專利名稱：低副型差動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)械，特別是一種低付型差動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)械。它可適用于發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮機(jī)。
在本發(fā)明提出之前，旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)種類很多，較成熟的只有WanKeL的三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，由于該機(jī)是以雙弧外旋輪線為缸體，以三弧內(nèi)包絡(luò)線為活塞，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是高付聯(lián)接形式。因此，這對(duì)于該機(jī)的油滑、耐磨性和密封都相當(dāng)不利，使該機(jī)的制造工藝復(fù)雜，成本過(guò)高;另外，由于該發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體型線和活塞輪廓線之間的基本關(guān)系，要形成足夠大的壓縮比來(lái)滿足某些燃油的壓燃條件，相當(dāng)困難。從而限制了該機(jī)的使用范圍。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮機(jī)的低付型差動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)，它的容積壓縮比能滿足各種燃油的壓燃條件。
針對(duì)上述發(fā)明目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的采用一個(gè)主軸18和一個(gè)與主軸18中心線同軸的圓形氣缸10，在氣缸10的兩端裝有與主軸同心的左轉(zhuǎn)盤9和右轉(zhuǎn)盤1。左轉(zhuǎn)盤9、右轉(zhuǎn)盤1與氣缸10內(nèi)壁構(gòu)成一環(huán)形密封腔，在該密封腔內(nèi)裝有4個(gè)活塞，其中，每個(gè)活塞上裝有一個(gè)活塞銷23，相間隔的兩個(gè)活塞(即活塞A和活塞B或活塞C和活塞D)的活塞銷23插入左轉(zhuǎn)盤9或右轉(zhuǎn)盤1中的兩個(gè)銷孔中，也就是說(shuō)左轉(zhuǎn)盤9中的兩個(gè)活塞與右轉(zhuǎn)盤1中的兩個(gè)活塞在密封腔內(nèi)是交錯(cuò)排列的，它們之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，但每個(gè)轉(zhuǎn)盤中的兩個(gè)活塞之間的位置是固定的，它們與各自的轉(zhuǎn)盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在氣缸10的兩側(cè)各裝有二個(gè)與氣缸10中心線偏心的控制環(huán)。每個(gè)控制環(huán)上裝有一個(gè)銷軸27?？刂骗h(huán)與活塞之間用連桿鉸接相聯(lián)，每個(gè)控制環(huán)同一個(gè)活塞相聯(lián)。在控制環(huán)12和控制環(huán)15外側(cè)的主軸18上各裝有一個(gè)與主軸固聯(lián)的控制盤5和控制盤17，每個(gè)控制盤中裝有兩個(gè)銷軸29，這兩個(gè)銷軸29與控制盤中心對(duì)稱，控制盤5中的兩個(gè)銷軸29與控制盤17中的兩個(gè)銷軸29之間交錯(cuò)90°。每個(gè)控制盤與它相鄰的兩控制環(huán)之間用連桿鉸接相聯(lián)。以上就構(gòu)成了本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)。
為了清楚地說(shuō)明本發(fā)明的工作原理，我們將本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)(見(jiàn)

圖1)簡(jiǎn)化為圖2所示的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，對(duì)圖2的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析。
在圖2中，件號(hào)1、9代表右轉(zhuǎn)盤和左轉(zhuǎn)盤，A、B代表右轉(zhuǎn)盤上的活塞A和活塞B，C、D代表左轉(zhuǎn)盤上的活塞C和活塞D，件號(hào)2、4、6、8、11、13、14、16代表連桿，件號(hào)3、7、12、15代表控制環(huán)，件號(hào)10代表氣缸，件號(hào)5、17代表右控制盤和左控制盤，件號(hào)18代表主軸。00表示主軸中心線，0，0，'表示控制環(huán)中心線。從圖中可以看出本機(jī)構(gòu)共由16個(gè)構(gòu)件組成4付雙曲柄機(jī)件，(件號(hào)5、17、18可看作一個(gè)構(gòu)件，件號(hào)11、12、13、14、15、16為虛約束條件數(shù))，其中，活動(dòng)件數(shù)n＝9，低付數(shù)Pc＝13，高付數(shù)PH＝0，根據(jù)K＝3n-2Pc-PH公式，求得本機(jī)構(gòu)的自由度K＝3×9-2×3-0＝1。
因此，本機(jī)構(gòu)只要有一個(gè)起始原動(dòng)件，就能有兩個(gè)確定的輸出運(yùn)動(dòng)。如果以件1為起始構(gòu)件輸入運(yùn)動(dòng)，就有從動(dòng)件18和從動(dòng)件9兩個(gè)確定的輸出運(yùn)動(dòng)。如果以件18為起始構(gòu)件輸入運(yùn)動(dòng)，就有從動(dòng)件1和從動(dòng)件9兩個(gè)確定的輸出運(yùn)動(dòng)。本機(jī)構(gòu)能形成一種有周期性的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，現(xiàn)結(jié)合傳動(dòng)角度分析圖加以分析。
圖3是圖2中件號(hào)1、2、3和10組成的四連桿機(jī)構(gòu)。角度分析圖。從圖中看出，當(dāng)件1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)135°時(shí)，件3被帶動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)55°。
圖4是圖2中件號(hào)3、4、5和10組成的四連桿機(jī)構(gòu)角度分析圖。當(dāng)件3在件1的帶動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)55°時(shí)，件5被帶動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。
也就是說(shuō)，件1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)135°時(shí)，件5(即主軸18)被帶動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。形成135°∶90°的位置變化。
圖5是圖2中件號(hào)17、6、7和10組成的四連桿機(jī)構(gòu)角度分析圖。當(dāng)件17(即主軸18)在件1的帶動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90
時(shí)，件7被帶動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)107°。
圖6是圖2中件號(hào)7、8、9和10組成的四連桿機(jī)構(gòu)角度分析圖。當(dāng)件7在件17的帶動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)107°時(shí)，件9被帶動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°。
也就是說(shuō)件17在件1的帶動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，件9同時(shí)也被件17帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)45°，形成90°∶45°的位置變化。
這樣，當(dāng)件1沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)135°時(shí)，主軸18隨之沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90°，件9也沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)45°。
同上分析，當(dāng)件1繼續(xù)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)45°時(shí)，則主軸18被帶動(dòng)沿順時(shí)針?lè)较蚶^續(xù)旋轉(zhuǎn)90°，件9同時(shí)也被主軸18帶動(dòng)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)135°，這樣，件1，件9和主軸18又回到了初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，形成了一個(gè)速度周期性的變化。
綜上所述，當(dāng)件1旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，件9隨之產(chǎn)生慢-快，慢-快兩個(gè)速度周期性的變化。也就是說(shuō)，在一個(gè)周期內(nèi)，件1同件9之間的夾角發(fā)生了從45°-135°，又從135°-45°的變化，這就是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
當(dāng)本發(fā)明作發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)，主軸18旋轉(zhuǎn)一周，氣缸10內(nèi)完成四次四沖程工作循環(huán)。
圖7表示發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣行程狀態(tài)圖，此時(shí)，左轉(zhuǎn)盤9與右轉(zhuǎn)盤1相交45°。
圖8表示發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮行程狀態(tài)圖，此時(shí)，左轉(zhuǎn)盤9與右轉(zhuǎn)盤1相交135°。
圖9表示發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒行程狀態(tài)圖，此時(shí)，左轉(zhuǎn)盤9與右轉(zhuǎn)盤1相交45°。
圖10表示發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣行程狀態(tài)圖，此時(shí)，左轉(zhuǎn)盤9與右轉(zhuǎn)盤1相交45°。
在圖7至圖10中表示的是活塞D和活塞B的四沖程工作循環(huán)，活塞D和活塞B進(jìn)行四沖程一個(gè)工作循環(huán)的同時(shí)，活塞A和活塞C也進(jìn)行了四沖程一個(gè)工作循環(huán)。
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣缸10內(nèi)的可燃混合氣體在燃燒行程時(shí)燃燒產(chǎn)生的氣體壓力作用在活塞上，由于此時(shí)有自鎖現(xiàn)象存在，因此，它只能推動(dòng)活塞沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。作用在活塞上的動(dòng)力矩通過(guò)連桿、控制環(huán)和控制盤傳遞給主軸，使主軸旋轉(zhuǎn)，并對(duì)外輸出功率。
當(dāng)本發(fā)明作壓縮機(jī)使用時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，活塞在主軸的帶動(dòng)下產(chǎn)生上述運(yùn)動(dòng)，完成壓縮機(jī)的吸氣和壓縮行程，其動(dòng)力矩的傳遞路線與發(fā)動(dòng)機(jī)相反。
本發(fā)明與現(xiàn)有三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)相比，它結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。由于它采用的一些鋼性構(gòu)件都是用平面低付聯(lián)接而成，而低付聯(lián)接的接觸面上的壓強(qiáng)較低，又便于潤(rùn)滑，密封，因此，本發(fā)明的各部件摩損較輕，壽命長(zhǎng)，密封條件好，便于加工、制造，從而降低了成本;本發(fā)明的氣缸在一圓周上產(chǎn)生兩個(gè)定點(diǎn)壓縮區(qū)，它能在一定點(diǎn)點(diǎn)火”大大簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu);本發(fā)明中氣缸的容積壓縮比，可以通過(guò)調(diào)節(jié)活塞的厚度來(lái)調(diào)整，完全能滿足各種燃油的壓燃條件，油耗很低;本發(fā)明的各活動(dòng)構(gòu)件基本上是對(duì)稱布置的，不平衡質(zhì)量比三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)更小，因此，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，它的工作平穩(wěn)性、振動(dòng)性相對(duì)來(lái)說(shuō)也更小。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明作發(fā)動(dòng)機(jī)使用的結(jié)構(gòu)11是左轉(zhuǎn)盤9的結(jié)構(gòu)12是右轉(zhuǎn)盤1的結(jié)構(gòu)13是控制盤5的結(jié)構(gòu)14是控制環(huán)的結(jié)構(gòu)15是活塞的結(jié)構(gòu)16是圖15A-A剖視圖本發(fā)明作發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。它有一個(gè)圓形氣缸10和一個(gè)位于氣缸10軸線位置的主軸18，在氣缸10的兩端各裝有一個(gè)左轉(zhuǎn)盤9和右轉(zhuǎn)盤1，它們與氣缸10之間裝有密封環(huán)19，它們與主軸18之間用軸承20相聯(lián)，左轉(zhuǎn)盤9與右轉(zhuǎn)盤1之間有軸承21和密封圈22，這樣，左轉(zhuǎn)盤9和右轉(zhuǎn)盤1與氣缸10之間構(gòu)成一環(huán)形密封腔，且左轉(zhuǎn)盤9、右轉(zhuǎn)盤1和主軸18可產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在該環(huán)形密封腔內(nèi)裝有活塞A、活塞B、活塞C和活塞D四個(gè)活塞，每個(gè)活塞上裝有一個(gè)活塞銷23，活塞A和活塞B上的活塞銷23，插入右轉(zhuǎn)盤1中的兩個(gè)銷孔中，活塞C和活塞D上的活塞銷23插入左轉(zhuǎn)盤9中的兩個(gè)銷孔中，左轉(zhuǎn)盤9中的兩個(gè)銷孔與左轉(zhuǎn)盤中心對(duì)稱，見(jiàn)圖11，右轉(zhuǎn)盤1中的兩個(gè)銷孔與右轉(zhuǎn)盤中心對(duì)稱，見(jiàn)圖12，在左轉(zhuǎn)盤和右轉(zhuǎn)盤中還有油槽。在氣缸10的左右兩側(cè)各有2個(gè)控制環(huán)安裝在與主轉(zhuǎn)偏心的位置上，控制環(huán)7和控制環(huán)12位于氣缸10的左邊，控制環(huán)3和控制環(huán)15位于氣缸的右邊，每個(gè)控制環(huán)的圓周上開(kāi)有一個(gè)銷孔，見(jiàn)圖14，控制環(huán)7和控制環(huán)12裝在一個(gè)控制環(huán)座24上，它們之間裝有滾柱25，控制環(huán)3和控制環(huán)15上裝在另一個(gè)控制環(huán)座24上，它們之間也裝有滾柱25，控制環(huán)座24固定在機(jī)座26上。在每個(gè)控制環(huán)的銷孔中裝有一根銷軸27，控制環(huán)7中的銷軸27與活塞C上的活塞銷23之間用連桿8鉸接，控制環(huán)12中的銷軸27與活塞D上的活塞銷23之間用連桿13鉸接，控制環(huán)3中的銷軸27與活塞A上的活塞銷23之間用連桿2鉸接，控制環(huán)15中的銷軸27與活塞B上的活塞銷23之間用連桿14鉸接，在控制環(huán)12和控制環(huán)15外側(cè)的主軸18兩頭，各裝有一個(gè)控制盤5和控制盤17，它們與主軸18之間用銷子28固聯(lián)，在每個(gè)控制盤件，與其中心對(duì)稱的圓周上開(kāi)有兩個(gè)銷孔，見(jiàn)圖14，位于主軸18兩頭的控制盤17和控制盤5之間，以各自的銷孔為基準(zhǔn)，沿圓周方向交錯(cuò)90°固定在主軸18上，在控制盤5和控制盤17中的每個(gè)銷孔中裝有銷軸29，左邊的控制盤17中的兩個(gè)銷軸29與控制環(huán)12和控制環(huán)7中的銷軸27用連桿11和連桿6鉸接，右邊的控制盤5中的兩個(gè)銷軸29與控制環(huán)3和控制環(huán)15中的銷軸27用連桿4和連桿16鉸接，控制盤與機(jī)架26之間用軸承30相聯(lián)，其間還有密封裝置。活塞的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖15和圖16，活塞頂部有一導(dǎo)向角α，α
0活塞中與其它部件接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的三個(gè)面上開(kāi)有槽，槽內(nèi)裝有密封片31和密封片32。在氣缸10中的環(huán)形密封腔內(nèi)有上、下兩個(gè)壓縮區(qū)，見(jiàn)圖7至圖9，在上壓縮區(qū)內(nèi)(即相鄰兩活塞相交45°范圍)的中間位置的氣缸10上裝有一個(gè)火花塞33，在下壓縮區(qū)內(nèi)(即另兩個(gè)活塞相交45°范圍)的兩邊界位置的氣缸10上開(kāi)有進(jìn)氣口34和排氣口35，進(jìn)氣口34與排氣口35中心線相交45°。
本發(fā)明作壓縮機(jī)時(shí)，只需將排氣口35開(kāi)在上、下壓縮區(qū)中間的氣缸10上，進(jìn)氣口34開(kāi)在上下壓縮區(qū)邊緣的氣缸10上即可，此時(shí)，位于上下壓縮區(qū)邊緣的兩進(jìn)氣口對(duì)稱，位于上下壓縮區(qū)中間的兩排氣口對(duì)稱，四個(gè)活塞頂部的導(dǎo)向角α＝0。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮機(jī)的低付型差動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)械，它有一根主軸18和一個(gè)與主軸18同軸的圓形氣缸10，其特征在于①在氣缸10的兩端裝有左轉(zhuǎn)盤9和右轉(zhuǎn)盤1，它們與氣缸10的內(nèi)壁組成一環(huán)形密封腔；②在上述環(huán)形密封腔內(nèi)裝有4個(gè)活塞，其中，每個(gè)活塞上裝有一個(gè)活塞銷23，相間隔的兩個(gè)活塞的活塞銷23插入左轉(zhuǎn)盤9或右轉(zhuǎn)盤1中的兩個(gè)銷孔中；③在氣缸10的兩側(cè)，各裝有二個(gè)與氣缸10中心線偏心的控制環(huán)，每個(gè)控制環(huán)上裝有一個(gè)銷軸27，控制環(huán)與活塞之間用連桿鉸接相聯(lián)，每個(gè)控制環(huán)只同一個(gè)活塞相聯(lián)；④在控制環(huán)12和控制環(huán)15外側(cè)的主軸18上，各裝有一個(gè)與主軸固聯(lián)的控制盤5和控制盤17，每個(gè)控制盤與它相鄰的兩控制環(huán)之間用連桿鉸接相聯(lián)。
2.按照權(quán)利要求1所述的低付型差動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)械。其特征在于與每個(gè)控制盤的中心對(duì)稱的圓周上裝有兩個(gè)銷軸29，控制盤5中的兩個(gè)銷軸29與控制盤17中的兩個(gè)銷軸29之間沿圓周方向交錯(cuò)90°。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的低付型差動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)械。其特征在于在上壓縮區(qū)相鄰兩活塞相交45°范圍)內(nèi)的中間位置的氣缸10上裝有一個(gè)火花塞33，在下壓縮區(qū)(另兩個(gè)相鄰活塞相交45°范圍)內(nèi)的兩邊界位置的氣缸10上開(kāi)有進(jìn)氣口34和排氣口35，進(jìn)氣口和排氣口中心線相交45°，在每個(gè)活塞頂部有一不等于零的導(dǎo)向角α構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的低付型差動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)械。其特征在于在上、下壓縮區(qū)中間的氣缸10上開(kāi)有排氣口35，在上下壓縮區(qū)邊界位置的氣缸10上開(kāi)有進(jìn)氣口34，此時(shí)，每個(gè)活塞頂部的導(dǎo)向角α＝0，構(gòu)成壓縮機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明是一種適用于發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮機(jī)的低副型差動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)械。它主要由主軸18和與主軸18同軸的圓形氣缸10組成，在氣缸兩端裝有兩個(gè)轉(zhuǎn)盤，它們與氣缸構(gòu)成一環(huán)形密封腔，在該密封腔內(nèi)裝有四個(gè)活塞，活塞通過(guò)連桿、控制環(huán)等同固定在主軸上的控制盤聯(lián)接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，氣缸容積壓縮比可以調(diào)節(jié)，完全能滿足各種燃油的壓燃條件。本發(fā)明密封條件好，便于制造加工。
文檔編號(hào)F04C18/07GK1056730SQ9010825
公開(kāi)日1991年12月4日 申請(qǐng)日期1990年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月7日
發(fā)明者劉笙 申請(qǐng)人:劉笙