專利名稱：一種t型曲柄圓滑塊機構及其內燃機、壓縮機的制作方法
技術領域：
本發明涉及曲柄圓滑塊機構，特別是涉及一種T型曲柄圓滑塊機構。本發明同時 涉及使用上述T型曲柄圓滑塊機構的內燃機、壓縮機。
背景技術：
傳統發動機的運動機構為曲柄連桿機構。在這種運動機構下，活塞的往復運動需 要通過與其連接的連桿傳遞給曲軸，在運動過程中，連桿隨著活塞的運動作來回的擺動，使 活塞受到以高階函數變化的周期性側向力。由于連桿的存在，曲柄連桿機構內燃機存在體積龐大、笨重、平衡性能差等缺點， 為了解決這些問題，中國專利文獻CN85100358B公開了一種“曲柄圓滑塊往復活塞式內燃 機”，這種內燃機的特點是取消了連桿，采用開有偏心圓孔的圓滑塊與特殊設計的活塞總成 相配合，實現活塞的直線往復運動到旋轉運動的轉化。以上述專利文獻為基礎，中國專利文獻CN1067741C公開了一種“曲柄雙圓滑塊往 復活塞式內燃機”。該內燃機采用活塞與動平衡滑塊配對的方式，兩者分別在呈90度布置的 往復運動軌道上運動，活塞和動平衡滑塊之間相互克服活點，可以避免采用齒輪機構克服 活點對機構壽命的影響；同時，活塞和動平衡滑塊的運動合力形成從曲軸中心指向曲柄銷 中心的離心力，便于進行平衡，使該機構可以達到理想的動平衡效果。該機構的問題在于， 所述活塞和動平衡滑塊之間沿曲軸軸線存在距離L，使兩者在曲軸上形成彎矩，使整個機構 無法完全平衡。在中國專利文獻CN1144880A中，則公開了一種三圓滑塊機構，該機構采用三個往 復運動元件形成往復運動元件組，三個往復運動元件的往復運動軌道相互垂直，其中位于 中間的往復運動元件的質量為其他兩個往復運動元件的質量之和，位于中間的往復運動元 件中安裝的圓滑塊的質量為安裝在兩邊的往復運動元件中的圓滑塊的質量之和。三個圓滑 塊相互固定形成圓滑塊組，其中位于兩側的圓滑塊同相安裝，位于中間的圓滑塊與兩側的 圓滑塊以180°相位差安裝。上述三個圓滑塊的偏心孔套在同一個曲柄銷上。上述機構中， 所有往復運動慣性力最終可以合成一個旋轉慣性力，便于通過設置平衡元件實現平衡。并 且，由于中間往復運動元件在尺寸上設置為恰好在兩側的往復運動元件的中間位置，使整 個機構在曲軸上不會形成彎矩，也就是說，在理論上，該結構可以實現完全的平衡效果。但 是，該機構的良好動平衡效果有賴于其設置的中間往復運動件，整個機構過于復雜，并且增 加了往復運動元件的數量，需要增加曲柄銷的長度，造成軸系剛度降低。另外，機器的制造 成本也顯著增加，可靠性也有所下降。對于要求尺寸較小的機器，不可能采用上述機構。
發明內容
本發明提供一種T型曲柄圓滑塊機構，該機構能夠使曲柄圓滑塊機構的空間布置 獲得改進，為整個機構實現完全的平衡的效果提供了可能。本發明同時提供使用上述往復運動件的內燃機和壓縮機。
本發明提供一種T型曲柄圓滑塊機構，包括一個分叉單作用活塞和一個雙作用活 塞，所述分叉單作用活塞的導向部被一縱向槽分為相互平行的兩列分叉，分別稱為第一列 導向部和第二列導向部；所述第一列導向部上設置第一圓滑塊容置孔，所述第二列導向部 上設置第二圓滑塊容置孔，分別用于安置第一圓滑塊和第二圓滑塊；所述雙作用活塞的導 向部插入所述分叉單作用活塞的縱向槽中，與所述分叉單作用活塞垂直交叉，該導向部上 設置中間圓滑塊容置孔，用于容置中間圓滑塊；所述第一圓滑塊和第二圓滑塊同相安裝，所 述中間圓滑塊夾在上述第一圓滑塊和第二圓滑塊之間并與上述兩個圓滑塊以180°相位差 安置，相鄰圓滑塊彼此固定。優選的，所述雙作用活塞的導向部以厚度方向通過所述分叉單作用活塞的縱向槽。優選的，所述分叉單作用活塞的往復運動方向為垂直方向，所述雙作用活塞的往 復運動方向為水平方向。優選的，所述分叉單作用活塞的縱向槽開口于導向部底面。優選的，所述第一列導向部和所述第二列導向部的厚度相同。優選的，所述第一列導向部和所述第二列導向部具有完全相同的結構。優選的，所述第一圓滑塊和第二圓滑塊的為相同的圓滑塊。優選的，所述第一圓滑塊、第二圓滑塊和中間圓滑塊組成的圓滑塊組，其質量中心 落在曲柄銷的軸線上。優選的，所述分叉單作用活塞和所述雙作用活塞的質量相同。優選的，所述分叉單作用活塞和所述雙作用活塞的重心均位于其各自的軸線上。優選的，所述分叉單作用活塞的往復運動軌道的中心線和所述雙作用活塞的往復 運動軌道的中心線相互垂直共面。優選的，所述分叉單作用活塞的往復運動軌道的中心線和所述雙作用活塞的往復 運動軌道的中心線的交點位于該曲柄圓滑塊機構的曲軸的旋轉軸上。優選的，所述縱向槽的深度為與雙作用活塞的導向部寬度加上所述分叉單作用活 塞的往復運動行程。本發明提供一種內燃機，該內燃機采用上述任意一項技術方案所述的T型曲柄圓 滑塊機構。本發明提供一種壓縮機，該壓縮機采用上述任意一項所述的T型曲柄圓滑塊機 構。本發明提供的T型曲柄圓滑塊機構，其單作用活塞為分叉式結構，其導向部被縱 向槽分為兩列，縱向槽可以容納與該單作用活塞配對的雙作用活塞的導向部穿過，其槽深 和布置位置為該往復運動件自身提供了往復運動的行程空間。在單作用活塞的兩列導向部 上的圓滑塊容置孔中都安置圓滑塊，并和位于兩者之間的雙作用活塞的圓滑塊固定形成圓 滑塊組。設單作用活塞的往復運動中心軸線和曲軸旋轉軸線的交點為A，雙作用活塞往復運 動中心軸線和曲軸旋轉軸線的交點為B，上述結構可以使A、B兩點之間的距離顯著減小，降 低由于該距離而在曲軸軸線上產生的彎矩。在該T型曲柄圓滑塊機構的優選方案中，所述單作用活塞的第一列導向部和第二 列導向部具有相同的厚度甚至完全相同的結構，這樣的結構可以使上述提到的A、B兩點重
4合，沿曲軸軸線的彎矩將不復存在，配合以適當的活塞和圓滑塊參數選擇，可以使整個機構 的平衡性得到顯著提高。
圖1是本發明實施例提供的T型曲柄圓滑塊機構的立體圖；圖2是本發明實施例提供的T型曲柄圓滑塊機構的另一立體圖，該圖的視角與圖 1視角相對；圖3是分叉單作用活塞的立體圖。
具體實施例方式請參看圖1，該圖為本發明實施例提供的T型曲柄圓滑塊機構的立體圖。圖2為該 T型曲柄圓滑塊機構從與圖1相對視角獲得的另一立體圖。上述圖均沒有示出以曲柄銷穿 過圓滑塊偏心孔的曲軸，因為該部分和背景技術提及的雙圓滑塊機構、多圓滑塊機構相同， 在此為突出本發明的特點，將其省略。圖3為所述分叉單作用活塞的立體圖。如上述圖所示，該T型曲柄圓滑塊機構包括兩個往復運動件，分別是分叉單作用 活塞1和雙作用活塞2，兩者分別布置在相互垂直的往復運動軌道上。其中分叉單作用活塞 1為垂直方向上下運動，其活塞頂面向上；雙作用活塞2以水平方向左右運動。從圖1可以 看出，所述分叉單作用活塞1的導向部1-2被一縱向槽1-4分為相互平行的兩列分叉，所述 雙作用活塞2的導向部2-2以其厚度方向穿過所述縱向槽1-4，使兩個往復運動件實現交 叉。從圖中可以看出，所述分叉單作用活塞1的縱向槽1-4為所述雙作用活塞2提供了與 分叉單作用活塞1交叉的空間，使兩個往復運動件的往復運動中心線能夠在一個平面上垂 直交叉，這一點是該T型曲柄圓滑塊機構的主要特點。以下詳細介紹該T型曲柄圓滑塊機 構的具體結構。所述分叉單作用活塞1采用具有分叉的導向部結構，具體請看圖1和圖3。所述 分叉單作用活塞1為具有一個冠部1-1的分叉單作用活塞，其導向部1-2被一開口于導向 部底面的縱向槽1-4分為相互平行的兩列分叉，分別稱為第一列導向部1-2-1和第二列導 向部1-2-2 ；所述第一列導向部1-2-1和所述第二列導向部1-2-2具有相同的結構，尤其是 具有相同的厚度，以及在相同的位置上設置有相同的圓滑塊容置孔。如圖所示，所述第一列 導向部1-2-1上設置第一圓滑塊容置孔1-3-1，所述第二列導向部上設置第二圓滑塊容置 孔1-3-2，分別用于安置第一圓滑塊3-1和第二圓滑塊3-2。上述兩個圓滑塊是相同的圓滑 塊。如附圖1所示，所述雙作用活塞2具有第一冠部2-1-1、第二冠部2-1-2以及連接 上述兩個冠部的導向部2-2。所述第一冠部2-1-1和第二冠部2-1-2均與傳統活塞的結 構相同，為相對向內開口的圓筒形，均與機體的氣缸配合。上述冠部的頂面為活塞頂，該活 塞頂的上表面為工作面，在用于內燃機時為燃燒室的底面，在用于壓縮機時，為活塞的工作 面。在緊鄰活塞頂的柱面的外徑面上設置有若干環槽，該設置環槽的區域稱為活塞環帶， 這些環槽用于安置氣環、油環等。上述結構與其它曲柄圓滑塊機構的雙作用活塞相應部位 基本相同，在此不再贅述。所述導向部2-2的外廓為長方體，中間設置中間圓滑塊容置孔 2-2-1。該雙作用活塞的主要特點是，其導向部2-2厚度根據所述分叉單作用活塞1的縱向槽1-4的槽寬設計，使其以厚度方向恰好可以插入所述縱向槽1-4，使分叉單作用活塞1和 所述雙作用活塞2能夠在兩者的導向部位交叉。所述導向部的厚度，具體是指導向部沿其 圓滑塊容置孔軸線這一維度的尺寸，下文提到導向部的寬度，是指同時垂直于導向部圓滑 塊容置孔軸線和活塞軸線的維度的導向部尺寸。上述分叉單作用活塞1的縱向槽1-4還需要具有足夠的槽深，以使所述分叉單作 用活塞1的往復運動不會與所述雙作用活塞2產生干涉。該槽深根據兩個往復運動件的空 間布置的距離關系確定，在盡量緊湊的情況下，期望所述分叉單作用活塞1運動到下止點 時，其導向部1-2的下端面和雙作用活塞2的導向部2-2的靠下部的導軌面平齊，則此時需 要保證所述縱向槽1-4的深度不小于所述雙作用活塞2的導向部2-2的寬度加上該分叉單 作用活塞的行程。從圖2可以看出，所述分叉單作用活塞1的第一圓滑塊容置孔1-3-1中安置第一 圓滑塊3-1、所述第二圓滑塊容置孔1-3-2中安置第二圓滑塊3-2，兩者為同相設置，所述雙 作用活塞2上安置的中間圓滑塊3-3與上述兩個圓滑塊反相設置，即以180°相位差設置。 三個圓滑塊的偏心孔均套在曲軸的同一個曲柄銷上，相鄰圓滑塊彼此以定位銷或者其他結 構相互固定。三個圓滑塊彼此之間相互貼合，這樣可以盡可能節省空間，減小整個結構的尺 寸。另外，所述第一圓滑塊3-1和所述第二圓滑塊3-2的厚度較所述中間圓滑塊3-3薄，在 本實施例中，為了獲得最佳的平衡效果，所述第一圓滑塊3-1和所述第二圓滑塊3-2的厚度 均為所述中間圓滑塊3-3的厚度的1/2，并且，第一圓滑塊3-1和所述第二圓滑塊3-2的質 量之和等于所述中間圓滑塊3-3的質量。在不采用上述質量關系的情況下，滿足下列要求 也可以，即所述第一圓滑塊3-1、第二圓滑塊3-2和中間圓滑塊3-3組成的圓滑塊組，其質 量中心落在曲柄銷的軸線上。上述各個圓滑塊的結構在背景技術提到的先前專利中已經說 明，在本實施例中不再贅述。上述機構安裝在機體中后，所述雙作用活塞2的兩個冠部分別安置在機體水平相 對布置的氣缸中，兩個氣缸同軸，上述兩個氣缸的共同軸線也就是所述雙作用活塞2往復 運動軌道的軸線；所述分叉單作用活塞1的冠部1-1安置在垂直設置在兩個氣缸中間的跑 道中，其軸線與兩個氣缸的共同軸線垂直并且共面，該跑道的軸線也就是所述分叉單作用 活塞1的軸線。通過上述設置，使分叉單作用活塞1和雙作用活塞2兩者的往復運動軌道 的軸線共面并且垂直，并且其交點正好在兩個往復運動軌道的軸線相交在曲軸的旋轉軸線 上。由于兩個往復運動件的軌道在曲軸軸線上不存在距離，在曲軸軸線上的扭矩也不復存 在，使整個機構獲得了更佳的動平衡效果。為了獲得最佳的動平衡效果，還要求分叉單作用 活塞1和雙作用活塞2具有完全相同的質量，并且，其重心落在各自的軸線上。本實施例提供的是優選的實施例。實踐中，對采用雙列導向部的分叉單作用活塞1 不一定嚴格要求上述尺寸結構關系，所述三個圓滑塊的尺寸和質量關系也不一定嚴格遵循 上述要求，只要能夠使在縱向槽1-4交叉的雙作用活塞和分叉單作用活塞不出現干涉即可 達到減小曲軸軸向上的彎矩的作用。甚至，在對機體的尺寸要求很寬松的情況下，所述雙作 用活塞不是以厚度方向通過所述分叉分叉單作用活塞的縱向槽，而是以寬度方向或者傾斜 著通過所述分叉分叉單作用活塞的縱向槽。將采用上述結構用于內燃機，即獲得本發明內燃機的實施例，將上述結構用于壓 縮機，即獲得本發明壓縮機的實施例。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，包括一個分叉單作用活塞和一個雙作用活 塞，所述分叉單作用活塞的導向部被一縱向槽分為相互平行的兩列分叉，分別稱為第一列 導向部和第二列導向部；所述第一列導向部上設置第一圓滑塊容置孔，所述第二列導向部 上設置第二圓滑塊容置孔，分別用于安置第一圓滑塊和第二圓滑塊；所述雙作用活塞的導 向部插入所述分叉單作用活塞的縱向槽中，與所述分叉單作用活塞垂直交叉，該導向部上 設置中間圓滑塊容置孔，用于容置中間圓滑塊；所述第一圓滑塊和第二圓滑塊同相安裝，所 述中間圓滑塊夾在上述第一圓滑塊和第二圓滑塊之間并與上述兩個圓滑塊以180°相位差 安置，相鄰圓滑塊彼此固定。
2.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述雙作用活塞的導向部 以厚度方向通過所述分叉單作用活塞的縱向槽。
3.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述分叉單作用活塞的往 復運動方向為垂直方向，所述雙作用活塞的往復運動方向為水平方向。
4.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述分叉單作用活塞的縱 向槽開口于導向部底面。
5.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述第一列導向部和所述 第二列導向部的厚度相同。
6.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述第一列導向部和所述 第二列導向部具有完全相同的結構。
7.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述第一圓滑塊和第二圓 滑塊的為相同的圓滑塊。
8.根據權利要求7所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述第一圓滑塊、第二圓 滑塊和中間圓滑塊組成的圓滑塊組，其質量中心落在曲柄銷的軸線上。
9.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述分叉單作用活塞和所 述雙作用活塞的質量相同。
10.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述分叉單作用活塞和 所述雙作用活塞的重心均位于其各自的軸線上。
11.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述分叉單作用活塞的 往復運動軌道的中心線和所述雙作用活塞的往復運動軌道的中心線相互垂直共面。
12.根據權利要求11所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述分叉單作用活塞的 往復運動軌道的中心線和所述雙作用活塞的往復運動軌道的中心線的交點位于該曲柄圓 滑塊機構的曲軸的旋轉軸上。
13.根據權利要求1所述的T型曲柄圓滑塊機構，其特征在于，所述縱向槽的深度為與 雙作用活塞的導向部寬度加上所述分叉單作用活塞的往復運動行程。
14.一種內燃機，其特征在于，采用上述權項1-權項13所述的T型曲柄圓滑塊機構。
15.一種壓縮機，其特征在于，采用上述權項1-權項13所述的T型曲柄圓滑塊機構。
全文摘要
本發明提供一種T型曲柄圓滑塊機構，包括分叉單作用活塞和雙作用活塞，分叉單作用活塞的導向部被一縱向槽分為相互平行的第一列導向部和第二列導向部；第一列導向部上設置第一圓滑塊容置孔，第二列導向部上設置第二圓滑塊容置孔，分別用于安置第一圓滑塊和第二圓滑塊；雙作用活塞的導向部插入分叉單作用活塞的縱向槽中，與分叉單作用活塞垂直交叉，該導向部上設置中間圓滑塊容置孔；第一圓滑塊和第二圓滑塊同相安裝，中間圓滑塊夾在上述第一圓滑塊和第二圓滑塊之間并與上述兩個圓滑塊以180°相位差安置，相鄰圓滑塊彼此固定。上述結構可以降低沿曲軸軸線的彎矩。
文檔編號F16H57/00GK102003519SQ201010581948
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者黎明, 黎正中 申請人:北京中清能發動機技術有限公司