[发明专利]内摆曲柄连杆机构

说明书

本发明涉及传动装置中曲柄连杆机构，特别涉及往复直线运动与旋转运动互相转换的曲柄连杆机构。

已有技术的曲柄连杆机构，没有能够很好地利用设备的每一部分，损耗较大。而本发明的内摆曲柄连杆机构是直至现在所提出的机构中既合理又实用的机构。在美国专利3，807，897提出的V型曲柄连杆机构，其缺点在于设备的每部分的利用是以增大设备体积和重量，减慢运行速度为代价的。

而本发明的目的就在于不增加设备体积及重量的前提下，提高设备的运动空间利用率，提高运行速度及活塞的行程，实现二阶以上平衡运动惯力的平衡。

设想二支〔齿〕内摆线，“退缩”成二条重复两次的线段。作一差动轮系，其小圆半径γ为大圆半径R的一半，即R＝2r，使小圆一面绕大圆圆心公转，一面以两倍于公转速度反向自转，由内摆曲线参数方程：

x＝（R-r）cosψ+krcos（ (R)/(r) -1）ψ

y＝（R-r）sinψ-krsin（ (a)/(r) -1）ψ

其中：令变幅系数k＝为1，a为与动圆相固连的任一点M到动圆圆心的距离。可导得x＝Rcosψ

y＝0

从而，M点的轨迹由二支〔齿〕内摆曲运动“退缩”成二条重复两次的线段，作简谐的往复运动。达到了往复直线运动与旋转运动相互转换。

根据这一原理，将曲轴的曲臂分成二段：带有主轴颈的作圆周运动的一段为圆周曲臂，其一端带有轴承座，并配有相应的轴承〔或制成曲臂销〕。与曲柄销相连的另一段为内摆曲臂，它与圆周曲臂相配合端带有曲臂销〔或制成轴承孔配有相应的轴承〕，曲臂销安装在相应的轴承里，成为一个完整的曲轴机构。轴承座中心到主轴颈中心的距离，即圆周曲臂的臂长和曲臂销中心到曲柄销中心的距离;即内摆曲臂的臂长相等，把工作行程看作大圆的直径，主轴颈轴心为大圆的圆心，圆周曲臂臂长加内摆曲臂臂长为大圆半径。内摆曲臂臂长为小圆半径，曲臂销中心为小圆圆心，小圆圆心运动的轨迹与曲臂轴承座中心完全重合。由于曲柄销是通过曲臂销安装在轴承中的，当有一往复直线运动通过连杆传给曲柄销时，曲柄销就一面以二倍公转的速度反向自转，一面绕主轴颈中心公转。自转时通过曲柄销将往复直线运动转换成旋转运动。运动时推动圆周曲臂把旋转力矩输出。反之亦然。

从上述机构可以看出，本发明在不增加机构体积、或重量的前提下，使连杆的摆动改变为往复直线运动，从而使机构快速、灵活、损耗降低，效率提高。

为了提高内燃机出力，目前更多的是使用涡轮增压装置。而涡轮增压装置的缺点是需增设新的较复杂的机构，占用相当大的空间，使设备重量增加，从而限止了设备的使用范围。

根据内燃机的增压原理，压缩进入汽缸前的部分充气，能提高内燃机输出功率。

设想利用燃烧室膨胀时活塞下行，活塞底部空气室中气体被压缩，从而达增压的目的。

本发明的曲柄连杆机构运用于四冲程内燃机作传动装置时，连杆的直线运动，使我们能够利用活塞底部的空间。

附图1表示现有曲柄连杆机构受力图;

图2内摆曲柄连杆机构的受力简图;

附图3表示内摆曲柄机构简图;

附图4表示内摆曲柄连杆机构作为四冲程内燃机传动部件的横剖示图;附图5表示沿图3的AA线所作的剖视图。

如图1，2所示。图1中活塞与连杆结点的受力情况是汽缸气体压力P作用在活塞顶部，该结点的受力可分解成垂直于汽缸中心线的分力-侧向力Ptgβ和沿连杆中心线的分力-连杆力 (p)/(cosβ) 连杆力沿连杆作用在曲柄销上，并构成一旋转力矩M＝Pλ (Sin（α+β）)/(Cosβ) 和作用在主轴颈的力为 (p)/(cosβ) cos（α+β）则其二阶惯性力J＝mp.r.γωcos2α。

其中mp-折算到活塞质量，r-曲轴半径，λ-缸冲比，ω角速度。

图2中内摆机构中α＝β则侧向力为Ptgβ曲柄力为P. 1/(cosβ) 其旋转力矩为M＝2prsinβ由运动方程可推得二阶惯量J＝0

从而实现二阶以上平衡运动惯力的平衡。