CN1060889A - 活塞式机械的活塞悬挂装置 - Google Patents

Abstract

一种活塞式机械特别是发动机或泵，它的每一个 汽缸有一个或两个活塞，每一个活塞至少有三个传力 装置，它们各由连杆或菱形机构和一个曲柄组成，这 些曲轴的轴线都不重合。

Description

在活塞式机械中，例如四冲程活塞式发动机中，活塞有侧倾间隙是长期以来便已知和对其进行过研究的。例如在1931年由Carl  Riedel所著的“现代汽车和摩托车发动机的结构和计算”一书（柏林，第二版）中第141页图144所示。

为了平衡这些通过侧倾间隙作用在活塞上的力，除了采用润滑剂外，还必须采取某些结构方面的措施。在一种四冲程活塞式发动机中，活塞不仅上下运动，而且也在连杆平面内朝侧向运动。此时，活塞每一个工作循环，即转两圈，活塞压向汽缸的侧面变换了六次。随之而产生的摩擦约为总机械摩擦损失的50-75%。为减小而产生的力和减轻它们对材料的影响，人们在发动机等结构中采用朝侧向偏置的轴。曲轴此时并非位于活塞正下方的中央位置，而是略向侧移。

通常活塞销是偏心的（DE-OS2751932），使受压侧面变换时产生的冲击变得较为和缓，从而可减小活塞侧向力。尽管如此，剩下的侧向力仍需由润滑油膜来承受，以防止活塞在汽缸壁上磨损。

另一种已知的减小活塞侧向力的措施是利用一个十字头的活塞悬挂装置，这种十字头主要用于双向作用蒸汽机活塞上。活塞悬挂在导杆上的结构也是现有的，导杆在线性轴承中移动并终止在十字头中的一侧。这种结构主要用于机车中。上述这些结构在工作腔或与工作腔相连的空腔中均有润滑。所有已介绍的结构，实际上只有在有润滑剂的情况下才能正常工作。

由R.J.Meijer在DE-AS1080351中提出的名为菲利浦菱形减速器（Philips-Rhombengetriebe）的已知结构中，在活塞的工作腔中几乎不需要润滑。为了减小齿轮啮合引起的在菱形减速器内相当大的摩擦，齿轮应用油或油脂润滑。如果要求使用无润滑剂的工作腔，则活塞须使曲轴箱相对于工作腔密封。

按Ficht带曲柄滑块的连杆机构（DE-OS3433510）也与之相似。如同Ficht的活塞悬挂装置那样，作为活塞悬挂装置的菲利浦菱形减速器，借助于仅在一处运动的连杆的转换而只有微小的活塞侧倾间隙。

除了在活塞两侧借助于线性导引的活塞杆的活塞支承装置外，所有已知的活塞悬挂装置，都有一个由可运动地支承在一个支点上的固定装置所引起的活塞侧倾间隙。活塞与汽缸壁之间有间隙，并能朝汽缸壁运动。这种运动多半是转动，它起因于在活塞悬挂装置中承力件可转动的支承装置本身。以具有菱形减速器的情况为例，此侧倾间隙限制在齿轮的啮合间隙，此啮合间隙从齿轮啮合点到活塞间隙处，由于杠杆效应而被相应地倍增了。

在活塞两侧有活塞杆的例子中，此间隙限制了活塞杆的支承间隙。然而，这种活塞杆支承装置与工作腔之间密封得很糟，并有较大的摩擦损失。

在上述所有的例子中都要求设置活塞或活塞杆润滑装置，以避免零件磨损。

替代润滑装置，采用干式滑动轴承，例如用在法国的Dupont公司的名为“Vespel”中所采用的聚酰亚胺，实际上迄今尚未被证明是可靠的。由于侧倾间隙导致较大的磨损，所以经过一定时间后会出现不密封性。

因此，到目前为止还没有这样一种作为发动机工作的长寿命活塞式机械，它能在没有润滑剂的情况下也足以维持正常工作。在干式活塞式泵中也有类似的问题，由于与在发动机中的压力峰值相比，泵的压力要低得多，这对减少磨损显然是较为有利的。

本发明的目的是，制成一种作为发动机或作为泵进行工作的活塞式机械中用的活塞悬挂装置，它在活塞和汽缸之间的间隙可以如此微小，以致不必在活塞和汽缸间进行润滑;不再由于是干式密封环而引起明显的磨损;以及可以取消活塞箱或活塞导杆的密封装置。

为达到此目的，本发明针对一种活塞式机械，特别是发动机或泵，这种活塞式机械的每个汽缸有一个或两个活塞，以及每一个活塞均设有一个传力装置，传力装置则总是由连杆或菱形机构（Rhombe）以及一个曲柄组成。本发明在于，每个活塞至少设有由连杆和曲柄组成的第三个传力装置，此时，所附加的曲轴的轴线，与第一和第二个传力装置的曲轴轴线不重合。

本发明的改进结构中设有一个盘形的活塞支承环，活塞的一端以及连杆的支承在它上面。

本发明其他改进结构是，活塞支承环上设有一个与活塞形状相同的孔，孔的直径比活塞直径略大，所以活塞可穿过活塞支承环进行装配或拆卸。

在本发明的设计中，活塞悬挂装置由三根如三脚架结构的带曲轴的连杆组成。

附图表示了本发明的实施例。其中：

图1，一种由三连杆和三根曲轴支承着的活塞透视图;

图1A，只支承在一根连杆上的活塞视图，图中表示了有关的力矢量;

图2，图1所示活塞支承装置透视图;

图3，由8根连杆和4根曲轴支承的活塞透视图;以及

图4，图3所示活塞支承装置透视图。

图1和2所示的第一种实施例表示了一种活塞式机械的活塞1悬挂装置，其中活塞1支承在三根连杆21、22、23上。在此实施例中，连杆21、22、23的长度合都相同，它们支承在曲柄31、32和33上。曲柄31、32、33的曲轴34、35、36并不在一条直线上，它们彼此应互不相连，就例如菱形减速器那样。因此，鉴于在活塞1和汽缸壁之间造成的摩擦而言，作往复运动的活塞1几乎在无间隙的情况下被支承在上下运动的任一位置。间隙限制在支承容差。曲轴34、35、36不应在同一直线上或相互平行。三根曲柄31、32、33的偏心也可以各不相同。

如图1A所示，在活塞1下行时，作用在活塞1上的力A通过连杆21传给曲柄31一个分力D。相对于作用在曲柄31上垂直于活塞1运动方向的分力C，在活塞1上产生一个同样垂直于活塞1运动方向的反作用力B，但其方向与分力C相反。上述这些力都已表示在图1A中。在传统的活塞悬挂装置中此仅作用力B引起磨损。在本发明的情况下，此力被两根连杆22、23的反作用力所阻截并完全平衡。因此在活塞1上不再有垂直于活塞1运动方向并朝侧面作用的力。它们被传给曲轴34、35、36而不再在活塞1和汽缸间引起磨损。还应提及，三根曲轴34、35、36与迄今只有一根曲轴的情况相比虽然带来了增加成本的缺点，但因此而带来的优点是曲柄31的偏心度可以小于活塞行程，而且各曲轴34、35、36的负荷亦较小。其结果是简化了曲轴34、35、36和它们的支承装置。

图2表示了按图1拆除活塞1后的活塞固定装置。由图可以看出，支承环37环绕和夹紧活塞1的下端。松开支承环37时，活塞1便可以向下穿过支承环37取出或更换。

为了简化发动机结构，可以选用彼此平行的曲轴。在图3所示的第二种实施例中，表示了一种有四根曲轴51、52、53、54和八根分开式连杆61-68的活塞悬挂装置。在此实施例中，四根曲轴51、52、53、54全都沿同一方向设置。八根曲柄41-48的偏心度大约为活塞行程的三分之一。连杆61-68都是分开的。在两个平面内的支承环71、72固定在活塞1的外面较远处，使具有更好的稳定性。

由于曲轴51、52、53、54侧向偏离活塞中心线以及总的力被分散到各曲轴上，所以尺寸可以较小。曲轴51、52、53、54侧向偏置，使作用在曲轴51、52、53、54上的力比较小。在传统的活塞式发动机中，在活塞1的上死点和下死点，连杆61-68多半沿径向作用在曲轴上。在本发明的情况下，由于在偏移量而要有利得多，作用在曲轴上的切向力比径向力大得多。曲轴上力的分解以及其侧向偏置，使连杆61-68在曲轴51、52、53、54上作用一个切向力，代替了径向力。由此原因，连杆轴承以及曲轴轴承均可采用滚动轴承。若人们例如选用带外壳的封闭式滚动轴承，便不再需要曲轴组件的润滑装置。这样一种结构的活塞式发动机，即使没有那种强迫润滑，也能维持其正常工作。

由于是无间隙的活塞1支承装置，故可以采用干式工作的密封装置，并在一定的试运转时间之间便不再受磨损。磨损会导致发动机损坏停车或不密封。

这种类型的活塞悬挂装置另一个优点是，可以将活塞1从曲轴旁经过，穿过曲轴箱底拆卸和装配。为了能这么做，将活塞1制成可分的。因此，其上固定着连杆61-68的那一部分活塞成了原有活塞的悬挂装置。

图4表示了按图3的活塞悬挂装置拆除活塞1后的情况。在此第二种实施例中，活塞1在其下端由处在两个平面中的两个支承环71、72环绕和夹紧，因而具有特别好的防倾翻的稳定性。若松开支承环71、72，则在此实施例中活塞1也可以向下支承环71、72取出和更换。连杆按图1-4的排列方式可以在极短的时间内将活塞1从发动机中或从泵中拆下并重新装上。从而使活塞密封环的更换成为一件很简单的事情，因为活塞作为单独的构件可以毫无困难地取出。

活塞柯以用螺纹、卡口式连接、螺钉或其他已有的工艺方法固定在支承环37上或支承环71、72上或活塞悬挂装置上。

按本发明也可以将我个活塞装在一个曲轴组件上，例如在一个汽缸中有两个反向的或错开工作的活塞。连杆的数目同样可以任意增加。

Claims (4)

1、活塞式机械特别是发动机或泵的活塞悬挂装置，这种活塞式机械的每个汽缸有一个或两个活塞，以及每一个活塞有一个或两个传力装置，各传力装置由连杆或菱形机构(Rhome)和一个曲柄组成，其特征为：至少有一个由连杆(23)和曲柄(33)组成的第三个传力装置，在这种情况下，此附加曲轴(36)的轴线与第一和第二个传力装置的曲轴(34、35)的轴线不重合。

2、按照权利要求1所述之活塞悬挂装置，其特征为：至少有一个盘形的活塞支承环（37;71、72），活塞（1）的一端以及连杆（21、22、23;61-68）支承在它上面。

3、按照权利要求2所述之活塞悬挂装置，其特征为：活塞支承环（37;71、72）上设有一个与活塞形状相同的孔，此孔的直径比活塞（1）的直径略大，所以活塞（1）可穿过活塞支承环（37;71、72）进行装配或拆卸。

4、按照权利要求1或3所述之活塞悬挂装置，其特征为：它有三根如三脚架结构的连杆（21、22、23）和曲轴（34、35、36）。

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