[发明专利]曲柄装置及机械装置

说明书

技术领域

本发明为有关一种曲柄装置，尤其有关在蒸气机、内燃机、压缩机及泵等中，在其往复运动和旋转运动之间的转换动力部分所适用的动力转换技术。

技术背景

利用这种曲柄装置的机械装置的例子包括如图19所示的往复式汽油发动机。

这种发动机是将往复运动转换为旋转运动的典型例，其中，在密闭容器的汽缸a内的活塞b，通过一连杆c连结于曲柄轴d的曲柄销e。

由上述汽缸a的燃烧室内所燃烧汽油的爆发力，使上述活塞b在上死点和下死点之间作往复直线运动，该直线运动通过连杆c转换为曲柄轴d的连续旋转运动。

往复式汽油发动机具有构造简单、重量轻、富有高速性等优点。因此虽然蒸汽机原理已发明了200多年，但到现在这种往复式汽油机仍然成为汽车发动机的主流。但从另一方面来看由于其曲柄轴d的构造上的特点，也带来下列所述的几个问题。

即，曲柄销e如图所示，从曲柄轴d的旋转中心，也即主轴f的轴线偏离开对应于曲柄臂g的长度的一段距离。因而连杆c会一面向左右方向侧向摇动一面和活塞b一起上下运动。因此曲柄装置由其基本动作的往复运动和旋转运动，而再加上复杂的横向摆动，其动态平衡成为非常不稳定。

要消除这个问题，以往是在平衡锤的重量、形状及安装位置等上，想出各种各样平衡办法，以使包括活塞b及连杆c在内的运动部分取得动态平衡。然而，要实现这些平衡措施是非常困难的。在实际上，对其运动部分虽可补正其旋转质量，但要对其往复质量做完全的补正是不可能的事。因而，以现在的实况，只能求其次而谋求降低其动态的不平衡。因此，上述运动部分的不平衡贯性力成为震动和噪音的重大要因。

如上述，由于连杆c会侧向摇动而对活塞b往复运动方向倾斜(倾斜角θ)，因而由气体压力和惯性力引发的推力(侧压)R施加在活塞b上，使活塞对汽缸a产生撞击(活塞撞击)。这也是造成震动、噪音、空穴作用、摩擦损失等障碍的重大要因。

上述问题在大柴油机中尤为明显。为避免此问题，通常采用如图20所示的十字头系统。该构造是在活塞b和连杆c之间设有可在活塞b往复方向滑动的十字头h，由此可防止活塞b受到推力R的作用。但这种平衡措施不仅无法根本上解决上述问题，而且不可避免的要拉长汽缸a的高度并使发动机本身大型化。

另外，已经开发采用例如传统的偏置缸，或多气缸，及无声轴构造或菱形机构，以消除由活塞b的往复运动所产生的垂直震动，及由连杆c的倾斜所产生的横向震动，或燃料爆发时的震动，然而，例如无声轴构造并不可能取得完全的动态平衡。而菱形机构虽可取得动态平衡，但它是在往复运动部分上使用作用于逆往复方向的配重，因而会加大该往复运动部分的总质量，因此不适合于高速运转。

而且，为了要应付上述运动部分的不平衡惯性力，其活塞b、连杆c、或曲柄轴d等主要零件也要有充分的机械强度或刚性，由此会招致装置重量的增大，而且降低其动力传递效率。

以上的问题，不仅存在于包括上述往复式发动机的内燃机，而且是蒸气机，压缩机和泵等具有曲柄装置的其他机械装置的共同问题。

在这种情况下，本发明的目的在于提供一种具有提高的动力传递效率及稳定的动力平衡，可在往复直线运动和连续旋转运动双方向之间进行动力转换，而且适合于高速运转，且结构简单紧凑的曲柄装置，及具有该曲柄装置的机械装置。发明的概述

为达成上述目的，本发明的曲柄装置为适用于在往复运动和旋转运动之间进行动力转换的转换动力部分，其特征为具有：

一个连结于旋转侧的曲柄轴；一个连结于往复运动侧的连杆；及一个装在该曲柄轴和连杆之间的行星机构。上述行星机构包括；一个和上述曲柄轴旋转中心成同心状配置的太阳(恒星)构件，及沿该太阳构件内周滚动的行星构件。该行星构件的外径设定为上述太阳构件内径的1/2；上述曲柄轴以其曲柄销为枢轴，连结于上述行星构件的旋转中心，并可转动。而且上述连杆的一端以枢轴连结于上述行星构件的外周部分并可转动。上述各构成构件的质量分配成使相对于上述曲柄轴旋转中心实现动态平衡。

这时候，最好是将设在各构成构件上的所有平衡重设定成为可产生一旋转惯性力。

本发明的机械装置至少具备一套上述的曲柄装置。上述连杆的另一端连结于构成输入侧的往复部分，并且上述曲柄轴的主轴连结于构成输出侧的旋转部分。或者，上述曲柄轴的主轴连结于构成输入侧的旋转部分，而上述连杆的另一端连结于构成输出侧的往复部分。