本發(fā)明涉及一種斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于熱氣機(jī)利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)(stirlingengine)，是一種外部加熱的閉式循環(huán)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。在這類機(jī)器中，工質(zhì)(一般為氫氣、氦氣或空氣)被封閉在循環(huán)回路中，通過氣缸容積的變比控制工質(zhì)在閉式循環(huán)回路中的流動(dòng)方向；在較低的溫度和壓力下壓縮工質(zhì)，在較高的溫度和壓力下膨脹，從而獲得正的循環(huán)功。其熱力過程是按斯特林循環(huán)進(jìn)行的。

雙作用式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)一般由四個(gè)氣缸、四個(gè)冷卻器和回?zé)崞靼匆欢樞驘崂浣Y(jié)構(gòu)相接組合而成。高壓的氣體工質(zhì)在氣缸上部加熱膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)?；钊虏糠值臍怏w進(jìn)入冷卻器、回?zé)崞鳎俅芜M(jìn)入加熱器被加熱，完成一個(gè)循環(huán)。活塞向下運(yùn)動(dòng)到底后需要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)其向上運(yùn)動(dòng)，以完成一個(gè)循環(huán)動(dòng)作。四個(gè)氣缸內(nèi)的活塞和氣體交替循環(huán)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生上下的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。為將往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的輸入動(dòng)力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給負(fù)載，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)有多種傳動(dòng)形式，比較實(shí)用的有四種類型：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、菱形機(jī)構(gòu)、斜盤機(jī)構(gòu)和搖擺軛機(jī)構(gòu)。前兩種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈長,零部件多,體積大,成本高,關(guān)鍵問題是動(dòng)力輸出軸線與活塞往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)軸線垂直成90度夾角,結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加大了發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)和噪音，不適用于需要緊湊型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，如用于碟式太陽能發(fā)電的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。

如圖1所示，傳統(tǒng)的斜盤式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由活塞1-12、活塞桿1-11、斜盤1-7、滑靴1-9、滑塊1-10、滑靴座1-8、主軸1-5、蓄能飛輪1-2、箱體1-1、軸頸軸承1-6、加熱氣缸1-13等組成，需要指出的是，傳統(tǒng)斜盤式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的箱體1-1內(nèi)部有一個(gè)制為整體的軸瓦1-4，軸瓦1-4通過至少兩副軸承固定于主軸1-5上，如圖1所示，其工作原理為工質(zhì)經(jīng)熱脹冷縮對(duì)活塞1-12做功將活塞1-12的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給負(fù)載，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。斜盤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有整體結(jié)構(gòu)體積小，輸出運(yùn)動(dòng)特性好，噪聲低、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、可通過改變斜盤1-7傾角來調(diào)節(jié)功率等優(yōu)點(diǎn)。

雖然斜盤結(jié)構(gòu)具有上述優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)有技術(shù)中斜盤結(jié)構(gòu)仍過于復(fù)雜，需要對(duì)每個(gè)活塞1-12額外添加一個(gè)導(dǎo)向柱1-3，以減少主軸1-5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)給予斜盤1-7及活塞桿1-11的周向反作用力，減輕活塞桿1-11和氣缸的相互作用力，從而減少活塞1-12和氣缸的摩擦，以免影響氣缸的氣密性，造成損害。檢索發(fā)現(xiàn)發(fā)明專利(斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)斜盤傳動(dòng)裝置,201310112466.6)，該發(fā)明專利雖沒有導(dǎo)向柱1-3，但完全是靠缸體與活塞桿1-11之間的相互作用來抵消主軸1-5旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)給予活塞桿1-11的周向反作用力，對(duì)活塞桿1-11和密封結(jié)構(gòu)損害較大，長期使用可能影響斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于裝拆且成本低的斜盤式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)杜絕了斜盤機(jī)構(gòu)對(duì)氣缸和活塞形成沖擊，從而減少活塞和氣缸的摩擦磨損，提高了活塞氣缸壽命。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是：一種斜盤式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、氣缸和活塞、活塞桿、輸出主軸以及將所述活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗鲚敵鲋鬏S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的斜盤傳動(dòng)裝置；所述斜盤傳動(dòng)裝置包括滑筒和斜盤機(jī)構(gòu)，所述活塞桿的一端制有可在所述滑筒中上下移動(dòng)的滑塊；

所述斜盤機(jī)構(gòu)包括斜盤和套設(shè)于所述輸出主軸上的斜軸套，所述斜盤通過一個(gè)軸承安裝在所述斜軸套的外周上，所述斜軸套的中心線與所述輸出主軸的中心線相交成一個(gè)角度為10°—15°的夾角；

所述滑塊與所述斜盤之間聯(lián)接有球頭桿,所述球頭桿的端部設(shè)有球頭，所述滑塊和/或斜盤內(nèi)設(shè)置有與所述球頭配合的滑靴；

所述發(fā)動(dòng)機(jī)殼的法蘭上設(shè)有滑槽，所述斜盤上設(shè)置有嵌入所述滑槽中并可在滑槽中上下往復(fù)直線滑動(dòng)的泄力滑塊。

這樣,本發(fā)明的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)：1）由于采用斜軸套以10°—15°的夾角安裝在主軸上，在斜軸套上安裝一個(gè)軸承，最后將斜盤安裝在軸承外圈上。相比現(xiàn)有的斜盤傳動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的整體安裝在主軸上的斜盤，本發(fā)明的斜盤分解為斜軸套、軸承和斜盤三個(gè)分立部分，結(jié)構(gòu)簡單，加工安拆方便，成本更低。2）由于本發(fā)明的斜軸套與主軸形成的是垂直孔與垂直軸裝配結(jié)構(gòu)，相比現(xiàn)有整體斜盤的斜孔與垂直軸裝配結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)受力更好。另外，又由于活塞桿與斜盤之間利用球頭桿聯(lián)接,可以使活塞和氣缸配合的動(dòng)力機(jī)構(gòu)與斜盤機(jī)構(gòu)完全分成二個(gè)獨(dú)立部分，安裝拆卸更加方便；而且通過球頭桿的球頭與滑靴的配合，接觸面積的大大增加，使得斜盤在圍繞輸出主軸轉(zhuǎn)動(dòng)中的作用力得以分別均勻，從而減小活塞桿對(duì)氣缸側(cè)壁的影響。3）由于斜盤上特別設(shè)置的泄力滑塊與發(fā)動(dòng)機(jī)殼上的滑槽配合，可以使斜軸套在隨輸出主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)斜盤所帶來的反作用力通過泄力滑塊釋放到滑槽上，而不會(huì)對(duì)活塞桿造成影響。徹底解決了旋轉(zhuǎn)主軸通過斜盤傳遞給活塞的周向反作用力，使得活塞和氣缸之間的摩擦減小，提高了氣缸的氣密性，延長了氣缸的使用壽命。

進(jìn)一步的優(yōu)化方案為：所述軸承的內(nèi)圈套設(shè)在所述斜軸套的外周壁上并用斜軸螺帽固定，所述斜盤套設(shè)在所述軸承的外圈上。

進(jìn)一步的優(yōu)化方案為：所述球頭桿的上下兩端分別具有上球頭和下球頭,所述滑塊內(nèi)設(shè)置有上滑靴，所述斜盤設(shè)有下滑靴；所述上球頭嵌設(shè)在所述上滑靴中，所述下球頭嵌設(shè)在所述下滑靴內(nèi)。

進(jìn)一步的優(yōu)化方案為：所述上球頭用滑靴螺帽固定在上滑靴內(nèi)，所述下球頭用蓋板固定在下滑靴內(nèi)，所述滑靴螺帽套設(shè)于所述球頭桿上。

進(jìn)一步的優(yōu)化方案為：所述下滑靴的中線位置在所述斜盤為水平位置時(shí)與所述活塞的中線位置相同。

總結(jié)本發(fā)明采用上述技術(shù)方案述有益效果在于：

1）該斜盤傳動(dòng)裝置中，活塞桿不直接與斜盤相連，使得活塞桿不受任何周向力，傳動(dòng)裝置的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主體性能沒有任何影響；

2）該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用一套軸承，省去傳統(tǒng)的斜盤傳動(dòng)裝置需要幾套軸承，提高了傳動(dòng)效率；

3）沒有導(dǎo)向柱或加類似的加強(qiáng)機(jī)殼，只有一個(gè)滑槽，這可以使設(shè)計(jì)更加簡單，并且減少系統(tǒng)的成本，增加發(fā)動(dòng)機(jī)的緊湊性。

4)結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體分離，還可以減小維護(hù)成本，易于維修和更換等。

5）利用球頭與滑靴配合，增大了接觸面積，減少摩擦損耗，并且通過設(shè)置在斜盤一側(cè)的泄力滑塊和滑槽，改變了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的泄力方式，減小了滑桿的晃動(dòng)，延長使用壽命。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1傳統(tǒng)斜盤式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2中斜盤傳動(dòng)裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3的橫向剖視圖。

附圖中標(biāo)記如下，氣缸1、活塞2、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體3、活塞桿4、滑塊5、上滑靴6、上球頭7、球頭桿8、下球頭9、下滑靴10、飛輪11、飛輪螺帽12、輸出主軸13、斜軸套14、固定鍵15、軸承16、斜盤17、蓋板18、滑筒19、斜軸螺帽20、上滑靴螺帽21、泄力滑塊22、滑槽23、主軸承24、支座25。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

如圖2所示的，一種斜盤式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)殼體3、氣缸1、活塞2、活塞桿4、輸出主軸13以及斜盤傳動(dòng)裝置，該斜盤傳動(dòng)裝置用于將活塞2的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲋鬏S13的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)由四個(gè)雙作用的活塞系統(tǒng)和與其配套的氣缸1組成，它們都安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體內(nèi)，與其相連接的冷卻器和回?zé)崞髋c斜盤傳動(dòng)裝置，不相連接。斜盤傳動(dòng)裝置包括滑筒19和斜盤機(jī)構(gòu)，活塞桿4的一端制有滑塊5，滑塊5可在滑筒19中上下移動(dòng)。

斜盤機(jī)構(gòu)包括斜盤17和套設(shè)于輸出主軸13上的斜軸套14，斜盤17通過軸承16安裝在斜軸套14的外周上，軸承16的內(nèi)圈套設(shè)在斜軸套14的外周壁上并用斜軸螺帽20固定，斜盤17套設(shè)在所述軸承16的外圈上。斜軸套14的中心線與輸出主軸13的中心線相交成一個(gè)角度為10°—15°的夾角。

滑塊5與所述斜盤17之間聯(lián)接有連接桿,本實(shí)施例的連接桿采用上下端部設(shè)有雙球頭的球頭桿8,滑塊5內(nèi)設(shè)置有上滑靴6，球頭桿8的上球頭7嵌設(shè)在上滑靴6中；斜盤17設(shè)有下滑靴10，球頭桿8的下球頭9嵌設(shè)在下滑靴10內(nèi)。

上球頭7用滑靴螺帽21固定在上滑靴6內(nèi)，下球頭9用蓋板18固定在下滑靴10內(nèi)，滑靴螺帽21套設(shè)于球頭桿8上。下滑靴10的中心線在斜盤為水平位置時(shí)與所述活塞2的中心線重合。

如圖3、4所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)殼3的法蘭上設(shè)有滑槽23(圖2中沒有示出，但可以從圖3及圖4想象出圖2中滑槽23在發(fā)動(dòng)機(jī)殼3的所在位置)。斜盤17上設(shè)置有嵌入滑槽23中并可在滑槽23中上下往復(fù)直線移動(dòng)的泄力滑塊22。

輸出主軸13通過主軸承24的支座25安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)殼3上。在本實(shí)施例中，當(dāng)氣體在氣缸1內(nèi)被加熱時(shí)，活塞2上部氣體受熱膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞2向下運(yùn)動(dòng)，其上部氣體因膨脹而壓力和溫度都下降。當(dāng)活塞2運(yùn)動(dòng)到底部時(shí)，由于飛輪11的慣性及其他三個(gè)活塞2的依次作用力，使斜軸套14平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)到與活塞2對(duì)稱的位置處，帶動(dòng)活塞2向上運(yùn)動(dòng)，使其上部氣體被壓縮和加熱，以完成活塞2的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。

四個(gè)氣缸1和活塞2構(gòu)成的活塞組相對(duì)主軸13的中心線呈中心軸對(duì)稱分布，四個(gè)活塞組中相鄰兩個(gè)活塞2運(yùn)動(dòng)相位差為90度，四個(gè)活塞2在平面內(nèi)分別通過各自的活塞桿4、滑塊5、球頭桿8連接在斜盤17四個(gè)象限對(duì)應(yīng)位置上。四個(gè)活塞2的運(yùn)動(dòng)模式是依次上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞2的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過活塞桿4與球頭桿的連接，推動(dòng)斜盤17依次在四個(gè)象限位置上做直線上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即斜盤17整體圍繞輸出主軸13按照90度運(yùn)動(dòng)相位差形成波浪式的上下擺動(dòng)。

當(dāng)四個(gè)活塞2向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于斜軸套14的中心線與輸出主軸13的中心相交成一個(gè)角度為10°-15°的夾角，球頭桿8的下球頭9在斜盤17的下滑靴10內(nèi)產(chǎn)生兩個(gè)方向的作用力，一是沿斜盤17法向的作用力，使斜盤17向下運(yùn)動(dòng)；另一是沿輸出主軸13旋轉(zhuǎn)方向的周向力。沿輸出主軸13旋轉(zhuǎn)方向的周向力也會(huì)給斜盤17產(chǎn)生周向反作用力，這部分周向反作用力通過軸承16的外圈傳遞給斜盤17，斜盤17左邊中部在滑槽23內(nèi)滑動(dòng)的泄力滑塊22將這部分周向反作用力傳給滑槽23的側(cè)壁，從而抵消這部分周向反作用力，泄力滑塊22也隨之在滑槽23中上下往復(fù)直線滑動(dòng)。沿輸出主軸13旋轉(zhuǎn)方向的周向力會(huì)傳遞給軸承16的內(nèi)圈形成轉(zhuǎn)動(dòng)而不受滑槽23的限制（軸承16的外圈則受到斜盤17的限制,而斜盤17又受到泄力滑塊22和滑槽23的限制,因此軸承16的外圈和斜盤17均不能轉(zhuǎn)動(dòng)），再帶動(dòng)斜軸套14轉(zhuǎn)動(dòng)，使輸出主軸13旋轉(zhuǎn)。即這個(gè)沿輸出主軸13旋轉(zhuǎn)方向的周向力通過軸承16內(nèi)圈傳遞給斜軸套14，然后推動(dòng)傳動(dòng)主軸13旋轉(zhuǎn)，將活塞2的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并輸出功率。

當(dāng)活塞2運(yùn)動(dòng)到最下端位置時(shí)，由于飛輪11的慣性力和其他三個(gè)活塞2的依次運(yùn)動(dòng)，活塞2被迫又依次在斜盤向上運(yùn)動(dòng)時(shí)向上運(yùn)動(dòng)到頂部，完成一個(gè)循環(huán)。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，比如：1)實(shí)施例中雙球頭的球頭桿8也可以是只有單球頭的球頭桿（上球頭或下球頭）；2)除了斜軸螺帽，軸承與斜軸套的也可以用其他緊固件代替；3）泄力滑塊22與滑槽23的配合限制斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)并泄力的結(jié)構(gòu)也可以用其他的限制斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)并泄力結(jié)構(gòu)代替等等。凡采用等同替換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。