本實(shí)用新型屬于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

相對(duì)于活塞式內(nèi)燃機(jī)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種外熱式活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。它以氣體做工質(zhì)，按閉式回路熱循環(huán)的方式進(jìn)行工作。隨著能源的日趨枯竭和石炭能源產(chǎn)生的嚴(yán)重環(huán)境污染，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用顯得尤為重要，由于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，避免了類似內(nèi)燃機(jī)的震爆做功和間歇燃燒過程，具有高效、低噪和低排放的優(yōu)點(diǎn)，其基本原理涉及的循環(huán)過程分如下四個(gè)階段：①定溫壓縮過程；②定容吸熱過程；③定溫膨脹過程；④定容放熱過程，完成一個(gè)循環(huán)。在理想吸熱的條件下，這種循環(huán)的熱效率，等于溫度上下限相同的卡諾循環(huán)。

然而現(xiàn)有的一些斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其飛輪面平行于動(dòng)力活塞的運(yùn)動(dòng)方向，導(dǎo)致整體斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)高度太高，縮小了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)使用的場(chǎng)合，熱氣缸上部參數(shù)設(shè)計(jì)往往受到限制，且飛輪需要獨(dú)立支架支持設(shè)置，造成整體復(fù)雜，重量大，成本較高，且偏心設(shè)置，震動(dòng)大，噪音大，從而造成斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)稱性差，整體美觀性不足的缺點(diǎn)；有的是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能在較高的溫度下工作，傳遞的扭矩小，輸出功率低，很難用于大功率的熱能利用上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，解決了現(xiàn)有的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)效率低的問題。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，包括壁座和直軸，壁座的座身一側(cè)依次固定有第二氣缸和第一氣缸，第一氣缸和第二氣缸相互連通，第一氣缸內(nèi)配合設(shè)置有第一活塞，第二氣缸內(nèi)配合設(shè)置有第二活塞；直軸同時(shí)穿過壁座、第二活塞和第一活塞，直軸上遠(yuǎn)離第一活塞的一端固定有飛輪，直軸上開設(shè)有將第一活塞兩側(cè)的腔室連通的通氣孔，直軸與第一活塞之間、直軸與第二活塞之間均設(shè)置有直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。

本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，

直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括直軸上沿外側(cè)壁一周開設(shè)的第一斜槽和第二斜槽，第一斜槽和第二斜槽形成的平面均為橢圓形且大小相等，第一斜槽和第二斜槽的相位角相差90°，第一斜槽位于第一活塞與直軸的連接處，第二斜槽位于第二活塞與直軸的連接處，第一活塞的內(nèi)側(cè)壁對(duì)應(yīng)第一斜槽的位置、第二活塞的內(nèi)側(cè)壁對(duì)應(yīng)第二斜槽的位置均設(shè)置有半球形的第一凹槽，兩個(gè)第一凹槽的連線與直軸的軸線平行，兩個(gè)第一凹槽中均放置有半徑相當(dāng)?shù)牡谝粷L珠，兩個(gè)第一滾珠位于兩個(gè)第一凹槽外的部分分別卡合在第一斜槽中和第二斜槽中。

直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括第一活塞上沿內(nèi)側(cè)壁一周開設(shè)的第三斜槽和第二活塞上沿內(nèi)側(cè)壁一周開設(shè)的第四斜槽，第三斜槽和第四斜槽形成的平面均為橢圓形且大小相等，第三斜槽和第四斜槽的相位角相差90°，直軸的外側(cè)壁對(duì)應(yīng)第三斜槽的位置、直軸的外側(cè)壁對(duì)應(yīng)第四斜槽的位置均設(shè)置有半球形的第二凹槽，兩個(gè)第二凹槽的連線與直軸的軸線平行，兩個(gè)第二凹槽中均放置有半徑相當(dāng)?shù)诙L珠，兩個(gè)第二滾珠位于兩個(gè)第二凹槽外的部分分別卡合在第三斜槽中和第四斜槽中。

直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括直軸上沿外側(cè)壁一周開設(shè)的第五斜槽和第六斜槽，第五斜槽和第六斜槽形成的平面均為橢圓形且大小相等，第五斜槽和第六斜槽的相位角相差90°，第五斜槽位于第一活塞與直軸的連接處，第六斜槽位于第二活塞與直軸的連接處，第一活塞的內(nèi)側(cè)壁對(duì)應(yīng)第五斜槽的位置、第二活塞的內(nèi)側(cè)壁對(duì)應(yīng)第六斜槽的位置均配合設(shè)置有半球形的凸起，兩個(gè)凸起的連線與直軸的軸線平行。

第一氣缸和第二氣缸沿直軸的徑向截面均為圓形，第一氣缸的內(nèi)壁沿軸向開設(shè)有第一導(dǎo)向槽，第二氣缸的內(nèi)壁沿軸向開設(shè)有第二導(dǎo)向槽，第一活塞的外壁對(duì)應(yīng)第一導(dǎo)向槽的位置固定有第一導(dǎo)向筋，第二活塞的外壁對(duì)應(yīng)第二導(dǎo)向槽的位置固定第二導(dǎo)向筋。

第一導(dǎo)向槽和第二導(dǎo)向槽均設(shè)置有兩條，兩條第一導(dǎo)向槽以第一氣缸的徑向圓心為中心對(duì)稱設(shè)置，兩條第二導(dǎo)向槽以第二氣缸的徑向圓心為中心對(duì)稱設(shè)置。

第一氣缸、和第二氣缸、沿直軸的徑向截面均為三角形、矩形或者六邊形。

壁座上設(shè)置有水平貫通座身的通孔，通孔的兩端均固定有軸承，直軸套合于兩個(gè)軸承之中，兩個(gè)軸承之間固定連接有套筒。

通氣孔包括直軸上沿軸向開設(shè)的第一通氣孔和直軸上沿徑向開設(shè)的第二通氣孔，第二通氣孔位于第一氣缸和第二氣缸連通的位置，第一通氣孔的一端位于直軸上靠近第一活塞的端頭，第一通氣孔的另一端與第二通氣孔連通。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，通過將直軸水平設(shè)置且各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件于一軸，提高了傳動(dòng)效率，大大降低了整體高度，各個(gè)部件合理布置；通過直軸上設(shè)置的通氣孔，減小了氣體的流動(dòng)阻力，從而使得第一活塞和第一氣缸緊密接觸，保證了運(yùn)動(dòng)中機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為第三種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的A-A截面為圓形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的B-B截面為圓形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的A-A截面為三角形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的B-B截面為三角形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的A-A截面為矩形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的B-B截面為矩形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的A-A截面為六邊形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的B-B截面為六邊形的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.壁座，2.直軸，3.第一氣缸，4.第二氣缸，5.第一活塞，6.第二活塞，7.飛輪，8.通氣孔，9.第一斜槽，10.第二斜槽，11.第一凹槽，12.第一滾珠，13.第三斜槽，14.第四斜槽，15.第二凹槽，16.第二滾珠，17.第五斜槽，18.第六斜槽，19.凸起，20.第一導(dǎo)向槽，21.第二導(dǎo)向槽，22.第一導(dǎo)向筋，23.第二導(dǎo)向筋，24.軸承，25.套筒，26.第一通氣孔，27.第二通氣孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

本實(shí)用新型提供了一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1所示，包括壁座1和直軸2，壁座1的座身一側(cè)依次固定有第二氣缸4和第一氣缸3，第一氣缸3和第二氣缸4相互連通，第一氣缸3內(nèi)配合設(shè)置有第一活塞5，第二氣缸4內(nèi)配合設(shè)置有第二活塞6；直軸2同時(shí)穿過壁座1、第二活塞6和第一活塞5，直軸2上遠(yuǎn)離第一活塞5的一端固定有飛輪7，直軸2上開設(shè)有將第一活塞5兩側(cè)的腔室連通的通氣孔8，從而保證第一氣缸3和第二氣缸4之間的氣體交換，直軸2與第一活塞5之間、直軸2與第二活塞6之間均設(shè)置有直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。

直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的第一種實(shí)施例包括直軸2上沿外側(cè)壁一周開設(shè)的第一斜槽9和第二斜槽10，第一斜槽9和第二斜槽10形成的平面均為橢圓形且大小相等，第一斜槽9和第二斜槽10的相位角相差90°，第一斜槽9位于第一活塞5與直軸2的連接處，第二斜槽10位于第二活塞6與直軸2的連接處，第一活塞5的內(nèi)側(cè)壁對(duì)應(yīng)第一斜槽9的位置、第二活塞6的內(nèi)側(cè)壁對(duì)應(yīng)第二斜槽10的位置均設(shè)置有半球形的第一凹槽11，兩個(gè)第一凹槽11的連線與直軸2的軸線平行，兩個(gè)第一凹槽11中均放置有半徑相當(dāng)?shù)牡谝粷L珠12，兩個(gè)第一滾珠12位于兩個(gè)第一凹槽11外的部分分別卡合在第一斜槽9中和第二斜槽10中。此實(shí)施例是通過將滾珠12限制在第一斜槽9或者第二斜槽10與第一凹槽11形成的空腔內(nèi)，但滾珠12可自由轉(zhuǎn)動(dòng)且在第一斜槽9或者第二斜槽10內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)，同時(shí)兩個(gè)滾珠12始終位于與直軸2中心線平行的直線上，第一活塞5與第二活塞6通過這兩個(gè)滾珠12連接在同一直軸2上，飛輪7通過直軸2垂直地設(shè)于第二氣缸4的右端，并由直軸2帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。并且第一斜槽9和第二斜槽10相位角±90°，以完成斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)循環(huán)過程。在實(shí)際加工過程中通過在第一活塞5與第二活塞6上開設(shè)徑向螺孔，并配合設(shè)置凹底螺釘，凹底螺釘與活塞的內(nèi)側(cè)壁就形成了凹槽，這樣方便了活塞與直軸2的安裝和拆卸。

如圖2所示，直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的第二種實(shí)施例包括第一活塞5上沿內(nèi)側(cè)壁一周開設(shè)的第三斜槽13和第二活塞6上沿內(nèi)側(cè)壁一周開設(shè)的第四斜槽14，第三斜槽13和第四斜槽14形成的平面均為橢圓形且大小相等，第三斜槽13和第四斜槽14的相位角相差90°，直軸2的外側(cè)壁對(duì)應(yīng)第三斜槽13的位置、直軸2的外側(cè)壁對(duì)應(yīng)第四斜槽14的位置均設(shè)置有半球形的第二凹槽15，兩個(gè)第二凹槽15的連線與直軸2的軸線平行，兩個(gè)第二凹槽15中均放置有半徑相當(dāng)?shù)诙L珠16，兩個(gè)第二滾珠16位于兩個(gè)第二凹槽15外的部分分別卡合在第三斜槽13中和第四斜槽14中。此實(shí)施例與第一種實(shí)施例的區(qū)別在于將斜槽與凹槽的位置互換，即將斜槽開設(shè)在活塞的內(nèi)側(cè)壁，將凹槽開設(shè)在直軸2上，同樣也可以實(shí)現(xiàn)直軸2的旋轉(zhuǎn)與活塞沿直軸2的直線運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)換。在實(shí)際加工過程中通過在第一活塞5與第二活塞6上有第三斜槽13和第四斜槽14的位置開設(shè)徑向螺孔，并配合設(shè)置凹底螺釘，方便了活塞與直軸2的安裝和拆卸。

如圖3所示，直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的第三種實(shí)施例包括直軸2上沿外側(cè)壁一周開設(shè)的第五斜槽17和第六斜槽18，第五斜槽17和第六斜槽18形成的平面均為橢圓形且大小相等，第五斜槽17和第六斜槽18的相位角相差90°，第五斜槽17位于第一活塞5與直軸2的連接處，第六斜槽18位于第二活塞6與直軸2的連接處，第一活塞5的內(nèi)側(cè)壁對(duì)應(yīng)第五斜槽17的位置、第二活塞6的內(nèi)側(cè)壁對(duì)應(yīng)第六斜槽18的位置均配合設(shè)置有半球形的凸起19，兩個(gè)凸起19的連線與直軸2的軸線平行。此實(shí)施例與上述第一種和第二種實(shí)施例不同的是與第五斜槽17和第六斜槽18配合的為凸起19，在運(yùn)動(dòng)過程中凸起19在第五斜槽17和第六斜槽18內(nèi)循環(huán)滑動(dòng)，區(qū)別于第一種和第二種實(shí)施例的滾動(dòng)摩擦，同樣可以實(shí)現(xiàn)直軸2的旋轉(zhuǎn)與活塞沿直軸2的直線運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)換。類似于第一實(shí)施例，在加工時(shí)，將凹底螺釘換成凸底螺釘，即可形成凸起，在需要將活塞與直軸2進(jìn)行分離結(jié)合時(shí)，只需將凸底螺釘旋入或旋出活塞。

如圖4和圖5，第一氣缸3和第二氣缸4沿直軸2的徑向截面均為圓形，第一氣缸3的內(nèi)壁沿軸向開設(shè)有第一導(dǎo)向槽20，第二氣缸4的內(nèi)壁沿軸向開設(shè)有第二導(dǎo)向槽21，第一活塞5的外壁對(duì)應(yīng)第一導(dǎo)向槽20的位置固定有第一導(dǎo)向筋22，第二活塞6的外壁對(duì)應(yīng)第二導(dǎo)向槽21的位置固定第二導(dǎo)向筋23。第一導(dǎo)向槽20和第二導(dǎo)向槽21均設(shè)置有兩條，兩條第一導(dǎo)向槽20以第一氣缸3的徑向圓心為中心對(duì)稱設(shè)置，兩條第二導(dǎo)向槽21以第二氣缸4的徑向圓心為中心對(duì)稱設(shè)置。第一導(dǎo)向筋22沿第一導(dǎo)向槽20直線運(yùn)動(dòng)、第二導(dǎo)向筋23沿第二導(dǎo)向槽21直線運(yùn)動(dòng)，從而避免第一活塞5和第二活塞6自身的轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖6至圖11，第一氣缸3和第二氣缸4沿直軸2的徑向截面均為三角形、矩形或者六邊形，也可以避免活塞自身可能發(fā)生的轉(zhuǎn)動(dòng)問題。

壁座1上設(shè)置有水平貫通座身的通孔，通孔的兩端均固定有軸承24，直軸2套合于兩個(gè)軸承24之中，兩個(gè)軸承24之間固定連接有套筒25，用以支撐兩個(gè)軸承24。

通氣孔8包括直軸2上沿軸向開設(shè)的第一通氣孔26和直軸2上沿徑向開設(shè)的第二通氣孔27，第二通氣孔27位于第一氣缸3和第二氣缸4連通的位置，第一通氣孔26的一端位于直軸2上靠近第一活塞5的端頭，第一通氣孔26的另一端與第二通氣孔27連通，保證第一氣缸3和第二氣缸4之間的氣體交換。

工作時(shí)，用手撥一下或者其它方式使得飛輪7具有一定的初始速度，飛輪7運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)直軸2旋轉(zhuǎn)，再通過直線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，進(jìn)而帶動(dòng)兩個(gè)活塞做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中第一活塞5為移氣活塞，第二活塞6為動(dòng)力活塞。當(dāng)啟動(dòng)后，第二活塞6做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源是通過氣體的膨脹收縮來實(shí)現(xiàn)的，第一氣缸3向外界吸熱，使第一氣缸3和第二氣缸4分別形成熱氣缸和冷氣缸，從而使兩個(gè)活塞相互移動(dòng)，工作介質(zhì)在第一氣缸3和第二氣缸4之間來回流動(dòng)，完成四個(gè)循環(huán)過程：

1.定容吸熱過程，第一活塞5和第二活塞6均處于左止點(diǎn)位置不動(dòng)，第一氣缸3的左部分空氣實(shí)現(xiàn)定容情況下溫度升高，第一氣缸3左部分壓力升高。

2.定溫膨脹過程，第二活塞6處于左止點(diǎn)位置不動(dòng)，第一活塞5由左止點(diǎn)開始右行，其間第一氣缸3左部分的空氣通過第一氣缸3的加熱，吸收熱量，維持溫度不變。

3.定容放熱過程，第一活塞5和第二活塞6以同樣的速度向右行至整個(gè)沖程，各自達(dá)到右止點(diǎn)，在定容情況下將空氣從第一氣缸3的右部分推到第二氣缸4的左部分，即從熱氣室推到冷氣室，向外界放出熱量，使空氣溫度下降，第二氣缸4的右部分空氣壓力升高。

4.定溫壓縮過程，第二活塞6由右止點(diǎn)開始左行，壓縮第二氣缸4內(nèi)的空氣，維持工質(zhì)溫度不變，使第二氣缸4左部分空氣壓力升高，從而推動(dòng)第一活塞5左行。這樣回到初始狀態(tài)完成一次閉合循環(huán)。

通過上述方式，本實(shí)用新型的一種直軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)將直軸2水平設(shè)置且各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件于一軸，提高了傳動(dòng)效率，大大降低了整體高度，各個(gè)部件合理布置；通過直軸2上設(shè)置的通氣孔8，減小了氣體的流動(dòng)阻力，從而使得第一活塞5和第一氣缸3緊密接觸，保證了運(yùn)動(dòng)中機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性；相較于現(xiàn)有的曲軸連桿式的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠解決偏心的問題，整體結(jié)構(gòu)簡單，成本降低，震動(dòng)小，噪音小。且能在較高的溫度下工作，傳遞的扭矩大，輸出功率大。