專(zhuān)利名稱(chēng)：柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵等領(lǐng)域的柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)。
目前，這個(gè)領(lǐng)域里的往復(fù)活塞式機(jī)種(下稱(chēng)往復(fù)機(jī))體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相比之下的旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)種(下稱(chēng)轉(zhuǎn)子機(jī))體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。這種情況使人認(rèn)為往復(fù)機(jī)有被轉(zhuǎn)子機(jī)取代的趨勢(shì)。然而，雖然往復(fù)機(jī)某些缺點(diǎn)明顯，但是至今，轉(zhuǎn)子機(jī)仍然未能取代往復(fù)機(jī)廣泛應(yīng)用的位置。
從結(jié)構(gòu)上看，往復(fù)機(jī)圓柱形的缸體與活塞，型線簡(jiǎn)單，這種結(jié)構(gòu)除加工便利外，還使其具有良好的密封性能，這些是往復(fù)機(jī)明顯的優(yōu)點(diǎn)。與轉(zhuǎn)子機(jī)相比，它繁雜的曲軸連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)如何加以改造呢？為此，本發(fā)明的目的，提供一種機(jī)構(gòu)，解決這個(gè)問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明構(gòu)思的立體結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出本發(fā)明由內(nèi)圓柱[1]，外圓柱[2]，凸銷(xiāo)[3]和曲線凹槽[4]構(gòu)成。內(nèi)外圓柱同軸心，面接觸，成柱塞狀，相互能夠滑動(dòng)，并與傳動(dòng)軸主軸[5]同軸心或同軸向(因?yàn)橹鬏S與內(nèi)圓柱或外圓柱的連接有多種情況，所以圖中未著實(shí)繪出，僅表示同軸向或同軸心)。為使兩圓柱能作相對(duì)的有序運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明在內(nèi)圓柱外周面開(kāi)有曲線凹槽，在外圓柱內(nèi)周面設(shè)置圓柱體凸銷(xiāo)(或凸銷(xiāo)外加滾輪)，凸銷(xiāo)嵌于槽內(nèi)，可順槽滑動(dòng)，或成滾子在槽內(nèi)滾動(dòng)。若把曲線凹槽開(kāi)在外圓柱的內(nèi)周面上，則內(nèi)圓柱的外周面設(shè)置凸銷(xiāo)。
圖2是本發(fā)明柱塞結(jié)構(gòu)的內(nèi)外兩圓柱體接觸周面的展開(kāi)圖。圖中表示的是在同圓周上兩個(gè)均勻分布凸銷(xiāo)[3]的位置與在周面上開(kāi)有兩組等值連續(xù)波狀曲線凹槽[4]的形狀。從圖中展示的兩組波狀曲線凹槽與相應(yīng)的兩個(gè)凸銷(xiāo)可以看出，兩組的目的在于實(shí)施中構(gòu)件受力得以平衡。按需要，也可以開(kāi)有一組、三組的波狀曲線凹槽，對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)、三個(gè)的凸銷(xiāo)或者更多，并且無(wú)論多少，波狀曲線凹槽在360度周面上是不交錯(cuò)的，而且是閉合的。其實(shí)際輪廓線是以凸銷(xiāo)圓半徑為半徑的圓的包路線。
從圖1、圖2可以看出，內(nèi)外圓柱可以移動(dòng)的相對(duì)距離等于波高，轉(zhuǎn)動(dòng)360度一周的行程數(shù)兩倍于波狀曲線凹槽的組數(shù)。
與圓柱凸輪機(jī)構(gòu)不同，本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)，內(nèi)外圓柱可互為主動(dòng)，從動(dòng)件或任一為不動(dòng)件，并且互成柱塞形式而主要應(yīng)用于作容積行程變化的機(jī)械領(lǐng)域。
為了更好地闡明本發(fā)明的構(gòu)件動(dòng)作原理與應(yīng)用形式，設(shè)想把圖1中的外圓柱延長(zhǎng)，加上端蓋，這就構(gòu)成了一個(gè)容積能發(fā)生變化的內(nèi)腔，亦即外圓柱成了氣缸而內(nèi)圓柱成為活塞(如圖3-6的情況，圖中內(nèi)圓柱[1]、外圓柱[2]、凸銷(xiāo)[3]、曲線凹槽[4]構(gòu)成本發(fā)明機(jī)構(gòu))，因而可以直接構(gòu)成變?nèi)輽C(jī)械。并且這里規(guī)定以傳動(dòng)軸主軸僅僅輸出或輸入轉(zhuǎn)動(dòng)(自然發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)動(dòng)而壓縮機(jī)、泵等輸入轉(zhuǎn)動(dòng))，而不作往復(fù)運(yùn)動(dòng)(往復(fù)運(yùn)動(dòng)指往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，下同)加以敘述。
如圖3A.內(nèi)圓柱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)(主動(dòng))則外圓柱作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(從動(dòng))——可用于發(fā)動(dòng)機(jī)。
B.外圓柱作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(主動(dòng))則內(nèi)圓柱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)(從動(dòng))——可用于壓縮機(jī)、泵等。
從圖中可以看出，要達(dá)到A、B這兩種狀況的目的，可在內(nèi)圓柱[1]內(nèi)設(shè)置軸向?qū)к塠6]與槽(沒(méi)標(biāo)出來(lái))，導(dǎo)軌固定在機(jī)架上，槽開(kāi)在內(nèi)圓柱上，使得內(nèi)圓柱僅能在導(dǎo)軌上往復(fù)滑動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸[5]則與外圓柱[2]成為一體。
如圖4C.外圓柱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)(主動(dòng))，則內(nèi)圓柱作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(從動(dòng))——可用于發(fā)動(dòng)機(jī)。
D.內(nèi)圓柱作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(主動(dòng))，則外圓柱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)(從動(dòng))——可用于壓縮機(jī)、泵等。
從圖中可以看出，要達(dá)到C、D這兩種狀況的目的，可在外圓柱[2]外加套[6]，套固定，套內(nèi)開(kāi)軸向?qū)Р踇7]，外圓柱上凸銷(xiāo)[3]可加長(zhǎng)(或另設(shè)置凸銷(xiāo))，分別嵌于導(dǎo)槽與曲線凹槽[4]內(nèi)，使得外圓柱僅能作往復(fù)滑動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸[5]則與內(nèi)圓柱[1]成為一件。
如圖5E.若外圓柱固定不動(dòng)，則內(nèi)圓柱可作往復(fù)、旋轉(zhuǎn)復(fù)合運(yùn)動(dòng)——用于發(fā)動(dòng)機(jī)；也可作旋轉(zhuǎn)、往復(fù)復(fù)合運(yùn)動(dòng)——用于壓縮機(jī)、泵等。
從圖中可以看出，要達(dá)到E這種狀況的目的，可在內(nèi)圓柱內(nèi)開(kāi)軸向?qū)Р踇6]，主軸[5]上增設(shè)軸臂[7]嵌于導(dǎo)槽內(nèi)，使得內(nèi)圓柱與主軸能作相對(duì)往復(fù)滑動(dòng)而不能作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖6F.若內(nèi)圓柱固定不動(dòng)，則外圓柱可作往復(fù)、旋轉(zhuǎn)復(fù)合運(yùn)動(dòng)——用于發(fā)動(dòng)機(jī)；也可作旋轉(zhuǎn)、往復(fù)復(fù)合運(yùn)動(dòng)——用于壓縮機(jī)、泵等。
從圖中可以看出，要達(dá)到F這種狀況的目的，可在外圓柱端蓋中心開(kāi)口，開(kāi)口形狀與在主軸作滑動(dòng)的距離內(nèi)的主軸截面形狀相同，并且為非圓形的吻合面接觸(主軸內(nèi)端截面為圓形)。使得外圓柱與主軸能作相對(duì)往復(fù)滑動(dòng)面不能作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
從上述可以知道，因?yàn)楸景l(fā)明運(yùn)動(dòng)的方式是同時(shí)發(fā)生著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，而且構(gòu)件構(gòu)成柱塞的形式，所以本發(fā)明定名為柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)。應(yīng)相的發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮機(jī)則冠以柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)，柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)壓縮機(jī)的名稱(chēng)等。
也從上述可以知道，在發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵等領(lǐng)域里的本發(fā)明應(yīng)用類(lèi)型，保留了往復(fù)機(jī)圓柱形缸體與活塞簡(jiǎn)單的圓的型線；省去了繁雜寵大的連桿機(jī)構(gòu)，僅以凸銷(xiāo)、波狀曲線凹槽替代；而且這種同軸向的柱塞結(jié)構(gòu)，使配氣系統(tǒng)有著很好的條件進(jìn)行簡(jiǎn)化；并且傳統(tǒng)往復(fù)機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，完成兩個(gè)行程，而本發(fā)明可以更多。歸納起來(lái)，這個(gè)領(lǐng)域里的本發(fā)明應(yīng)用類(lèi)型，因?yàn)榧鎮(zhèn)淞送鶑?fù)機(jī)與轉(zhuǎn)子機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小，密封性能好，效率高，便于加工等優(yōu)點(diǎn)，所以本發(fā)明會(huì)被廣泛地應(yīng)用。
為了更好地了解本發(fā)明應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，下面舉兩個(gè)構(gòu)思的本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用例子說(shuō)明。
圖7是構(gòu)思中柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)壓縮機(jī)圖，下圖是軸向剖面圖，其結(jié)構(gòu)組成，工作原理簡(jiǎn)述如下圖中內(nèi)圓柱[1]、外圓柱[2]、凸銷(xiāo)[3]、曲線凹槽[4]構(gòu)成本發(fā)明機(jī)構(gòu)。內(nèi)圓柱固定在外殼上，外圓柱加端蓋[6]，葉輪[7]并成一體如圖形狀，端蓋能夠在主軸[5]上滑動(dòng)。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在凸銷(xiāo)與曲線凹槽的限制下，外圓柱作旋轉(zhuǎn)往復(fù)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。這種狀況如前面F所述，應(yīng)用形式與圖6相似。
本壓縮機(jī)的進(jìn)排氣與關(guān)閉過(guò)程從圖7可以看到，外圓柱隔板[8]兩側(cè)與內(nèi)圓柱、主軸構(gòu)成兩個(gè)工作腔。工作腔氣口[9]各開(kāi)在隔板兩側(cè)，錯(cuò)開(kāi)90度。由于外圓柱還作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此可在其外加配氣套[10]，配氣套固定，配氣套上開(kāi)有配氣進(jìn)氣通道[11]兩組，配氣排氣通道[12]兩組，并且隔置。氣口的運(yùn)動(dòng)軌跡與曲線凹槽形狀相同，因?yàn)榕錃膺M(jìn)排氣通道為氣口進(jìn)排氣而設(shè)，所以開(kāi)口在氣口運(yùn)動(dòng)軌跡上，開(kāi)口形狀，位置如圖7上圖配氣套展開(kāi)圖所示。另外機(jī)殼[13]上開(kāi)有進(jìn)氣口[14]與配氣進(jìn)氣通道相通，排氣口[15]與配氣排氣通道相通(進(jìn)排氣口未在圖中表示確切相通位置)。進(jìn)排氣通過(guò)氣口、配氣進(jìn)排氣通道，進(jìn)排氣口完成。進(jìn)排氣關(guān)閉在氣口運(yùn)動(dòng)軌跡的波峰、波谷相關(guān)位置。
本壓縮機(jī)潤(rùn)滑方式為飛濺式，圖中[16]表示潤(rùn)滑油存油部位，機(jī)機(jī)件潤(rùn)滑由葉輪擊打潤(rùn)滑油飛濺完成。另外，端蓋[6]上開(kāi)有小孔[17]，為潤(rùn)滑油通道，潤(rùn)滑主軸里端。
圖8是構(gòu)思中柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)圖，下圖是軸向剖面圖，其結(jié)構(gòu)組成、工作原理簡(jiǎn)述如下圖中內(nèi)圓柱[1]、外圓柱[2]，凸銷(xiāo)[3]、曲線凹槽[4]構(gòu)成本發(fā)明機(jī)構(gòu)。其中外圓柱充當(dāng)機(jī)殼，內(nèi)圓柱內(nèi)設(shè)活塞座[6]并構(gòu)成一體，活塞座如圖示(剖面圖與左上的側(cè)視圖)。本發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有把外圓柱與內(nèi)圓柱直接充當(dāng)氣缸與活塞的構(gòu)思是出于潤(rùn)滑上的考慮?；钊虚_(kāi)矩形孔，可在主軸[5]相應(yīng)的矩形(截面)段滑動(dòng)，這種狀況如前面E所述，應(yīng)用形式與圖5類(lèi)似。
活塞[7]固定在活塞座上，缸體[8]與端蓋[9]固定在外圓柱(機(jī)殼)上。端蓋內(nèi)成配氣腔[10]，腔內(nèi)容納氣閥，火花塞、凸輪盤(pán)等(圖中沒(méi)有表明)，配置如[11]其中進(jìn)排氣閥(四大圓)各兩個(gè)對(duì)置，火花塞(兩小圓)對(duì)置，凸輪盤(pán)(虛線圓)固定在主軸上。凸輪盤(pán)形狀如[12]所示，本凸輪盤(pán)實(shí)為兩盤(pán)凸起段各90度，對(duì)置錯(cuò)開(kāi)成兩工作同心圓，同時(shí)作用或離開(kāi)兩組進(jìn)排氣閥。
由于本發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其有良好的潤(rùn)滑與冷卻條件。本發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑方式為飛濺式，機(jī)件潤(rùn)滑(可包括配氣腔內(nèi)潤(rùn)滑)由活塞座擊打潤(rùn)滑油飛濺完成。缸體、主軸的冷卻可以加套構(gòu)成冷卻腔進(jìn)行油冷或者水冷(圖中沒(méi)有表示)。
發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件比較惡劣，對(duì)某些零部件材料的耐高溫、抗壓強(qiáng)度要求較高。而替代連桿機(jī)構(gòu)的凸銷(xiāo)與曲線凹槽接觸面積小，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)凸銷(xiāo)對(duì)凹槽一些部位產(chǎn)生較大的作用力，這就提高了凸銷(xiāo)、凹槽部件的材料品位要求。為分散這種集中的作用力，可以把凹槽加工成截面是正方形的形式，除了嵌入的凸銷(xiāo)外，凹槽內(nèi)充滿直徑如正方形邊長(zhǎng)的滾球，這樣可以適當(dāng)?shù)慕鉀Q作用力過(guò)于集中的問(wèn)題。隨著高強(qiáng)度、耐高溫材料的出現(xiàn)與應(yīng)用，本發(fā)動(dòng)機(jī)更顯出其優(yōu)越的性能。
綜上所述，本發(fā)明無(wú)論是直接充當(dāng)往復(fù)機(jī)的氣缸、活塞與連桿機(jī)構(gòu)還是僅替代連桿機(jī)構(gòu)，在本發(fā)明應(yīng)用類(lèi)型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、體積縮小、性能效率的提高上，都起著重要作用。比如以凸銷(xiāo)凹槽取代連桿機(jī)構(gòu)后，就使得本發(fā)明應(yīng)用類(lèi)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。比如上述本壓縮機(jī)能通過(guò)配氣套完成進(jìn)排氣與進(jìn)排氣關(guān)閉，配氣機(jī)構(gòu)的零部件數(shù)量降到了最低限度。也比如上述本發(fā)動(dòng)機(jī)盡管沒(méi)考慮采用配氣套而采用傳統(tǒng)氣閥配氣的形式，零部件仍然大量的減少，從這可以看出，本發(fā)明應(yīng)用類(lèi)型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能有較好的條件供給設(shè)計(jì)上考慮。又比如，傳統(tǒng)往復(fù)機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周360度完成兩個(gè)行程，而本壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)則完成四個(gè)行程，本壓縮機(jī)每缸做功兩次，本發(fā)動(dòng)機(jī)每缸做功一次，效率是高的。如前所述，本發(fā)明的應(yīng)用使得應(yīng)用類(lèi)型兼?zhèn)淞送鶑?fù)機(jī)與轉(zhuǎn)子機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以得到廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)，包括內(nèi)圓柱，外圓柱，凸銷(xiāo)和曲線凹槽，內(nèi)外圓柱由開(kāi)設(shè)在各接觸面上的凸銷(xiāo)、曲線凹槽聯(lián)接，其特征在于內(nèi)外圓柱同軸心，面接觸，相互能夠滑動(dòng)，成柱塞狀，內(nèi)圓柱或者外圓柱可以分別以固定的或活動(dòng)的方式與主軸連接。
2.如權(quán)利要求1所述的柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)，其特正在于，所述的曲線凹槽開(kāi)設(shè)在內(nèi)圓柱外周面上，凸銷(xiāo)設(shè)置在外圓柱內(nèi)周面上，或者曲線凹槽開(kāi)設(shè)在外圓柱內(nèi)周面上，凸銷(xiāo)設(shè)置在內(nèi)圓柱外周面上，凸銷(xiāo)嵌于曲線凹槽內(nèi)，凸銷(xiāo)數(shù)與波狀曲線凹槽波組數(shù)相等。
3.如權(quán)利要求1所述的柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的凸銷(xiāo)是在同圓360度圓周上均勻分布的一個(gè)、兩個(gè)或者更多的圓柱體或是外加了滾輪的滾子。
4.如權(quán)利要求1所述的柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的曲線凹槽在360度圓周面上是一個(gè)波峰、波谷為一組的等值連續(xù)的一組、兩組或者更多的平滑波狀曲線凹槽，并且是閉合的，不交錯(cuò)的，曲線凹槽的實(shí)際輪廓線是以凸銷(xiāo)圓柱體半徑為半徑的圓的包絡(luò)線。
5.如權(quán)利要求1所述的柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的成柱塞狀的內(nèi)外圓柱體的軸心，與主軸同軸心或者同軸向。
6.如權(quán)利要求1所述的柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，它為一發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞運(yùn)動(dòng)和力的機(jī)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，它為一壓縮機(jī)傳遞運(yùn)動(dòng)和力的機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，它為一泵傳遞運(yùn)動(dòng)和力的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
一種柱塞式旋轉(zhuǎn)往復(fù)機(jī)構(gòu),由內(nèi)圓柱,外圓柱,凸銷(xiāo)與曲線凹槽構(gòu)成。為保留傳統(tǒng)往復(fù)活塞式機(jī)種密封性能好,易于加工等的優(yōu)點(diǎn)和解決結(jié)構(gòu)不緊湊,零部件眾多等的不足而提出。在應(yīng)用上本發(fā)明可直接充當(dāng)氣缸體,活塞和連桿機(jī)構(gòu),應(yīng)用類(lèi)型的配氣系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化;行程數(shù)為每轉(zhuǎn)動(dòng)一周360度兩次或者更多,效率是高的,兼?zhèn)淞送鶑?fù)機(jī)和轉(zhuǎn)子機(jī)的優(yōu)點(diǎn),因而在發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵等領(lǐng)域里,本發(fā)明可以廣泛地應(yīng)用。
文檔編號(hào)F01B9/00GK1254800SQ9812291
公開(kāi)日2000年5月31日 申請(qǐng)日期1998年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月21日
發(fā)明者張壽齡 申請(qǐng)人:張壽齡