[其他]曲柄连杆机构的改革

说明书

本发明涉及了内燃机的曲柄连杆机构、压缩机的曲柄连杆机构和一些机械设备用曲柄连杆机构等。

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附件所组成。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。其动力来源是燃料在燃烧室中燃烧后得到的热能作功而得，或者外来的因素，如人工或电动机等而得到的。

活塞组的直线运动（或曲轴的旋转运动）要转换成曲轴的旋转运动（或活塞组的直线运动），要通过活塞销、连杆等才能实现。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，而侧压力的存在带来对气缸壁上的冲击、磨损、密封和润滑等方面带来问题。

为了解决上述问题，本发明中提出了取消活塞销和摆动着的连杆这一中间介质，而一种新的途径来保证彻底消除活塞组对气缸壁上的侧压力。

因此，本发明的目的是通过下面将要说明的特定结构来试图做到活塞组在气缸中的运动，就象医用注射器那样直上直下运动，而并不产生侧压力;同时试图做到根据某些机械设备的要求，能够满足曲轴保持连续旋转运动状态下，活塞在其行程过程中的上、下止点停滞一定时间;除此之外，这种新型机构不仅提供了取消活塞环的可能性，而且不用活塞组和气缸壁上用润滑油的可能性，进而采用一种特殊绝热材料（如工业用陶瓷等）来实现热效率相当高的绝热发动机创造有利条件。众人所知，要实现绝热发动机并不是轻而易举的事情。由于很多不利因素阻碍着，其中最关键问题在于内燃机的运动件的冲击问题，比如活塞组对气缸壁上的冲击、气门对气门座的冲击。在本机构中要解决活塞组对气缸壁的冲击问题，因此实现二冲程绝热发动机创造有利条件，而已公开的“四冲程内燃机配气机构的改革”的专利申请（申请号85107147A，公开日87.1.31，国际分类号FOILI/04）已解决气门对气门座的冲击问题，因此实现四冲程绝热发动机创造有利条件。笔者试图不久将来（即有足够经济来源时）研制出二冲程和四冲程绝热发动机来。

本机构主要由（见图1）一对曲轴1、导板2、活塞组3、一对齿轮4和固定销、连接杆、基体（气缸体）等零附件所组成。

导板2通过固定销、连接杆与活塞组3刚性连接，因此导板2和活塞组3视为一体，也可以说导板2是活塞组3的一部分。

一对曲轴1前端有直接啮合着的一对齿轮4使曲轴1的旋转方向相反又同步运转。一对曲轴1的连杆轴颈放入导板2槽内，并保证任何时候曲轴1的两个连杆轴颈与导板2槽内接触点A和B，始终与对称中心线O-O对称的。

活塞组3的数量根据需要而定。

本机构一般对置卧式布置的。

当活塞组3直接受到定时压力时（如内燃机的燃烧压力），其力直接作用在导板2上，导板2要做向左直线运动，而导板2槽内曲轴1的二个连杆轴颈沿导板2槽上下（向外）移动，由于接触点A和B的旋转中心在曲轴1的主轴颈上，因此这样导板2的直线运动，连杆轴颈沿槽移动以及接触点的偏心，形成曲轴1的旋转运动。反之，当一对曲轴1受外力（如人工、电动机等）的作用下旋转时，曲轴1的二个连杆轴颈在导板2槽内，沿导板2槽对称移动。由于一对齿轮4正好直接啮合，形成二个连杆轴颈进行反方向旋转运动，接触点A和B的受力情况相同，其内力互相抵消，因此导板2只能做往复直线运动，这导致活塞组3的往复直线运动，并消除了活塞组3对气缸壁上的侧压力。

当希望曲轴连续运转条件下，活塞在气缸中往复直线运动过程中上、下止点停滞一定时间问题，由如下工作过程中不难看出。

在图2中可见导板2槽内形状，其中a-b曲线段的曲率半径中心选择在曲轴1主轴颈中心O上，就是说以曲轴1主轴颈中心O为圆心，半径为R的圆周上选取a-b段，因此a-b段为圆的弧。

曲轴1的连杆轴颈呈鸡蛋性，其形状的形成是连杆轴颈在沿导板2槽内移动时接触点的包络线。曲轴1在旋转过程中，活塞组3做无侧压力的往复直线运动，当曲轴1的连杆轴颈上的接触点正好与导板2槽内a点重合时，活塞组3正好在上止点上，曲轴1仍保持旋转，连杆轴颈接触点由a点移到b点，在a-b段内活塞组3仍在上止点，因此活塞组3仍停滞不动状态，当曲轴1连杆轴颈的接触点偏离b点时，活塞组3才开始作直线运动。

从这种机构的工作过程和结构特点来看，它不仅运转自如，而且满足如上提到的目的。

下面要谈一下这种机构的寿命问题。

从理论分析来看，这种机构的寿命主要取决于导板槽与曲轴连杆轴颈之间接触强度问题。