[发明专利]曲柄连杆机构的改革

说明书

本发明属于使往复直线运动同旋转运动互相转换的机构。

通常，内燃机、压缩机等曲柄连杆机构，主要由曲轴、连杆、活塞组和活塞销等零件所组成。这种机构要完成活塞组的直线运动转换成曲轴的旋转运动，或者曲轴的旋转运动转换成活塞组的直线运动，要通过活塞销，连杆才能实现。在这种机构中摆动着的连杆运动通过活塞销导致活塞组对气缸壁的侧压力，而侧压力的存在对气缸壁上的冲击、磨损、密封和润滑等方面带来问题。在现在已有的运动转换机构中有如下三种无连杆机构代替了传统的曲柄连杆机构用于内燃机、压缩机和一些机械设备上。如图1所示，其采用了一根曲轴，又采用了象刨床上所用的带槽导板和滑块，并把活塞刚性地连接在导板上，它虽取消了摆动着的连杆和活塞销等，但这种机构仍未消除活塞对气缸壁的侧压力，活塞和气缸长度仍未缩短。如图2所示，其采用了一对直接啮合的齿轮和在齿轮上凸起销轴及带槽导板取代了传统的曲柄连杆机构。它把板紧器连接在导板上。板紧器连接杆做往复运动时不摆动。如把板紧器看成活塞，则板紧器连接杆虽对气缸无侧压力，且缩短了长度，但是这种机构不易用在内燃机上。从图2中可见，齿轮上的销轴是凸起的悬臂形式，承受不了大的力，而且力矩直接作用在齿轮上，对齿轮和轴工作不利。如图3所示，其采用了一根带两个轴承件的曲轴，又采用了往复运动的梭子。在梭子上刚性地连接若干个活塞，在槽中至少有两个偏置的轴承面。这种机构虽取消了摆动着的连杆和活塞销，活塞长度也缩短了很多，消除了槽与曲轴连杆轴颈间的间隙，有利于消除冲击，但是这种机构仍未消除活塞对气缸的侧压力。其侧压力不仅产生在四个气缸中心线所形成的平面内，而且产生在垂直于该平面的平面上。这是由于槽中两个偏置的轴承面与曲轴连杆轴颈上两个轴承件接触所造成的。另外这种机构结构复杂，体积较大。

上述三种机构不易做到导板槽特定型面与其相匹配的曲轴连杆轴颈或齿轮上凸起销轴的型面控制活塞的运动规律。本发明的目的在于消除直线往复运动件对其支承的侧压力以及使往复运动件实现端点滞留。

本发明的目的是通过如下方式实现的。由一对几何形状和尺寸完全相同的曲轴，在曲轴各自一端连接一个直接啮合而且模数和齿数完全相同的齿轮，曲轴连杆轴颈置于带槽导板的曲线槽中。由于导板槽对导板中心线是对称布置的，所以当连接在导板上的活塞受到压力时带槽导板与两曲轴连杆轴颈接触点受力情况相同，内力互相抵消，因此导板和活塞只做复往直线运动，进而消除了活塞组对气缸壁的侧压力。又由于在带槽导板上曲线槽上下各有一段以曲轴主轴颈中心为园心，以主轴颈中心至曲轴连杆轴颈最远点的距离为半径的园弧ab。所以当曲轴连杆轴颈行至带槽导板园弧ab区间时，活塞始终处于上下止点位置，近而实现了直线往复运动件的端点滞留。

如果采用本发明的运动转换机构，将收到节约能源和提高机械传动效率的良好效果。如将本机构用于内燃机中，由于消除了活塞对气缸壁的侧压力以及活塞在上下端点实现了滞留，可以到收充分利用热能，提高内燃机功率的效果。

以下结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

图1是已有技术中的曲轴滑块结构示意图。

图2是具有一对直接啮合齿轮的无连杆机构示意图。

图3是具有两个轴承件的曲轴和往复运动梭子的无连杆机构示意图。

图4是本发明机构的纵剖面图。

图5是本发明机构的横剖面图。

图6是本发明机构中带槽导板的槽形结构图。

图7是内燃机气缸压力P和惯性力P在不同曲轴转角时的变化情况图。

如图4和图5所示，这种机构由一对几何形状和尺寸完全一样的曲轴（1）、带槽的导板（2）、活塞组（3）、一对齿数和模数完全相同的齿轮（4）、气缸体（5）、支承件（6）和连接紧固件等组成。如果采用同种材料的活塞（3）和导板（2），并采用组合式曲轴（1）时，导板（2）和活塞（3）做成一体。如果采用不同材料的活塞（3）和导板（2）时，活塞（3）与导板（2）的连接紧固件采用如图4中连接紧固方法或其它方式。当采用整体式曲轴时，两个导板的连接可按图4所示的三种方法中任选一种。曲轴主轴颈与气缸体的连接紧固可采用传统方式或者曲轴主轴颈以对称的两个气缸体用螺栓直接紧固。