专利名称:直线运动和旋转运动转换器的制作方法
本发明有关一种把直线运动和旋转运动进行转换的装置，特别是一种专用于有关活塞驱动机械装置。
传统的曲轴/止动棒轭(crankshaft/scotchyoke)装置多年来被用作把直线运动和旋转运动互相转换。在这种机构中，活塞的往复直线运动通过使得装在曲轴销上的滚子或轴承沿着从活塞上延伸出来的单轭(single yoke)上的槽前后移动而造成曲轴的旋转运动(如美国专利2，404，906，2，628，602和3，517，652;英国专利112，767，152，799和533，047以及德国专利584，082)。为了防止滚子或支承的卡死，在滚子或支承和至少一个轭的槽的支承面之间必须有一个间隔。这个间隔的缺点是它会造成无效行程(lost movement)(即，造成一方面轭/活塞的直线运动与另一方面曲轴销/曲轴的旋转运动之间的无效行程)，这就造成敲毛(burnelling)、剥损和/或不希望有的振动。敲毛、剥损和/或不希望有的振动反过来造成磨损和材料疲劳和情况恶化(deterioration)。
美国专利963，449和4，339，960公开了曲轴/止转棒轭机构，它是专门设计用在斯特林的发动机上的。这些机构用单个曲轴销和多个开槽的轭。曲轴销上装有一个或多个滚子或支承，每个滚子或支承把它自己的运动传给一个或多个开槽的轭。因为每个滚子或支承是被装在一个或多个轭的槽中，所以必须在滚子或支承和至少槽的一个支承面之间提供一个间隔，以防止卡死。提供了这样一个间隔就造成上述同样的磨损、疲劳和情况恶化等问题。
本发明关于一种进行直线运动和旋转运动的相互转换的新的和改进的装置，而不会发生上述先有技术装置的问题和缺点。更具体地说，这新的和改进的装置包括至少两个可旋转地装在一个旋转曲轴的曲轴销上的支承。每个支承和它自己的独立的支承面恒定啮合，这支承面是作往复直线运动的梭的一部份。这些支承面被布置在与曲轴销相对的侧边上，它们在平行于曲轴销纵轴的方向互相错开。由于这些支承和它们相配的支承面恒定啮合，梭的直线运动被连续地转换成曲轴的旋转运动或者相反，从而消除了空隙和随它而产生的磨损、疲劳和情况恶化等问题和缺点。
把各支承面限制在它相应的曲轴销的侧边，各支承在曲轴销的一个侧边也不受限制。因此，和上述先有技术装置正好相反，这些支承不被限制在槽中，因此防止了随着这些先有技术装置而产生的空隙问题。
与活塞驱动机械连接使用的时候，梭带有一个或多个活塞，每个活塞被装在相应的缸中作往复直线运动。每个活塞可以和梭做成一体，或者以可拆下的方式固定在梭上。同样地，这些支承面可以和梭做成一体，或者以可拆下的方式固定在梭上。如果这些支承和支承面都是可拆下的话，这些支承和支承面可以做成互换件。更换这些互换件，可以改变梭的直线速度和曲轴的角速度之间的相对关系。
为了更好地理解本发明，参看下面对本发明各种实施例与附图所作的说明，下面
图1是包括有本发明一个实施例的一个活塞发动机的分解轴侧图;
图2是图1中所示实施例的一部份的简略轴侧图;
图3a是本发明另一实施例的简略视图;
图3b是图3a中所示实施例沿Ⅲ-Ⅲ线，由箭头方向看过去的断面图;
图4a是本发明又一实施例的简略视图;
图4b是图4a中所示实施例沿Ⅳ-Ⅳ线，由箭头方向看过去的断面图;
图5a是本发明另外一实施例的简略视图;
图5b是5a中所示实施例沿Ⅴ-Ⅴ线，由箭头方向看过去的断面图。
虽然本发明可用于各种不同的机械(如打包机，泵，电机，冲床，机器人，缝纫机，发电机，锁，发动机和压缩机)，其中直线运动被转换成旋转运动或相反，它特别适用于连接活塞发动机。因此，本发明将以和活塞发动机连接来进行说明。
参看图1和2，一个活塞发动机10有一对缸体12，14和一个活塞梭(piston shuttle)16。缸体12有一对缸18，20，缸体14有一对缸22，24。梭16装有第一对活塞26，28，在相应的缸18，20中作往复直线运动，和第二对活塞30，32装在相应的缸22，24中作往复直线运动。这些活塞26，28，30，32用螺钉34固定在梭16上，螺钉34分别拧在活塞26，28，30，32的相应的面36，38，40，42上的螺纹孔中(未示出)，并伸入梭16中。因为螺钉34被布置在活塞面36，38，40，42中，它们可以通过缸18，20，22，24被接触到，所以活塞26，28，30，32能被从梭16上拆下来而不用把梭16从发动机10中拆下来。
曲轴44和梭16配合工作。特别是，曲轴44包括一个曲轴柄46，一个曲轴臂48，用以连接曲轴柄46的转动，一个曲轴销50，用以连接曲轴柄46的转动，曲轴销50和曲轴柄相互错开。支承件52，54被可旋转地装在曲轴销50上，曲轴销50延伸穿过梭16上的开口56，支承52和位于梭16一侧边的支承面58恒定啮合，而支承54和位于梭16另一侧边的支承面60恒定啮合。
工作时，当各活塞26，28，30，32分别在相应的缸18，20，22，24中直线地往复时，支承52，54分别沿着相应的支承面58，60前后移动。特别是，当支承52，54分别沿着相应的支承面58，60接第一方向(图2中箭头62所示)滚动时，支承52沿一个弧形方向旋转(图2中箭头64所示)而支承54沿一个相反的弧形方向旋转(图2中箭头66所示)。当支承52，54分别沿着支承面58，60接第二方向(图2中箭头68所示滚动时，支承52沿箭头66所示的弧形方向旋转，而支承54沿箭头64所示的弧形方向旋转。因为支承52，54分别和支承面58，60作恒定啮合，当支承52，54各自沿着支承面58，60前后移动时，梭16的直线运动被连续地转换成曲轴44的旋转运动从而消除了空隙。
为了改进发动机10的工作，可为它配备一个润滑系统(未示出)，这样，在支承52，54和各自的支承面58，60之间有一层薄的油膜或其他润滑液膜。尽管有油膜的供给，支承52，54在任何情况下都保持分别与支承面58，60恒定的啮合。
活塞26，28，30，32配合着缸18，20，22，24在它们往复直线运动时导引着梭16。如果梭16不带活塞，也可用其他装置来给梭16异向。
虽然支承面48，50有复合/复杂的形状(即，直线和曲线的组合)而支承52，54是圆的(即，为滚子的形式)，也可用其他形状的支承和支承面。这种其他的支承和支承面外形在图3a，3b，4a，4b，5a和5b中进行了描绘。除非另行指出，这些在图3a，3b，4a，4b，5a，和5b中的实施例和在图1和2中的实施例是以同样的方式工作的。
参看图3a和3b，方形支承110，112被可旋转地装在曲轴销114上沿着箭头116所指的方向作往复直线运动。支承110，112分别和与共同的梭(未示出)形成一体的平的支承面118，120恒定啮合。当梭沿着箭头122所指的方向直线地往复时，支承110，112各自依着箭头116所指的方向沿着支承面118，112前后滑动。
现在参看图4a和4b，劈开的支承210，212，214，216被可旋转地装在曲轴销218上沿着箭头220所指的方向作往复直线运动。支承210，212，214，216分别与共同梭(未示出)形成一体的支承面222，224，226，228作恒定啮合，这共同梭沿着箭头230所指的方向作往复直线运动。
支承210的一端有齿233。一个光滑的外周表面234从齿232延伸到支承210的相对端。齿232和支承面222上的齿236啮合。当梭沿箭头230所指的方向作直线往复运动时，以及支承210按箭头220所指的方向沿着支承面222前后移动时，支承210的光滑外周表面234沿着支承面222的平坦部份238滚动。当支承210这样运动时，支承210上的齿232配合着支承面222上的齿236防止支承210中的两个劈开件240，242中的任何一个和支承面222接触，因而防止直接加压在劈开件240，242上。
支承212有锯齿形的周界槽244，和支承面224上相配的周界槽246啮合。当梭沿着箭头230所指的方向直线往复运动时，以及支承212按箭头220所指的方向沿着支承面224前后移动时，支承212上的槽244配合着支承面224上的槽246保持梭的准直，因而减少摩擦和活塞的侧向负荷。槽244，246也配合以增加支承212和支承面224之间的接触面积，因而增加了承载能力。
支承214有齿248，它和支承面226上的齿250啮合。当梭沿着箭头230所指的方向直线往复运动时，以及支承214依着箭头220所指的方向沿着支承面226前后移动时，支承214上的齿248配合支承面226上的齿250防止支承214上两个劈开件(未示出)的任何一个和支承面226接触，因而防止直接加压在劈开件上。齿248，250也配合以保持梭的准直，因而减少摩擦和活塞的侧向负荷，并增加支承214和支承面226之间的接触面积，因而增加承载能力。虽然支承214是正齿轮形式，它可以是斜齿轮或伞齿轮。如果支承214采用了这个变化形式，当然，支承面226也要作相应的改变。
支承216有正弦曲线形的周界槽252，和支承面228上相配形状的周界槽254啮合。当梭按箭头230所指的方向直线往复运动时，以及支承216依着箭头220所指的方向沿着支承面228前后移动时，支承216上的槽252配合着支承面228上的槽，254保持梭的准直，因而减少摩擦和活塞的侧向负荷，并增加支承216和支承面228之间的接触面积，因而增加承载能力。
参看图5a和5b，椭圆形的支承310，312被可旋转地装在曲轴销314上沿着箭头316所指的方向作弧形的往复运动。支承310，312各自和共同梭(未示出)上形成一体的弧形支承面318，320恒定啮合。当梭沿着箭头322指的方向直线往复运动时，支承310，312按箭头316指的方向各自沿着支承面318，320前后滑动。
要明白的是这里所说明的实施例仅是用来举例的，本专业的技术人员能在不脱离本发明的精神和范围的情况作出许多改型和改进。如，梭16能在一端有多个活塞而相对端有单个活塞。此外，梭16的每一端能有多过两个的活塞，活塞有相同的尺寸和形状或不同的尺寸和形状。所有这些改进和改型被认为包括在由本发明专利申请的权利要求
所限定的本发明范围之内。
权利要求
1、一利用于将直线运动与旋转运动相互转换的装置，该装置包括一个可旋转的曲轴，其上有曲轴销和至少两个可旋转地装在该曲轴销上，还装有一个梭，可作往复直线运动，该装置的特征为，至少两个错开的支承面(58，60)固定连接在该梭(16)上，该支承面之一(58)被布置在该曲轴销(50)的一侧和该支承之一(52)作恒定啮合，而该支承可沿着该支承面前后移动，而另一个支承面(60)被布置在该曲轴销的相对侧，和另一个支承(54)作恒定啮合，而该另一支承可沿着该另一支承面前后移动，因而该梭的直线运动被连续地转换成该曲轴的旋转运动，或者相反，因而消除了空隙。
2、如权利要求
1的装置，其特征为，该支承面(58，60)在平行于该曲轴销(50)纵轴的方向内互相错开。
3、如权利要求
1或2的装置，其特征为，该一支承面(58)被单独地布置在该曲轴销(50)的该一侧，该另一支承面(60)被单独地布置在该曲轴销(50)的该相对侧。
4、如权利要求
1，2或3的装置，其特征为，该一支承(52)没有被限制在该曲轴销(50)的该相对侧，而该另一支承(54)没有被限制在该曲轴销(50)的该一侧。
5、如上述权利要求
中任何一项的装置，其特征为，有引导装置在该梭(16)作往复直线运动时对它导引，该引导装置包括缸(18，20，22，24)和多个活塞(26，28，30，32)，各活塞被装在各自相应的缸中作往复直线运动。
6、如权利要求
5的装置，其特征为，用紧固装置(34)把各个该活塞(26，28，30，32)可拆下地固定在该梭(16)上。
7、如上述权利要求
中任何一项的装置，其特征为，该支承(52，54)被可拆下地装在该曲轴销(50)上，所以该支承可被拆下和更换，而该支承面(58，60)被可拆下地连接在该梭(16)上，所以该支承面可被拆下和更换，该一支承和该一支承面形成第一互换组而该另一支承和该另一支承面形成第二互换组，因而更换该第一和在第二组就能使该梭的线速度相对于该曲轴的角速度变化。
8、如上述权利要求
中任何一项的装置，其特征为，该一支承(52)沿着该一支承面(58)在第一方向移动时，向着一个弧形方向旋转，而当它沿着该一支承面在和第一方向相反的第二方向移动时，向着一个相反的弧形方向旋转，而该另一支承(54)沿着该另一支承面(60)在该第一方向移动时，向着该相对的弧形方向旋转，而当它沿着该另一支承面在该第二方向移动时，向着该一个弧形方向旋转。
9、如上述权利要求
中任何一项的装置，其特征为，该支承(210，214)中的一个，包括第一组齿(232，248)，而该支承面(222，226)中的一个，包括第二组齿(236，250)用以和该第一组齿啮合。
10、如上述权利要求
中任何一项的装置，其特征为，该一支承(211，216)包括多个周界槽(244，252)，而该一支承面(224，228)包括多个相配形状的周界槽(246，254)。
专利摘要
一种将直线运动与旋转运动相互转换的装置，具有至少两个支承，被装成绕着旋转曲轴上的曲轴销转动，各支承和它各自的支承面作恒定啮合。一个被装成作往复直线运动的梭上带有支承面，支承面被布置在曲轴销的两对侧并互相错开。因为支承和相配的支承面恒定啮合着，梭的直线运动被连续地转换成曲轴的旋转运动，或者相反。
文档编号F01B9/00GK86103387SQ86103387
公开日1986年11月19日 申请日期1986年5月13日
发明者道格拉斯·C·布雷克特 申请人:道格拉斯·C·布雷克特导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan