專利名稱：用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)的制作方法
用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)本申請是申請日為2007年10月5日，申請?zhí)枮?00780037014. 9，發(fā)明名稱為“用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)”的申請的分案申請。
背景技術(shù)：
本公開涉及用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)。用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)可被用于多種機械系統(tǒng)中。此機構(gòu)的一個普通應(yīng)用是內(nèi)燃發(fā)動機，其中活塞的往復線性運動被轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。雖然所展示的本公開的實施方式是內(nèi)燃發(fā)動機的實施方式，但本公開不限于此應(yīng)用，且于此公開的用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)可用于多種應(yīng)用。發(fā)明概述 本公開涉及用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)，其包括波形軌道(wave-shaped track)和沿該波形軌道行進的往復和旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。本公開提供了一種用于促進在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)，所述機構(gòu)包括連續(xù)的波形軌道，其由第一滾道和與所述第一滾道相對且與所述第一滾道間隔開的第二滾道所界定，所述波形軌道限定環(huán)狀的輪廓且大致上界定具有中心軸線的柱狀體積；承載器單元，其至少部分地放置于所述柱狀體積之內(nèi)且被設(shè)置為繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)；以及交換器單元，其至少部分地延伸穿過所述承載器單元并與所述承載器單元接觸，且被設(shè)置成與所述承載器單元一起旋轉(zhuǎn)以及在所述柱狀體積內(nèi)往復運動，所述交換器單元包括第一滾子，其接近所述交換器單元的第一端放置，且與所述波形軌道的所述第一滾道滾動接觸；以及第二滾子，其鄰近所述第一滾子，且與所述波形軌道的所述第二滾道滾動接觸。在本公開所提供的機構(gòu)中，所述第一滾子和所述第二滾子可彼此滾動接觸。在本公開所提供的機構(gòu)中，所述波形軌道可包括大致上線性的部分。在本公開所提供的機構(gòu)中，所述承載器單元可包括相對于所述中心軸線大致上縱向延伸的第三滾道；且所述交換器單元進一步可包括第三滾子，所述第三滾子從所述第一滾子和所述第二滾子徑向上向內(nèi)放置并與所述第三滾道滾動接觸。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述承載器單元進一步可包括與所述第三滾道相對且與所述第三滾道間隔開的第四滾道；且所述交換器單元進一步可包括第四滾子，所述第四滾子從所述第一滾子和所述第二滾子徑向上向內(nèi)放置并與所述第四滾道滾動接觸。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述第三滾子和所述第四滾子可彼此滾動接觸。在本公開所提供的機構(gòu)中，所述交換器單元進一步可包括第三滾子，其接近所述交換器單元的第二端放置，所述第三滾子與所述第一滾道滾動接觸；以及第四滾子，其鄰近所述第三滾子并與所述第二滾道滾動接觸。
在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述第一滾子和所述第二滾子可彼此滾動接觸，而所述第三滾子和所述第四滾子可彼此滾動接觸。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述承載器單元可包括第三滾道和與所述第三滾道相對并與所述第三滾道間隔開的第四滾道，所述第三滾道和所述第四滾道相對于所述中心軸線大致上縱向延伸；以及第五滾道和與所述第五滾道相對并與所述第五滾道間隔開的第六滾道，所述第五滾道和所述第六滾道相對于中心軸線大致上縱向延伸；且所述交換器單元進一步可包括第五滾子，其從所述第一滾子和所述第二滾子徑向上向內(nèi)放置且與所述第三滾道滾動接觸；第六滾子，其從所述第一滾子和所述第二滾子徑向上向內(nèi)放置且與所述第四滾道滾動接觸；第七滾子，其從所述第三滾子和所述第四滾子徑向上向內(nèi)放置且與所述第五滾道滾動接觸；以及第八滾子，其從所述第三滾子和所述第四滾子徑向上向內(nèi)放置且與所述第六滾道滾動接觸。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述第一滾子和所述第二滾子可彼此滾動接觸，所述第三滾子和所述第四滾子可彼此滾動接觸，所述第五滾子和所述第六滾子可彼此滾動 接觸，而所述第七滾子和所述第八滾子可彼此滾動接觸。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述第一滾子和所述第二滾子可彼此滾動接觸，而所述第三滾子和所述第四滾子可彼此滾動接觸。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述第五滾子和所述第六滾子可彼此滾動接觸，而所述第七滾子和所述第八滾子可彼此滾動接觸。本公開所提供的機構(gòu)進一步可包括輸入軸，其連接到所述交換器單元，且大致上 與所述中心軸線同軸延伸且被設(shè)置成與所述交換器單元一起往復運動；以及穩(wěn)定器單元，其相對于所述波形軌道固定，且被設(shè)置成在所述輸入軸往復運動時穩(wěn)定所述輸入軸。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述交換器單元可旋轉(zhuǎn)地連接到所述輸入軸；且所述穩(wěn)定器單元可被設(shè)置成在所述交換器單元旋轉(zhuǎn)時防止所述輸入軸旋轉(zhuǎn)。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述輸入軸可包括界定第三滾道的至少一個表面；且所述穩(wěn)定器單元可包括與所述第三滾道滾動接觸的滾子。在本公開所提供的機構(gòu)中，所述承載器單元可包括往復器系統(tǒng)，所述往復器系統(tǒng)可設(shè)置成在所述第一滾子和所述第二滾子達到所述波形軌道的波峰或波谷時，幫助促進所述交換器單元在往復軸向方向上的改變。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述往復器系統(tǒng)可包括當所述第一滾子和所述第二滾子達到所述波形軌道的波峰或波谷時，嚙合所述交換器單元的一個或多個彈簧位置。本公開所提供的機構(gòu)進一步可包括輸入軸，其連接到所述交換器單元以使所述交換器單元能相對于所述輸入軸旋轉(zhuǎn)，其中所述輸入軸大致上可與所述中心軸線同軸延伸，且可被設(shè)置成與所述交換器單元一起往復運動。在本公開所提供的上述機構(gòu)中，所述交換器單元可包括軸承結(jié)構(gòu)，所述輸入軸可設(shè)置成在所述軸承結(jié)構(gòu)內(nèi)旋轉(zhuǎn)。本公開所提供的機構(gòu)進一步可包括輸入軸，其連接到所述交換器單元，且大致上與所述中心軸線同軸延伸且被設(shè)置成與所述交換器單元一起往復運動，其中所述承載器單元大致上為柱狀，且可包括所述輸入軸延伸通過的第一通道以及所述交換器單元延伸通過的第二通道。
本公開提供了一種發(fā)動機，包括機構(gòu)，其如本公開所提供的機構(gòu)；活塞，其放置在汽缸中，并被設(shè)置成響應(yīng)于力而在所述汽缸內(nèi)線性地平移，其中所述活塞連接到所述交換器單元；以及輸出軸，其連接到所述承載器單元以對外部設(shè)備提供旋轉(zhuǎn)運動。本公開所提供的發(fā)動機為內(nèi)燃發(fā)動機。本公開另外提供了一種用于促進在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)，所述機構(gòu)包括連續(xù)的波形軌道，其由第一側(cè)和與所述第一側(cè)相對且與所述第一側(cè)間隔開的第二側(cè)界定，所述波形軌道限定環(huán)狀的輪廓且大致上界定具有中心軸線的柱狀體積； 承載器單元，其至少部分地放置于所述柱狀體積之內(nèi)且被設(shè)置成繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)；以及交換器單元，其至少部分地延伸穿過所述承載器單元并與所述承載器單元接觸，且被設(shè)置為與所述承載器單元一起旋轉(zhuǎn)以及在所述柱狀體積內(nèi)往復運動，所述交換器單元包括第一旋轉(zhuǎn)元件，其接近所述交換器單元的第一端放置，且與所述波形軌道的所述第一側(cè)接觸；以及第二旋轉(zhuǎn)元件，其鄰近所述第一旋轉(zhuǎn)元件，且與所述波形軌道的所述第二側(cè)接觸。在本公開另外提供的機構(gòu)中，所述波形軌道的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)可包括齒，且所述第一旋轉(zhuǎn)元件和所述第二旋轉(zhuǎn)元件可包括與所述波形軌道的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)的齒嚙合的齒。本公開還提供了一種用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)，所述機構(gòu)包括第一表面，其圍繞柱狀區(qū)域環(huán)繞地延伸，其中所述柱狀區(qū)域具有中心軸線，且隨著所述第一表面圍繞所述柱狀區(qū)域延伸，所述第一表面軸向地起伏；第二表面，其圍繞所述柱狀區(qū)域環(huán)繞地延伸，其中所述第二表面與所述第一表面相對，且隨著所述第二表面圍繞所述柱狀區(qū)域延伸，所述第二表面軸向地起伏；往復元件，其設(shè)置成在所述柱狀區(qū)域內(nèi)軸向地運動，其中所述往復元件包括設(shè)置成當所述往復元件在所述柱狀區(qū)域內(nèi)軸向地運動時，分別沿著所述第一表面和所述第二表面滾動的第一滾子和第二滾子，且其中所述往復元件被設(shè)置成當所述第一滾子和所述第二滾子沿所述第一表面和所述第二表面滾動時繞軸線旋轉(zhuǎn)；以及旋轉(zhuǎn)單元，其設(shè)置成繞所述柱狀區(qū)域的所述軸線旋轉(zhuǎn)，其中所述旋轉(zhuǎn)單元與往復元件嚙合，且所述旋轉(zhuǎn)單元進一步被設(shè)置成當所述往復元件繞所述軸線旋轉(zhuǎn)時，所述旋轉(zhuǎn)單元繞所述軸線旋轉(zhuǎn)。


圖I為包括將活塞的往復線性運動轉(zhuǎn)換為輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)的四缸內(nèi)燃發(fā)動機的部分截面?zhèn)纫晥D。圖2為圖I中發(fā)動機的活塞、連桿、鎖緊螺母及墊圈的側(cè)視圖。
圖3為大致上沿圖2的3-3截取的圖2的連桿和活塞的大體上的示意圖。圖4為依據(jù)本公開的交換器單元(interchanger unit)的俯視圖。圖5為圖4的交換器單元的側(cè)視圖。圖6為展示了在軌道內(nèi)的運動的依據(jù)本公開的交換器單元的滾子(roller)的示意圖。圖7為依據(jù)本公開的活塞、連桿及交換器單元的側(cè)視圖。
圖8為依據(jù)本公開的連桿及交換器單元的分解圖。圖9為依據(jù)本公開的交換器單元的部分截面視圖。圖10為圖9的止推軸承定位器(thrust bearing retainer)及其相關(guān)的螺釘?shù)母┮晥D。圖11為依據(jù)本公開的旋轉(zhuǎn)承載器單元(carrier unit)的側(cè)視圖。圖12為圖11所示旋轉(zhuǎn)承載器單元的上部承載器軸承座的俯視圖。圖13為截取的圖11的旋轉(zhuǎn)承載器的分解視圖。圖14為圖11的旋轉(zhuǎn)承載器的俯視圖。圖15為依據(jù)本公開的旋轉(zhuǎn)承載器單元和交換器單元的俯視圖。圖16為依據(jù)本公開的活塞、連桿、交換器單元和旋轉(zhuǎn)承載器單元的側(cè)視圖，其顯示為活塞對應(yīng)于上止點位置。圖17為圖16的活塞、連桿、交換單元及旋轉(zhuǎn)承載器單元的另一個側(cè)視圖，其顯示為活塞對應(yīng)于下止點位置。圖18為依據(jù)本公開的界定上部波滾道(wave race)和下部波滾道及間隔件(spacer)的結(jié)構(gòu)的分解圖。圖19為圖18的界定上部波滾道和下部波滾道及間隔件的結(jié)構(gòu)的另一分解圖。圖20為圖18的界定下部波滾道的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖21為圖18的界定上部波滾道的結(jié)構(gòu)的仰視圖。圖22為依據(jù)本公開的交換器體(interchanger block)、界定波滾道以及間隔件的結(jié)構(gòu)的分解側(cè)視圖。圖23為圖22的交換器體、界定波滾道及間隔件的結(jié)構(gòu)處于組裝狀態(tài)的側(cè)視圖。圖24為圖18中的間隔件的俯視圖。圖25為依據(jù)本公開的交換器單元和下部波滾道的俯視圖。圖26為依據(jù)本公開的活塞、連桿和交換器單元的側(cè)視圖，其顯示為交換器單元位于波形軌道內(nèi)。圖27為圖26的活塞、連桿、交換器單元和波形軌道的側(cè)視圖，其進一步展示了依據(jù)本公開的旋轉(zhuǎn)承載器單元和穩(wěn)定器單元。圖28為圖27的連桿和穩(wěn)定器單元的示意性截面圖。圖29為依據(jù)本公開的位于界定波形軌道的結(jié)構(gòu)之內(nèi)的旋轉(zhuǎn)承載器單元和穩(wěn)定器單元的側(cè)視圖。圖30為依據(jù)本公開的包括往復器系統(tǒng)(reciprocator system)的交換器單元和旋轉(zhuǎn)承載器單元的側(cè)視圖。圖31為顯示了在進氣沖程之前，活塞處于上止點位置的依據(jù)本公開的用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)和發(fā)動機汽缸的大體上的示意圖。圖32為顯示了在進氣沖程過程中的活塞的圖31中的結(jié)構(gòu)的大體上的示意圖。圖33為顯示了活塞處于下止點位置的圖31中的結(jié)構(gòu)的大體上的簡明示意圖。圖34為顯示了在壓縮沖程過程中的活塞的圖31中的結(jié)構(gòu)的大體上的示意圖。圖35為顯示了在燃燒沖程或動力沖程(power stroke)之前，活塞處于上止點位置的圖31中的結(jié)構(gòu)的大體上的示意圖。圖36為顯示了在燃燒沖程過程中的活塞的圖31中的結(jié)構(gòu)的大體上的示意圖。圖37為顯示了在排氣沖程之前，活塞處于下止點位置的圖31中的結(jié)構(gòu)的大體上的示意圖。
圖38為顯示了在排氣沖程過程中的活塞的圖31中結(jié)構(gòu)的大體上的示意圖。詳細描述圖I中展示了發(fā)動機的非排他性的例子，所述發(fā)動機包括依據(jù)本公開的用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)。發(fā)動機包括體10，該體10包括汽缸體12、交換器體16及下部體104。發(fā)動機進一步包括由汽缸20所界定的汽缸筒(bore)、汽缸蓋22、進氣裝置24、點火裝置28、排氣裝置26、活塞30、波形滾道70 (上部)和波形滾道74 (下部)、交換器單元60、旋轉(zhuǎn)承載器50、傳動齒輪和從動齒輪82和88、輸出軸90、潤滑裝置112和各種各樣的工作軸承及支承軸承52、56及100。在所展示的非排他性的實施方式中，如圖27所示的旋轉(zhuǎn)組件主要由一起工作的三個主要構(gòu)件組成，如圖4、圖5和圖7所示的交換器單元60，其具有軌道滾子62，該軌道滾子62滾在為如圖23所示的固定安裝的柱狀單元的一部分的兩個波形滾道70和74之間。波形滾道可被描述為界定波形軌道。第三個構(gòu)件為旋轉(zhuǎn)承載器單元50，其被安裝在軸承52和56上，同時頂部軸承52安裝在支承件54上，其還增加了承載器的穩(wěn)定性，如圖11所示，其中交換器60在旋轉(zhuǎn)承載器單元50內(nèi)部上下滾動以通過在如圖13、14和15所示的承載器軌道50c和軌道50d上滾動的定心滾子66來保持交換器60處于中心，以便保持軌道滾子62在滾道70和74上的正確定向。承載器50也將來自交換器60的已轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)運動通過滾在如圖11、14和15所示的承載器軌道50a和50b上的能量傳送滾子64，經(jīng)由如圖
I、11、13、27和圖31至38所示的齒輪82和88，傳送給輸出軸(曲軸)90。參考圖31至圖38，展示的發(fā)動機經(jīng)歷了 Otto循環(huán)發(fā)動機或Diesel循環(huán)發(fā)動機的四個循環(huán)，從始至終，開始于活塞30，準備開始進氣循環(huán)、然后繼續(xù)經(jīng)過壓縮循環(huán)、燃燒循環(huán)并結(jié)束于排氣循環(huán)。在圖31至圖38中，其展示了軌道滾子62的運動，它們沿波形滾道74和70的斜面74a、74b、74c、74d 和斜面 70a、70b、70c、70d 上下滾動(traverse up and down),亦如圖 18、19、20 和21所示。交換器60被如此命名是因為它在燃燒循環(huán)過程中將往復運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動，然后在進氣、壓縮和排氣循環(huán)中將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成往復運動。從往復運動到旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換是在燃燒沖程的過程中完成，燃燒沖程過程中，滾子62被迫沿波形滾道的下傾斜坡下降，引起向下的螺旋運動。因為所示的實施方式中的斜坡面具有45度傾角(在頂部的短半徑之后)，來自活塞30的向下壓力，被以I比I的比率轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。這意味著對于活塞30每向下運動一英寸，交換器單元的與波形軌道接觸的部分將轉(zhuǎn)動一英寸，從而將活塞30的往復運動轉(zhuǎn)換為與交換器的軸線成90度角的旋轉(zhuǎn)運動，從而達到最優(yōu)的能量傳送。當能量傳送滾子64以及如圖6、圖7和圖8所示的任選的交換定心滾子66在它們沿滾道70和74的輪廓而行時，在交換器60產(chǎn)生的壓力下，沿承載器50的滾道50a、50b、50c和50d上下滾動時，如圖12所示的旋轉(zhuǎn)承載器隨后將被轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)運動通過傳動齒輪82和從動齒輪88傳送給輸出軸90。活塞30被返回至汽缸頂部(上止點)并通過來自如圖I所示的連接到曲軸90的飛輪94的離心力，或來自其它連接到相同的曲軸90的活塞的能量，完成(through)燃燒循環(huán)的剩余三個沖程。飛輪94也用于確保平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)。為幫助保證發(fā)動機的性能及使用壽命，活塞30可被如圖27和圖28所示的穩(wěn)定器單元34固定以免在汽缸20內(nèi)轉(zhuǎn)動。穩(wěn)定器單元34可通過一個或多個保持與如圖2和圖3所示的連桿32 (其也可被稱為輸入軸)的一個或多個側(cè)面接觸的滾子而防止活塞轉(zhuǎn)動?；钊?0和連桿32可被限制旋轉(zhuǎn)，因為它們可通過止推軸承35連接到交換器60，如圖8和圖9所示。同樣參考圖2、圖8和圖9，鎖緊螺母43、以及墊圈41和42、止推軸承定位器37以及螺釘39，如圖9和圖10所示，也定位減震器35a和35b，其幫助保護止推軸承35免受由對活塞30的燃燒而產(chǎn)生的或由軌道滾子62達到滾道70和74的頂部和底部半徑，發(fā)動機 速度較高期間的慣性而產(chǎn)生的沖擊。參考圖6，軌道滾子可被以保持它們彼此接觸的形式安裝。該接觸是為了使它們在滾道70和74上滾動時總是保持以正確的速度和方向轉(zhuǎn)動。如圖23和圖24所示的間隔件72使?jié)L道70和74彼此保持適當?shù)木嚯x以與軌道滾子62保持精密公差，但當軌道滾子62沿滾道70和74的輪廓而行時，接觸可在滾道之間上下移動(fluctuate)，這樣以使軌道滾子62免于在滾道上滑行或不得不改變旋轉(zhuǎn)方向，它們也可通過一直與另一個滾子保持接觸而一直保持以正確的方向和速度轉(zhuǎn)動。一對總是彼此接觸的軌道滾子62也可允許一個滾子所承受的載荷被兩個滾子分擔，從而減少任何一個滾子不得不自行承擔的載荷，這將延長兩個滾子的使用壽命。軌道滾子62和滾道70和74可被替換成能實現(xiàn)相同功能的其它裝置，比如齒輪、磁體、液壓傳動裝置、壓縮空氣或任何其它能促進會產(chǎn)生相同效果的類似類型的工作關(guān)系的裝置。在使用齒輪的例子中，滾道也可以是有齒輪的以與齒輪滾子嚙合，類似于齒條和小齒輪結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)組件也可被設(shè)置成使得交換器和承載器與繞它們旋轉(zhuǎn)的滾道固定安裝，或任何能產(chǎn)生相同效果的其它結(jié)構(gòu)。參考圖29，滾道70和74被展示為安裝在減震器132上。這些減震器可被安裝以吸收和釋放由活塞30上方的燃燒而產(chǎn)生的，或由軌道滾子62達到滾道70和74的頂部和底部半徑(也被描述為波形軌道的波峰和波谷)時，發(fā)動機速度較高期間的慣性而產(chǎn)生的沖擊。這些減震器132可由高密度橡膠或與橡膠相比能提供更高的載荷承受能力而具有更好地抵抗發(fā)動機內(nèi)部的油和化學物質(zhì)的能力的聚氨基甲酸酯類材料制成。該相同的橡膠或聚氨基甲酸酯類材料也可被用于如圖8所示的減震器35a和35b。彈簧、錐形墊圈、流體、空氣或其它任何裝置皆可代替橡膠或聚氨基甲酸酯減震器35a、35b和132。參考圖30，一個任選的往復器系統(tǒng)顯示為安裝在由離心力操作的承載器50內(nèi)。隨著發(fā)動機速度(RPM)的增加，傾斜離心重塊(inclined centrifugal weight) 140可以克服離心重塊彈簧142的阻力而允許重塊從承載器50的中心向外運動。合成運動可能因此引起往復器彈簧傾斜塊144向上運動而對往復彈簧146產(chǎn)生更多壓力，從而隨著發(fā)動機的速度(RPM)增加，產(chǎn)生吸收由慣性產(chǎn)生的每個沖程結(jié)束時的能量增量的對速度敏感的機械裝置，然后在軌道滾子62經(jīng)過滾道70和74的上部半徑和下部半徑之后釋放回能量，從而幫助促進活塞30、連桿32和交換器單元60的往復運動，以便于通過減小對軌道滾子62、交換器單元60和滾道70及74的壓力而提高發(fā)動機的性能、使用壽命和可靠性。該機械往復器系統(tǒng)可被替換為使用承壓流體、壓縮空氣、磁體或其它合適的裝置以達到相同的對速度敏感的吸收和釋放能量的過程的不同類型的系統(tǒng)。可用于發(fā)動機的整體構(gòu)造的材料可以是鋁、鋼、橡膠、塑料、機動交通工具類襯墊(gasket)和大多數(shù)通常用于生產(chǎn)發(fā)動機的任何其它材料。一些特殊材料(exoticmaterial)比如陶瓷或特制金屬(specialty metal)可被用于關(guān)鍵區(qū)域比如燃燒室、旋轉(zhuǎn)組件等等。用于旋轉(zhuǎn)組件的材料大體上將是高級鋼或類似材料，因為它們能經(jīng)受高壓和沖擊力。較柔軟的表面可被應(yīng)用于軌道70和74，比如高密度橡膠或聚氨基甲酸酯類材料以幫助減輕對軌道滾子62的沖擊載荷。此發(fā)動機的很多其它零件和功能以及整體構(gòu)造在說明中沒有詳細討論或討論的 較少，因為此發(fā)動機的很多零件、設(shè)計、功能和構(gòu)造的性質(zhì)可能不會不同于或可能稍微不同于已經(jīng)公知并用了很多年，而因此被認為是往復發(fā)動機領(lǐng)域的常識和標準操作規(guī)程的設(shè)計和技術(shù)。這些功能(function)中的一些功能包括但不限于燃料輸送系統(tǒng)、潤滑裝置、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、壓縮比、燃燒室密封、高性能改性、增壓、渦輪增壓、先前設(shè)計、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)材料、維修、將發(fā)動機連接到機器或傳動裝置的裝置等等。保持接近于當前的發(fā)動機設(shè)計、現(xiàn)在的生產(chǎn)材料和生產(chǎn)過程允許此發(fā)動機能被更容易地再生產(chǎn)，而且由于它們與用戶已經(jīng)熟悉的發(fā)動機幾乎一樣也使得此發(fā)動機對于消費者來說更易于理解、維修和操作。雖然本公開已展示的實施方式是內(nèi)燃發(fā)動機的實施方式，但本公開不被限制于這些應(yīng)用，且于此公開的用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)可被用于多種用途中。下面編號了的段落代表依據(jù)本公開的機構(gòu)的說明的非排他性的例子。I. 一種用于促進在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)，所述機構(gòu)包括由第一滾道和與第一滾道相對且與第一滾道間隔開的第二滾道界定的連續(xù)的波形軌道，該波形軌道限定環(huán)狀的輪廓且大致上界定了具有中心軸線的柱狀體積；至少部分地放置于柱狀體積之內(nèi)且被設(shè)置成繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)的承載器單元；以及至少部分地延伸穿過承載器單元并與承載器單元接觸且被設(shè)置為與承載器單元一起旋轉(zhuǎn)以及在柱狀體積內(nèi)往復運動的交換器單元，該交換器單元包括接近該交換器單元的第一端放置且與波形軌道的第一滾道滾動接觸的第一滾子；以及鄰近該第一滾子且與波形軌道的第二滾道滾動接觸的第二滾子。2.如段落I中的機構(gòu)，其中第一滾子和第二滾子彼此滾動接觸。3.如段落I中的機構(gòu)，其中波形軌道包括大致上線性的部分。4.如段落I中的機構(gòu)，其中承載器單元包括相對于中心軸線大致上縱向延伸的第三滾道；且其中交換器單元進一步包括從第一滾子和第二滾子徑向上向內(nèi)放置并與第三滾道滾動接觸的第三滾子。5.如段落4中的機構(gòu)，其中承載器單元進一步包括與第三滾道相對且與第三滾道間隔開的第四滾道；且其中交換器單元進一步包括從第一滾子和第二滾子徑向上向內(nèi)放置并與第四滾道滾動接觸的第四滾子。
6.如段落5中的機構(gòu)，其中第三滾子和第四滾子彼此滾動接觸。7.如段落I中的機構(gòu)，其中交換器單元進一步包括接近交換器單元的第二端放置的第三滾子，該第三滾子與第一滾道滾動接觸；以及鄰近第三滾子并與第二滾道滾動接觸的第四滾子。8.如段落7中的機構(gòu)，其中第一滾子和第二滾子彼此滾動接觸，且第三滾子和第四滾子彼此滾動接觸。9.如段落7中的機構(gòu)，其中承載器單元包括第三滾道和與第三滾道相對并與第三滾道間隔開的第四滾道，第三滾道和第四滾道相對于中心軸線大致上縱向延伸；以及第五滾道和與第五滾道相對并與第五滾道間隔開的第六滾道，第五滾道和第六滾道相對于中心軸線大致上縱向延伸；且其中交換器單元進一步包括從第一滾子和第二滾子徑向上向內(nèi)放置并與第三滾道滾動接觸的第五滾子；從第一滾子和第二滾子徑向上向內(nèi)放置并與第四滾道滾動接觸的第六滾子；從第三滾子和第四滾子徑向上向內(nèi)放置并與第五滾道滾動接觸的第七滾子；以及從第三滾子和第四滾子徑向上向內(nèi)放置并與第六滾道滾動接觸的第八 滾子。10.如段落9中的機構(gòu)，其中第一滾子和第二滾子彼此滾動接觸，第三滾子和第四滾子彼此滾動接觸，第五滾子和第六滾子彼此滾動接觸，且第七滾子和第八滾子彼此滾動接觸。11.如段落9中的機構(gòu)，其中第一滾子和第二滾子彼此滾動接觸，且第三滾子和第四滾子彼此滾動接觸。12.如段落9中的機構(gòu)，其中第五滾子和第六滾子彼此滾動接觸，且第七滾子和第八滾子彼此滾動接觸。13.如段落I中的機構(gòu)，進一步包括連接到交換器單元且大致上與中心軸線同軸延伸且被設(shè)置成與交換器單元一起往復運動的輸入軸；以及相對于波形軌道固定且被設(shè)置成在輸入軸往復運動時穩(wěn)定輸入軸的穩(wěn)定器單兀。14.如段落13中的機構(gòu)，其中交換器單元可旋轉(zhuǎn)地連接到輸入軸；且其中穩(wěn)定器單元被設(shè)置成在交換器單元旋轉(zhuǎn)時防止輸入軸旋轉(zhuǎn)。15.如段落14中的機構(gòu)，其中輸入軸包括界定第三滾道的至少一個表面；且其中穩(wěn)定器單元包括與第三滾道滾動接觸的滾子。16.如段落I中的機構(gòu)，其中承載器單元包括設(shè)置成在第一滾子和第二滾子達到波形軌道的波峰或波谷時幫助促進交換器單元在往復軸向方向上的改變的往復器系統(tǒng)。17.如段落16中的機構(gòu)，其中往復器系統(tǒng)包括當?shù)谝粷L子和第二滾子達到波形軌道的波峰或波谷時，嚙合交換器單元的一個或多個彈簧位置(spring position)。18.如段落I中的機構(gòu)，進一步包括輸入軸，其被連接到交換器單元以使交換器單元能相對于輸入軸旋轉(zhuǎn)，其中輸入軸大致上與中心軸線同軸延伸且被設(shè)置成與交換器單元一起往復運動。19.如段落18中的機構(gòu)，其中交換器單元包括軸承結(jié)構(gòu)，輸入軸設(shè)置成在所述軸承結(jié)構(gòu)內(nèi)旋轉(zhuǎn)。20.如段落I的機構(gòu)，進一步包括連接到交換器單元且大致上與中心軸線同軸延伸且被設(shè)置成與交換器單元一起往復運動的輸入軸，其中承載器單元大致上為柱狀且包括輸入軸延伸通過的第一通道以及交換器單元延伸通過的第二通道。21. 一種發(fā)動機，包括如段落I中的機構(gòu)；放置在汽缸中并被設(shè)置成響應(yīng)于力而在汽缸內(nèi)線性地平移的活塞，其中該活塞連接到交換器單元；以及連接到承載器單元以對外部設(shè)備提供旋轉(zhuǎn)運動的輸出軸。22.如段落21的發(fā)動機，其中該發(fā)動機為內(nèi)燃發(fā)動機。23. 一種促進在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)，所述機構(gòu)包括由第一側(cè)和與第一側(cè)相對且與第一側(cè)間隔開的第二側(cè)界定的連續(xù)的波形軌道，該波形軌道限定環(huán)狀的輪廓且大致上界定具有中心軸線的柱狀體積；至少部分地放置于柱狀體積之內(nèi)且被設(shè)置成繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)的承載器單元；以及至少部分地延伸穿過該承載器單元并與承載器單元接觸且被設(shè)置為與承載器單元一起旋轉(zhuǎn)以及在柱狀體積內(nèi)往復運動的交換器單元，該交換器單元包括接近該交換器單元的第一端放置且與波形軌道的第一側(cè)接觸的第一旋轉(zhuǎn)元件；以及鄰近該第一旋轉(zhuǎn)元件且與波形軌道的第二側(cè)接觸的第二旋轉(zhuǎn)元件。 24.如段落23的機構(gòu)，其中波形軌道的第一側(cè)和第二側(cè)包括齒，且其中第一旋轉(zhuǎn)元件和第二旋轉(zhuǎn)元件包括與波形軌道的第一側(cè)和第二側(cè)的齒嚙合的齒。25. 一種用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)，所述機構(gòu)包括圍繞柱狀區(qū)域環(huán)繞地延伸的第一表面，其中柱狀區(qū)域具有中心軸線，且隨著第一表面圍繞柱狀區(qū)域延伸，第一表面軸向地起伏(undulate);圍繞柱狀區(qū)域環(huán)繞地延伸的第二表面，其中該第二表面與第一表面相對，且隨著第二表面圍繞柱狀區(qū)域延伸，第二表面軸向地起伏；設(shè)置成在柱狀區(qū)域內(nèi)軸向地運動的往復元件，其中往復元件包括設(shè)置成當往復元件在柱狀區(qū)域內(nèi)軸向地運動時，分別沿著第一表面和第二表面滾動的第一滾子和第二滾子，且其中往復元件被設(shè)置成當?shù)谝粷L子和第二滾子沿第一表面和第二表面滾動時繞軸線旋轉(zhuǎn)；以及設(shè)置成繞柱狀區(qū)域的軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)單元，其中旋轉(zhuǎn)單元與往復單元嚙合，且該旋轉(zhuǎn)單元進一步被設(shè)置成當往復元件繞軸線旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)單元繞軸線旋轉(zhuǎn)。以上所述的公開內(nèi)容包含多個具有獨立用途的不同發(fā)明。盡管這些發(fā)明中的每個已經(jīng)以優(yōu)選的形式或方法公開，但此處所公開和展示的特定的替換形式、實施方式和/或方法不應(yīng)被理解為有限制性，因為可以有很多可能的變化形式。本公開包括于此公開的不同元件、特征、功能、性質(zhì)、方法和/或步驟的所有新穎性的和非顯而易見性的組合和子組合(subcombination)。類似地,在以上任何的公開內(nèi)容中或在所附的權(quán)利要求中，引用“一個”或“第一”元件、方法的步驟或其等價形式時，這樣的公開內(nèi)容或權(quán)利要求應(yīng)被理解為包括一個或多個這樣的元件或步驟，既不要求也不排除兩個或更多這樣的元件或步驟。以特征、功能、元件、性質(zhì)、步驟和/或方法的不同的組合和子組合實施的發(fā)明可通過在相關(guān)申請中提出新的權(quán)利要求而被要求權(quán)利。這樣的新的權(quán)利要求，無論它們是針對不同的發(fā)明或是針對同一的發(fā)明，無論與原權(quán)利要求的范圍不同、更寬、更窄或是對等的，也均被認為包括在本公開內(nèi)容的主旨之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于促進在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，包括 往復器，其被配置成沿著第一軸線線性地往復運動； 轉(zhuǎn)換器，其被耦合到所述往復器并被配置成沿著所述第一軸線線性地往復運動和繞所述第一軸線旋轉(zhuǎn)； 第一旋轉(zhuǎn)元件，其被耦合到所述轉(zhuǎn)換器并被配置成繞所述第一軸線旋轉(zhuǎn)；以及第二旋轉(zhuǎn)元件，其被耦合到所述第一旋轉(zhuǎn)元件并被配置成繞與所述第一軸線成橫向的第二軸線旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第二軸線垂直于所述第一軸線。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，還包括 連續(xù)起伏的軌道，其限定環(huán)狀的輪廓，并大致上界定具有與所述第一軸線同軸的中心軸線的柱狀體積； 其中所述轉(zhuǎn)換器與所述軌道嚙合以通過沿著所述軌道而動與所述往復器一起線性地往復運動，迫使所述轉(zhuǎn)換器旋轉(zhuǎn)，并且其中所述轉(zhuǎn)換器的旋轉(zhuǎn)導致所述轉(zhuǎn)換器沿著所述軌道而動以線性地往復運動。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第二軸線垂直于所述第一軸線。
5.一種將往復線性運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動的方法，包括 利用往復線性運動； 將所述往復線性運動轉(zhuǎn)化成繞與所述往復線性運動平行的第一軸線的第一旋轉(zhuǎn)運動；以及 將所述第一旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成繞與所述第一軸線成橫向的第二軸線的第二旋轉(zhuǎn)運動。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第二軸線垂直于所述第一軸線。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中將所述往復線性運動轉(zhuǎn)化成所述第一旋轉(zhuǎn)運動包括迫使第一旋轉(zhuǎn)元件沿著環(huán)狀起伏軌道滾動，使得所述第一旋轉(zhuǎn)元件迫使第二旋轉(zhuǎn)元件產(chǎn)生所述第一旋轉(zhuǎn)運動。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道包括相對于所述第一軸線成角度的部分。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道的成角度的部分相對于所述第一軸線成45度。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道的成角度的部分占所述環(huán)狀起伏軌道的至少50%。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道的成角度的部分占所述環(huán)狀起伏軌道的至少70%。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道的成角度的部分占所述環(huán)狀起伏軌道的至少90%。
13.一種將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成往復線性運動的方法，包括 利用繞第一軸線的第一旋轉(zhuǎn)運動； 將所述第一旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成繞與所述第一軸線成橫向的第二軸線的第二旋轉(zhuǎn)運動；以及 將所述第二旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成與所述第二軸線平行的往復線性運動。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第二軸線垂直于所述第一軸線。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中將所述第二旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成所述往復線性運動包括迫使旋轉(zhuǎn)元件沿著環(huán)狀起伏軌道滾動，使得所述旋轉(zhuǎn)元件被迫產(chǎn)生所述往復線性運動。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道 包括相對于所述第二軸線成角度的部分。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道的成角度的部分相對于所述第二軸線成45度。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道的成角度的部分占所述環(huán)狀起伏軌道的至少50%。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道的成角度的部分占所述環(huán)狀起伏軌道的至少70%。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述環(huán)狀起伏軌道的成角度的部分占所述環(huán)狀起伏軌道的至少90%。
全文摘要
用于在往復線性運動和旋轉(zhuǎn)運動之間轉(zhuǎn)換的機構(gòu)包括波形軌道和隨其沿該波形軌道行進而往復運動和旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
文檔編號F01B9/06GK102748133SQ201210189510
公開日2012年10月24日 申請日期2007年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月7日
發(fā)明者布拉德利·L·萊瑟 申請人:維弗科技機械裝置公司