[发明专利]新的活塞工作装置内燃机、活塞马达、活塞泵及应用装置

说明书

本发明涉及以流体为工作介质的活塞工作装置，属机械领域，主要指活塞马达与活塞泵，包括内燃发动机、液压马达、气动马达、气体压缩机、高压油泵、水泵本发明将内燃机定义为热气动马达。上述机械都是由活塞缸、传动装置、转轴组成，本发明是针对它们的传动装置和活塞缸的缺点提出新的传动装置、新的活塞缸及应用装置。

在现有技术中，上述机械的缺点是：1.活塞对转轴的传动要依赖连杆和曲轴即曲柄滑块机构，现以内燃机为例，摆动的连杆使活塞对缸壁产生侧压力，为了限制侧压，只好增加连杆长度(多为曲柄半径4倍)，使整机重量随之成倍增加，制约了活塞行程和曲柄半径的合理选择，行程缸径比多限在1.2左右；2.现有活塞缸以活塞杆或连杆为对外传动工作部，导向差，易失稳，侧压严重，每个活塞缸要占用一套传动装置。

本发明解决上述问题的思路是：1.在活塞与转轴之间设置一个摆轴，活塞驱动摆轴摆动，摆轴再通过斜盘付或连杆与转轴传动；2.设计新的摆轴活塞缸，以适应本发明的上述思路，以下详述。

一、摆轴斜盘传动的活塞工作装置：它是在活塞与转轴之间设一摆轴(亦称摇杆、摆动件)，摆轴再通过斜盘与转轴传动。先看图1，它由活塞缸1、活塞2、摆轴3、摆动框8、铰轴4、摆动斜盘5、转动斜盘6、转轴7组成，转轴7上固接有转动斜盘6，转动斜盘与摆动斜盘组成斜盘双滑块机构，有一个摆动框8，它是一个传力结构件，起到支承铰轴4和摆动斜盘的重要作用，摆动框有圆柱形内腔，腔内安置摆动斜盘，图1的摆动斜盘为两件，其中一件可与摆动框制为整体。摆动框的详细结构还要结合图8详述。摆轴3位于转轴侧面，其轴线与纸面垂直，摆轴有伸出爪通过铰轴4与摆动框铰接传动，摆轴还与活塞杆2铰接传动，工作时，摆轴作简单摆动，摆动框作复杂摆动，转动斜盘作定轴转动。斜盘接合面可以是平面，也可以是适当锥度的圆锥面。摆动斜盘与转动斜盘有间隙，其接合面时而贴近，时而分离，使润滑油不断进入接合面，形成油膜，因而润滑性特好，传动效率高，并有密封的防尘外壳；为了减小磨擦阻力，可在斜盘之间加入滚动体，或用滚动轴承制造斜盘，斜盘接合面及滚动体的材料，建议选用氮化硅或含氮化硅的材料，使磨擦系数小。为了平衡往复运动产生的惯性力，可按图3在转轴上设两组相位相反的斜盘付，图3中由活塞1、活塞2、摆轴3、摆动框8、铰轴4、摆动斜盘5、转动斜盘6、转轴7组成第一组斜盘付，第二组结构相似，往复运动方向相反，其活塞缸未画出，两组缸体要靠近，使惯性力互相抵消。图4展示图3的较详细的结构，其摆轴3的轴线与转轴垂直，并与铰轴4的轴线垂直，活塞缸1中的活塞2与摆轴3联接传动，两组活塞缸较为靠近，使惯性力低消。图2是双缸发动机方案，为了改进工作性能，摆轴3有正相铰点4和反相铰点5，它们分别与活塞1、2联接，可抵消一部分惯性力，用两组双缸发动机可组成四缸发动机的方案。图9表达摆动框、摆轴的细节结构：摆动框2有圆柱形内腔，腔内有摆动斜盘5，摆动框端部有筒状或柱状铰接部4，另有图1的摆动件即摆轴3，摆动框的筒形铰接部与摆轴3的铰孔6铰接，摆轴外端有铰孔8与活塞缸1联接传动，摆轴一般位于转轴7的一侧，也可跨接在两侧，摆轴轴线NN与铰轴4的轴线垂直，并与转动斜盘中心A点相交；图10则略有变化，但原理与图9相同，图10的摆动框2外端有筒形铰接部4、5，筒形铰孔4与摆轴3铰接，筒形铰孔5与摆动的铰轴9铰接，铰轴9有铰孔8与活塞缸1联接传动，由于摆轴轴线NN从A点下移，转动斜盘有轴向往复运动，性能不如图9，用于特殊需要。图8表示摆动框内结构：筒形摆动框1可与摆动斜盘2做成整体，摆动框内有摆动斜盘3，摆动框外两端有筒形铰接部4，筒形摆动框与筒形铰接部之间有传力肋板5，与斜盘间也有传力肋板6；图11是斜盘传动的第二种结构：转动斜盘2与转轴1固接，转动斜盘3与转轴4固接，两个转动斜盘通过螺纹接合件5接合成整体，形成完整的转轴，转动斜盘互相面对且斜角相等。在接合部11有传递扭矩的键组10，可用花键、方键、齿形键，接合部11为园柱面或园锥面，统称旋转面。筒形摆动框6内固接有摆动斜盘7，摆动框外有两个筒形铰接部8，有摆动件即摆轴9与摆动框铰接，摆轴与活塞缸(未画出)联接传动。

二、摆轴连杆传动的活塞工作装置及摆轴活塞缸：即摆轴活塞缸与连杆曲轴的组合。