[发明专利]往复式机械

说明书

本发明涉及在旋转和直线运动之间进行转换的往复式机械，例如泵或者马达。

发明背景

在旋转和直线运动之间进行转换、并应用活塞与汽缸组合的机械是众所周知的。在文中称为“往复式机械”的这些机器可以是泵，其中旋转轴和曲柄机械轴向或直线地沿着预定的冲程驱动汽缸内的往复活塞；或者它们可以是发动机，其中活塞在汽缸内沿预定冲程轴向地往复，通过曲柄机械驱动旋转输出轴。

上述常规往复式机械具有下列若干缺点。

1、往复活塞由于旋转驱动机械对此作用的非轴向或非直线的力分量，从而对其关联的汽缸施加了侧向负载。活塞的侧向负载引起活塞与汽缸之间的摩擦，从而引起机器的磨损，降低机器的运行效率。在大多数泵和马达中，应用了复杂的润滑系统以降低摩擦和随之发生的磨损。

2、在常规的活塞和汽缸机械中，活塞在汽缸内往复运动，并在其冲程的终点经受快速反向；已知此位置为“上死点”位置，在文中用“TDC”表示。在TDC的这一快速反向造成关联阀门的快速开、关，从而引起高的噪声水平，还有在阀门上的高磨损率。

3、大多数泵具有固定的额定功率和固定的驱动马达速度。当克服低水头压力进行运转时，这些泵只利用了它们功率中十分小的一部分。

4、在有些应用中，例如在医疗环境中供应清洁空气的泵，禁止在活塞和汽缸之间使用润滑剂。这时，应用了昂贵、复杂的机械以轴向地引导活塞，使得所有侧向负载被连杆轴承所吸收。

发明内容

本发明的目的是提出一种改进的往复式机械，因而也就提出了一种改进的转换机构，以便在旋转和直线运动或直线和旋转运动之间进行转换，在这种机械中作用于诸如活塞的往复运动构件上的力基本是直线或轴向的，从而在活塞和汽缸之间基本不产生侧向负载。

本发明的另一目的是提出一种往复式机械，其活塞在上死点位置附近经受显著的降速，从而大大降低阀门的噪声和它们对机械的磨损，还增加它们的效率。

本发明的还一目的是提出一种往复式机械，它通过在低活塞水头压力下提供增大的每转流体排量，使其比现有技术大大有效，从而在应用恒定动力水平时，促进更高的流量。

根据本发明的一个方面提出了一种运动转换机构，它被设置在驱动装置和从动装置之间，以便在一个装置中提供旋转运动，而在另一装置中提供往复运动，该机构包括：一个壳体；一个往复运动构件，它被安装成能沿纵向轴线进行往复运动，且具有能与装置之一进行连接的第一端部；一个旋转构件，它被安装成能围绕一条旋转轴线进行旋转运动，且能与另一装置进行连接；一个曲柄臂，它具有与旋转构件枢转连接的第一端部，和与往复运动构件枢转连接的第二端部；以及一个对准构件，它横越纵向轴线而延伸，并具有与往复运动构件枢转连接的第一端部，和与壳体枢转连接的第二端部，从而保持往复运动构件基本与纵向轴线同轴对准，且从而在其往复运动期间，基本避免往复运动构件的侧向负载。

根据下文描述的本发明较佳实施例的另一些特点，往复运动构件包括一个横向伸出杆；曲柄臂的第二端部在其与横向伸出杆的接头处与往复运动构件进行枢转地连接；对准构件的第一端部与往复运动构件的横向伸出杆的外端部进行枢转的连接。此外，旋转构件的旋转轴线位于往复运动构件的相对端部之间，以便在往复运动构件上死点位置附近使曲柄臂的第一端部在往复运动构件第一端部和曲柄臂第二端部之间的某一位置对准往复运动构件的纵向轴线，从而引起往复运动构件的轴向速度降低。旋转构件的旋转轴线可有选择地放置在往复运动构件的纵向轴线的侧向预定位置上，以便在其往复运动期间，改变往复运动构件位移的大小。

在各种描述的实施例中，该机构为由外部驱动装置驱动的泵的活塞-汽缸组合件。但是下文说明中引用的许多其它可能的发明应用包括应用了加压流体驱动负载的流体发动机，和驱动负载的汽油发动机。

附图简述

结合附图，通过以下详细说明，将对本发明有更为全面的了解和认识，其中：

图1是根据发明第一实施例设计的、起电动泵作用的往复式机械的横截面图；

图2A是图1中往复式机械的、按图中箭头2方向的详细顶视图，其中其活塞位于其冲程的前端；

图2B为与图2A相似的视图，但其活塞靠近其冲程的后端；

图3A为活塞速度随活塞位置变化的图表；

图3B(ⅰ)为现有技术系统的框图；

图3B(ⅱ)为本发明系统的框图；

图4A为与图2B相似的局部剖视图，表示其中的动力源的动力输出轴位于第一位置，提供最大活塞冲程；