專利名稱:曲柄連桿機(jī)構(gòu)的改革的制作方法
本發(fā)明涉及了內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)和一些機(jī)械設(shè)備用曲柄連桿機(jī)構(gòu)等。
通常，內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)等曲柄連桿機(jī)構(gòu)，主要由曲軸、連桿、活塞組和活塞銷等零附件所組成。這種機(jī)構(gòu)要完成活塞組的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成活塞組的直線運(yùn)動(dòng)。其動(dòng)力來源是燃料在燃燒室中燃燒后得到的熱能作功而得，或者外來的因素，如人工或電動(dòng)機(jī)等而得到的。
活塞組的直線運(yùn)動(dòng)(或曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))要轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(或活塞組的直線運(yùn)動(dòng))，要通過活塞銷、連桿等才能實(shí)現(xiàn)。在這種機(jī)構(gòu)中擺動(dòng)著的連桿運(yùn)動(dòng)通過活塞銷導(dǎo)致活塞組對(duì)氣缸壁的側(cè)壓力，而側(cè)壓力的存在帶來對(duì)氣缸壁上的沖擊、磨損、密封和潤(rùn)滑等方面帶來問題。
為了解決上述問題，本發(fā)明中提出了取消活塞銷和擺動(dòng)著的連桿這一中間介質(zhì)，而一種新的途徑來保證徹底消除活塞組對(duì)氣缸壁上的側(cè)壓力。
因此，本發(fā)明的目的是通過下面將要說明的特定結(jié)構(gòu)來試圖做到活塞組在氣缸中的運(yùn)動(dòng)，就象醫(yī)用注射器那樣直上直下運(yùn)動(dòng)，而并不產(chǎn)生側(cè)壓力;同時(shí)試圖做到根據(jù)某些機(jī)械設(shè)備的要求，能夠滿足曲軸保持連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，活塞在其行程過程中的上、下止點(diǎn)停滯一定時(shí)間;除此之外，這種新型機(jī)構(gòu)不僅提供了取消活塞環(huán)的可能性，而且不用活塞組和氣缸壁上用潤(rùn)滑油的可能性，進(jìn)而采用一種特殊絕熱材料(如工業(yè)用陶瓷等)來實(shí)現(xiàn)熱效率相當(dāng)高的絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)造有利條件。眾人所知，要實(shí)現(xiàn)絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)并不是輕而易舉的事情。由于很多不利因素阻礙著，其中最關(guān)鍵問題在于內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)件的沖擊問題，比如活塞組對(duì)氣缸壁上的沖擊、氣門對(duì)氣門座的沖擊。在本機(jī)構(gòu)中要解決活塞組對(duì)氣缸壁的沖擊問題，因此實(shí)現(xiàn)二沖程絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)造有利條件，而已公開的“四沖程內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的改革”的專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?5107147A，
公開日87.1.31，國(guó)際分類號(hào)FOILI/04)已解決氣門對(duì)氣門座的沖擊問題，因此實(shí)現(xiàn)四沖程絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)造有利條件。筆者試圖不久將來(即有足夠經(jīng)濟(jì)來源時(shí))研制出二沖程和四沖程絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)來。
本機(jī)構(gòu)主要由(見圖1)一對(duì)曲軸1、導(dǎo)板2、活塞組3、一對(duì)齒輪4和固定銷、連接桿、基體(氣缸體)等零附件所組成。
導(dǎo)板2通過固定銷、連接桿與活塞組3剛性連接，因此導(dǎo)板2和活塞組3視為一體，也可以說導(dǎo)板2是活塞組3的一部分。
一對(duì)曲軸1前端有直接嚙合著的一對(duì)齒輪4使曲軸1的旋轉(zhuǎn)方向相反又同步運(yùn)轉(zhuǎn)。一對(duì)曲軸1的連桿軸頸放入導(dǎo)板2槽內(nèi)，并保證任何時(shí)候曲軸1的兩個(gè)連桿軸頸與導(dǎo)板2槽內(nèi)接觸點(diǎn)A和B，始終與對(duì)稱中心線O-O對(duì)稱的。
活塞組3的數(shù)量根據(jù)需要而定。
本機(jī)構(gòu)一般對(duì)置臥式布置的。
當(dāng)活塞組3直接受到定時(shí)壓力時(shí)(如內(nèi)燃機(jī)的燃燒壓力)，其力直接作用在導(dǎo)板2上，導(dǎo)板2要做向左直線運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)板2槽內(nèi)曲軸1的二個(gè)連桿軸頸沿導(dǎo)板2槽上下(向外)移動(dòng)，由于接觸點(diǎn)A和B的旋轉(zhuǎn)中心在曲軸1的主軸頸上，因此這樣導(dǎo)板2的直線運(yùn)動(dòng)，連桿軸頸沿槽移動(dòng)以及接觸點(diǎn)的偏心，形成曲軸1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。反之，當(dāng)一對(duì)曲軸1受外力(如人工、電動(dòng)機(jī)等)的作用下旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸1的二個(gè)連桿軸頸在導(dǎo)板2槽內(nèi)，沿導(dǎo)板2槽對(duì)稱移動(dòng)。由于一對(duì)齒輪4正好直接嚙合，形成二個(gè)連桿軸頸進(jìn)行反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，接觸點(diǎn)A和B的受力情況相同，其內(nèi)力互相抵消，因此導(dǎo)板2只能做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，這導(dǎo)致活塞組3的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，并消除了活塞組3對(duì)氣缸壁上的側(cè)壓力。
當(dāng)希望曲軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，活塞在氣缸中往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)過程中上、下止點(diǎn)停滯一定時(shí)間問題，由如下工作過程中不難看出。
在圖2中可見導(dǎo)板2槽內(nèi)形狀，其中a-b曲線段的曲率半徑中心選擇在曲軸1主軸頸中心O上，就是說以曲軸1主軸頸中心O為圓心，半徑為R的圓周上選取a-b段，因此a-b段為圓的弧。
曲軸1的連桿軸頸呈雞蛋性，其形狀的形成是連桿軸頸在沿導(dǎo)板2槽內(nèi)移動(dòng)時(shí)接觸點(diǎn)的包絡(luò)線。曲軸1在旋轉(zhuǎn)過程中，活塞組3做無側(cè)壓力的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)曲軸1的連桿軸頸上的接觸點(diǎn)正好與導(dǎo)板2槽內(nèi)a點(diǎn)重合時(shí)，活塞組3正好在上止點(diǎn)上，曲軸1仍保持旋轉(zhuǎn)，連桿軸頸接觸點(diǎn)由a點(diǎn)移到b點(diǎn)，在a-b段內(nèi)活塞組3仍在上止點(diǎn)，因此活塞組3仍停滯不動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)曲軸1連桿軸頸的接觸點(diǎn)偏離b點(diǎn)時(shí)，活塞組3才開始作直線運(yùn)動(dòng)。
從這種機(jī)構(gòu)的工作過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，它不僅運(yùn)轉(zhuǎn)自如，而且滿足如上提到的目的。
下面要談一下這種機(jī)構(gòu)的壽命問題。
從理論分析來看，這種機(jī)構(gòu)的壽命主要取決于導(dǎo)板槽與曲軸連桿軸頸之間接觸強(qiáng)度問題。
涉及到接觸強(qiáng)度問題，必須先考慮摩擦副的磨損。作用在摩擦副上的力的大小和接觸面的面積之比，即比壓的大小，兩物體之間的摩擦方式，潤(rùn)滑條件，運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及材料的性質(zhì)等直接影響摩擦副的磨損問題。
為了便于分析和理解，先談一下內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中，凸輪與挺桿之間的摩擦副的接觸強(qiáng)度問題，并進(jìn)行對(duì)比。
通常，凸輪和挺桿之間進(jìn)行飛濺潤(rùn)滑，它們之間純屬滑動(dòng)摩擦，從理論上為點(diǎn)接觸。當(dāng)摩擦副上的最大接觸應(yīng)力不大于110公斤力/平方毫米時(shí)，凸輪和挺桿的磨損甚小，能可靠長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。
曲軸實(shí)際上也是偏心機(jī)構(gòu)，導(dǎo)板就象凸輪機(jī)構(gòu)的挺桿一樣，在本機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)在很多方面情況相同，只是凸輪機(jī)構(gòu)不可能傳遞扭矩即沒有可逆性。
曲軸的連桿軸頸和導(dǎo)板槽之間，從理論上線接觸，它們之間進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑，也屬純滑動(dòng)摩擦形式。
當(dāng)一對(duì)曲軸連桿軸頸放入一個(gè)導(dǎo)板槽并對(duì)稱布置六個(gè)氣缸，氣缸直徑、行程、轉(zhuǎn)速、同樣排量的cA141解放汽車發(fā)動(dòng)機(jī)6102比較時(shí)，曲軸連桿軸頸與導(dǎo)板槽之間最大接觸應(yīng)力，經(jīng)計(jì)算結(jié)果表明不大于65公斤力/平方毫米。如果選用輕質(zhì)、耐磨，高強(qiáng)度材料和選擇合理的幾何形狀來減小往復(fù)件的慣性力或者合理布置氣缸，采用小缸徑長(zhǎng)沖程(即排量不變條件)以及選擇合理的工作次序來減小燃燒終了總壓力作用在導(dǎo)板上時(shí)，最大接觸應(yīng)力大為下降。從理論分析和計(jì)算結(jié)果表明，這種機(jī)構(gòu)是完全勝任的。
如果采用如圖3右圖那樣，在連桿軸頸上套入圓柱形筒套或者如圖3左圖那樣，套在連桿軸頸而在導(dǎo)板槽中滑動(dòng)的滑套塊方法也可行，不過這種機(jī)構(gòu)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，也不可能做到曲軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)下，活塞組在上下止點(diǎn)停滯一定時(shí)間的要求。
在研制過程中，要很多情況進(jìn)行周密的考慮，比如在實(shí)際工作過程中，由于某種原因而導(dǎo)板兩側(cè)邊緣象如圖4那樣啃連桿軸頸兩側(cè)等，因此，如圖那樣兩接觸的縱向斷面不一定是重合的兩平行線。
又如在氣缸的布置上除了對(duì)置布置和采用偶數(shù)缸之外，缸徑大小和工作次序上也要做文章。具體一點(diǎn)來說，象如圖5那樣，在一個(gè)導(dǎo)板上布置六個(gè)氣缸，一側(cè)各三個(gè)。位于中間的Ⅱ缸和Ⅴ缸排量相同(即缸徑相同)而Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ缸排量正好是Ⅰ或Ⅴ缸的排量的一半。當(dāng)Ⅱ缸處在壓縮過程時(shí)，Ⅰ、Ⅲ缸必須進(jìn)行排氣過程，而不要做壓縮過程，Ⅴ缸可進(jìn)行進(jìn)氣過程(或膨脹過程)，自然Ⅳ、Ⅵ缸安排進(jìn)行膨脹過程(或進(jìn)氣過程)，而不要一側(cè)三個(gè)缸(Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)的工作過程安排同一過程。
當(dāng)這種機(jī)構(gòu)對(duì)置臥式布置時(shí)，應(yīng)考慮往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的重力，因此在機(jī)體(如氣缸體)下方設(shè)置可調(diào)式導(dǎo)軌等。
一般，內(nèi)燃機(jī)一個(gè)活塞頂上承受的最大燃燒壓力可達(dá)2至4噸的力，而這種機(jī)構(gòu)中最大接觸應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于凸輪副的最大接觸應(yīng)力，這是為什么？采用這種機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，最大燃燒壓力直接作用在導(dǎo)板上，這個(gè)力又作用在二個(gè)對(duì)稱運(yùn)動(dòng)的曲軸連桿軸頸上，另外往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力也作用在導(dǎo)板上，而其力方向與燃燒壓力方向相反。在圖6中可見最大燃燒壓力產(chǎn)生時(shí)活塞稍為偏離上止點(diǎn)，而最大慣性力作用時(shí)活塞正好上止點(diǎn)。
在圖6中有二個(gè)直角坐標(biāo)圖，其中P-V(S)圖為不同氣缸容積V(或不同位移S)時(shí)導(dǎo)板上作用的氣缸壓力和慣性力P的變化情況，在P-
圖中氣缸壓力和慣性力P在不同曲軸轉(zhuǎn)角φ時(shí)的變化情況。P-φ?qǐng)D實(shí)際上是P-V(S)圖的展開圖。最大接觸應(yīng)力的大小和接觸點(diǎn)部位取決于最大燃燒壓力和最大往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力的綜合效應(yīng)時(shí)。當(dāng)最大燃燒壓力大于二倍的最大慣性力時(shí)，作用在摩擦副上最大力為最大燃燒壓力減去最大慣性力的值，接觸點(diǎn)在活塞在上止點(diǎn)稍過后時(shí)導(dǎo)板槽內(nèi)和連桿軸頸的接觸部位。當(dāng)最大燃燒壓力等于或小于二倍的最大慣性力時(shí)，最大接觸應(yīng)力的計(jì)算以最大慣性力來進(jìn)行計(jì)算，其接觸點(diǎn)部位可能是活塞處于燃燒終了時(shí)導(dǎo)板槽和連桿軸頸接觸點(diǎn)，或者此缸進(jìn)行排氣終了時(shí)，或進(jìn)氣過程終了時(shí)或者膨脹進(jìn)行過程中。
總之，本機(jī)構(gòu)用在內(nèi)燃機(jī)時(shí)，要內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)可靠的長(zhǎng)期工作，應(yīng)當(dāng)全面的進(jìn)行分析，其中特別細(xì)心考慮影響壽命的導(dǎo)板槽與連桿軸頸的接觸部位磨損問題。當(dāng)提到接觸強(qiáng)度時(shí)，除了考慮作用力的大小之外，要考慮影響作用力大小的因素，如氣缸數(shù)、氣缸的布置、缸徑和沖程大小、工作次序、發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，連桿軸頸和導(dǎo)板的尺寸、截面形狀、材料的選擇以及加工工藝等，最后得到理想的結(jié)果來。當(dāng)然這種機(jī)構(gòu)用于內(nèi)燃機(jī)上進(jìn)行可靠長(zhǎng)期工作，必須試制實(shí)驗(yàn)才能得出正確結(jié)果來。
本機(jī)構(gòu)除了用在內(nèi)燃機(jī)(包括絕熱發(fā)動(dòng)機(jī))之外，還可以用在壓縮機(jī)(包括氣、水、油泵等)并得到理想的結(jié)果，除此之外還可以用在傳遞直線運(yùn)動(dòng)或扭矩的機(jī)械設(shè)備上。
權(quán)利要求
1.一種用于把受力后由原來往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者由原來旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)其特征在于包括一對(duì)曲軸前端上直接嚙合的一對(duì)齒輪，保證放入在導(dǎo)板槽內(nèi)的一對(duì)曲軸連桿軸頸進(jìn)行同步但互為反轉(zhuǎn)；放入在導(dǎo)板槽內(nèi)同步又互為反轉(zhuǎn)的二個(gè)曲軸連桿軸頸促使與導(dǎo)板剛性連接的活塞組進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；取消傳統(tǒng)的擺動(dòng)著的連桿和活塞銷。
2.如權(quán)利要求
1所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于活塞組在氣缸中對(duì)氣缸壁無側(cè)壓力無沖擊的進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求
1所述機(jī)構(gòu)，其特征在于曲軸連續(xù)不停地轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，活塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中做到其行程的上、下止點(diǎn)停滯一定時(shí)間。
4.如權(quán)利要求
1所述機(jī)構(gòu)，其特征在于可去消活塞環(huán)，不用潤(rùn)滑油。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1和4所述機(jī)構(gòu)，其特征在于采用理想的絕熱材料和工藝技術(shù)可實(shí)現(xiàn)絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述機(jī)構(gòu)，其特征在于在曲軸連桿軸頸上裝入圓柱形筒套或裝入與導(dǎo)板做滑動(dòng)的滑塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述機(jī)構(gòu)，其特征在于這種機(jī)構(gòu)不僅用于內(nèi)燃機(jī)上，而且用于壓縮機(jī)(包括水、氣、油泵等)，也用于一些機(jī)械設(shè)備上。
專利摘要
用于內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)和一些機(jī)械設(shè)備上的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的改革。一對(duì)曲軸前端上直接嚙合的一對(duì)齒輪，保證放入在導(dǎo)板槽內(nèi)的一對(duì)曲軸連桿軸頸進(jìn)行同步但互為反向運(yùn)動(dòng)，使與導(dǎo)板做成一體的活塞組做到對(duì)氣缸壁無側(cè)壓力無沖擊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，甚至做到曲軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，活塞在往復(fù)直線過程中在其上、下止點(diǎn)停滯一定時(shí)間。本機(jī)構(gòu)采用后可取消活塞環(huán)潤(rùn)滑油，并采用絕熱材料后實(shí)現(xiàn)絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)造有利條件。
文檔編號(hào)FOILI/04)已解決氣門對(duì)氣門座的沖擊問題，因此實(shí)現(xiàn)四沖程絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)造有利條件。筆者試圖不久將來(即有足夠經(jīng)濟(jì)來源時(shí))研制出二沖程和四沖程絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)來。
本機(jī)構(gòu)主要由(見圖1)一對(duì)曲軸1、導(dǎo)板2、活塞組3、一對(duì)齒輪4和固定銷、連接桿、基體(氣缸體)等零附件所組成。
導(dǎo)板2通過固定銷、連接桿與活塞組3剛性連接，因此導(dǎo)板2和活塞組3視為一體，也可以說導(dǎo)板2是活塞組3的一部分。
一對(duì)曲軸1前端有直接嚙合著的一對(duì)齒輪4使曲軸1的旋轉(zhuǎn)方向相反又同步運(yùn)轉(zhuǎn)。一對(duì)曲軸1的連桿軸頸放入導(dǎo)板2槽內(nèi)，并保證任何時(shí)候曲軸1的兩個(gè)連桿軸頸與導(dǎo)板2槽內(nèi)接觸點(diǎn)A和B，始終與對(duì)稱中心線O-O對(duì)稱的。
活塞組3的數(shù)量根據(jù)需要而定。
本機(jī)構(gòu)一般對(duì)置臥式布置的。
當(dāng)活塞組3直接受到定時(shí)壓力時(shí)(如內(nèi)燃機(jī)的燃燒壓力)，其力直接作用在導(dǎo)板2上，導(dǎo)板2要做向左直線運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)板2槽內(nèi)曲軸1的二個(gè)連桿軸頸沿導(dǎo)板2槽上下(向外)移動(dòng)，由于接觸點(diǎn)A和B的旋轉(zhuǎn)中心在曲軸1的主軸頸上，因此這樣導(dǎo)板2的直線運(yùn)動(dòng)，連桿軸頸沿槽移動(dòng)以及接觸點(diǎn)的偏心，形成曲軸1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。反之，當(dāng)一對(duì)曲軸1受外力(如人工、電動(dòng)機(jī)等)的作用下旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸1的二個(gè)連桿軸頸在導(dǎo)板2槽內(nèi)，沿導(dǎo)板2槽對(duì)稱移動(dòng)。由于一對(duì)齒輪4正好直接嚙合，形成二個(gè)連桿軸頸進(jìn)行反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，接觸點(diǎn)A和B的受力情況相同，其內(nèi)力互相抵消，因此導(dǎo)板2只能做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，這導(dǎo)致活塞組3的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，并消除了活塞組3對(duì)氣缸壁上的側(cè)壓力。
當(dāng)希望曲軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，活塞在氣缸中往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)過程中上、下止點(diǎn)停滯一定時(shí)間問題，由如下工作過程中不難看出。
在圖2中可見導(dǎo)板2槽內(nèi)形狀，其中a-b曲線段的曲率半徑中心選擇在曲軸1主軸頸中心O上，就是說以曲軸1主軸頸中心O為圓心，半徑為R的圓周上選取a-b段，因此a-b段為圓的弧。
曲軸1的連桿軸頸呈雞蛋性，其形狀的形成是連桿軸頸在沿導(dǎo)板2槽內(nèi)移動(dòng)時(shí)接觸點(diǎn)的包絡(luò)線。曲軸1在旋轉(zhuǎn)過程中，活塞組3做無側(cè)壓力的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)曲軸1的連桿軸頸上的接觸點(diǎn)正好與導(dǎo)板2槽內(nèi)a點(diǎn)重合時(shí)，活塞組3正好在上止點(diǎn)上，曲軸1仍保持旋轉(zhuǎn)，連桿軸頸接觸點(diǎn)由a點(diǎn)移到b點(diǎn)，在a-b段內(nèi)活塞組3仍在上止點(diǎn)，因此活塞組3仍停滯不動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)曲軸1連桿軸頸的接觸點(diǎn)偏離b點(diǎn)時(shí)，活塞組3才開始作直線運(yùn)動(dòng)。
從這種機(jī)構(gòu)的工作過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，它不僅運(yùn)轉(zhuǎn)自如，而且滿足如上提到的目的。
下面要談一下這種機(jī)構(gòu)的壽命問題。
從理論分析來看，這種機(jī)構(gòu)的壽命主要取決于導(dǎo)板槽與曲軸連桿軸頸之間接觸強(qiáng)度問題。
涉及到接觸強(qiáng)度問題，必須先考慮摩擦副的磨損。作用在摩擦副上的力的大小和接觸面的面積之比，即比壓的大小，兩物體之間的摩擦方式，潤(rùn)滑條件，運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及材料的性質(zhì)等直接影響摩擦副的磨損問題。
為了便于分析和理解，先談一下內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中，凸輪與挺桿之間的摩擦副的接觸強(qiáng)度問題，并進(jìn)行對(duì)比。
通常，凸輪和挺桿之間進(jìn)行飛濺潤(rùn)滑，它們之間純屬滑動(dòng)摩擦，從理論上為點(diǎn)接觸。當(dāng)摩擦副上的最大接觸應(yīng)力不大于110公斤力/平方毫米時(shí)，凸輪和挺桿的磨損甚小，能可靠長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。
曲軸實(shí)際上也是偏心機(jī)構(gòu)，導(dǎo)板就象凸輪機(jī)構(gòu)的挺桿一樣，在本機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)在很多方面情況相同，只是凸輪機(jī)構(gòu)不可能傳遞扭矩即沒有可逆性。
曲軸的連桿軸頸和導(dǎo)板槽之間，從理論上線接觸，它們之間進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑，也屬純滑動(dòng)摩擦形式。
當(dāng)一對(duì)曲軸連桿軸頸放入一個(gè)導(dǎo)板槽并對(duì)稱布置六個(gè)氣缸，氣缸直徑、行程、轉(zhuǎn)速、同樣排量的cA141解放汽車發(fā)動(dòng)機(jī)6102比較時(shí)，曲軸連桿軸頸與導(dǎo)板槽之間最大接觸應(yīng)力，經(jīng)計(jì)算結(jié)果表明不大于65公斤力/平方毫米。如果選用輕質(zhì)、耐磨，高強(qiáng)度材料和選擇合理的幾何形狀來減小往復(fù)件的慣性力或者合理布置氣缸，采用小缸徑長(zhǎng)沖程(即排量不變條件)以及選擇合理的工作次序來減小燃燒終了總壓力作用在導(dǎo)板上時(shí)，最大接觸應(yīng)力大為下降。從理論分析和計(jì)算結(jié)果表明，這種機(jī)構(gòu)是完全勝任的。
如果采用如圖3右圖那樣，在連桿軸頸上套入圓柱形筒套或者如圖3左圖那樣，套在連桿軸頸而在導(dǎo)板槽中滑動(dòng)的滑套塊方法也可行，不過這種機(jī)構(gòu)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，也不可能做到曲軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)下，活塞組在上下止點(diǎn)停滯一定時(shí)間的要求。
在研制過程中，要很多情況進(jìn)行周密的考慮，比如在實(shí)際工作過程中，由于某種原因而導(dǎo)板兩側(cè)邊緣象如圖4那樣啃連桿軸頸兩側(cè)等，因此，如圖那樣兩接觸的縱向斷面不一定是重合的兩平行線。
又如在氣缸的布置上除了對(duì)置布置和采用偶數(shù)缸之外，缸徑大小和工作次序上也要做文章。具體一點(diǎn)來說，象如圖5那樣，在一個(gè)導(dǎo)板上布置六個(gè)氣缸，一側(cè)各三個(gè)。位于中間的Ⅱ缸和Ⅴ缸排量相同(即缸徑相同)而Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ缸排量正好是Ⅰ或Ⅴ缸的排量的一半。當(dāng)Ⅱ缸處在壓縮過程時(shí)，Ⅰ、Ⅲ缸必須進(jìn)行排氣過程，而不要做壓縮過程，Ⅴ缸可進(jìn)行進(jìn)氣過程(或膨脹過程)，自然Ⅳ、Ⅵ缸安排進(jìn)行膨脹過程(或進(jìn)氣過程)，而不要一側(cè)三個(gè)缸(Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)的工作過程安排同一過程。
當(dāng)這種機(jī)構(gòu)對(duì)置臥式布置時(shí)，應(yīng)考慮往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的重力，因此在機(jī)體(如氣缸體)下方設(shè)置可調(diào)式導(dǎo)軌等。
一般，內(nèi)燃機(jī)一個(gè)活塞頂上承受的最大燃燒壓力可達(dá)2至4噸的力，而這種機(jī)構(gòu)中最大接觸應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于凸輪副的最大接觸應(yīng)力，這是為什么？采用這種機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，最大燃燒壓力直接作用在導(dǎo)板上，這個(gè)力又作用在二個(gè)對(duì)稱運(yùn)動(dòng)的曲軸連桿軸頸上，另外往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力也作用在導(dǎo)板上，而其力方向與燃燒壓力方向相反。在圖6中可見最大燃燒壓力產(chǎn)生時(shí)活塞稍為偏離上止點(diǎn)，而最大慣性力作用時(shí)活塞正好上止點(diǎn)。
在圖6中有二個(gè)直角坐標(biāo)圖，其中P-V(S)圖為不同氣缸容積V(或不同位移S)時(shí)導(dǎo)板上作用的氣缸壓力和慣性力P的變化情況，在P-
圖中氣缸壓力和慣性力P在不同曲軸轉(zhuǎn)角φ時(shí)的變化情況。P-φ?qǐng)D實(shí)際上是P-V(S)圖的展開圖。最大接觸應(yīng)力的大小和接觸點(diǎn)部位取決于最大燃燒壓力和最大往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力的綜合效應(yīng)時(shí)。當(dāng)最大燃燒壓力大于二倍的最大慣性力時(shí)，作用在摩擦副上最大力為最大燃燒壓力減去最大慣性力的值，接觸點(diǎn)在活塞在上止點(diǎn)稍過后時(shí)導(dǎo)板槽內(nèi)和連桿軸頸的接觸部位。當(dāng)最大燃燒壓力等于或小于二倍的最大慣性力時(shí)，最大接觸應(yīng)力的計(jì)算以最大慣性力來進(jìn)行計(jì)算，其接觸點(diǎn)部位可能是活塞處于燃燒終了時(shí)導(dǎo)板槽和連桿軸頸接觸點(diǎn)，或者此缸進(jìn)行排氣終了時(shí)，或進(jìn)氣過程終了時(shí)或者膨脹進(jìn)行過程中。
總之，本機(jī)構(gòu)用在內(nèi)燃機(jī)時(shí)，要內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)可靠的長(zhǎng)期工作，應(yīng)當(dāng)全面的進(jìn)行分析，其中特別細(xì)心考慮影響壽命的導(dǎo)板槽與連桿軸頸的接觸部位磨損問題。當(dāng)提到接觸強(qiáng)度時(shí)，除了考慮作用力的大小之外，要考慮影響作用力大小的因素，如氣缸數(shù)、氣缸的布置、缸徑和沖程大小、工作次序、發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，連桿軸頸和導(dǎo)板的尺寸、截面形狀、材料的選擇以及加工工藝等，最后得到理想的結(jié)果來。當(dāng)然這種機(jī)構(gòu)用于內(nèi)燃機(jī)上進(jìn)行可靠長(zhǎng)期工作，必須試制實(shí)驗(yàn)才能得出正確結(jié)果來。
本機(jī)構(gòu)除了用在內(nèi)燃機(jī)(包括絕熱發(fā)動(dòng)機(jī))之外，還可以用在壓縮機(jī)(包括氣、水、油泵等)并得到理想的結(jié)果，除此之外還可以用在傳遞直線運(yùn)動(dòng)或扭矩的機(jī)械設(shè)備上。GK87107662SQ87107662
公開日1988年8月3日 申請(qǐng)日期1987年11月4日
發(fā)明者李成吉 申請(qǐng)人:李成吉導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan