專利名稱：傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動力傳動裝置，它可將直線運動轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動或相反。本發(fā)明主要是有于內(nèi)燃機(jī)，但不僅僅限于這個領(lǐng)域。
通常，利用某種形式的曲軸或類似裝置，可以將向后和向前的往復(fù)運動的動力傳遞給回轉(zhuǎn)運動。然而，在某些情況下，特別是當(dāng)不同的、通常是正好相反的方向的向后和向前的往復(fù)運動要一起轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動的情況下，曲軸就不是很適合。這點尤其適用于例如，內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)和泵這類動力機(jī)械，在這種機(jī)械中，二個活塞同時在一個公共的氣缸孔中，彼此相對地工作。在這種情況下，使用曲軸會使機(jī)械設(shè)計復(fù)雜化，因為必需將兩個活塞的總動力轉(zhuǎn)換為一個公共回轉(zhuǎn)運動。
在傳統(tǒng)的曲軸設(shè)計中，在活塞和氣缸孔之間存在導(dǎo)軌力，它會造成所謂的“箱盒抽屜效應(yīng)”。在這些設(shè)計中，活塞桿的小端放置在活塞的下面，這從制造的觀點來看，會使設(shè)計非常復(fù)雜，并且對潤滑和潤滑系統(tǒng)的設(shè)計提出了特殊的要求。該活塞桿的另一端安裝在該曲軸上的軸承中，因此，這個軸承中的摩擦力會使傳統(tǒng)設(shè)計的機(jī)械效率降低。采用本發(fā)明的裝置，可使造成“箱盒抽屜效應(yīng)”的側(cè)向力大大減小，并且對潤滑的需要也大大減小，因此對潤滑的其他需要可以簡化。另外，活塞和與活塞桿、曲軸和曲軸軸承相應(yīng)的零件的重量可以大大減小，并且，這些零件的制造也非常簡單。
本發(fā)明涉及的是利用的軌道上行走的一個滾珠支承，來將向后和向前的往復(fù)運動的動力傳遞給回轉(zhuǎn)運動的一種裝置。該裝置包括一個滾珠，它被安裝在活塞桿上或用于直線運動傳動的，每一個滾珠的相應(yīng)裝置上的一個滾珠座包圍。
該滾珠的一部分(上部)在直線軌道上運動，而其另一部分(下部)在回轉(zhuǎn)圓盤的一個公共的封閉的彎曲軌道上運動。直線軌道和彎曲軌道的綜合將滾珠保持在規(guī)定位置上，并且使?jié)L珠只能在直線軌道的方向上作直線的向后和向前往復(fù)運動。該滾珠的內(nèi)面和外面位置分別由該彎曲軌道至回轉(zhuǎn)圓盤的回轉(zhuǎn)中心的相應(yīng)的內(nèi)外距離決定。該直線軌道和彎曲軌道的橫截面一般為半圓形，它緊緊地與滾珠接觸。這滾珠的配合、公差等根據(jù)所選的材料、轉(zhuǎn)速、負(fù)載、潤滑裝置等來決定。
該彎曲軌道的形狀為封閉的曲線形，該形狀是由滾珠相對于上述回轉(zhuǎn)圓盤的轉(zhuǎn)動角度所決定的運動來決定的。如果該彎曲軌道設(shè)計成距該回轉(zhuǎn)圓盤的回轉(zhuǎn)中心有不同的距離，則滾珠作向前和向后的往復(fù)直線運動；如果該彎曲軌道與該回轉(zhuǎn)圓盤的回轉(zhuǎn)中心距離不變，則該滾珠不作向前或向后運動；如果距該回轉(zhuǎn)中心的距離增加，則該滾珠向外運動；而如果距該回轉(zhuǎn)中心的距離減小，則該滾珠向內(nèi)運動。這樣，滾珠每繞一圈的向前和向后運動的次數(shù)由該彎曲軌道的形狀決定。在所希望的部分上，假如該彎曲軌道為圓形，則該滾珠可以有一個停止位置。滾珠每轉(zhuǎn)一圈的向前和向后運動次數(shù)由在一整圈過程中該彎曲軌道所達(dá)到的相應(yīng)的外軌道位置和內(nèi)軌道位置的數(shù)目來決定。沒有必要使所有的外面位置和內(nèi)面位置都變化。滾珠是非回轉(zhuǎn)對稱的、即滾珠不作相對于上述回轉(zhuǎn)中心對稱的運動也是比較理想的。
當(dāng)上述回轉(zhuǎn)圓盤的轉(zhuǎn)動使該彎曲軌道至上述回轉(zhuǎn)中心的距離增大時，該彎曲軌道的內(nèi)側(cè)迫使該滾珠向外運動。因此，在該滾珠和該彎曲軌道之間的接觸線上，大圓的一個四分之一的扇形部分可迫使相應(yīng)的滾珠向外運動。當(dāng)上述回轉(zhuǎn)圓盤轉(zhuǎn)動，使該彎曲軌道至上述回轉(zhuǎn)中心的距離減小時，該彎曲軌道的外側(cè)，以相應(yīng)的方式迫使該滾珠向內(nèi)運動。這樣，當(dāng)該彎曲軌道改變其至上述回轉(zhuǎn)中心的距離時，就可使該滾珠運動。在這些位置上，該彎曲軌道與上述直線軌道不成直角。由該彎曲軌道的成一定角度的位置所產(chǎn)生的上述力所引起的、并由該滾珠傳遞至該線性支承上的線性支承中的力的分量，只能在沿著該線性支承和垂直該線性支承的力的方向上分解。在該線性支承長度方向上的合力成分作用在該滾珠上，并使?jié)L珠作向前和向后的運動。
在該滾珠周圍的不同部分上工作力是交替作用的動力分配系統(tǒng)以及通過該滾珠傳至該直線和彎曲軌道之外的另一力分配系統(tǒng)還分別另外具有進(jìn)一步將力引入該滾珠周圍和在該滾珠周圍傳遞的裝置。在偏離上述回轉(zhuǎn)中心和在相應(yīng)的滾珠外面，配置著一個壓力環(huán)/活塞環(huán)，該環(huán)在該線性支承內(nèi)部，在該滾珠以下運動，并且主要是在向著上述回轉(zhuǎn)中心內(nèi)部轉(zhuǎn)動和位于該彎曲軌道之上的上述大圓的扇形部分上作用在該滾珠上。該滾珠的這個扇形部分可以承受一個力作用，并將該力進(jìn)一步通過該滾珠傳遞至上述大圓的四分之一部分上，和傳至不成直角的該彎曲軌道的那一部分上。
成一定角度的位置在上述直線軌道中引起反力，該反力可分解為沿著該直線軌道和垂直該直線軌道的分力。沿著直線軌道的分力在上述具有彎曲軌道的回轉(zhuǎn)圓盤中引起反力，而該彎曲軌道則將轉(zhuǎn)動力矩和力傳遞給該回轉(zhuǎn)圓盤。該彎曲軌道的一個方向向內(nèi)的力，以適當(dāng)?shù)姆绞酵ㄟ^該滾珠將分力等傳遞至迫使活塞桿向內(nèi)向著上述回轉(zhuǎn)中心運動的力上。
在工作時，當(dāng)從該滾珠發(fā)出的力傳遞至(壓力桿)拉桿/活塞桿時，該力主要是從向著離開該回轉(zhuǎn)中心方向轉(zhuǎn)動、并位于該彎曲軌道之上的該滾珠的大圓扇形部分的那一部分開始傳遞的。從這里出發(fā)，該力再通過該滾珠傳遞至連接桿。這點可用不同的方法達(dá)到在該滾珠上面連接、在該滾珠周圍連接和在該滾珠位于該彎曲軌道的長度方向的側(cè)面處連接。
該滾珠將圍繞其理論上的回轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動的方向主要地是連續(xù)變化的。該滾珠有一個回轉(zhuǎn)方向主要是由在其回轉(zhuǎn)方向上彎曲軌道的摩擦力產(chǎn)生的，但它也會受到直線軌道摩擦力的影響。如果設(shè)計是沒有摩擦的，則該滾珠根本不會回轉(zhuǎn)，不會繞其理論上的回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動，而只是作向前和向后的直線運動。這樣，該滾珠相對于回轉(zhuǎn)的彎曲軌道的直線軌道，可以具有滑動和轉(zhuǎn)動的功能。然而，該滾珠不會到達(dá)其回轉(zhuǎn)方向直接相反的位置，而該滾珠會連續(xù)地轉(zhuǎn)動，并相對于相鄰的壓力作用扇形部分的表面滑動。當(dāng)該滾珠還連續(xù)地圍繞其轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動時，所需的潤滑劑可以送至該滾珠和上述的壓力作用扇形部分的表面之間。因此，潤滑劑的質(zhì)量、它的稠度和該壓力作用扇形部分表面與該滾珠的連接就很重要。就加載情況、回轉(zhuǎn)速度、每回轉(zhuǎn)一圈的行程數(shù)、直線運動反向時產(chǎn)生的加速力和減速力等而言，該滾珠的種類和質(zhì)量經(jīng)過優(yōu)化，并適用于動力機(jī)械設(shè)備的實際使用情況。
下面，將參照附圖和所示的實施例來說明本發(fā)明。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的裝置的平面圖，其中部分為橫截面圖；圖2為垂直于圖1所取的該裝置的橫截面圖；圖3為垂直于圖2所取的圖1所示裝置的一個橫截面圖；圖4表示該裝置的一個重要的細(xì)部圖；圖5表示圖4的細(xì)部的另一個視圖；圖6、7和8表示圖5的細(xì)部的另一些實施例；圖9表示在另一個動作階段的圖1的裝置；圖10～13表示該裝置的一些零件的另一種實施例，其中，軌道和滾珠座的限制表面已經(jīng)針對一種確定的用途優(yōu)化了；圖14～15為在一個工作位置上的該裝置的透視圖，并且零件是彼此分開的。
圖中所示的裝置具有二個平行的平的圓盤，其中一個稱為靜止圓盤8，與之相對的一個稱為回轉(zhuǎn)圓盤13。該靜止圓盤8由一個殼體9支承，并且，在該圓盤8的中心裝有一個帶有短的端壁2,3的氣缸1。在該氣缸中有二個活塞4,5，它們在具有一個公共的燃燒室的內(nèi)燃機(jī)中為工作活塞。在其他應(yīng)用場合，它們可以是一個泵裝置的活塞。屬于該內(nèi)燃機(jī)的閥、燃料噴射系統(tǒng)等不是本發(fā)明的一部分，因此圖中沒有表示?；钊麠U6,7與每一個活塞4,5固定連接，在活塞桿的另一端裝有一個滾珠15,16的夾緊裝置17,18。從向前和向后運動來的力，通過該滾珠15,16傳遞給該回轉(zhuǎn)圓盤13。該滾珠15,16也可作為該靜止圓盤8和回轉(zhuǎn)圓盤13之間的支承。該回轉(zhuǎn)圓盤13安裝在一個座10上，該座10又安裝在一個輸出軸23上。從該輸出軸上可取得回轉(zhuǎn)力，供不同的工作情況使用。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，該氣缸孔的中心軸線與該滾珠的運動路線的中心軸線一致。
如果將本發(fā)明用在泵或壓縮機(jī)上，則上述和下述內(nèi)容要作一些修改，仍能使用。這些修改是由應(yīng)用場合決定的，并且傳動力由該回轉(zhuǎn)圓盤產(chǎn)生。
該滾珠15和16可以在該靜止圓盤的直線軌道11、24上和在該回轉(zhuǎn)圓盤的一條公共的橢圓形軌道12上運動。圖1中，用虛線標(biāo)出了該直線軌道的延長部分。在該具有圓形表面的直線軌道的底部有導(dǎo)向軌道22、25。該滾珠座17,18具有突出部分21,26，它們與該導(dǎo)向軌道相適應(yīng)，并且也是一種導(dǎo)向軌道。
該滾珠座17,18是專門設(shè)計的，可使傳動力的損失盡可能小，并且可避免成一定角度作用的負(fù)載。在這種情況下的設(shè)計主要是針對在燃料燃燒過程中活塞被迫彼此離開、并在活塞桿上產(chǎn)生一個力、該力可通過滾珠座和滾珠傳遞至該回轉(zhuǎn)圓盤的這樣一種工作情況。在其他工作情況下，作用在活塞桿方向的力較小。該裝置的軌道、滾珠和滾珠座的形狀和尺寸作成使不同零件之間不僅在一些點上接觸，而且可以沿著線性接觸表面接觸。為了使效率最好和避免滾珠在其上運動的軌道受到成一定角度的負(fù)載的作用，上述連接表面應(yīng)該是在該滾珠上的大圓的一部分，并且位于力和反力的同一平面內(nèi)，或互成直角的平面內(nèi)。這點可通過適用于該應(yīng)用場合的軌道和滾珠座的專門設(shè)計來達(dá)到。
依據(jù)優(yōu)先考慮那一個力或分力，該滾珠周圍可用不同的方法劃分為幾個扇形部分，并可作成不同的高度。彎曲軌道的外側(cè)和內(nèi)側(cè)可以分別具有不同的高度，而遠(yuǎn)離活塞桿的壓力和拉力作用的扇形部分的表面可以相應(yīng)地作得高些或低些。
線性支承的封閉端可以向下延伸至距該彎曲軌道的內(nèi)側(cè)和外側(cè)最接近的距離。在該彎曲軌道的內(nèi)側(cè)的上邊緣較低和外側(cè)升高的情況下，可使在該直線軌道的一部分上的該直線軌道的側(cè)面/邊緣，向下延伸至與該彎曲軌道的內(nèi)側(cè)的較低的部分緊密相鄰。這要求，當(dāng)處在內(nèi)面位置的滾珠與和該彎曲軌道的中心在一直線上的線性支承接觸時，根據(jù)該滾珠的半徑長度大小，使該滾珠從其最內(nèi)面位置向外運動。從這一點至該彎曲軌道的最內(nèi)面的外邊緣有一個等于一個滾珠半徑的距離。如果該彎曲軌道的內(nèi)邊緣作得比外邊緣高，也有相應(yīng)的情況。
現(xiàn)在用圖9所示的狀態(tài)來更詳細(xì)地說明本發(fā)明的功能。圖9中，該回轉(zhuǎn)圓盤由圖1所示的位置轉(zhuǎn)動了45°。圖9所示的動力機(jī)械假設(shè)為處在工作狀態(tài)的一臺內(nèi)燃機(jī)，其在活塞之間的燃燒室中的燃料混合物已經(jīng)點火，并正在膨脹。從活塞來的壓力轉(zhuǎn)換為作用在滾珠15,16上的力，滾珠再將該力傳遞給彎曲軌道12和直線軌道11、24。在圖示的位置上，在滾珠15,16上產(chǎn)生一個以一定角度由該回轉(zhuǎn)軌道12向上作用的力，和一個由該直線軌道11,24以一定角度向下作用的力，其合力使得該回轉(zhuǎn)圓盤按箭頭37所示的方向運動。當(dāng)轉(zhuǎn)動繼續(xù)時，滾珠16通過下死點(LDC)38。假如該內(nèi)燃機(jī)按四沖程原理工作，則在回轉(zhuǎn)過程中，燃燒氣體爆破，活塞至上死點(UDC)39。在繼續(xù)運動至下一個下死點的過程中，燃料和空氣吸入，在達(dá)到下一個上死點41之前，該氣體混合物被壓縮。這樣，只在該回轉(zhuǎn)圓盤轉(zhuǎn)動一圈的過程中，就經(jīng)過了全部工作循環(huán)。如果該內(nèi)燃機(jī)按兩沖程原理工作，則用相應(yīng)的方式，在該圓盤轉(zhuǎn)動一圈時，也可經(jīng)過全部的工作循環(huán)。當(dāng)該裝置作為一個泵或壓縮機(jī)工作時，相應(yīng)的工作條件也存在，但滾珠和上下軌道之間的力的方向可能相反。通過改變該回轉(zhuǎn)軌道12的形狀(例如，改變成四葉式苜蓿葉的形狀)，則可以在該圓盤每轉(zhuǎn)動一圈時，得到二倍的工作循環(huán)次數(shù)。該軌道12的不同設(shè)計可以引起每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的工作循環(huán)數(shù)的其他一些狀況。
現(xiàn)在參照圖4所示的實施例，來更詳細(xì)地說明滾珠座。邊緣19圍繞著滾珠圓周的各個部分包圍該滾珠15。該滾珠安裝成使其中心點與上述活塞桿6的中心軸線一致。該邊緣19分成一個前部和一個后部，該前部的平面在通過該活塞桿的中心軸線的一個平行平面稍為下面一點處，而該后部的平面則以適當(dāng)方式位于通過該活塞桿中心軸線的平行平面稍為上面一點的地方。圖4所示的滾珠的下部在該圍繞圓盤的軌道12上運動，并且，該軌道的邊緣與該滾珠座的邊緣19的不同高度相適應(yīng)。在工作狀態(tài)下，壓力幾乎可以線性方式，從活塞傳遞至該回轉(zhuǎn)的橢圓形軌道12，并且利用該滾珠的按直線延伸的接觸表面，可以避免接觸表面的點式接觸。
滾珠在其上運動的回轉(zhuǎn)和靜止圓盤的軌道與最適合于力分布的一個滾珠座相適應(yīng)。這表示，在該靜止圓盤中，在該軌道11,24的二側(cè)，其邊緣的高度相同，并且，該軌道的深度比該滾珠的半徑略小。該軌道的深度也可以改變，如圖10～13所示。從圖10～13可看出，分別限定該直線軌道和彎曲軌道的邊界線或表面是彼此緊密相鄰的。這樣，最靠近該裝置中心的直線軌道的零件的伸出邊緣，向下延伸，通過該滾珠的中心平面。在至少是工作循環(huán)的一些部分的過程中，當(dāng)考慮到不同零件的公差時，該軌道之間的距離大小只是避免該軌道的限制表面之間直接接觸所必需的大小。該回轉(zhuǎn)圓盤的軌道12具有不同高度的邊緣，其內(nèi)邊緣28(即，最靠近回轉(zhuǎn)中心的邊緣)比外邊緣27低一些。該內(nèi)邊緣28和外邊緣27最好是在通過該滾珠的中心和平行于回轉(zhuǎn)平面的一個平面的不同側(cè)邊上。與該滾珠座一樣，該軌道設(shè)計時要考慮在該應(yīng)用場合產(chǎn)生的力，還要考慮必須給該滾珠座留出的空間。
圖4所示的滾珠的上部在該靜止圓盤中的上述直線軌道上運動。當(dāng)該滾珠通過該滾珠座中的開口30,31伸出時，該滾珠與軌道的表面接觸。該直線軌道11,24可以調(diào)整，以便緊密地與該滾珠、滾珠座和導(dǎo)向軌道相適應(yīng)。
圖5,6,7和8表示滾珠座和導(dǎo)向軌道的不同的實施例。從圖6中還可看出，在運動過程中(圖中是向左運動)，該滾珠如何擠壓在其前面的潤滑劑。該滾珠將潤滑劑轉(zhuǎn)移至滾珠座和與該滾珠接觸的上述靜止軌道的壁上。該滾珠與滾珠座的一個前部35和一個后部36配合工作，而前部和后部由導(dǎo)向軌道21連接在一起。在該滾珠座零件之間，有側(cè)面開口33,34和一個中心開口21，該滾珠即通過該中心開口21與上述靜止圓盤的相應(yīng)軌道接觸。相對于動力源固定或靜止不動的該軌道，在上面被描述成直線軌道。在其他實施例中，這個軌道也可以彎曲成或把其形狀作成一條封閉的曲線(例如一個橢圓)。這些和另外一些改變都在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在直線運動和回轉(zhuǎn)運動之間傳遞力的裝置，其中，該直線運動是在與回轉(zhuǎn)運動的回轉(zhuǎn)平面平行的一個平面上進(jìn)行的，該裝置包括至少一個滾珠(15,16)，該滾珠在一個回轉(zhuǎn)的凸輪曲線形的軌道(12)上和相對于動力源固定的一個軌道(11,24)上運動，每一個滾珠(15,16)都通過一個滾珠座裝置(17,18)與作直線運動的裝置連接，其特征為，至少在工作循環(huán)的一些部分的過程中，限定該軌道的一些邊緣或表面彼此緊密相鄰。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為，力的傳遞只在該滾珠(15,16)的表面上的大圓的扇形部分上進(jìn)行。
3.如上述權(quán)利要求中的任何一條所述的裝置，其特征為，該回轉(zhuǎn)軌道(12)的外邊緣(27)和內(nèi)邊緣(28)，至少沿著該軌道長度的一部分，可相對于通過該滾珠(15,16)的中心并與回轉(zhuǎn)平面平行的一個平面移動。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征為，該回轉(zhuǎn)軌道(12)的外邊緣(27)和內(nèi)邊緣(28)位于通過該滾珠(15、16)的中心并與該回轉(zhuǎn)平面平行的一個平面的不同側(cè)面上。
5.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，該回轉(zhuǎn)軌道(12)是由不同高度的一個外邊緣(27)和一個內(nèi)邊緣(28)限定的，并且該外邊緣(27)較高。
6.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，該固定軌道(11,24)的深度比該滾珠(15,16)的半徑小些。
7.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，該滾珠座(17,18)包括至少一個導(dǎo)向軌道(21)，該軌道可在上述固定軌道的一個導(dǎo)向軌道(22)上運動。
8.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，該裝置包括二個滾珠(15,16)，它們同時在相反方向上運動，因此，該滾珠的中心沿著一條公共線運動。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征為，該每一個滾珠座(17,18)均與二個活塞(4,5)中的一個的活塞桿(6,7)固定連接，而該兩個活塞具有一個公共的氣缸孔或多個連接的動力機(jī)械氣缸孔。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征為，該動力機(jī)械為一臺內(nèi)燃機(jī)，它的二個活塞(4,5)具有一個公共的燃燒室或互相連接的多個燃燒室。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征為，該氣缸孔(1)的中心軸線與該滾珠(15,16)的運動路線一致或平行。
12.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，該直線固定軌道的邊緣沿著其長度以不同的長度從該軌道的底部伸出。
全文摘要
本發(fā)明為一種力的傳遞裝置,它可將直線運動轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動或相反。本發(fā)明主要用在內(nèi)燃機(jī)上。本發(fā)明為通過在幾個軌道上運動的一個滾珠支承,在向前和向后運動與回轉(zhuǎn)運動之間進(jìn)行力的傳遞的一種裝置。該滾珠支承包括被滾珠座包圍的滾珠,該滾珠座固定在每一個相應(yīng)滾珠的一個活塞桿上,或相應(yīng)的直線運動傳動裝置上。活塞桿(6,7)與每一個活塞(4,5)固定連接,在活塞桿的相對端有一個滾珠(15,16)的夾持裝置(17,18)。力可以通過該滾珠(15,16),從向前和向后運動傳遞給回轉(zhuǎn)圓盤(13)。該滾珠(15,16)也可以作為靜止圓盤(8)和回轉(zhuǎn)圓盤(13)之間的支承。
文檔編號F02B75/32GK1215460SQ9719349
公開日1999年4月28日 申請日期1997年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月1日
發(fā)明者貢納·萊永貝里 申請人:古爾發(fā)展公司