[发明专利]一种曲柄圆滑块机构及其曲轴、应用该机构的设备

说明书

技术领域

本发明涉及往复运动与旋转运动的相互转换的机构，具体涉及曲柄圆滑块机构。本发明同时涉及一种该曲柄圆滑块机构的曲轴以及应用该机构的设备。

背景技术

在传统的内燃机和压缩机中，通过曲柄连杆机构实现活塞的往复运动与曲轴的旋转运动之间的转换。然而，由于连杆的存在，曲柄连杆机构的内燃机和压缩机具有体积庞大、笨重、平衡性能差等缺点。

为解决上述问题，审定公告日为1988年1月13日、公告号为CN85100358B的中国专利公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”。审定公告日为1988年12月14日、公告号为CN85100359B的中国专利公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式压缩机”。所述中国专利公开的内燃机和压缩机中，用曲柄圆滑块机构取代了曲柄连杆机构，作为往复运动与旋转运动转换的机构。其中，在曲柄圆滑块机构中，包括圆滑块、活塞以及曲轴；圆滑块上设置有偏心圆孔；在活塞的活塞座上设置有圆滑块容置孔。装配时，将圆滑块可旋转的设置于所述的圆滑块容置孔中；曲轴的曲柄销可旋转的装配于所述的偏心圆孔中。

下面以内燃机为例，说明上述曲柄圆滑块机构的工作方式。工作时，燃烧室中的燃烧气体膨胀推动活塞运动，通过活塞带动设置于其中的圆滑块做往复运动，而圆滑块在所述活塞中同时做旋转运动，所述往复运动与旋转运动的合成使得圆滑块上的偏心圆孔的中心轴线绕曲轴的中心轴线做旋转运动；而所述偏心圆孔的中心轴线与曲轴的曲柄销的轴线重合，从而可实现活塞的往复运动到曲轴的旋转运动的转换。压缩机工作时，过程刚好相反。

在上述的中国专利公开的技术方案中，需要采用一个内齿轮传动副结构，解决活点的问题。然而，该结构仅适用于单缸机，且该动平衡性能不够理想。

基于此，授权公告日为2001年6月27日、授权公告号为CN1067741C的中国专利公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”，该内燃机中，通过两个相位差呈180度设置的圆滑块组成圆滑块组，两个圆滑块分别置于往复运动方向相互垂直的往复运动件中。工作时，相互垂直的往复运动件可相互克服活点问题，且可以将各自的往复惯性力转化成为离心惯性力，从而便于对其进行平衡。具有更好的平衡效果。

授权公告日为2001年6月27日、授权公告号为CN1067742C的中国专利公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”，该内燃机中，具有三个圆滑块，相邻圆滑块相位差也呈180度，从而形成位于中间圆滑块分别与位于两端圆滑块呈180度相位差，而位于两端两圆滑块相位相同的圆滑块组。相位相同的圆滑块置于往复运动方向平行的往复运动件中，而相位差呈180度的圆滑块分别置于往复运动方向垂直的往复运动件中。

对于三圆滑块的圆滑块组的机构，也可以可将相互垂直的往复惯性力转化为离心惯性力并可以克服单圆滑块机构的活点问题。而且，三圆滑块组的机构相对于双圆滑块组的机构，还可以平衡往复惯性力矩，具有更好的平衡效果。

然而，由于在三圆滑块组的机构中，在单拐曲轴上设置三个圆滑块，这使得单拐曲轴的曲柄销的跨度较大。将该机构应用于内燃机或者压缩机时，会造成曲柄销弯曲变形。特别是随着内燃机的强化程度不断提高，作用于活塞上的气体压力越来越大，而采用增压、中冷、高压共轨等技术的柴油内燃机最大爆发压力更大、转速也更高，活塞承受的压力以及该活塞的往复惯性力均会作用于曲轴的曲柄销上，特别是动平衡滑块的质量是两个活塞质量之和，其产生的往复惯性力更大，这更加剧了曲柄销的弯曲变形。而通过加大曲柄销直径的方法提高曲柄销的强度，又由于受曲柄销与圆滑块、活塞的配合关系的限制以及整个机构整体质量的限制而难以实施。从而限制了三圆滑块的曲柄圆滑块机构在高强度需求的内燃机以及压缩机等设备上的应用。

发明内容

本发明提供一种曲柄圆滑块机构，以解决现有三圆滑块的曲柄圆滑块机构的曲柄销弯曲变形的问题。本发明另外提供一种该曲柄圆滑块机构的曲轴以及应用该机构的设备。

本发明的提供一种曲柄圆滑块机构，包括圆滑块、往复运动件、曲轴以及支撑该机构的机架；

所述曲轴包括位于两端的曲柄以及位于两曲柄之间的主轴颈，所述曲柄以及主轴颈具有共同的旋转轴，该旋转轴即为曲轴旋转轴，所述曲柄以及主轴颈可旋转的支撑于机架上；两曲柄销分别由该主轴颈的两相对端面延伸而出，并延伸至所述两曲柄朝向主轴颈端面，与所述曲柄固定连接；所述的两曲柄销具有共同且平行于所述曲轴旋转轴的轴线，且该轴线偏离所述曲轴旋转轴的距离为e；