CN110486430A - 曲柄连杆对置机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲柄连杆对置机构，包括曲轴、活塞汽缸组件与连杆体。活塞汽缸组件的汽缸中安装有活塞，活塞的底部安装有传动支架；传动支架的上部，与活塞的底部相互固定；传动支架上开有摆动槽，该摆动槽的下部，开有轴销孔。轴销孔中安装有轴销，曲轴的连杆轴颈穿过摆动槽。连杆体的连杆大头，安装在连杆轴颈的外部；该连杆体的连杆小头，安装在轴销的外部。曲轴旋转，连杆体的连杆小头，带动传动支架与活塞直线往复运动；活塞在压缩气体或膨胀做功过程中，可以根据工况需要，设定曲轴的偏心回旋半径与连杆体的力臂距离的比值，自由调节活塞直线往复运动的速度与上止点附近停留的时间；大幅度提高曲柄传动的活塞式泵、压缩机及发动机的各项性能。

Description

曲柄连杆对置机构

技术领域

本发明是一种曲柄连杆对置机构，涉及曲柄传动的活塞式泵、压缩机及发动机等机械制造技术领域。

背景技术

目前所使用的活塞式压缩机与发动机，传动机构以曲柄连杆机构为主流。但是曲柄连杆机构的运动特征，决定了活塞式压缩机与发动机存在缺陷，各项性能无法进一步提高。以压缩机为例，活塞在压缩气体时，根据压缩比工况的需要，活塞从下止点运动到上止点时受到气体的反压力，与活塞的运动速度不匹配，曲柄连杆机构不能根据气体压力变化来调节输入扭矩。以内燃机为例，膨胀做功时，活塞在上止点附近停留的时间相对较短，曲柄的旋转角度较窄；上述缺陷导致了内燃机的能效无法进一步提高。目前急需发明一种替代曲柄连杆机构的运动机构，用来提高机械技术领域的曲柄传动的活塞式泵、压缩机、及发动机的各项性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种曲柄连杆对置机构，作为机械工作运动机构，用来提高机械技术领域的曲柄传动的活塞式泵、压缩机、及发动机的各项性能。

为达到上述目的，所采取的技术措施是：曲柄连杆对置机构，包括曲轴、活塞汽缸组件与连杆体。曲轴的主轴颈，轴承支撑安装在曲轴箱的轴承座中。活塞汽缸组件的汽缸，安装在曲轴箱的上部，汽缸中安装有活塞，该活塞的底部安装有传动支架，该传动支架的上部，与活塞的底部相互固定。传动支架上开有摆动槽，该摆动槽的下部，开有轴销孔。轴销孔中安装有轴销，曲轴的连杆轴颈穿过摆动槽。连杆体的连杆大头，安装在连杆轴颈的外部；该连杆体的连杆小头，安装在轴销的外部。曲轴旋转，连杆体的连杆小头，带动传动支架与活塞直线往复运动；连杆体的力臂距离，大于曲轴的偏心回旋半径。调节曲轴的偏心回旋半径，与连杆体的力臂距离的比值，改变活塞直线往复运动的速度。

对本发明进一步改进，所采取的技术措施是：传动支架的左侧壁面，与曲轴箱的左壁面接触滑动；该传动支架的右侧壁面，与曲轴箱的右壁面接触直线滑动。传动支架的左侧壁面与右侧壁面，为平面或弧面。

对本发明进一步改进，所采取的技术措施是：传动支架的左侧，安装有第一连杆体，该传动支架的右侧，安装有第二连杆体。第一连杆体的第一小头，安装在轴销上轴体的外部，第二连杆体的第二小头，安装在轴销下轴体的外部。第一连杆体与第二连杆体，同时带动传动支架与活塞直线往复运动。

对本发明进一步改进，所采取的技术措施是：活塞的底部安装有上传动支架与下传动支架，上传动支架上，设置有上轴销孔；下传动支架上，设置有下轴销孔；轴销安装在上轴销孔与下轴销孔。连杆体安装在上传动支架与下传动支架之间，上传动支架上设置有上摆动槽，下传动支架上设置有下摆动槽，曲轴的连杆轴颈，穿过上摆动槽与下摆动槽。

对本发明进一步改进，所采取的技术措施是：连杆大头外套体的弧形面，与传动支架摆动槽上部的弧形滑动面，相互接触滑动。

对本发明进一步改进，所采取的技术措施是：传动支架的下部，安装有滑动件；曲轴箱的底部安装有滑动套，滑动件在滑动套中往复滑动。

对本发明进一步改进，所采取的技术措施是：传动支架与活塞之间安装有导柱，曲轴箱的上端盖上设置有导套；导柱在导套中直线往复运动。

对本发明进一步改进，所采取的技术措施是：传动支架的上支架体与下支架体之间，螺栓固定活动安装。

对本发明进一步改进，所采取的技术措施是：曲轴中心，相对活塞往复运动所在的轴线的延长线偏置安装，活塞往复运动所在的轴线的延长线不经过曲轴中心。

对本发明进一步改进，所采取的技术措施是：轴销中心，相对活塞往复运动所在的轴线的延长线偏置安装，活塞往复运动所在的轴线的延长线不经过轴销中心。

有益效果

基于以上技术方案，本发明至少具有以下有益效果其中之一：

1，活塞在压缩气体或膨胀做功过程中，可以根据工况需要，设定曲轴的偏心回旋半径与连杆体的力臂距离的比值，自由调节活塞直线往复运动的速度与上止点附近停留的时间；根据功率公式P=FV，活塞在连杆体的带动下，位移速度值与活塞受力成反比。活塞向上止点附近做减速运动，适应活塞在压缩气体时不断增强的气体反压力。气体燃烧膨胀做功时，活塞从上止点向下位移的速度较低，活塞在上止点附近停留的时间相对较长，曲轴旋转角度增加，达到等容燃烧的效果，最大限度的提高燃烧效率；

2，活塞底部的传动支架与汽缸或曲轴箱的内壁面接触滑动，减小活塞侧向力，有效减轻活塞与汽缸的接触磨损，防止气体泄漏；

3，采用双传动支架或双连杆传动，传动结构更加稳定；

4，传动支架的上传动支架与下传动支架，螺栓活动固定；便于传动支架安装在多缸体工作的压缩机或内燃机的曲轴上；

5，采用曲轴偏移或轴销偏移，实现活塞的进气过程曲柄旋转小于180°，活塞的压缩过程曲柄旋转大于180°，特别适用单缸工作的压缩机。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明曲柄连杆对置机构的示意图。

图2是本发明曲柄连杆对置机构的双连杆体工作示意图。

图3是本发明曲轴回旋与连杆体力臂位移示意图。

图4是本发明曲柄连杆对置机构双传动支架工作的示意图。

图5是本发明曲柄连杆对置机构的连杆体滑动安装示意图。

图6是本发明曲柄连杆对置机构的滑动件与滑动套安装示意图。

图7是本发明曲柄连杆对置机构的导柱与导套安装示意图。

图8本发明曲柄连杆对置机构的传动支架活动安装示意图。

图9本发明曲柄连杆对置机构曲轴偏移安装示意图。

图10是本发明曲柄连杆对置机构轴销偏移安装示意图。

主要配件符号说明

101-曲轴；102-主轴颈；103-曲轴箱；201-活塞汽缸组件；202-汽缸；203-活塞；204-传动支架；205-摆动槽；206-轴销孔；207-轴销；301-连杆体；303-连杆轴颈；304-连杆小头；401-上传动支架；402-下传动支架；403-上轴销孔；404-下轴销孔；405-上摆动槽；406-下摆动槽；410-左侧壁面；411-左壁面；412-右侧壁面；413-右壁面；501-第一连杆体；502-第二连杆体；503-第一小头；504-上轴体；505-第二小头；506-下轴体；520-上支架体；530-下支架体；550-外套体；560-弧形面；570-弧形滑动面；610-滑动件；620-滑动套；630-导柱；640-上端盖；650-导套；660-轴线；670-延长线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

一．第一实施例。

如图1、图2所示，曲柄连杆对置机构，包括曲轴101、活塞汽缸组件201与连杆体301。曲轴101的主轴颈102，轴承支撑安装在曲轴箱103的轴承座中。活塞汽缸组件201的汽缸202，安装在曲轴箱103的上部；该汽缸202中安装有活塞203。活塞203的底部安装有传动支架204，该传动支架204的上部，与活塞203的底部相互固定。传动支架204上开有摆动槽205，该传动支架204摆动槽205的下部，开有轴销孔206；轴销孔206中安装有轴销207。曲轴101的连杆轴颈303穿过摆动槽205。连杆体301的连杆大头302，安装在曲轴101连杆轴颈303的外部。连杆体301的连杆小头304，安装在轴销207的外部。如图1、图3所示，曲轴101旋转，连杆体301的连杆小头304，带动传动支架204与活塞203直线往复运动。连杆体301的力臂距离大于曲轴101的偏心回旋半径，调节曲轴101的偏心回旋半径，与连杆体301的力臂距离的比值，改变活塞203直线往复运动的速度。如图3所示，O1O2为曲轴101的偏心回旋半径r，O2O3为连杆体301的臂距离L；曲轴101从0°旋转到180°，连杆体301的力臂从d1移动到d7，活塞101从下止点向上止点做加速运动后做减速运动运动。图3标出了曲轴101每旋转30°连杆体301的力臂的位移点，从力臂的位移点可以看出，活塞101的运动速度变化情况。设定连杆体301的力臂距离L与曲轴101的偏心回旋半径r的长径比为1：1.3，曲轴101的偏心回旋半径r=20mm，活塞行程为40mm，可以计算出d4=29.39mm。曲轴101旋转90°时，活塞203从下止点向上位移了约29.39mm，曲轴101继续旋转90°，活塞101从向上到上止点位移约10.61mm。从图3示例可以得到，调节连杆体301的力臂距离L与曲轴101的偏心回旋半径r的长径比值，可以改变活塞101的位移速度。活塞在压缩气体时，曲轴101输出功率不变的情况下，根据功率公式P=FV，活塞101在连杆体301的带动下，位移速度值与活塞受力成反比。活塞101向上止点附近做减速运动，适应活塞101在压缩气体时不断增强的气体反压力。气体燃烧膨胀做功时，活塞101从上止点向下位移的速度较低，活塞101在上止点附近停留的时间相对较长，曲轴101旋转角度增加，达到等容燃烧的效果，最大限度的提高燃烧效率。

至此，本发明曲柄连杆对置机构第一实施例，介绍完毕。

二.第二实施例。

如图1所示，传动支架204的左侧壁面410，与曲轴箱103的左壁面411接触滑动。传动支架204的右侧壁面412，与曲轴箱103的右壁面413接触直线滑动。传动支架204的左侧壁面410与右侧壁面412，为平面或弧面；减少曲轴101带动连杆体301旋转时的侧压力对活塞203往复运动的影响。如图5所示，连杆大头302外套体550的弧形面560，与传动支架401摆动槽205上部的弧形滑动面570，相互接触滑动。如图6所示，传动支架204的下部安装有滑动件610，曲轴箱103的底部安装有滑动套620；滑动件610在滑动套620中往复滑动。如图7所示，传动支架204与活塞203之间，安装有导柱630；曲轴箱103的上端盖640上设置有导套650；导柱630在导套650中直线往复运动。

至此，本发明曲柄连杆对置机构第二实施例，介绍完毕。

三．第三实施例。

如图2所示，传动支架204的左侧，安装有第一连杆体501，该传动支架204）的右侧，安装有第二连杆体502。第一连杆体501的第一小头503，安装在轴销207上轴体504的外部，第二连杆体502的第二小头505，安装在轴销207下轴体506的外部。第一连杆体501与第二连杆体502，同时带动传动支架204与活塞203直线往复运动。如图4所示，活塞203的底部安装有上传动支架401与下传动支架402，上传动支架401上，设置有上轴销孔403；下传动支架402上，设置有下轴销孔404，轴销207安装在上轴销孔403与下轴销孔404中。连杆体301安装在上传动支架401与下传动支架402之间，上传动支架401上设置有上摆动槽405，下传动支架402上设置有下摆动槽406；曲轴101的连杆轴颈303穿过上摆动槽405与下摆动槽406。如图8所示，传动支架204的上支架体520与下支架体530之间，螺栓固定活动安装。一根曲轴101带动多个活塞203运动，连杆体301的连杆大头302分体活动设置，便于安装，传动支架204的分体活动设置，便于曲轴101的连杆轴颈303穿过摆动槽205。

至此，本发明曲柄连杆对置机构第三实施例，介绍完毕。

四．第四实施例。

如图9所示，曲轴101中心O1，相对活塞203往复运动所在的轴线660的延长线670偏置安装；活塞203往复运动所在的轴线660的延长线670不经过曲轴101中心。曲轴101旋转到O3位置，轴销207的中心位于d1，活塞203位于下止点，曲轴101旋转到O2位置，轴销207的中心位于d2，活塞203位于上止点，曲轴101连杆轴颈303中心从O3顺时针旋转到O2位置，曲轴101的旋转角度大于180°。如图10所示，轴销207中心d1，相对活塞203往复运动所在的轴线660的延长线670偏置安装；活塞203往复运动所在的轴线660的延长线670不经过轴销207中心d1。轴销207中心位于d1，活塞203位于下止点，轴销207中心位于d2，活塞位于上止点。曲轴101的连杆轴颈303中心从O3，逆时针旋转到O2位置，曲轴101旋转角度大于180°。

至此，本发明曲柄连杆对置机构第四实施例，介绍完毕。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种曲柄连杆对置机构，其特征在于，包括：

曲轴（101），其主轴颈（102），轴承支撑安装在曲轴箱（103）的轴承座中；

活塞汽缸组件（201），其汽缸（202）安装在曲轴箱（103）的上部，所述汽缸（202）中安装有活塞（203），所述活塞（203）的底部安装有传动支架（204），所述传动支架（204）的上部，与活塞（203）的底部相互固定；所述传动支架（204）上开有摆动槽（205），所述传动支架（204）摆动槽（205）的下部，开有轴销孔（206），所述轴销孔（206）中安装有轴销（207）；所述曲轴（101）的连杆轴颈（303）穿过摆动槽（205）；

连杆体（301），其连杆大头（302），安装在曲轴（101）连杆轴颈（303）的外部；所述连杆体（301）的连杆小头（304），安装在轴销（207）的外部；所述曲轴（101）旋转，连杆体（301）的连杆小头（304），带动传动支架（204）与活塞（203）直线往复运动，所述连杆体（301）的力臂距离大于曲轴（101）的偏心回旋半径；调节曲轴（101）的偏心回旋半径，与连杆体（301）的力臂距离的比值，改变活塞（203）直线往复运动的速度。

2.根据权利要求1所述的曲柄连杆对置机构，其特征在于：所述传动支架（204）的左侧壁面（410），与曲轴箱（103）的左壁面（411）接触滑动；所述传动支架（204）的右侧壁面（412），与曲轴箱（103）的右壁面（413）接触直线滑动，所述传动支架（204）的左侧壁面（410）与右侧壁面（412），为平面或弧面。

3.根据权利要求1所述的曲柄连杆对置机构，其特征在于：所述传动支架（204）的左侧，安装有第一连杆体（501），所述传动支架（204）的右侧，安装有第二连杆体（502），所述第一连杆体（501）的第一小头（503），安装在轴销（207）上轴体（504）的外部，所述第二连杆体（502）的第二小头（505），安装在轴销（207）下轴体（506）的外部；所述第一连杆体（501）与第二连杆体（502），同时带动传动支架（204）与活塞（203）直线往复运动。

4.根据权利要求1所述的曲柄连杆对置机构，其特征在于：所述活塞（203）的底部安装有上传动支架（401）与下传动支架（402），所述上传动支架（401）上，设置有上轴销孔（403）；所述下传动支架（402）上，设置有下轴销孔（404），所述轴销（207）安装在上轴销孔（403）与下轴销孔（404）中；所述连杆体（301）安装在上传动支架（401）与下传动支架（402）之间，所述上传动支架（401）上设置有上摆动槽（405），所述下传动支架（402）上设置有下摆动槽（406），所述曲轴（101）的连杆轴颈（303）穿过上摆动槽（405）与下摆动槽（406）。

5.根据权利要求1所述的曲柄连杆对置机构，其特征在于：所述连杆大头（302）外套体（550）的弧形面（560），与传动支架（401）摆动槽（205）上部的弧形滑动面（570），相互接触滑动。

6.根据权利要求1所述的曲柄连杆对置机构，其特征在于：所述传动支架（204）的下部安装有滑动件（610），所述曲轴箱（103）的底部安装有滑动套（620），所述滑动件（610）在滑动套（620）中往复滑动。

7.根据权利要求1所述的曲柄连杆对置机构，其特征在于：所述传动支架（204）与活塞（203）之间，安装有导柱（630）；所述曲轴箱（103）的上端盖（640）上设置有导套（650），所述导柱（630）在导套（650）中直线往复运动。

8.根据权利要求1或2所述的曲柄连杆对置机构，其特征在于：所述传动支架（204）的上支架体（520）与下支架体（530）之间，螺栓固定活动安装。

9.根据权利要求1或2所述的曲柄连杆对置机构，其特征在于：曲轴（101）中心，相对活塞（203）往复运动所在的轴线（660）的延长线（670）偏置安装；所述活塞（203）往复运动所在的轴线（660）的延长线（670）不经过曲轴（101）中心。

10.根据权利要求1或2所述的曲柄连杆对置机构，其特征在于：所述轴销（207）中心，相对活塞（203）往复运动所在的轴线（660）的延长线（670）偏置安装；活塞（203）往复运动所在的轴线（660）的延长线（670）不经过轴销（207）中心。