專利名稱：帶有連續(xù)主軸頸和對(duì)應(yīng)的連接結(jié)構(gòu)的曲軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，尤其涉及一種包括連續(xù)主軸頸和對(duì)應(yīng)的連接結(jié)構(gòu)的曲軸。
背景技術(shù)：
在許多機(jī)械設(shè)備中，曲軸起到了將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的重要功能。例如，在包括帶有活塞的內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械設(shè)備中，例如在汽車和飛機(jī)中，曲軸用于將燃燒產(chǎn)生的活塞直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成最終用來驅(qū)動(dòng)車輪或螺旋槳等的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在這些類型的結(jié)構(gòu)中，曲軸通常包括主軸承軸頸和連桿軸頸，這兩個(gè)軸頸連接到間隔開的向外延伸的支承結(jié)構(gòu)上，該支承結(jié)構(gòu)稱為曲柄臂。主軸承軸頸通常以隔開的間隔沿整個(gè)曲軸的長(zhǎng)度設(shè)置在相鄰成對(duì)的曲柄臂之間。連桿軸頸或曲柄銷在曲柄臂的相對(duì)端部之間而且以一定間隔裝接到曲軸上。顧名思義，連桿軸頸設(shè)置有軸承面，以便連桿與相鄰活塞接合，(在兩個(gè)活塞連接到同一連桿軸頸的情況下，連桿與這兩個(gè)活塞接合)。在通常結(jié)構(gòu)中，這兩種類型的軸頸彼此偏心。在此，當(dāng)活塞來回移動(dòng)時(shí)，連桿拉或推該連桿軸頸并使得曲軸旋轉(zhuǎn)360度。
盡管這種結(jié)構(gòu)比較常用，一個(gè)顯著缺點(diǎn)在于，因?yàn)橹鬏S承軸頸是不連續(xù)的(即，設(shè)置在間隔布置的曲柄臂之間)，所以曲軸容易扭轉(zhuǎn)并彎曲(當(dāng)承受高載荷時(shí)可能高達(dá)16度)。這種彎曲容易產(chǎn)生故障，這是因?yàn)閺澢粌H降低了效率并且產(chǎn)生同步問題，而且還導(dǎo)致在曲柄臂和軸頸之間的界面產(chǎn)生裂紋，這最終導(dǎo)致曲軸的機(jī)械損壞。這種結(jié)構(gòu)的另一問題在于，由于連桿同時(shí)在每一連桿軸頸上施加拉力和推力，因此曲軸承受明顯的振動(dòng)。由于這些固有的限制，因此按以上方式構(gòu)造的曲軸在一定程度上在使用壽命和可傳遞的功率大小方面受到限制。
近來的設(shè)計(jì)試圖通過例如在曲軸上添加支承結(jié)構(gòu)或配重或通過使得曲軸更具剛度來解決這些問題。盡管這些措施可延長(zhǎng)曲軸的壽命、增大可傳遞的功率大小、并且降低振動(dòng)，但是會(huì)出現(xiàn)其它的問題。例如，添加支承結(jié)構(gòu)的結(jié)果是制成的曲軸更大，這必需增大所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸。另外，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則曲軸的制造成本越高。
因此，需要提供一種曲軸，其可提供現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點(diǎn)并且消除了許多缺點(diǎn)。該曲軸在抗彎曲方面明顯更堅(jiān)固且更好，并且尺寸上沒有相應(yīng)增加或者在重量上沒有明顯增加。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)情況下所需的連桿可省去，這降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性并且降低了曲軸在運(yùn)行過程中承受的振動(dòng)大小?？傊?，所提供的這種結(jié)構(gòu)將比現(xiàn)有技術(shù)的方案有顯著改進(jìn)，特別是在制造簡(jiǎn)化和可靠性方面。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的第一方面，披露了一種用于將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)的曲軸。該曲軸包括間隔開的第一和第二曲柄結(jié)構(gòu)，其具有相對(duì)的內(nèi)表面；和間隔開的且大致平行的第一和第二軸頸。每一軸頸至少在該相對(duì)的內(nèi)表面之間延伸并與該第一和第二曲柄結(jié)構(gòu)互連。在曲柄結(jié)構(gòu)之間延伸的大致平行的第一和第二軸頸用來加強(qiáng)曲軸，并使得該曲軸更抗彎。
在一個(gè)實(shí)施例中，每一曲柄結(jié)構(gòu)是細(xì)長(zhǎng)臂，其具有第一端和第二端。該第一軸頸以連續(xù)的方式延伸穿過該臂的該第一端，該第二軸頸在該臂的該第二端之間延伸?；蛘撸恳磺Y(jié)構(gòu)是大致平的板，其具有中心區(qū)域和外圍區(qū)域，其中該第一軸頸延伸穿過該板的該中心區(qū)域，該第二軸頸至少在該外圍區(qū)域之間延伸。優(yōu)選的是，該平板是大致圓形的盤。
還可提供與第二曲柄結(jié)構(gòu)間隔開的第三曲柄結(jié)構(gòu)，其中第一軸頸是連續(xù)的并且與該第一、第二、和第三曲柄結(jié)構(gòu)互連。第三軸頸可與第一軸頸間隔開并大致與其平行，以便與該第二和第三曲柄結(jié)構(gòu)互連。在一個(gè)替代實(shí)施例中，該第二和第三軸頸不是軸向?qū)?zhǔn)的。
又一可行的方案包括與該第三曲柄結(jié)構(gòu)間隔開的第四曲柄結(jié)構(gòu)，其中第一軸頸是連續(xù)的并且與該第一、第二、第三、和第四曲柄結(jié)構(gòu)互連。第四軸頸可與第一軸頸間隔開并大致與其平行，以便與該第三和第四曲柄結(jié)構(gòu)互連。該第一和第二曲柄結(jié)構(gòu)可以是沿第一方向突伸的細(xì)長(zhǎng)臂，并且該第三和第四曲柄結(jié)構(gòu)可以是沿與該第一方向相反的方向突伸的細(xì)長(zhǎng)臂?；蛘?，該第一、第二、第三、和第四曲柄結(jié)構(gòu)是大致圓形的盤，每一盤具有中心區(qū)域和外圍區(qū)域，該第一軸頸以連續(xù)的方式延伸穿過該中心區(qū)域，該外圍區(qū)域用于分別與第二、第三、和第四軸頸接合。在該盤之間延伸的第二、第三、和第四軸頸不是軸向?qū)?zhǔn)的。另外，該曲軸可包括多個(gè)由連續(xù)的第一軸頸互連的曲柄結(jié)構(gòu)，其中第二軸頸在所選擇的成對(duì)的曲柄結(jié)構(gòu)之間延伸。還可構(gòu)思出一種通過使用如上所述的曲軸以便將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)的方法。
依據(jù)本發(fā)明的第二方面，披露了一種用于將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。該設(shè)備包括安裝成圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸。該曲軸包括多個(gè)(限定為至少兩個(gè))由第一軸頸連接的曲柄結(jié)構(gòu)。所述曲柄結(jié)構(gòu)中的至少兩個(gè)曲柄結(jié)構(gòu)(可以是多個(gè))具有在其間延伸的第二軸頸。該設(shè)備還包括安裝成以往復(fù)方式相對(duì)于該軸線移動(dòng)的連接結(jié)構(gòu)。該連接結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)用于接收該第一軸頸的通道和用于接合該第二軸頸的表面或當(dāng)該連接結(jié)構(gòu)往復(fù)移動(dòng)時(shí)與其結(jié)合的軸承結(jié)構(gòu)。因此，該連接結(jié)構(gòu)的該往復(fù)移動(dòng)使得該曲軸旋轉(zhuǎn)，或者該曲軸的旋轉(zhuǎn)使得該連接結(jié)構(gòu)往復(fù)移動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，接合表面由在該連接結(jié)構(gòu)中的第二通道來限定。優(yōu)選的是，該第一和第二通道是彼此大致垂直的。該連接結(jié)構(gòu)在一個(gè)端處連接或聯(lián)接到第一活塞上，由此該活塞提供用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的力。該連接結(jié)構(gòu)在第二端處連接到第二活塞上，由此該第一和第二活塞與曲軸的該第一和第二軸頸結(jié)合并且以水平相對(duì)的方式移動(dòng)，以使該曲軸旋轉(zhuǎn)。與該第二軸頸結(jié)合的軸承結(jié)構(gòu)適于在該第一通道中接合并行進(jìn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置有多個(gè)第二軸頸，每一第二軸頸在相鄰成對(duì)的曲柄結(jié)構(gòu)的相對(duì)內(nèi)表面之間延伸?；蛘?，設(shè)置有多個(gè)第二軸頸，每一第二軸頸在所選擇的成對(duì)的相鄰曲柄結(jié)構(gòu)之間延伸。該第二軸頸不是軸向?qū)?zhǔn)的。該曲柄結(jié)構(gòu)是細(xì)長(zhǎng)臂、盤、或它們的部分。該設(shè)備還包括用于使該曲軸旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。
依據(jù)本發(fā)明的第三方面，披露了一種用于與曲軸組合使用的連接結(jié)構(gòu)，該曲軸具有與至少一對(duì)相鄰的曲柄結(jié)構(gòu)互連的第一和第二間隔開的軸頸，至少一個(gè)所述軸頸限定另一個(gè)軸頸的旋轉(zhuǎn)軸線。該連接結(jié)構(gòu)包括用于接收并允許該第一軸頸來回移動(dòng)的第一通道和定向成大致垂直于該第一通道以便接合第二軸頸的接合表面。該接合表面是定向成大致垂直于該第一通道的第二通道的一部分。該連接結(jié)構(gòu)在一個(gè)端處還可包括第一活塞，在另一個(gè)端處還包括第二活塞，優(yōu)選的是該第一和第二活塞呈相對(duì)的關(guān)系。該連接結(jié)構(gòu)還包括鋸條。
依據(jù)本發(fā)明的第四方面，披露了一種發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)用于接收活塞的氣缸。該活塞聯(lián)接到具有第一通道和接合表面的連接結(jié)構(gòu)上。該第一通道接收曲軸的第一連續(xù)軸頸，并且該接合表面與第二軸頸接合或接合與其相關(guān)的結(jié)構(gòu)。由此借助曲軸和連接結(jié)構(gòu)之間的接合，該活塞的該往復(fù)直線移動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。


圖1是本發(fā)明的曲軸形成部分的一個(gè)可行實(shí)施例的透視圖；圖2a是本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)形成部分的一個(gè)可行實(shí)施例的大致正視平面圖；圖2b是與圖2a所示相似的連接結(jié)構(gòu)的大致正視平面圖，其中包括兩個(gè)相對(duì)的活塞；圖3a-3d是曲軸和單個(gè)連接結(jié)構(gòu)的一個(gè)運(yùn)行模式的過程正視圖；圖4a是本發(fā)明可使用的曲軸和連接結(jié)構(gòu)的一個(gè)可行實(shí)施例的側(cè)視示意圖；圖4b是本發(fā)明的曲軸和連接結(jié)構(gòu)的另一個(gè)可行實(shí)施例的透視圖；圖5是由兩個(gè)或四個(gè)活塞驅(qū)動(dòng)的曲軸的另一可行實(shí)施例的透視圖；圖6是圖5所示的曲軸另一實(shí)施例的透視圖；圖6a-6c是與圖6所示相似的曲軸在不同運(yùn)行狀態(tài)下的視圖；圖7是本發(fā)明的曲軸的又一實(shí)施例的側(cè)視圖；圖8是沿圖7中的線8-8截取的局部截面圖；圖9是本發(fā)明的曲軸和連接結(jié)構(gòu)的另一應(yīng)用的放大透視圖；圖10和11是連接結(jié)構(gòu)的再一實(shí)施例的大致正視平面圖；和圖12是可與本發(fā)明的曲軸一起使用的軸承結(jié)構(gòu)的透視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參照附圖中的圖1，圖1示出了形成本發(fā)明的一個(gè)方面的改進(jìn)曲軸10的一個(gè)可能實(shí)施例。在該示例性實(shí)施例中，曲軸10包括至少一對(duì)曲柄結(jié)構(gòu)12、14，該曲柄結(jié)構(gòu)是如圖1所示的具有第一端部和第二端部的細(xì)長(zhǎng)臂。第一軸頸或主軸頸16連續(xù)地延伸穿過至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)臂的一個(gè)端部并穿過另一臂接合或延伸。第二軸頸或偏心軸頸18在該細(xì)長(zhǎng)臂的相對(duì)端部之間在與主軸頸16隔開的位置處延伸。應(yīng)當(dāng)理解，第一軸頸或主軸頸16的連續(xù)部分還可在一個(gè)或兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)臂之外延伸，以便當(dāng)曲軸10旋轉(zhuǎn)時(shí)提供用于曲軸10的支承，并且如果適用的話可傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
參照?qǐng)D2a和2b，其示出了可與圖1所示的曲軸10一起使用的連接結(jié)構(gòu)20的示例。在這兩個(gè)圖中，該連接結(jié)構(gòu)20包括具有第一和第二通道24、26的連接板22。優(yōu)選的是，通道24、26彼此大致垂直，并且因此限定出一開口十字交叉。在圖2a所示的實(shí)施例中，板22聯(lián)接到至少一個(gè)活塞28上或包括至少一個(gè)活塞28(見圖2a)。在圖2b中，兩個(gè)相對(duì)的活塞28、30連接或聯(lián)接到板22的相對(duì)端部上，所示的板是稍細(xì)長(zhǎng)的。優(yōu)選的是，板22的寬度至少稍微小于對(duì)應(yīng)活塞28、30的直徑，因此板在對(duì)應(yīng)的氣缸中不干涉活塞的運(yùn)動(dòng)。所示的每一活塞28或30接合在發(fā)動(dòng)機(jī)的對(duì)應(yīng)燃燒腔內(nèi)，這是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖2a所示的實(shí)施例適于任何類型的需要活塞/氣缸組合的結(jié)構(gòu)，而圖2b所示的實(shí)施例最適于用于一對(duì)氣缸定位成相面對(duì)關(guān)系的結(jié)構(gòu)，(例如在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中通常使用的水平相對(duì)的活塞)。
在使用中，連接結(jié)構(gòu)20與曲軸10接合，以便主連續(xù)軸頸16定位或接收在第一通道24中，并且第二軸頸18沿第二通道26定位。例如，如圖3a所示，(圖3a示出了經(jīng)第一和第二軸頸16、18截取的大致示意局部截面圖，其中第一和第二軸頸與圖1所示的軸頸的尺寸不同)，當(dāng)連接結(jié)構(gòu)20退回時(shí)(例如在燃燒腔燃爆之后)，第一軸頸16定位在第一通道24的第一端部處(例如如圖3a所示的上端)。第二軸頸18大致位于第二通道26的中心(即在由第一和第二通道24、26相交限定出的十字交叉的中心)。當(dāng)曲軸10(如圖所示的具有盤狀曲柄結(jié)構(gòu)12，如下描述)沿順時(shí)針(圖示的箭頭A)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二軸頸18與沿通道26的一個(gè)側(cè)面限定的接合表面26a接觸，并且起到移動(dòng)連接結(jié)構(gòu)20的作用，因此沿第一方向(圖示的箭頭F方向)移動(dòng)活塞。這時(shí)，第一軸頸16沿第一通道移動(dòng)到大致中心位置(見圖3b)。
隨著旋轉(zhuǎn)繼續(xù)，連接結(jié)構(gòu)20沿方向F移動(dòng)到最大位移處(在使用常規(guī)連桿的情況下通常稱為“上死點(diǎn)”)，第二軸頸18返回到中心位置并且第一或主軸頸16移動(dòng)到通道24的相對(duì)端部(見圖3c)。旋轉(zhuǎn)隨后繼續(xù)，因此第二軸頸朝向通道26的端部移動(dòng)并且第一軸頸18到達(dá)中心位置(見圖3d)。應(yīng)當(dāng)注意，在該連接部分處，如果連接結(jié)構(gòu)20承受載荷，例如如果燃爆沿與方向F相反的方向驅(qū)動(dòng)該活塞28，則在第二軸頸與對(duì)應(yīng)于接合表面26a的通道26的第二接合表面26b之間形成接合。然而，如果沒有力施加在連接結(jié)構(gòu)20上以使其作用于接合表面26b(例如在圖9所示的實(shí)施例中)，則于相對(duì)的表面26c進(jìn)行接合。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)連接結(jié)構(gòu)20在(大致平行于方向F的)垂直平面中上下移動(dòng)時(shí)，第一軸頸16大致保持靜止。因此，該第一軸頸與第一軸頸16之間幾乎不相互影響。
圖4a是本發(fā)明的用于單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸10和連接結(jié)構(gòu)20的示意圖?；钊?8保持在燃燒腔C內(nèi)并且如圖3a-3d所示地連接到連接結(jié)構(gòu)20上。該第一和第二軸頸16、18在對(duì)應(yīng)的通道24、26內(nèi)定向，并且它們的位置對(duì)應(yīng)于圖3a所示的位置，因?yàn)榛钊?8處于下死點(diǎn)。連續(xù)軸頸16的一個(gè)端部在圖中完全延伸穿過兩個(gè)曲柄結(jié)構(gòu)12、14，該端部在一個(gè)端部保持在形成于缸體B中的凹部R。相對(duì)端部通過鍵或以其它方式聯(lián)接到帶輪P、齒輪、或其它用于傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)上。第二軸頸18至少在曲柄結(jié)構(gòu)12、14的相對(duì)內(nèi)表面之間延伸。應(yīng)當(dāng)理解，曲柄結(jié)構(gòu)12、14可以是細(xì)長(zhǎng)臂(例如見圖1)、盤(例如見圖3a-3b和4b)、或任何其它形狀(例如盤的一部分)，只要軸頸16、18從兩側(cè)沿適當(dāng)?shù)亩ㄏ颢@得足夠的支承，以便接收或向連接結(jié)構(gòu)20傳遞運(yùn)動(dòng)。還可設(shè)置開口0或凹部，以便當(dāng)連接結(jié)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)容納連接結(jié)構(gòu)20的底部，(但是圖10和11中所示的實(shí)施例省去了對(duì)該開口0或凹部的需要)。
圖4b是與圖4a所示的結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)的示意圖，但是曲柄結(jié)構(gòu)12、14之間的間距在圖中增大了，以便示出軸頸16、18在通道24、26中的位置。如圖所示，第一軸頸或連續(xù)主軸頸16不僅在曲柄結(jié)構(gòu)20之間延伸，還延伸穿過該曲柄結(jié)構(gòu)，并且該主軸頸16定位在第二通道26中，而第二軸頸18僅在這些曲柄結(jié)構(gòu)之間延伸并且定位在第一通道24中。如上所述，曲柄結(jié)構(gòu)12、14的形式為盤?；钊?8通常連接到連接結(jié)構(gòu)20的一個(gè)端部上，并且圖示的是在退回位置移動(dòng)到曲柄結(jié)構(gòu)12、14之間的空間中，這當(dāng)然是任選的(并且可通過增大連接結(jié)構(gòu)20的上端長(zhǎng)度或使用臂作為曲柄結(jié)構(gòu)12、14以代替盤而進(jìn)行調(diào)節(jié))。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的曲軸10除了與連接到單個(gè)活塞上的單個(gè)連接結(jié)構(gòu)20(即一個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)的情況)一起使用之外，可使用多個(gè)這種連接結(jié)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)曲軸，(或多個(gè)這種連接結(jié)構(gòu)同時(shí)由曲軸來驅(qū)動(dòng)，如圖9所示的實(shí)施例)。例如，如圖5所示，第一和第二曲柄結(jié)構(gòu)12a、14a可沿連續(xù)軸頸16的一部分連接到該連續(xù)軸頸上。第二曲柄結(jié)構(gòu)14a還可沿與曲柄結(jié)構(gòu)12a突伸方向大致相反的方向延伸，以便形成第三曲柄結(jié)構(gòu)14b(該曲柄結(jié)構(gòu)14b可以是獨(dú)立的結(jié)構(gòu))。第四曲柄結(jié)構(gòu)12b隨后設(shè)置成沿相同的方向突伸。連續(xù)的且未中斷的主軸頸16延伸穿過所有的四個(gè)曲柄結(jié)構(gòu)12a、12b、14a、14b并且與它們互連，由此加強(qiáng)了所形成的曲軸10并且改善其抗彎曲或抗撓曲的程度。然而，僅一個(gè)第二軸頸18a、18b在每一對(duì)曲柄結(jié)構(gòu)12a、14a；12b、14b之間延伸。因此，主軸頸16a的靠近第二軸頸18a的對(duì)應(yīng)部分可與第一連接結(jié)構(gòu)(即一個(gè)活塞或兩個(gè)活塞，在圖5均未示出)接合，而主軸頸16b的對(duì)應(yīng)部分和另一第二軸頸18b接合與第二連接結(jié)構(gòu)接合(未示出)。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)兩個(gè)活塞連接到每一連接結(jié)構(gòu)20上時(shí)(見圖5b)，兩倍于使用常規(guī)連桿結(jié)構(gòu)與兩個(gè)活塞接合所需的活塞與相同長(zhǎng)度和尺寸的曲軸相接合，(除非兩個(gè)獨(dú)立的連桿裝接到每一“曲柄”(第二軸頸)上，這又進(jìn)一步地加劇彎曲問題)。
可設(shè)置獨(dú)立的且隔開的曲柄結(jié)構(gòu)以代替使用整體的曲柄結(jié)構(gòu)14a、14b以便與兩個(gè)第二軸頸18a、18b接合，這是可選的。由此，如圖6所示，連續(xù)軸頸16仍然與四個(gè)曲柄結(jié)構(gòu)12a、14a；12b、14b接合。然而，兩個(gè)第一曲柄結(jié)構(gòu)12a、14a與獨(dú)立的間隔的第二軸頸18接合，而兩個(gè)第二曲柄結(jié)構(gòu)12b、14b與第二軸頸18b接合。當(dāng)然，主連續(xù)軸承軸頸16a、16b的部分定位在第二軸頸18a、18b的對(duì)應(yīng)部分附近。
圖6a、6b、6c示出了圖6所示的曲軸10如何與兩個(gè)活塞28a、28b或四個(gè)活塞28a、28b；30a、30b接合成相對(duì)的關(guān)系。具體來說，圖6示出了曲軸10的連續(xù)軸頸16和用于分別支承軸頸18a、18b的成對(duì)的間隔的曲柄結(jié)構(gòu)12a、14a；12b、14b，(其中曲柄結(jié)構(gòu)的間隔大于如圖5所示的曲柄結(jié)構(gòu)，這是可選的，以便進(jìn)一步強(qiáng)化曲軸10的強(qiáng)度)。該軸頸16、18a、18b連接到兩個(gè)連接結(jié)構(gòu)20a、20b上，每一連接結(jié)構(gòu)在相對(duì)端部承載單個(gè)活塞28a、28b?；钊?8a、28b在圖6a中位于下死點(diǎn)位置(例如在對(duì)于腔發(fā)生燃燒之后)，并且在圖6b中位于上死點(diǎn)位置(例如在發(fā)生燃燒之后但在下一個(gè)燃爆之前)。兩個(gè)活塞28a、28b；30a、30b以相對(duì)的形式同時(shí)被驅(qū)動(dòng)以便以如圖3a-3d所示的方式接合并移動(dòng)每一連接結(jié)構(gòu)20a、20b，在圖6c中示出了這種方式。
如上所述，曲柄結(jié)構(gòu)12、14還可以是盤的形式。圖7示出了五個(gè)設(shè)置在連續(xù)軸頸16上的這種曲柄結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，(為了簡(jiǎn)化，標(biāo)記為12a-12e，并不表示曲柄結(jié)構(gòu)14必需不同)。優(yōu)選的是，連續(xù)軸頸16延伸穿過每一盤12a-12e。第二軸頸18可設(shè)置在所選擇的成對(duì)的相鄰盤12a-12e之間，并且優(yōu)選地接合或延伸穿過每一盤的外圍區(qū)域。參照?qǐng)D8應(yīng)當(dāng)更好地理解，圖示的實(shí)施例包括四個(gè)第二軸頸18a、18b、18c、18d，(盡管第二軸頸18d被圖7所示的主軸頸16遮擋)。
應(yīng)當(dāng)理解，圖7所示的曲軸10可以由四個(gè)或八個(gè)活塞分別使用如圖2a或2b所示的連接結(jié)構(gòu)20來驅(qū)動(dòng)。還應(yīng)當(dāng)理解，每一所示的傳遞運(yùn)動(dòng)的活塞可以通過調(diào)節(jié)第二軸頸18a-18e圍繞相鄰盤12a-12e的位置來控制。因此，參照?qǐng)D8應(yīng)當(dāng)更好地理解，圖8是沿圖7的線8-8截取的截面圖，第二軸頸18a、18b、18c、18d成90度角間隔開(圖中為α)使得從活塞向曲軸10的運(yùn)動(dòng)傳遞是交錯(cuò)的(包括在兩側(cè)上，當(dāng)使用相對(duì)的活塞時(shí))。相似地，如果軸頸18a、18b、18c、18d沒有間隔開，則對(duì)應(yīng)的活塞將同時(shí)位于同一位置(同樣，當(dāng)兩個(gè)活塞與每一連接結(jié)構(gòu)20接合時(shí)在兩側(cè)上)。當(dāng)使用本發(fā)明的曲軸10時(shí)，這些選擇向發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者提供大量的自由度。還應(yīng)當(dāng)注意，每一曲柄結(jié)構(gòu)12或14可包括盤的一部分(圖8中的虛線)并且仍然以可靠的方式實(shí)現(xiàn)相同的功能，以便代替盤或臂。
因此，如圖所示，通過組合使用曲軸10和連接結(jié)構(gòu)20形成了可提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。首先，在所有曲柄結(jié)構(gòu)12、14之間延伸的第一連續(xù)軸頸16、18消除了現(xiàn)有技術(shù)的曲軸的中斷特征。該特征與第二軸頸18的使用相結(jié)合以便連接所選擇的相鄰成對(duì)的曲柄結(jié)構(gòu)12、14，從而加強(qiáng)了曲軸10并且使其在運(yùn)行中更抗彎曲。連接結(jié)構(gòu)20的使用省去了連接連桿的需要并且降低了曲軸10承受的振動(dòng)大小。而且，當(dāng)與在每一端具有活塞的連接結(jié)構(gòu)20組合使用時(shí)，兩個(gè)活塞可使用單個(gè)“曲柄”(即第二軸頸)連接到曲軸10上。這可以顯著地減小曲軸的長(zhǎng)度和總重量，并且還可減小活塞28、30之間間距。
圖9示出了本發(fā)明的曲軸10和連接結(jié)構(gòu)20的可能的替代用途；即用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)裝置或工具，例如鋸條S。具體地說，例如可變速電機(jī)M的機(jī)動(dòng)裝置用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸頸16。這導(dǎo)致曲柄結(jié)構(gòu)12、14旋轉(zhuǎn)，這樣大致沿圓形路徑移動(dòng)第二軸頸18。因?yàn)榈诙S頸18保持在通道26中，所以這導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)20沿箭頭H的方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由此使得鋸條S來回移動(dòng)，以便切割工件(未示出)。優(yōu)選的是，鋸條S由引導(dǎo)結(jié)構(gòu)(未示出)保持就位并進(jìn)行引導(dǎo)。
在曲軸10和連接結(jié)構(gòu)20用于沿單個(gè)方向來回地驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)單個(gè)的活塞的情況下(例如在V形發(fā)動(dòng)機(jī)中)，可限制或消除板22的部分延伸超出通道26的下邊緣。這種板22的示例見圖10和11。這是可行的，因?yàn)橥ㄟ^實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)連接結(jié)構(gòu)來回往復(fù)移動(dòng)時(shí)，第二軸頸28可僅接合表面26a、26b。具體地說，當(dāng)曲軸10沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，并且當(dāng)對(duì)應(yīng)活塞28由于在腔中的燃爆而受迫向下移動(dòng)時(shí)(見圖4b)，在表面26b與第二軸頸18之間形成接合。當(dāng)曲軸10繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在表面26a與第二軸頸18之間形成接合，這有助于活塞28返回到被壓回的位置。
最后，如圖12所示，軸承結(jié)構(gòu)40可定位在一個(gè)或兩個(gè)主連續(xù)軸頸16和第二軸頸18上，以便與對(duì)應(yīng)的表面26a、26b或通道24、26接合。軸承結(jié)構(gòu)40可以是方形的或圓形的，并且當(dāng)然包括用于容納對(duì)應(yīng)軸頸16或18的一部分的開口。該開口的尺寸確定成以便剛好配合在通道24、26中的一個(gè)通道中，或者其尺寸過大(例如長(zhǎng)方形或矩形)，以便當(dāng)其來回移動(dòng)時(shí)在通道24、26之間“橋接間隙”。優(yōu)選的是，軸承結(jié)構(gòu)40由具有優(yōu)質(zhì)的摩擦或耐磨特性的材料制成，以便確保長(zhǎng)的使用壽命。
依據(jù)以上教示，顯然可進(jìn)行變型。例如軸頸16、18優(yōu)選是圓形截面的并具有大致相同的尺寸。然而，在附圖中，軸頸16、18也可具有不同的截面尺寸，(在這種情況下，通道24、26具有相匹配的尺寸以便軸頸在其中以最小間隙量的方式移動(dòng))。每一軸頸的尺寸和形狀的最終選擇取決于特定的應(yīng)用場(chǎng)合的需要和要求。而且，盡管以上提供的示例是使用內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械設(shè)備和需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工具，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的曲軸10和連接板20可應(yīng)用于需要將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或相反轉(zhuǎn)變的許多應(yīng)用場(chǎng)合。而且，盡管描述了一個(gè)、兩個(gè)、四個(gè)、和八個(gè)活塞的實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解簡(jiǎn)單地通過增加連接結(jié)構(gòu)20的數(shù)量可使得任何數(shù)量的活塞與本發(fā)明的曲軸10接合。在此披露的曲軸10和連接結(jié)構(gòu)20可與將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或相反轉(zhuǎn)變的方法結(jié)合使用。
盡管本發(fā)明參照特定的實(shí)施例來描述，但是本發(fā)明的描述是示意性的，而不限定本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離由后附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可實(shí)現(xiàn)各種變型和應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)的曲軸，其包括間隔開的第一和第二曲柄結(jié)構(gòu)，其具有相對(duì)的內(nèi)表面；和間隔開的且大致平行的第一和第二軸頸，每一軸頸至少在該相對(duì)的內(nèi)表面之間延伸并與該第一和第二曲柄結(jié)構(gòu)互連。
2.如權(quán)利要求1所述的曲軸，其特征在于，每一曲柄結(jié)構(gòu)是細(xì)長(zhǎng)臂，其具有第一端和第二端，該第一軸頸以連續(xù)的方式延伸穿過該臂的該第一端，該第二軸頸在該臂的該第二端之間延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的曲軸，其特征在于，每一曲柄結(jié)構(gòu)是大致平的板，其具有中心區(qū)域和外圍區(qū)域，其中該第一軸頸延伸穿過該板的該中心區(qū)域，該第二軸頸至少在該外圍區(qū)域之間延伸。
4.如權(quán)利要求3所述的曲軸，其特征在于，該平板是大致圓形的盤。
5.如權(quán)利要求1所述的曲軸，其特征在于，其還包括與第二曲柄結(jié)構(gòu)間隔開的第三曲柄結(jié)構(gòu)，所述第一軸頸是連續(xù)的并且與該第一、第二、和第三曲柄結(jié)構(gòu)互連。
6.如權(quán)利要求5所述的曲軸，其特征在于，其還包括與第一軸頸間隔開并大致與其平行的第三軸頸，以便與該第二和第三曲柄結(jié)構(gòu)互連。
7.如權(quán)利要求6所述的曲軸，其特征在于，該第二和第三軸頸不是軸向?qū)?zhǔn)的。
8.如權(quán)利要求5所述的曲軸，其特征在于，其還包括與該第三曲柄結(jié)構(gòu)間隔開的第四曲柄結(jié)構(gòu)，所述第一軸頸是連續(xù)的并且與該第一、第二、第三、和第四曲柄結(jié)構(gòu)互連。
9.如權(quán)利要求8所述的曲軸，其特征在于，其還包括與第一軸頸間隔開并大致與其平行的第四軸頸，以便與該第三和第四曲柄結(jié)構(gòu)互連。
10.如權(quán)利要求9所述的曲軸，其特征在于，該第一和第二曲柄結(jié)構(gòu)是沿第一方向突伸的細(xì)長(zhǎng)臂，并且該第三和第四曲柄結(jié)構(gòu)是沿與該第一方向相反的方向突伸的細(xì)長(zhǎng)臂。
11.如權(quán)利要求9所述的曲軸，其特征在于，該第一、第二、第三、和第四曲柄結(jié)構(gòu)是大致圓形的盤，每一盤具有中心區(qū)域和外圍區(qū)域，該第一軸頸以連續(xù)的方式延伸穿過該中心區(qū)域，該外圍區(qū)域用于分別與第二、第三、和第四軸頸接合。
12.如權(quán)利要求11所述的曲軸，其特征在于，在該盤之間延伸的第二、第三、和第四軸頸不是軸向?qū)?zhǔn)的。
13.如權(quán)利要求1所述的曲軸，其特征在于，其還包括多個(gè)由連續(xù)的第一軸頸互連的曲柄結(jié)構(gòu)，其中第二軸頸在所選擇的成對(duì)的曲柄結(jié)構(gòu)之間延伸。
14.一種用于將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，其包括安裝成圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸，所述曲軸包括多個(gè)由第一軸頸連接的曲柄結(jié)構(gòu)，所述曲柄結(jié)構(gòu)中的至少兩個(gè)曲柄結(jié)構(gòu)具有在其間延伸的第二軸頸；和安裝成以往復(fù)方式相對(duì)于該軸線移動(dòng)的連接結(jié)構(gòu)，所述連接結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)用于接收該第一軸頸的通道和用于接合該第二軸頸的表面或當(dāng)該連接結(jié)構(gòu)往復(fù)移動(dòng)時(shí)與其結(jié)合的軸承結(jié)構(gòu)，由此該連接結(jié)構(gòu)的該往復(fù)移動(dòng)使得該曲軸旋轉(zhuǎn)，或者該曲軸的旋轉(zhuǎn)使得該連接結(jié)構(gòu)往復(fù)移動(dòng)。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，接合表面由在該連接結(jié)構(gòu)中的第二通道來限定。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，該第一和第二通道是彼此大致垂直的。
17.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，該連接結(jié)構(gòu)在一個(gè)端處連接或聯(lián)接到第一活塞上，由此該活塞提供用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的力。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，該連接結(jié)構(gòu)在第二端處連接到第二活塞上，由此該第一和第二活塞與曲軸的該第一和第二軸頸結(jié)合并且以水平相對(duì)的方式移動(dòng)，以使該曲軸旋轉(zhuǎn)。
19.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，與該第二軸頸結(jié)合的軸承結(jié)構(gòu)適于在該第一通道中接合并行進(jìn)。
20.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有多個(gè)第二軸頸，每一第二軸頸在相鄰成對(duì)的所述曲柄結(jié)構(gòu)的相對(duì)內(nèi)表面之間延伸。
21.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有多個(gè)第二軸頸，每一第二軸頸在所選擇成對(duì)的相鄰曲柄結(jié)構(gòu)之間延伸。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于，該第二軸頸不是軸向?qū)?zhǔn)的。
23.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，該曲柄結(jié)構(gòu)是細(xì)長(zhǎng)臂、盤、或它們的部分。
24.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，其還包括用于使該曲軸旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。
25.一種用于與曲軸組合使用的連接結(jié)構(gòu)，該曲軸具有與至少一對(duì)相鄰的曲柄結(jié)構(gòu)互連的第一和第二間隔開的軸頸，至少一個(gè)所述軸頸限定另一個(gè)軸頸的旋轉(zhuǎn)軸線，該連接結(jié)構(gòu)包括用于接收并允許該第一軸頸來回移動(dòng)的第一通道和定向成大致垂直于該第一通道以便接合第二軸頸的接合表面。
26.如權(quán)利要求25所述的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，該接合表面是定向成大致垂直于該第一通道的第二通道的一部分。
27.如權(quán)利要求25所述的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，該連接結(jié)構(gòu)在一個(gè)端處還包括第一活塞。
28.如權(quán)利要求27所述的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，該連接結(jié)構(gòu)在另一個(gè)端處還包括第二活塞，由此該第一和第二活塞是相對(duì)的。
29.如權(quán)利要求25所述的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，該連接結(jié)構(gòu)包括鋸條。
30.一種通過使用如權(quán)利要求1所述的曲軸以便將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)的方法。
31.一種發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括至少一個(gè)氣缸；至少一個(gè)定位在所述氣缸內(nèi)的活塞；安裝成圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸，所述曲軸包括多個(gè)由第一軸頸連接的曲柄結(jié)構(gòu)，所述曲柄結(jié)構(gòu)中的至少兩個(gè)曲柄結(jié)構(gòu)具有在其間延伸的第二軸頸；和與所述活塞聯(lián)接的并且安裝成以往復(fù)方式相對(duì)于該軸線移動(dòng)的連接結(jié)構(gòu)，所述連接結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)用于接收該第一軸頸的通道和用于接合該第二軸頸的表面或當(dāng)該連接結(jié)構(gòu)往復(fù)移動(dòng)時(shí)與其結(jié)合的軸承結(jié)構(gòu)，由此借助該活塞的運(yùn)動(dòng)，該連接結(jié)構(gòu)的該往復(fù)移動(dòng)使得該曲軸旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種曲軸，其包括連續(xù)的第一軸頸或主軸頸以及至少一個(gè)偏心的第二軸頸。對(duì)應(yīng)的連接結(jié)構(gòu)包括一對(duì)用于接收軸頸的通道。當(dāng)連接結(jié)構(gòu)以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式被驅(qū)動(dòng)時(shí)，其使得曲軸旋轉(zhuǎn)，或者曲軸使得該連接結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。獨(dú)立的連接結(jié)構(gòu)可與形成曲軸的連續(xù)的主軸頸和每一偏心的軸頸結(jié)合。連接結(jié)構(gòu)包括單個(gè)活塞、或一對(duì)呈相對(duì)布置關(guān)系的活塞，每一活塞對(duì)應(yīng)于在內(nèi)燃機(jī)中的不同氣缸?；蛘?，該連接結(jié)構(gòu)可包括一例如鋸條的工具，并且借助曲軸的旋轉(zhuǎn)使得該工具往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F16C3/10GK1555465SQ02817958
公開日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月24日
發(fā)明者肯德爾·利·斯潘格勒, 肯德爾 利 斯潘格勒 申請(qǐng)人:肯德爾·利·斯潘格勒, 肯德爾 利 斯潘格勒