專(zhuān)利名稱(chēng)：同心輪活塞組合件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞頭，尤其涉及一種與同心輪組合的同心輪活塞組合件。
本發(fā)明是第ZL85106590號(hào)的、名稱(chēng)為同心輪的發(fā)明專(zhuān)利的繼續(xù)。
在利用連桿曲軸這種傳統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)而制成的活塞式泵機(jī)和動(dòng)力機(jī)中，由于連桿曲軸自身固有的缺點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)在連桿小頭上的活塞也存在著諸多問(wèn)題，例如，因連桿曲軸有側(cè)壓分力N存在，便會(huì)造成缸塞之間在某個(gè)特定部位上的磨損加劇，使N分力方向上的兩側(cè)缸壁發(fā)生傷害性變形，進(jìn)而逐漸形成泄漏，致使有效的密封效果不能持久和恒定，結(jié)果影響工況和效率，甚至發(fā)生咬缸和毀缸等嚴(yán)重問(wèn)題。又如，因連桿曲柄機(jī)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡的緣故，就必須增加平衡塊和飛輪機(jī)構(gòu)來(lái)改善活塞的運(yùn)動(dòng)狀況，而這僅僅是改善，不能徹底解決問(wèn)題。再如，因設(shè)在連桿小頭上的活塞總是按其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的固有軌跡以直線形式返折，以及徑向分力R的存在，使活塞不但有難以克服的死點(diǎn)影響和較多的慣量損耗，而且在活塞和連桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，共同造成的沖擊振動(dòng)也比較大，同時(shí)還拌有明顯的擺動(dòng)現(xiàn)象。另外，因連桿長(zhǎng)度和曲柄半徑配合運(yùn)轉(zhuǎn)的緣故，以及往復(fù)一次運(yùn)轉(zhuǎn)一周所需的空間較大，不但增加了機(jī)殼的體積和重量，而且還局限了活塞缸徑與活塞行程的比差范圍(見(jiàn)表一)，這樣既浪費(fèi)了材料，又不利于擴(kuò)大缸徑來(lái)增加工作容積。
為此，本發(fā)明的目的是將本發(fā)明人以前申請(qǐng)的專(zhuān)利“同心輪”應(yīng)用到活塞式泵機(jī)和動(dòng)力機(jī)中，形成同心輪活塞組合件，以克服和改善上述的活塞式泵機(jī)和動(dòng)力機(jī)中的因采用連桿曲柄機(jī)構(gòu)所帶來(lái)的缺陷。使活塞式泵機(jī)和動(dòng)力機(jī)的性能改善，效率提高，壽命延長(zhǎng)，體積縮小。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下。
一種同心輪活塞組合件，它包括一直軸；一在直軸上的直軸輪；一套在直軸輪上的同心輪，在同心輪的外周上具有類(lèi)正弦曲線槽；一設(shè)置在同心輪與直軸輪之間的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)付，該運(yùn)動(dòng)付使同心輪能相對(duì)直軸作縱向雙向移動(dòng)，但同心輪與直軸之間無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；一對(duì)正弦珠，其上的珠頭與同心輪的正弦槽相嚙合，正弦珠的位置固定不動(dòng)，珠頭可在正弦槽中滾動(dòng)，迫使同心輪按雙峰類(lèi)正弦曲線槽軌跡運(yùn)動(dòng)；一外殼；還包括一活塞頭；一將所述活塞頭連接到同心輪一端部上的連接裝置，連接裝置包括連接架，使活塞頭隨同所述同心輪一體作縱向雙向運(yùn)動(dòng)。
上述的同心輪活塞組合件，其中所述活塞頭呈扁圓狀，所述外殼為一體式的，所述活塞頭和同心輪都容置在該外殼內(nèi)。
上述的同心輪活塞組合件，其中，所述連接裝置還包括活塞頭上的活塞桿，將所述連接架連接到所述同心輪一端的緊固件和使活塞頭的活塞桿的端部與連接架相連的緊固件。
上述的同心輪活塞組合件，其中，所述活塞頭的中心有一直軸可穿過(guò)的孔，在活塞孔的內(nèi)周壁上設(shè)置有若干環(huán)形密封槽。
上述的同心輪活塞組合件，其中，所述連接裝置還包括活塞頭上的活塞桿、將連接架連接到同心輪一端的緊固件、置于所述連接架上的軸承和使活塞桿的端部與所述軸承相連的緊固件，使活塞頭與同心輪之間通過(guò)軸承可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
上述的同心輪活塞組合件，其中，所述連接裝置還包括活塞頭上的活塞桿、將連接架連接到同心輪一端的緊固件、置于所述連接架上的非標(biāo)軸承和使活塞桿的端部與所述軸承相連的緊固件，使活塞頭與同心輪之間通過(guò)軸承可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
上述的同心輪活塞組合件，其中，所述活塞頭還包括一延長(zhǎng)活塞桿而形成的推拉桿，推拉桿的端部通過(guò)連接裝置連接于同心輪的一端，使活塞頭、推拉桿和同心輪處在一條中心線上，且同步縱向雙向移動(dòng)，所述同心輪容置在所述外殼內(nèi)，所述活塞頭容置在一與外殼隔開(kāi)的缸體或一隔離板內(nèi)，所述推拉桿穿過(guò)缸體或隔離板，在穿過(guò)處的兩者之間都設(shè)置一流體密封裝置，所述活塞頭呈扁圓狀。
上述的同心輪活塞組合件，其中，所述連接裝置還包括將連接架連接到同心輪一端的緊固件和將推拉桿的端部連接到連接架的緊固件。
上述的同心輪活塞組合件，其中，所述連接裝置還包括將連接架連接到同心輪一端的緊固件、置于連接架上的軸承、將推拉桿的端部連接到所述軸承的緊固件，使活塞頭與同心輪之間通過(guò)軸承可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
上述的同心輪活塞組合件，其中，所述正弦槽由一小寬度槽和一大寬度槽組成，使正弦槽的橫截面呈凸字形，所述正弦珠包括珠座架、在珠座架中心的承珠軸和同軸縱向分離地安裝在承珠軸的由大珠頭和小珠頭組成的塔狀珠頭，所述大珠頭容置在大寬度槽中，所述小珠頭容置在小寬度槽中，使得大珠頭與正弦槽的一側(cè)嚙合，而小珠頭與正弦槽的另一側(cè)嚙合。
上述的同心輪活塞組合件，其中，所述直軸輪可拆卸地固定于直軸上，所述運(yùn)動(dòng)付為滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)付，它包括若干圓珠，若干沿同心輪軸向設(shè)置在同心輪內(nèi)表面上的其橫截面基本上為半圓形的在同心輪周向均勻分布的滾道；若干在直軸輪外周上的能容置所述圓珠的珠窩，這些珠窩在直軸輪圓周向的分布位置與同心輪的滾道相對(duì)應(yīng)，沿直軸輪的軸向分布位置使所述圓珠彼此間隔，當(dāng)同心輪套在直軸輪的外面時(shí)，兩者之間通過(guò)圓珠在同心輪的滾道中的滾動(dòng)而可相對(duì)往復(fù)移動(dòng)。
與傳統(tǒng)的連桿曲柄活塞組合件相比，在形態(tài)結(jié)構(gòu)上，完成了三個(gè)取代1.扁圓形活塞頭取代了傳統(tǒng)的圓柱形活塞，活塞頭自身不但可以旋轉(zhuǎn)，而且頂部還可以開(kāi)孔；2.橫截面為圓形并且也可以轉(zhuǎn)動(dòng)的活塞桿(推拉桿)和同心的連接架連接取代了橫截面為工字形或十字形的并且有擺動(dòng)幅度的連桿和能使連桿擺動(dòng)的活塞銷(xiāo)連接，活塞桿(推拉桿)與連接架之間還可實(shí)現(xiàn)相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)。3.立體的曲線運(yùn)動(dòng)的同心輪取代了平面的圓周運(yùn)動(dòng)的偏心曲柄，而且同心輪的應(yīng)用變化形式則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)偏心曲柄或曲軸的固有形式，因此本發(fā)明的同心輪活塞組合件具有如下的優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明的組合件的行程取決于弦槽的峰角度ω，輪半徑R1和換向軌跡圓半徑R2這三者之間的變化，所以行程的變化范圍較大，又因?yàn)榕c同心輪同心配合的活塞半徑也可大可小，沒(méi)有連桿擺幅的限制，因此，本發(fā)明組合件的缸徑和行程比值的比差幅度較傳統(tǒng)的組合件的大得多，正、反比值均可達(dá)5以上，均可是傳統(tǒng)組合件的20倍以上。所以同心輪活塞組合件既能形成大缸徑短行程模樣，又能形成小缸徑長(zhǎng)行程模樣，由此可見(jiàn)，本發(fā)明在應(yīng)用上的適應(yīng)性變化特別寬廣。
2.據(jù)于第一點(diǎn)的理由，為擴(kuò)展泵機(jī)或動(dòng)力機(jī)的工作容積，同心輪活塞組合件宜采用增加缸徑即擴(kuò)大活塞的面積的辦法，因?yàn)槿莘e和活塞半徑的平方成正比，是二次方的，而行程則是一次方的，這不僅使缸體明顯節(jié)材、減重，而且又能因活塞缸徑的端面較大而給配氣閥門(mén)的設(shè)置留有了充分的余地。
3.由于本發(fā)明僅采用活塞頭和結(jié)構(gòu)緊湊的同心輪組合來(lái)取代傳統(tǒng)的活塞和連桿曲柄機(jī)構(gòu)，故而能使整機(jī)的重量減輕，體積縮小。
4.由于本發(fā)明的活塞頭呈扁平圓狀，沒(méi)有裙部，質(zhì)量減少，以及同心輪本身在徑向上始終存在著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而同時(shí)具有飛輪樣的諸能放能作用，使得同心輪活塞組合件，尤其是整體式固定連結(jié)，在其軸向上因往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成的慣量損耗，通過(guò)弦槽曲線上的力學(xué)變化而得以減少，由此，所設(shè)飛輪本著慣量缺多少補(bǔ)多少的原則也得以變小。而且又因?yàn)橥妮喕钊谕鶑?fù)運(yùn)動(dòng)終始位前后的運(yùn)動(dòng)軌跡總是沿一段弧線拐彎而進(jìn)行返回，這就比直線返折優(yōu)越，所以在軸向上因組合件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而造成的沖擊振動(dòng)也得以減輕，并且使振動(dòng)引起的噪聲也同時(shí)得以降低。
5.采用同心輪，活塞頭上的側(cè)壓分力N消失了，組合件的擦缸現(xiàn)象也隨之沒(méi)有了，由此減緩了缸壁兩側(cè)的磨損和泄漏形成，并且給可靠的均勻密封創(chuàng)造了有利條件，使缸、塞壽命延長(zhǎng)。
6.組合件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因?yàn)榛钊^能跟隨同心輪一起作既旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又往復(fù)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)而不再有死點(diǎn)狀態(tài)。
7.由于同心輪結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，所以使本發(fā)明的組合件運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不需另設(shè)平衡塊。
8.本發(fā)明的活塞頭雖然沒(méi)有了裙部和裙部上的活塞銷(xiāo)，但相當(dāng)于活塞銷(xiāo)的受力半徑仍然存在，這就是組合件同心輪上的在弦槽中運(yùn)轉(zhuǎn)的正弦珠的珠頭半徑R3。在傳統(tǒng)的活塞中，活塞銷(xiāo)的銷(xiāo)半徑一般較小，絕對(duì)不可能大于活塞半徑，否則會(huì)使活塞頭和裙部分離。然而在同心輪活塞組合件里，當(dāng)活塞頭半徑即使和同心輪半徑R1相等時(shí)，從理論上講，當(dāng)ω≥45°，X≥8，R4＝0，根據(jù)R2和R1的比值，即可出現(xiàn)正弦珠受力半徑大于同心輪輪半徑和活塞半徑的情況，如此大的受力半徑R3說(shuō)明同心輪活塞組合件在主要的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)處有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度承受沖擊載荷。若嫌不夠，還可在同心輪上加大峰谷度ω和X之值，甚至在同心輪上采用雙條或多條弦槽和正弦珠組合(見(jiàn)同心輪發(fā)明專(zhuān)利第85106590號(hào)的權(quán)利要求之6，并參閱說(shuō)明書(shū)附圖，明確R1、R2和R3的關(guān)系)。
9.本發(fā)明的活塞頭，若是采用整體式固定連結(jié)與同心輪組合，由于其在缸內(nèi)往復(fù)作功的同時(shí)還存在著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而使自身成為又一種類(lèi)型的轉(zhuǎn)動(dòng)活塞。即扁圓形的同心轉(zhuǎn)動(dòng)活塞。同心輪活塞頭的這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并不妨礙、也不影響自身同時(shí)往復(fù)的作功運(yùn)動(dòng)，而且還具有一定的攪拌作用，能使混合燃料形成渦流而得以充分混合，充分燃燒，如果活塞頂部再作些改革，效果會(huì)更好。不僅如此，同心輪旋轉(zhuǎn)活塞還解決了那些不含直線運(yùn)動(dòng)的活塞所存在的問(wèn)題，例如利用偏心圓齒輪傳動(dòng)的三角形轉(zhuǎn)子活塞因密封困難和缸壁波紋狀磨損而造成的可靠性與耐久性問(wèn)題，在同心輪活塞組合件中則完全可以避免。
10.在以同一轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，如果同心輪活塞是大缸徑短行程的組合，由于缸徑和行程的比值特別大的緣故，結(jié)果使得合體式活絡(luò)連接的活塞頭在缸內(nèi)作單純的高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的線速度反而得以降低。在同心度得以保障時(shí)，同心輪的運(yùn)動(dòng)是永遠(yuǎn)不會(huì)擦缸的。因此活塞頭往復(fù)線速度的降低，對(duì)缸壁的磨損也隨之減輕、減弱，同時(shí)在側(cè)壓分力N消失的情況下，會(huì)使汽缸徑久耐用。
11.同心輪活塞組合件的基本形狀仍然是一圓柱體，其和圓筒形殼體配合的形狀完全保留了連桿曲柄機(jī)構(gòu)采用圓柱形活塞和圓筒形缸體組合的優(yōu)點(diǎn)。因此，在配氣、潤(rùn)滑、密封、組織燃燒等方面仍然可以繼續(xù)應(yīng)用成熟的現(xiàn)有技術(shù)成果，這就給同心軟活塞式的泵機(jī)和動(dòng)力機(jī)的設(shè)計(jì)、制造帶來(lái)了方便。
12.在本發(fā)明的組合件中，活塞頭的運(yùn)轉(zhuǎn)是建立在同心輪高效傳動(dòng)的基礎(chǔ)之上，不但沒(méi)有了裙部，沒(méi)有了側(cè)壓分力N，還沒(méi)了擺動(dòng)現(xiàn)象，使運(yùn)轉(zhuǎn)平衡得多，而且在往復(fù)返回時(shí)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡又是空中的圓弧曲線拐彎以及自身還可以旋轉(zhuǎn)等種種特征，將其綜合起來(lái)利用在各種泵機(jī)和動(dòng)力機(jī)上，會(huì)使泵機(jī)和動(dòng)力機(jī)具有效率高，性能好，壽命長(zhǎng)等優(yōu)越性。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中類(lèi)似的零件和結(jié)構(gòu)用相同的標(biāo)號(hào)表示，附圖中

圖1是本發(fā)明同心輪活塞組合件一實(shí)施例的總的視圖，含活塞頭連接裝置和同心輪的基本結(jié)構(gòu)件，可在單缸的泵機(jī)或動(dòng)力機(jī)上采用，屬合體式活絡(luò)連結(jié)之一。
圖2a和b是本發(fā)明組合件中的正弦珠結(jié)構(gòu)的兩個(gè)實(shí)施例的剖視圖，b為塔式正弦珠；圖3是活塞頭與同心輪合體式活絡(luò)連接一實(shí)施例的剖視圖，它示出了活塞頭和同心輪在徑向上可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的一連接裝置的結(jié)構(gòu)，此種活絡(luò)連結(jié)的組合件在殼體內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞頭可以不跟隨同心輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，主要用于單缸機(jī)的構(gòu)成；圖4是活塞頭與同心輪合體式活絡(luò)連接另一實(shí)施例的剖視圖，它示出了活塞頭和同心輪在徑向上可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的一連接裝置的另一結(jié)構(gòu)，此種活絡(luò)連接的組合件在殼體內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)活塞頭同樣可以不跟隨同心輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，主要用于單缸機(jī)的構(gòu)成；圖5a和5b是容置有圓珠的直軸輪的剖視圖，它們分別示出了直軸輪的兩個(gè)實(shí)施例，形成二種形態(tài)的珠窩，容圓珠在原位滾動(dòng)，防止圓珠互相撞擊；圖6是活塞頭與同心輪整體式固定連接一實(shí)施例的剖視圖，它示出了一穿頂活塞頭固定連接于同心輪的連接結(jié)構(gòu)，此種固定連結(jié)的組合件在殼體內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞頭跟隨同心輪一起作既往復(fù)同時(shí)又旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有死點(diǎn)狀態(tài)，可供單缸機(jī)選用；圖7是活塞頭與同心輪整體式固定連接另一實(shí)施例的剖視圖，它示出了一活塞頭固定連接于同心輪的另一連接結(jié)構(gòu)；此種固定連結(jié)的組合件在殼體內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞頭跟隨同心輪一起作既往復(fù)同時(shí)又旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有死點(diǎn)狀態(tài)，可供單缸機(jī)選用；圖8是本發(fā)明同心輪活塞組合件的另一整體式固定連結(jié)實(shí)施例的剖視圖，其中在同心輪的兩端分別用連接裝置各設(shè)置一固定的穿頂活塞頭，故而能形成單輪雙塞雙缸機(jī)，該種結(jié)構(gòu)的組合件雖然也不存在活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)的死點(diǎn)狀態(tài)，但更主要的是在軸向上還兼?zhèn)鋸耐鶑?fù)輸入到往復(fù)輸出的功能傳遞，更有利于膨脹能或爆發(fā)能的直接利用，此種雙塞結(jié)構(gòu)在體積略增一點(diǎn)的情況下，排量要增一倍。
圖9是本發(fā)明同心輪活塞組合件的又一實(shí)施例的剖視圖，它示出了活塞頭與同心輪之間采用一推拉桿在同一中心線上實(shí)現(xiàn)分體式固定連接的結(jié)構(gòu)，該處的活塞頭既沒(méi)有死點(diǎn)，而且還具有雙向作功的特性，可從正反兩個(gè)方向形成輸入或輸出，與圖8的功能一樣，但屬單輪單塞雙缸機(jī)結(jié)構(gòu)；圖10是本發(fā)明同心輪活塞組合件的又一實(shí)施例的剖視圖，它示出了活塞頭與同心輪之間采用一推拉桿在同一中心線上再借助于連接架和架上的軸承實(shí)現(xiàn)分體式的又一活絡(luò)連接結(jié)構(gòu)，該處的活塞頭因與同心輪有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故在缸體內(nèi)往復(fù)作功時(shí)，可不跟著同心輪一起旋轉(zhuǎn)，既可作雙缸機(jī)也可作單缸機(jī)選用。
圖11是本發(fā)明同心輪活塞組合件的一應(yīng)用實(shí)施例，其中活塞頭不穿頂，以及與傳統(tǒng)的技術(shù)成果配合，例如與片彈簧閥門(mén)和活塞環(huán)配合構(gòu)成各種形式的電動(dòng)泵機(jī)，或者僅作為風(fēng)動(dòng)、水動(dòng)和手動(dòng)泵機(jī)結(jié)構(gòu)選用，是單缸機(jī)的應(yīng)用范例；圖12是本發(fā)明同心輪活塞組合件的另一應(yīng)用實(shí)施例，其中活塞頭被一直軸穿透頂部，也是單缸機(jī)應(yīng)用的范例。
如圖1所示，本發(fā)明的同心輪活塞組合件包括活塞頭1、同心輪2、直軸3、可拆下地固定于直軸3的直軸輪4、其珠頭51與同心輪2的外周弦槽21相嚙合的正弦珠5、將活塞頭1連接到同心輪2上的連接裝置6、同心輪2與直軸輪4之間的運(yùn)動(dòng)付7以及殼體8。本發(fā)明的同心輪活塞組合件還涉及密封結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑油路結(jié)構(gòu)，但這方面的內(nèi)容不在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，故對(duì)這些內(nèi)容不再描述。
為了便于對(duì)本發(fā)明的理解，現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹本發(fā)明的同心輪活塞組合件的各部件之間的位置關(guān)系和它們之間的總的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，然后再詳細(xì)描述其結(jié)構(gòu)。如圖1所示，同心輪2的外表面上有一正弦槽21，一固定在殼體8上的正弦珠5，其珠頭51(圖中所示因m＝2就有兩個(gè)正弦珠5)嚙合在正弦槽21中，可拆卸地固定于直軸3上的直軸輪4置于同心輪2的內(nèi)孔中，直軸輪4與同心輪2之間有運(yùn)動(dòng)付7，活塞頭1上的活塞桿13通過(guò)連接裝置6連接于同心輪2的一端。正弦珠5的位置是固定在殼體8上的，同心輪2通過(guò)其上的弦槽21和珠頭51的嚙合運(yùn)動(dòng)迫使同心輪在直軸輪4上圍繞中心軸線按頭尾連續(xù)的封閉性弦槽軌跡曲線，在殼體內(nèi)作既往復(fù)、同時(shí)又旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)(正弦槽的軌跡在第ZL85106590號(hào)的、名稱(chēng)為同心輪的發(fā)明專(zhuān)利中有詳細(xì)描述，在此省略對(duì)其的描述)。由于同心輪總是一從動(dòng)件，所以它必須通過(guò)運(yùn)動(dòng)付7在直軸3上實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)輸入或旋轉(zhuǎn)輸出，即在徑向上始終與直軸輪4和直軸3保持一起旋轉(zhuǎn)，但在軸向上與直軸3之間還存在著相對(duì)的往復(fù)移動(dòng)；活塞頭1通過(guò)連接裝置6與同心輪2一起運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)輸入或往復(fù)輸出，即在軸向上始終保持和同心輪2一起作往復(fù)雙向移動(dòng)，但在徑向上，活塞頭1可以不跟著同心輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
同心輪2外周上的弦槽21的原理在本發(fā)明人的專(zhuān)利ZL85106590中有詳細(xì)的描述，在此省略對(duì)其的說(shuō)明。如圖2a和b所示，它們分別示出了正弦珠5的兩個(gè)實(shí)施例，正弦珠5包括珠座架52，安裝在珠座架52中的承珠軸53和安裝在承珠軸53上的珠頭51，承珠軸53用調(diào)節(jié)螺母、螺釘54緊固定位。如圖3所示，示出了一種同心輪2的正弦槽21的結(jié)構(gòu)，同心輪2上的正弦槽21是凹字形的，圖2a所示的正弦珠5的珠頭51是一個(gè)安裝在承珠軸53上的單個(gè)軸承，它嚙合在凹字形正弦槽21中，從而完成同心輪的復(fù)合曲線運(yùn)動(dòng)。由于這種單個(gè)軸承珠頭51與正弦槽21之間的嚙合是有間隙的，因此，若以旋轉(zhuǎn)變往復(fù)的單缸泵機(jī)為例，在活塞頭1的工作行程和返回行程互相進(jìn)行交接之際，珠頭51會(huì)脫離原先接觸的槽邊而跳向?qū)?cè)槽邊，珠頭51在與對(duì)側(cè)槽邊接觸時(shí)會(huì)迫使自己改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而造成反轉(zhuǎn)，珠頭51在更換接觸槽邊的跳動(dòng)現(xiàn)象和反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其實(shí)是由同心輪2越過(guò)槽珠的嚙合間隙所致。當(dāng)往復(fù)變旋轉(zhuǎn)時(shí)，是縱向(軸向)跳動(dòng)；當(dāng)旋轉(zhuǎn)變往復(fù)時(shí)，是徑向跳動(dòng)，跳動(dòng)尚可通過(guò)提高間隙配合精度加以控制，反轉(zhuǎn)就必須另想辦法克服了。為此，又為弦槽21和珠頭51構(gòu)思了另一種結(jié)構(gòu)，如圖1所示，弦槽21的兩側(cè)邊是臺(tái)階形的，該弦槽21包括一小寬度槽211和一大寬度槽212重疊在一起組成復(fù)式弦槽。為配合復(fù)式槽形，珠頭51呈塔式形，由一小珠頭511和一大珠頭512組成(見(jiàn)圖5b)，且兩珠頭同軸縱向分離安裝，分別與復(fù)式臺(tái)階形弦槽21嚙合，大珠頭512容置在大寬度槽212中，小珠頭511容置在小寬度槽211中，此時(shí)，大珠頭512始終與復(fù)式弦槽21一側(cè)的工作邊接觸，而小珠頭511始終與復(fù)式弦槽的另一側(cè)回程邊接觸，這樣，當(dāng)活塞頭1在工作行程時(shí)，大珠頭512為工作珠頭，始終按同一方向在大寬度弦槽212的一側(cè)上滾動(dòng)，當(dāng)活塞頭1在返回行程時(shí)，小珠頭511為回程珠頭，也始終按同一方向上在小寬度弦槽211的另一側(cè)上滾動(dòng)，但方向相反。從而就不會(huì)有單一槽珠的跳動(dòng)和珠的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。本實(shí)施例中的大珠頭512為一軸承，小珠頭511為一羅拉圈。當(dāng)然大、小兩珠頭也可以同是羅拉圈，或者同是軸承。在一般的情況下作為工作邊的槽珠配合深度應(yīng)該大于作為回程邊的槽珠配合深度。而在圖8的組合件中，由于是雙活塞頭，同心輪上復(fù)式臺(tái)階形弦槽須雙向作功，工作邊和回程邊不分，故而大、小槽珠的深度是一致的。
同心輪2既能在徑向上與直軸3一起轉(zhuǎn)動(dòng)，完成旋轉(zhuǎn)輸入或是旋轉(zhuǎn)輸出，而且又能在軸向上與直軸3發(fā)生相對(duì)的往復(fù)移動(dòng)，這種傳動(dòng)功能可以通過(guò)一種運(yùn)動(dòng)付如鍵槽的滑動(dòng)來(lái)完成，但最好是滾動(dòng)，所以在本發(fā)明的實(shí)施例中，在同心輪2與直軸3之間設(shè)置了滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)付7。如圖1和2所示，為了便于加工和維修，在直軸3上固定地設(shè)置一可拆下的直軸輪4參與滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)付7的組成，該運(yùn)動(dòng)付包括若干沿同心輪2軸向設(shè)置在同心輪2內(nèi)表面上的其橫截面基本上為半圓形的在同心輪2周向均勻分布的直槽滾道22、若干在直軸輪4外周上的基本上為半球形的珠窩41(見(jiàn)圖2a)和數(shù)量與珠窩41相等的容置在珠窩41中的圓珠71，這些珠窩41在直軸輪4圓周向的位置與同心輪2的直槽滾道22相對(duì)應(yīng)，并沿直軸輪4的軸向彼此間隔。當(dāng)同心輪2套在直軸輪4的外面時(shí)，圓珠71在同心輪2的直槽滾道22中滾動(dòng)形成滾動(dòng)付7。如圖2b所示，它示出了直軸輪4的另一種結(jié)構(gòu)，在直軸輪4的外表面上形成與同心輪2的直槽滾道22形狀對(duì)應(yīng)、位置對(duì)應(yīng)的直槽43，然后在直槽43中在兩縱向分布的若干圓珠71之間設(shè)置凹形隔墊44，形成又一種形式的珠窩42，在直軸輪4的兩端分別設(shè)置擋圈45，以防圓珠71滾離直槽43，這種結(jié)構(gòu)的效果與圖2a相同。
根據(jù)不同的工況條件和應(yīng)用場(chǎng)合，例如是應(yīng)用在何種動(dòng)力機(jī)上，或是應(yīng)用在何種泵機(jī)上，以及采用何種形式的閥門(mén)機(jī)構(gòu)，活塞頭1的結(jié)構(gòu)還有兩種選擇，一種是不穿頂?shù)闹醒脒B有活塞桿13，另一種是穿頂?shù)摹Ｈ鐖D11所示，不穿頂?shù)幕钊^1用于傳統(tǒng)的片彈簧配氣閥門(mén)10，這種閥門(mén)的打開(kāi)依靠流體的壓差。如圖12所示，穿頂?shù)幕钊^用于依靠穿出活塞頭1的軸17帶動(dòng)閥輪(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)而打開(kāi)的配氣閥門(mén)。圖6所示的是穿頂式活塞頭1，在活塞頭1的活塞桿13的中心有一孔16，連接于配氣閥門(mén)的軸17穿孔16而出，在活塞頭1的中心孔16的內(nèi)周面上開(kāi)設(shè)有密封環(huán)槽18。
活塞頭1與同心輪2的連接形式有三種，這主要視活塞頭1的運(yùn)動(dòng)方式和功能而定。第一種為整體式固定連接，即活塞頭1與同心輪2一體運(yùn)動(dòng)，兩者間的連接方式如圖6和7所示。根據(jù)活塞頭1與同心輪2的這種整體式的固定連結(jié)，活塞頭1和同心輪2本可以用同一種材料整體加工而成，但一般對(duì)同心輪2的材質(zhì)要求較硬，對(duì)活塞頭1的材質(zhì)要求較輕，所以?xún)烧叻謩e用兩種不同的材料加工而成，隨后用連接裝置6，包括連接架69、螺栓67”、螺帽19、活塞桿13等，將活塞頭1固定地連接到同心輪2的一端。如圖6所示，與傳統(tǒng)的活塞相比，本發(fā)明的活塞頭1的徑向尺寸較大而軸向尺寸較小。為了使活塞頭1固定于同心輪2，先將連接架69置于同心輪2上，用螺栓67”緊固，然后將活塞頭1置于連接架69之上，使管狀活塞桿13突入架內(nèi)，再用螺帽19緊固。圖7示出了活塞頭1的另一種整體式連結(jié)結(jié)構(gòu)，同樣先將連接架69置于同心輪2上用螺栓67”緊固，然后將活塞頭1置于連接架69上，使活塞桿13突入架內(nèi)，再用螺帽19緊固。該圖中的同心輪2是輕化型的，去掉了多余無(wú)用的部分。
活塞頭1與同心輪2的第二種連接形式是合體式活絡(luò)連接，即活塞頭1既跟隨同心輪2一起實(shí)現(xiàn)直線性往復(fù)移動(dòng)又與同心輪2之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而展出同心輪原理結(jié)構(gòu)中圓槽和圓槽珠的具體應(yīng)用。如圖3和4所示，分別示出了用于活塞頭1與同心輪2之間的連接裝置6，連接裝置6主要有軸承61、62和連接架63、64所組成。在圖3中，軸承61采用雙向平面推力球軸承，該軸承置于連接架63的內(nèi)孔65中，然后用若干螺栓67″將連接架63固定于同心輪2上?；钊^1的徑向中部有一凹槽12，其形狀做成連接架63和軸承61能置于其中，使活塞桿13突入軸承圈中，然后用一螺帽構(gòu)件19套在活塞桿13上固定軸承61。這樣，活塞頭1在軸向上就能隨同同心輪2一起作直線性往復(fù)移動(dòng)，同時(shí)在圓周徑向上兩者之間又具有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使活塞頭1在缸體內(nèi)可以不跟隨同心輪2一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故而能完成軸向往復(fù)力的輸入或輸出傳遞。
圖4示出了這種連接裝置6的另一種結(jié)構(gòu)，在該實(shí)施例中，軸承62采用兩個(gè)直徑大小不同的平面推力球軸承，一個(gè)置于連接架64的內(nèi)孔66中，一個(gè)置于連接架64的外壁68上，其余情況與圖3相同。
圖1示出了連接裝置6的又一種結(jié)構(gòu)，也屬合體式活絡(luò)連接，它主要用于活塞頭1受到的推力較大的情況之下。由于普通推力軸承所能承受的推力較小，所以該連接裝置6是在連接架60內(nèi)設(shè)置一非標(biāo)準(zhǔn)的推力軸承，使軸承圓珠的接觸面擴(kuò)大，從而使活塞頭1能承受較大的推力。該圖中的連接裝置6主要有連接架60和非標(biāo)軸承68及其保持架68’所組成，非標(biāo)軸承68置于連接架60的內(nèi)孔中，然后用若干螺栓67”將連接架60固定于同心輪2上，活塞頭1的徑向中部有一凹槽12，其形狀做成連接架60和非標(biāo)軸承68能置于其中，使活塞桿13突入軸承內(nèi)圈中，然后用一螺帽構(gòu)件19套在活塞桿13上固定非標(biāo)軸承68，其余情況與圖3相同。
活塞頭1與同心輪2的第三種連接形式是分體式的推拉桿連接。即將活塞桿延長(zhǎng)后的連接。上述的同心輪活塞組合件都是活塞頭1只能在軸向往復(fù)移動(dòng)中的一個(gè)方向上作功，有時(shí)要求活塞頭1能雙向作功，就可采用圖8的結(jié)構(gòu)，即在同心輪2的兩端都設(shè)置有活塞頭1，這樣，在朝軸向往復(fù)方向的一個(gè)方向上移動(dòng)時(shí)由其中的一個(gè)活塞頭1作功，在朝軸向往復(fù)方向的另一個(gè)方向上移動(dòng)時(shí)由另一個(gè)活塞頭1作功，這樣的雙向作功結(jié)構(gòu)只適用于活塞頭1與同心輪2固定連結(jié)的一體運(yùn)動(dòng)。有時(shí)要求活塞頭1與同心輪2之間有活絡(luò)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，或者要求使用一個(gè)活塞頭1也能雙向作功，這時(shí)可采用圖9和10的結(jié)構(gòu)，即本發(fā)明的活塞頭1與同心輪2的分體式推拉桿連接結(jié)構(gòu)。與活塞頭1和同心輪2處在同一中心線上的由活塞桿13延長(zhǎng)而成的一推拉桿13，一端固定地或可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于同心輪2，另一端穿過(guò)一套缸體81底部或穿過(guò)一缸體隔離板82中心仍與活塞頭1連體，所述套缸體和缸體隔板都具有使工作介質(zhì)(蒸汽、氟里昂、燃爆氣)和工質(zhì)(水、空氣、酸、堿液)與潤(rùn)滑油分隔的作用，在套缸體81底部和隔離板82與推拉桿13之間有流體密封裝置。圖9示出的結(jié)構(gòu)是推拉桿13的一端通過(guò)一圖7所示的連接裝置固定地將分別置于殼體8內(nèi)的同心輪2和置于套缸體81內(nèi)的活塞頭1連結(jié)起來(lái)，在兩個(gè)體腔內(nèi)一起作既往復(fù)、同時(shí)又旋轉(zhuǎn)的復(fù)合曲線運(yùn)動(dòng)。但在輪塞之間無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖10示出的結(jié)構(gòu)是推拉桿13通過(guò)一圖3所示的連接裝置6活絡(luò)地將分置的活塞頭1和同心輪2連接起來(lái)，使同心輪2與活塞頭1之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣活塞頭1在缸體內(nèi)可隨殼體8內(nèi)的同心輪一起在軸向上作往復(fù)性的雙向移動(dòng)，同時(shí)又可不隨同心輪2一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
在上述實(shí)施例中，所示的活塞頭1的外徑與同心輪2的外徑相同，但根據(jù)外部工況，活塞頭1的外徑可大于或小于同心輪2的外徑，因此，活塞缸徑和同心輪殼體輪徑即使相等，但在概念上卻不是一回事情。由于弦槽21的峰角度ω的變化范圍較大，一般在0至90°的范圍之內(nèi)(詳見(jiàn)第ZL85106590號(hào)的、名稱(chēng)為同心輪的發(fā)明專(zhuān)利)，所以同心輪2及活塞頭1的行程變化范圍也較大，這樣，導(dǎo)致采用本發(fā)明的同心輪活塞組合件的氣缸的缸徑和行程比值的比差幅度也較大，可達(dá)5以上，而傳統(tǒng)的采用連桿曲軸結(jié)構(gòu)的活塞缸徑和行程之比的比差幅度一般為0.257(見(jiàn)表1)，兩者相差20倍以上。正差的比值幅度是這樣，反差的比值幅度也是這樣。
上述的實(shí)施例僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，只能作為舉例說(shuō)明，所以在不脫離本發(fā)明范圍和基本精神的情況下，還可對(duì)這些實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變或等效替換，例如，圖10的推拉桿分體連接，其中的雙向平面推力球軸承和連接架組合，也可換成二個(gè)平面推力球軸承和連接架的組合。又如，每個(gè)同心輪都可以減重，通過(guò)減重槽22，或去掉多余部分，使同心輪變輕一點(diǎn)，如此等等。
表一缸徑和行程之比值及比差幅度表(mm)
權(quán)利要求
1.一種同心輪活塞組合件，它包括一直軸(3)；一在直軸(3)上的直軸輪(4)；一套在直軸輪(4)上的同心輪(2)，在同心輪的外周上具有類(lèi)正弦曲線槽(21)；一設(shè)置在同心輪(2)與直軸輪(4)之間的運(yùn)動(dòng)付(7)，該運(yùn)動(dòng)付(7)使同心輪(2)能相對(duì)直軸(3)作縱向雙向移動(dòng)，但同心輪(2)與直軸(3)之間無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；一對(duì)正弦珠(5)，其上的珠頭(51)與同心輪(2)的正弦槽(21)相嚙合，正弦珠(5)的位置固定不動(dòng)，珠頭(51)可在正弦槽(21)中滾動(dòng)，迫使同心輪(2)按雙峰類(lèi)正弦曲線槽(21)軌跡運(yùn)動(dòng)，一外殼(8)；其特征在于，還包括一活塞頭(1)；一將所述活塞頭(1)連接到同心輪(2)一端部上的連接裝置(6)，連接裝置包括連接架(60、63、64、69)，使活塞頭(1)隨同所述同心輪(2)一體作縱向雙向運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述活塞頭呈扁圓狀，所述外殼(8)為一體式的，所述活塞頭(1)和同心輪(2)都容置在該外殼內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述連接裝置(6)還包括活塞頭上的活塞桿(13)，將所述連接架(69)連接到所述同心輪一端的緊固件(67″)和使活塞頭的活塞桿的端部與連接架(69)相連的緊固件(19)。
4.如權(quán)利要求3所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述活塞頭的中心有一直軸(17)可穿過(guò)的孔(16)，在活塞孔(16)的內(nèi)周壁上設(shè)置有若干環(huán)形密封槽(18)。
5.如權(quán)利要求2所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述連接裝置(6)還包括活塞頭(1)上的活塞桿(13)、將連接架(63、64)連接到同心輪一端的緊固件(67″)、置于所述連接架(63、64)上的軸承(61、62)和使活塞桿的端部與所述軸承相連的緊固件(19)，使活塞頭(1)與同心輪(2)之間通過(guò)軸承可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求2所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述連接裝置(6)還包括活塞頭(1)上的活塞桿(13)、將連接架(60)連接到同心輪一端的緊固件(67″)、置于所述連接架(60)上的非標(biāo)軸承(68)和使活塞桿的端部與所述軸承相連的緊固件(19)，使活塞頭(1)與同心輪(2)之間通過(guò)軸承可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述活塞頭(1)還包括一延長(zhǎng)活塞桿而形成的推拉桿(13)，推拉桿(13)的端部通過(guò)連接裝置(6)連接于同心輪的一端，使活塞頭、推拉桿和同心輪處在一條中心線上，且同步縱向雙向移動(dòng)，所述同心輪容置在所述外殼(8)內(nèi)，所述活塞頭容置在一與外殼(8)隔開(kāi)的缸體(81)或一隔離板(82)內(nèi)，所述推拉桿(13)穿過(guò)缸體(81)或隔離板(82)，在穿過(guò)處的兩者之間都設(shè)置一流體密封裝置，所述活塞頭呈扁圓狀。
8.如權(quán)利要求7所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述連接裝置(6)還包括將連接架(69)連接到同心輪一端的緊固件(67″)和將推拉桿(13)的端部連接到連接架(69)的緊固件(19)。
9.如權(quán)利要求7所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述連接裝置(6)還包括將連接架(63、64)連接到同心輪一端的緊固件(67″)、置于連接架(63、64)上的軸承(61、62)、將推拉桿(13)的端部連接到所述軸承的緊固件(19)，使活塞頭(1)與同心輪(2)之間通過(guò)軸承(61、62)可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
10.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述正弦槽(21)由一小寬度槽(211)和一大寬度槽(212)組成，使正弦槽(21)的橫截面呈凸字形，所述正弦珠(5)包括珠座架(52)、在珠座架(52)中心的承珠軸(53)和同軸縱向分離地安裝在承珠軸(53)的由大珠頭(512)和小珠頭(511)組成的塔狀珠頭(51)，所述大珠頭(512)容置在大寬度槽(212)中，所述小珠頭(511)容置在小寬度槽(211)中，使得大珠頭(512)與正弦槽(21)的一側(cè)嚙合，而小珠頭(511)與正弦槽(21)的另一側(cè)嚙合。
11.如權(quán)利要求10所述的同心輪活塞組合件，其特征在于，所述直軸(4)可拆卸地固定于直軸(3)上，所述運(yùn)動(dòng)付為滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)付(7)，它包括若干圓珠(71)，若干沿同心輪(2)軸向設(shè)置在同心輪(2)內(nèi)表面上的其橫截面基本上為半圓形的在同心輪(2)周向均勻分布的滾道(22)；若干在直軸輪(4)外周上的能容置所述圓珠(71)的珠窩(41、42)，這些珠窩(41、42)在直軸輪(4)圓周向的分布位置與同心輪(2)的滾道(22)相對(duì)應(yīng)，沿直軸輪(4)的軸向分布位置使所述圓珠(71)彼此間隔，當(dāng)同心輪(2)套在直軸輪(4)的外面時(shí)，兩者之間通過(guò)圓珠(71)在同心輪(2)的滾道(22)中的滾動(dòng)而可相對(duì)往復(fù)移動(dòng)。
全文摘要
一種同心輪活塞組合件,其目的取代活塞和連桿曲柄機(jī)構(gòu),它包括:一具有直軸輪的直軸;一套在直軸輪上的外周有曲線槽的同心輪;一設(shè)置在同心輪與直軸輪之間的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)付,該運(yùn)動(dòng)付使同心輪能相對(duì)直軸作縱向雙向移動(dòng),但同心輪與直軸之間無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng);一對(duì)正弦珠,其上的珠頭與同心輪的正弦槽相嚙合,正弦珠位置固定,珠頭可在正弦槽中滾動(dòng);一外殼;一活塞頭;一將活塞頭連接到同心輪一端部上的連接裝置,使活塞頭隨同同心輪一體作縱向雙向運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F16H21/00GK1333420SQ0011944
公開(kāi)日2002年1月30日 申請(qǐng)日期2000年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月11日
發(fā)明者馬興寶 申請(qǐng)人:馬興寶