專利名稱:直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換器的制作方法
本發(fā)明有關(guān)一種把直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置，特別是一種專用于有關(guān)活塞驅(qū)動機(jī)械裝置。
傳統(tǒng)的曲軸/止動棒軛(crankshaft/scotchyoke)裝置多年來被用作把直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動互相轉(zhuǎn)換。在這種機(jī)構(gòu)中，活塞的往復(fù)直線運(yùn)動通過使得裝在曲軸銷上的滾子或軸承沿著從活塞上延伸出來的單軛(single yoke)上的槽前后移動而造成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(如美國專利2，404，906，2，628，602和3，517，652;英國專利112，767，152，799和533，047以及德國專利584，082)。為了防止?jié)L子或支承的卡死，在滾子或支承和至少一個(gè)軛的槽的支承面之間必須有一個(gè)間隔。這個(gè)間隔的缺點(diǎn)是它會造成無效行程(lost movement)(即，造成一方面軛/活塞的直線運(yùn)動與另一方面曲軸銷/曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動之間的無效行程)，這就造成敲毛(burnelling)、剝損和/或不希望有的振動。敲毛、剝損和/或不希望有的振動反過來造成磨損和材料疲勞和情況惡化(deterioration)。
美國專利963，449和4，339，960公開了曲軸/止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)，它是專門設(shè)計(jì)用在斯特林的發(fā)動機(jī)上的。這些機(jī)構(gòu)用單個(gè)曲軸銷和多個(gè)開槽的軛。曲軸銷上裝有一個(gè)或多個(gè)滾子或支承，每個(gè)滾子或支承把它自己的運(yùn)動傳給一個(gè)或多個(gè)開槽的軛。因?yàn)槊總€(gè)滾子或支承是被裝在一個(gè)或多個(gè)軛的槽中，所以必須在滾子或支承和至少槽的一個(gè)支承面之間提供一個(gè)間隔，以防止卡死。提供了這樣一個(gè)間隔就造成上述同樣的磨損、疲勞和情況惡化等問題。
本發(fā)明關(guān)于一種進(jìn)行直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的相互轉(zhuǎn)換的新的和改進(jìn)的裝置，而不會發(fā)生上述先有技術(shù)裝置的問題和缺點(diǎn)。更具體地說，這新的和改進(jìn)的裝置包括至少兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)地裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)曲軸的曲軸銷上的支承。每個(gè)支承和它自己的獨(dú)立的支承面恒定嚙合，這支承面是作往復(fù)直線運(yùn)動的梭的一部份。這些支承面被布置在與曲軸銷相對的側(cè)邊上，它們在平行于曲軸銷縱軸的方向互相錯開。由于這些支承和它們相配的支承面恒定嚙合，梭的直線運(yùn)動被連續(xù)地轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或者相反，從而消除了空隙和隨它而產(chǎn)生的磨損、疲勞和情況惡化等問題和缺點(diǎn)。
把各支承面限制在它相應(yīng)的曲軸銷的側(cè)邊，各支承在曲軸銷的一個(gè)側(cè)邊也不受限制。因此，和上述先有技術(shù)裝置正好相反，這些支承不被限制在槽中，因此防止了隨著這些先有技術(shù)裝置而產(chǎn)生的空隙問題。
與活塞驅(qū)動機(jī)械連接使用的時(shí)候，梭帶有一個(gè)或多個(gè)活塞，每個(gè)活塞被裝在相應(yīng)的缸中作往復(fù)直線運(yùn)動。每個(gè)活塞可以和梭做成一體，或者以可拆下的方式固定在梭上。同樣地，這些支承面可以和梭做成一體，或者以可拆下的方式固定在梭上。如果這些支承和支承面都是可拆下的話，這些支承和支承面可以做成互換件。更換這些互換件，可以改變梭的直線速度和曲軸的角速度之間的相對關(guān)系。
為了更好地理解本發(fā)明，參看下面對本發(fā)明各種實(shí)施例與附圖所作的說明，下面
圖1是包括有本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)活塞發(fā)動機(jī)的分解軸側(cè)圖;
圖2是圖1中所示實(shí)施例的一部份的簡略軸側(cè)圖;
圖3a是本發(fā)明另一實(shí)施例的簡略視圖;
圖3b是圖3a中所示實(shí)施例沿Ⅲ-Ⅲ線，由箭頭方向看過去的斷面圖;
圖4a是本發(fā)明又一實(shí)施例的簡略視圖;
圖4b是圖4a中所示實(shí)施例沿Ⅳ-Ⅳ線，由箭頭方向看過去的斷面圖;
圖5a是本發(fā)明另外一實(shí)施例的簡略視圖;
圖5b是5a中所示實(shí)施例沿Ⅴ-Ⅴ線，由箭頭方向看過去的斷面圖。
雖然本發(fā)明可用于各種不同的機(jī)械(如打包機(jī)，泵，電機(jī)，沖床，機(jī)器人，縫紉機(jī)，發(fā)電機(jī)，鎖，發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī))，其中直線運(yùn)動被轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或相反，它特別適用于連接活塞發(fā)動機(jī)。因此，本發(fā)明將以和活塞發(fā)動機(jī)連接來進(jìn)行說明。
參看圖1和2，一個(gè)活塞發(fā)動機(jī)10有一對缸體12，14和一個(gè)活塞梭(piston shuttle)16。缸體12有一對缸18，20，缸體14有一對缸22，24。梭16裝有第一對活塞26，28，在相應(yīng)的缸18，20中作往復(fù)直線運(yùn)動，和第二對活塞30，32裝在相應(yīng)的缸22，24中作往復(fù)直線運(yùn)動。這些活塞26，28，30，32用螺釘34固定在梭16上，螺釘34分別擰在活塞26，28，30，32的相應(yīng)的面36，38，40，42上的螺紋孔中(未示出)，并伸入梭16中。因?yàn)槁葆?4被布置在活塞面36，38，40，42中，它們可以通過缸18，20，22，24被接觸到，所以活塞26，28，30，32能被從梭16上拆下來而不用把梭16從發(fā)動機(jī)10中拆下來。
曲軸44和梭16配合工作。特別是，曲軸44包括一個(gè)曲軸柄46，一個(gè)曲軸臂48，用以連接曲軸柄46的轉(zhuǎn)動，一個(gè)曲軸銷50，用以連接曲軸柄46的轉(zhuǎn)動，曲軸銷50和曲軸柄相互錯開。支承件52，54被可旋轉(zhuǎn)地裝在曲軸銷50上，曲軸銷50延伸穿過梭16上的開口56，支承52和位于梭16一側(cè)邊的支承面58恒定嚙合，而支承54和位于梭16另一側(cè)邊的支承面60恒定嚙合。
工作時(shí)，當(dāng)各活塞26，28，30，32分別在相應(yīng)的缸18，20，22，24中直線地往復(fù)時(shí)，支承52，54分別沿著相應(yīng)的支承面58，60前后移動。特別是，當(dāng)支承52，54分別沿著相應(yīng)的支承面58，60接第一方向(圖2中箭頭62所示)滾動時(shí)，支承52沿一個(gè)弧形方向旋轉(zhuǎn)(圖2中箭頭64所示)而支承54沿一個(gè)相反的弧形方向旋轉(zhuǎn)(圖2中箭頭66所示)。當(dāng)支承52，54分別沿著支承面58，60接第二方向(圖2中箭頭68所示滾動時(shí)，支承52沿箭頭66所示的弧形方向旋轉(zhuǎn)，而支承54沿箭頭64所示的弧形方向旋轉(zhuǎn)。因?yàn)橹С?2，54分別和支承面58，60作恒定嚙合，當(dāng)支承52，54各自沿著支承面58，60前后移動時(shí)，梭16的直線運(yùn)動被連續(xù)地轉(zhuǎn)換成曲軸44的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動從而消除了空隙。
為了改進(jìn)發(fā)動機(jī)10的工作，可為它配備一個(gè)潤滑系統(tǒng)(未示出)，這樣，在支承52，54和各自的支承面58，60之間有一層薄的油膜或其他潤滑液膜。盡管有油膜的供給，支承52，54在任何情況下都保持分別與支承面58，60恒定的嚙合。
活塞26，28，30，32配合著缸18，20，22，24在它們往復(fù)直線運(yùn)動時(shí)導(dǎo)引著梭16。如果梭16不帶活塞，也可用其他裝置來給梭16異向。
雖然支承面48，50有復(fù)合/復(fù)雜的形狀(即，直線和曲線的組合)而支承52，54是圓的(即，為滾子的形式)，也可用其他形狀的支承和支承面。這種其他的支承和支承面外形在圖3a，3b，4a，4b，5a和5b中進(jìn)行了描繪。除非另行指出，這些在圖3a，3b，4a，4b，5a，和5b中的實(shí)施例和在圖1和2中的實(shí)施例是以同樣的方式工作的。
參看圖3a和3b，方形支承110，112被可旋轉(zhuǎn)地裝在曲軸銷114上沿著箭頭116所指的方向作往復(fù)直線運(yùn)動。支承110，112分別和與共同的梭(未示出)形成一體的平的支承面118，120恒定嚙合。當(dāng)梭沿著箭頭122所指的方向直線地往復(fù)時(shí)，支承110，112各自依著箭頭116所指的方向沿著支承面118，112前后滑動。
現(xiàn)在參看圖4a和4b，劈開的支承210，212，214，216被可旋轉(zhuǎn)地裝在曲軸銷218上沿著箭頭220所指的方向作往復(fù)直線運(yùn)動。支承210，212，214，216分別與共同梭(未示出)形成一體的支承面222，224，226，228作恒定嚙合，這共同梭沿著箭頭230所指的方向作往復(fù)直線運(yùn)動。
支承210的一端有齒233。一個(gè)光滑的外周表面234從齒232延伸到支承210的相對端。齒232和支承面222上的齒236嚙合。當(dāng)梭沿箭頭230所指的方向作直線往復(fù)運(yùn)動時(shí)，以及支承210按箭頭220所指的方向沿著支承面222前后移動時(shí)，支承210的光滑外周表面234沿著支承面222的平坦部份238滾動。當(dāng)支承210這樣運(yùn)動時(shí)，支承210上的齒232配合著支承面222上的齒236防止支承210中的兩個(gè)劈開件240，242中的任何一個(gè)和支承面222接觸，因而防止直接加壓在劈開件240，242上。
支承212有鋸齒形的周界槽244，和支承面224上相配的周界槽246嚙合。當(dāng)梭沿著箭頭230所指的方向直線往復(fù)運(yùn)動時(shí)，以及支承212按箭頭220所指的方向沿著支承面224前后移動時(shí)，支承212上的槽244配合著支承面224上的槽246保持梭的準(zhǔn)直，因而減少摩擦和活塞的側(cè)向負(fù)荷。槽244，246也配合以增加支承212和支承面224之間的接觸面積，因而增加了承載能力。
支承214有齒248，它和支承面226上的齒250嚙合。當(dāng)梭沿著箭頭230所指的方向直線往復(fù)運(yùn)動時(shí)，以及支承214依著箭頭220所指的方向沿著支承面226前后移動時(shí)，支承214上的齒248配合支承面226上的齒250防止支承214上兩個(gè)劈開件(未示出)的任何一個(gè)和支承面226接觸，因而防止直接加壓在劈開件上。齒248，250也配合以保持梭的準(zhǔn)直，因而減少摩擦和活塞的側(cè)向負(fù)荷，并增加支承214和支承面226之間的接觸面積，因而增加承載能力。雖然支承214是正齒輪形式，它可以是斜齒輪或傘齒輪。如果支承214采用了這個(gè)變化形式，當(dāng)然，支承面226也要作相應(yīng)的改變。
支承216有正弦曲線形的周界槽252，和支承面228上相配形狀的周界槽254嚙合。當(dāng)梭按箭頭230所指的方向直線往復(fù)運(yùn)動時(shí)，以及支承216依著箭頭220所指的方向沿著支承面228前后移動時(shí)，支承216上的槽252配合著支承面228上的槽，254保持梭的準(zhǔn)直，因而減少摩擦和活塞的側(cè)向負(fù)荷，并增加支承216和支承面228之間的接觸面積，因而增加承載能力。
參看圖5a和5b，橢圓形的支承310，312被可旋轉(zhuǎn)地裝在曲軸銷314上沿著箭頭316所指的方向作弧形的往復(fù)運(yùn)動。支承310，312各自和共同梭(未示出)上形成一體的弧形支承面318，320恒定嚙合。當(dāng)梭沿著箭頭322指的方向直線往復(fù)運(yùn)動時(shí)，支承310，312按箭頭316指的方向各自沿著支承面318，320前后滑動。
要明白的是這里所說明的實(shí)施例僅是用來舉例的，本專業(yè)的技術(shù)人員能在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況作出許多改型和改進(jìn)。如，梭16能在一端有多個(gè)活塞而相對端有單個(gè)活塞。此外，梭16的每一端能有多過兩個(gè)的活塞，活塞有相同的尺寸和形狀或不同的尺寸和形狀。所有這些改進(jìn)和改型被認(rèn)為包括在由本發(fā)明專利申請的權(quán)利要求
所限定的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一利用于將直線運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，該裝置包括一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的曲軸，其上有曲軸銷和至少兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)地裝在該曲軸銷上，還裝有一個(gè)梭，可作往復(fù)直線運(yùn)動，該裝置的特征為，至少兩個(gè)錯開的支承面(58，60)固定連接在該梭(16)上，該支承面之一(58)被布置在該曲軸銷(50)的一側(cè)和該支承之一(52)作恒定嚙合，而該支承可沿著該支承面前后移動，而另一個(gè)支承面(60)被布置在該曲軸銷的相對側(cè)，和另一個(gè)支承(54)作恒定嚙合，而該另一支承可沿著該另一支承面前后移動，因而該梭的直線運(yùn)動被連續(xù)地轉(zhuǎn)換成該曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，或者相反，因而消除了空隙。
2、如權(quán)利要求
1的裝置，其特征為，該支承面(58，60)在平行于該曲軸銷(50)縱軸的方向內(nèi)互相錯開。
3、如權(quán)利要求
1或2的裝置，其特征為，該一支承面(58)被單獨(dú)地布置在該曲軸銷(50)的該一側(cè)，該另一支承面(60)被單獨(dú)地布置在該曲軸銷(50)的該相對側(cè)。
4、如權(quán)利要求
1，2或3的裝置，其特征為，該一支承(52)沒有被限制在該曲軸銷(50)的該相對側(cè)，而該另一支承(54)沒有被限制在該曲軸銷(50)的該一側(cè)。
5、如上述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的裝置，其特征為，有引導(dǎo)裝置在該梭(16)作往復(fù)直線運(yùn)動時(shí)對它導(dǎo)引，該引導(dǎo)裝置包括缸(18，20，22，24)和多個(gè)活塞(26，28，30，32)，各活塞被裝在各自相應(yīng)的缸中作往復(fù)直線運(yùn)動。
6、如權(quán)利要求
5的裝置，其特征為，用緊固裝置(34)把各個(gè)該活塞(26，28，30，32)可拆下地固定在該梭(16)上。
7、如上述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的裝置，其特征為，該支承(52，54)被可拆下地裝在該曲軸銷(50)上，所以該支承可被拆下和更換，而該支承面(58，60)被可拆下地連接在該梭(16)上，所以該支承面可被拆下和更換，該一支承和該一支承面形成第一互換組而該另一支承和該另一支承面形成第二互換組，因而更換該第一和在第二組就能使該梭的線速度相對于該曲軸的角速度變化。
8、如上述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的裝置，其特征為，該一支承(52)沿著該一支承面(58)在第一方向移動時(shí)，向著一個(gè)弧形方向旋轉(zhuǎn)，而當(dāng)它沿著該一支承面在和第一方向相反的第二方向移動時(shí)，向著一個(gè)相反的弧形方向旋轉(zhuǎn)，而該另一支承(54)沿著該另一支承面(60)在該第一方向移動時(shí)，向著該相對的弧形方向旋轉(zhuǎn)，而當(dāng)它沿著該另一支承面在該第二方向移動時(shí)，向著該一個(gè)弧形方向旋轉(zhuǎn)。
9、如上述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的裝置，其特征為，該支承(210，214)中的一個(gè)，包括第一組齒(232，248)，而該支承面(222，226)中的一個(gè)，包括第二組齒(236，250)用以和該第一組齒嚙合。
10、如上述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的裝置，其特征為，該一支承(211，216)包括多個(gè)周界槽(244，252)，而該一支承面(224，228)包括多個(gè)相配形狀的周界槽(246，254)。
專利摘要
一種將直線運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，具有至少兩個(gè)支承，被裝成繞著旋轉(zhuǎn)曲軸上的曲軸銷轉(zhuǎn)動，各支承和它各自的支承面作恒定嚙合。一個(gè)被裝成作往復(fù)直線運(yùn)動的梭上帶有支承面，支承面被布置在曲軸銷的兩對側(cè)并互相錯開。因?yàn)橹С泻拖嗯涞闹С忻婧愣▏Ш现?，梭的直線運(yùn)動被連續(xù)地轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，或者相反。
文檔編號F01B9/00GK86103387SQ86103387
公開日1986年11月19日 申請日期1986年5月13日
發(fā)明者道格拉斯·C·布雷克特 申請人:道格拉斯·C·布雷克特導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan