形状或形状和体积也可以是有周期性变化的；1.1.3组件的相对运动为绕弧心处弧面垂线的往复转动；1.2有一组隔栅和一组叶片，隔栅固定在某一组组件的一件或数件上，叶片固定在另一组组件的一件或数件上，隔栅和叶片相间地安装在缸的端部和内部，将缸密封、分隔成至少二个工作室，每个工作室的工作空间除端部形状可以有所变化外，其余部分的横截面在该工作室内是全等的，每一工作室都设有工况控制口，叶片和隔栅可以作相对运动；1.4一套动力传输机构，该机构起输入或输出动力和该装置内部的机构之间的动力传递作用；1.5一套对该装置各处的工作状况起控制作用的控制机构。2.1所述的装置，其特征在于缸的组件包括主轴3、两缸盖2和一圆弧状弯曲或环状的缸套1，缸盖夹持着缸套和主轴，缸盖与缸套刚性连接，主轴与缸盖为活销连接，主轴轴线与往复转动轴线重合，主轴应有不参于组成缸面的部分露出组成和封闭缸的部件外，动力传输装置于该部分相连，叶片固定在主轴上，隔栅固定在其他一个或几个部件上。3.2所述的装置，其特征在于叶片、隔栅、缸盖、主轴等的可拆卸静接触面或面的交线与柱面母线平行的动接触面的至少一面开有至少一道沿平行于面交线方向的密封槽，在叶片、隔栅相对于缸面滑动的面上开有至少一道垂直于柱面母线的密封槽，所有密封槽中均装有密封元件，密封槽应封闭每个工作室。4.3所述的装置，其特征在于设有润滑和冷却二系统或其中之一，缸套和缸盖上可设相应起冷却或润滑作用的机构或其中之一。5.4所述的装置，其特征在于叶片和隔栅或其中之一中设有冷却通道或夹套，这些部件中冷却通道或夹套和与其相连的部件上的冷却或润滑通道或夹套相连。6.5所述的装置，其特征在于叶片或隔栅或二者的动接触面上有二道以上，数量为偶数的密封槽，密封槽之间的对称位置上开有平行于密封槽的油槽，油槽内有油孔与润滑通道相连，油孔或油槽中还可填充或覆盖多孔或网状材料，在叶片运动过程中这些材料应不会破碎或从油槽或孔中脱落而嵌入滑动面之间损坏气缸或叶片和栅片。7.1.2.3.4.5或6所述的装置，其特征在于动力传输机构为曲柄--摇杆机构，一曲轴由轴承座固定在一组件上，曲轴与往复转动轴线平行，摇杆固定在另一组组件上，连杆连接曲柄和摇杆并与它们呈活销连接。8.1.2.3.4.5或6所述的装置，其特征在于动力传输机构的输出机构为齿轮--超越离合器单向运动机构，它包含二只超越离合器，一组齿轮和相应的传动轴，两只超越离合器的转动轴线与往复转动轴线重合超越方向相反，至少有一只离合器与一齿轮相连并由该齿轮直接或经中间齿轮驱动固定在输出轴上的齿轮，齿轮将不同方向的动力转变成同方向运动并可改变输出转动轴线的方向，输出轴的安装与往复转动轴线可以是同轴的、平行的或是垂直的。9.1.2.3.4.5.6.7或8所述的装置，可用于气体动力机械，液压机械，内燃机，压缩机，泵或风机等作为基本工作结构，起到产生动力或利用动力产生一定压力的流体的作用。
全文摘要
一种可用于气体动力机械，液压机械、内燃机、风机、压缩机和泵作为基本结构的装置。该装置采用叶片作为往复运动元件，它的工作空间为圆弧状弯曲柱面，动力传输可采用曲柄——摇杆机构，输出动力还可采用齿轮——超越离合器单向运动机构。该装置的工作室空间利用率较活塞式机械提高一倍，可以多工作室共用同一动力传输机构，还可消除运动元件与气缸的附加摩擦力。因而具有特别高的体积功率和动力转换效率。
文档编号F15B15/08GK1062587SQ90105999
公开日1992年7月8日 申请日期1990年12月22日 优先权日1990年12月22日
发明者李勇 申请人:李勇