[其他]双曲轴连杆机构

说明书

一种将燃气热能转换为机械能的、适用于活塞式内燃机、柴油机和机械压气机的双曲轴连杆机构。

曲轴连杆机构应用于活塞式内燃机上，已有近百年的历史了。曲轴连杆机构一般由气缸、气缸头、活塞、连杆和带有飞轮的曲轴以及曲轴箱组成。这种机构当承受气缸内产生的燃气压力后，能迅速地将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，并将作用力传送给与其相连的传力装置。由于它是较理想的能量转换机构，所以广泛地应用于动力机上，并一直沿用至今。

迄今为止，曲轴连杆机构在活塞式发动机上应用的，多系单曲轴连杆机构，其类型有中心曲轴连杆机构、偏心曲轴连杆机构和关节式曲轴连杆机构等。不论哪种类型，由于系单曲轴连杆，当活塞在往复的工作过程中，都会对气缸内壁（气缸套）产生侧向力Pc，增加了内摩擦功，加剧了活塞和气缸壁的早期磨损，降低了内燃机的使用寿命。附图5是现有活塞式内燃机气缸的受力分析图。

为了解决上述问题，曾经有人研制过旋转活塞式内燃机。近年来又出现过蚌线式内燃机等，但由于耐磨、耐热材料及制造工艺等技术问题没有得到圆满的解决，而未能推广应用。

本实用新型的目的是在不改变常用的活塞式内燃机各部件构造的基础上，改单曲轴连杆机构为双曲轴连杆机构，以消除侧向力Pc，减少磨损，改变在作功行程中活塞的位移规律，使之有利于内燃机作功，充分挖掘曲轴连杆机构的潜力，提高热功转换效率。

本实用新型的任务是这样实现的：以双曲轴连杆机构代替现行的单曲轴连杆机构，其特征是，用尺寸形状相同的两根曲轴和两个曲轴连杆（副连杆）组成双曲轴连杆机构。两根曲轴通过同步齿轮控制，使之反向同步旋转；采用常规的连接方法又同两个曲轴连杆连接在一起。两个曲轴连杆通过连接销钉与活塞垂直连杆（主连杆）相铰接。这样将活塞的垂直往复运动转变为曲轴连杆的旋转运动，并将作用力传送给传力机构。

本实用新型中的双曲轴连杆机构属于偏心曲轴连杆机构的类型，由于采用双曲轴连杆并联结垂直连杆，改变了活塞功行程的位移规律，提高了作功能力。由于采用了双曲轴连杆机构，活塞运动中对气缸壁的作用是对称的，消除了单曲轴连杆系统中活塞对气缸内壁的侧向分力，减少了磨损，提高了发动机的使用寿命；由于双曲轴连杆分别承担作功行程中燃气的爆发力，可靠性提高，所以曲轴连杆的几何尺寸可以适当地缩小；同时由于两套曲轴连杆反向同步旋转，使一部分振动可以对称抵销，所以运动平稳，噪音小。另外，使用本实用新型的机构时，不需改变现有活塞式内燃机的基本结构，只增加一套曲轴连杆即可。所以，本实用新型的标准化程度高，工艺继承性好，易于实现。

本实用新型所述的双曲轴连杆机构适用于活塞式内燃机、柴油机和获得真空的机械压气机（机械真空泵）等。

以下结合附图对本实用新型的具体结构加以详细描述：

图1是安装在内燃机上的双曲轴连杆机构图。

图2是双曲轴连杆机构位于下死点的示意图。

图3是双曲轴连杆机构位于上死点的示意图。

图4是双曲轴连杆机构的曲轴同步齿轮示意图。

图5是现有活塞式内燃机气缸的受力分析图。

根据附图1，活塞〔1〕与垂直连杆（主连杆）〔2〕以常规方法相连，垂直连杆〔2〕下端呈三角形，通过联接销钉〔5－1〕、〔5－2〕分别与左右两个尺寸形状相同的曲轴连杆（副连杆）〔4－1〕、〔4－2〕的小头相连；两根曲轴连杆〔4－1〕、〔4－2〕的大头分别与两根尺寸形状相同的曲轴〔3－1〕、〔3－2〕相连。曲轴〔3－1〕、〔3－2〕左右对称地安置于气缸中心线的两侧。其偏心距“e”是可以调整的。曲轴〔3－1〕、〔3－2〕、曲轴连杆〔4－1〕、〔4－2〕安装在曲轴箱〔6〕内。两根曲轴〔3－1〕〔3－2〕的一端安装有同步齿轮〔7－1〕、〔7－2〕，两个齿轮相啮合，实现两根曲轴同步反向运行。附图4就是同步齿轮工作时的转向示意图。两根曲轴的另一端与传力机构相连，以实现动力的输出。

表达常用的偏心曲轴连杆内燃机的活塞，从上死点到下死点（作功行程）的移动规律的公知的公式为：

X＝r〔（1－Cosα）＋ (λ)/4 （1－Cos2α）－λtgSinα〕

而双曲轴连杆式内燃机的活塞，从上死点到下死点的位移规律为：

X_双＝r〔（1＋Cosα_双）－ (λ)/4 （1－Cos2α_双）－λtgCosα_双〕

根据上述两个公式可见：当曲轴转角相同的情况下，即α＝α_双时，X＞X_双；当活塞行程相同的情况下，即X＝X_双时，α＜α_双。这就是说，在作功行程中，当曲轴转角相同时，双曲轴连杆机构活塞的位移量小，所以气缸内的压力高，功率扭矩大；当活塞位移量相同时，双曲轴连杆机构曲轴的转角大，在相同的转数情况下，双曲轴连杆机构的活塞所受冲量大，作功多。