用于往复旋转运动相互转换机构的H型机体及其装置.pdf

本发明提供一种用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，在该机体的顶面或者底面设置连接左右两侧面凸缘的沿第一、第三往复运动轨道轴线方向延伸的两条横肋；上述两条横肋位于第二往复运动轨道在该顶面或底面的凸起部或者垂直投影所在位置的两侧；在侧面凸缘和所述横肋之间，设置有若干连接两者的加强肋，这些加强肋均不通过第二往复运动轨道在顶面或者底面的凸起部或者垂直投影所在位置。本发明提供的H型机体，通过在顶面和/或底面横肋和加强肋的设置，使整个机体承担的沿气缸轴向的预紧力或者拉应力主要由横肋和加强肋承担，有效降低了第二往复运动轨道的变形，在该第二往复运动轨道中运行的往复运动元件就不会在往复运动中出现卡滞。

1.  一种用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，其特征在于，在该机体的顶面或者底面设置连接左右两侧面凸缘的沿第一、第三往复运动轨道轴线方向延伸的两条横肋；上述两条横肋位于第二往复运动轨道在该顶面或底面的凸起部或者垂直投影所在位置的两侧；在侧面凸缘和所述横肋之间，设置有若干连接两者的加强肋，这些加强肋均不通过第二往复运动轨道在顶面或者底面的凸起部或者垂直投影所在位置。

2.  根据权利要求1所述的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，其特征在于，侧面凸缘和所述横肋之间的加强肋为人字形肋，具体包括从所述侧面凸缘开始，引出的一平行于横肋的中间肋，在该中间肋的终端，向两侧斜向伸出两条斜肋，连接到两侧的横肋，所述中间肋和两条斜肋构成人字形肋。

3.  根据权利要求2所述的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，其特征在于，所述中间肋在侧面凸缘的起点位于两条横肋的中间位置。

4.  根据权利要求1所述的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，其特征在于，该机体的底部和顶面设置相同的加强肋结构。

5.  根据权利要求1-4任意一项所述的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，其特征在于，所述机体为分体式机体，该机体被第二往复运动轨道的轴线和所述主轴承孔的轴线垂直相交并构成的第二平面分成两个部分；所述横肋中设置长螺栓通孔，用于穿过固定两部分机体的长螺栓。

6.  根据权利要求5所述的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，其特征在于，该机体具有位于侧面四角的左右维度上延伸的四个边肋，上述四个边肋中具有长螺栓通孔，用于穿过固定分体式机体两部分的长螺栓。

7.  根据权利要求5所述的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，其特征在于，所述穿过横肋中通孔的长螺栓同时为固定缸盖的螺栓。

8.  根据权利要求1所述的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，其特征在于，在机体的侧面上设置有若干用于固定缸盖的螺纹孔。

9.  一种装置，具体是内燃机，其特征在于，使用权利要求1-7任意一项所述的机体。

10.  一种装置，具体是压缩机，其特征在于，使用权利要求1-7任意一项所述的机体。

用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体及其装置
技术领域
本发明涉及往复-旋转运动相互转换机构，尤其是涉及用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体。本发明同时涉及使用该H型机体的装置。
背景技术
在机械设备中，在很多场合下需要实现往复运动和旋转运动之间的相互转换。例如，往复式内燃机需要将活塞在可燃混合气体的爆发压力推动下产生的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动；与之相反，压缩机需要将外接电动机带动的曲轴旋转转换为活塞的往复直线运动。上述两种转换除了主动件不同外，对机构的运动学要求是一致的，因此，可以实现往复直线运动转换为旋转运动的机构，一般也可以用于实现旋转运动转换为往复直线运动。
现有技术下已经提供了若干往复直线运动和旋转运动相互转换的机构。通常技术下，采用曲柄连杆机构实现上述转换。目前大多数内燃机、压缩机均使用曲柄连杆机构。该机构的特点是，往复直线运动件与旋转运动件之间需要通过来回摆动的连杆连接，由于连杆的运动是来回摆动，该运动是一种复杂运动，难以实现惯性力的完全平衡，并且连杆的摆动会增加活塞对运动导轨侧壁的侧压力，造成摩擦力的增加，另外，连杆的存在还使该机构在往复运动方向上需要具备一定的长度，使其尺寸难以进一步缩小。
为了解决上述问题，中国专利文献CN85100358B公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利文献CN1067741C公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利文献CN1144880A公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。另外，本申请人在2009年10月16日提出的申请号为200910236026.5的中国专利申请中，还提出了一种采用端轴-动轴组合形成的轴系与往复运动件配合构成的往复-旋转运动相互转换机构。
上述新型旋转-往复转换机构的共同特点，是不再使用连杆作为往复运动与旋转运动的中间过渡元件，避免了由于连杆造成的问题。首先，由于不存在连杆引入的复杂运动，使运动机构中所有元件均处于简谐运动状态，便于进行往复惯性力和旋转惯性力的平衡，并能够实现真正的完全平衡。其次，由于不存在连杆，使往复运动轨道上不再存在为布置连杆而增加的尺寸，使整个机构占据的空间尺寸得以显著减少。
由于不存在连杆，上述往复-旋转运动转换机构的空间布置也与现有通常技术的曲柄连杆机构不同。尤其是对于具有三个往复运动元件的上述新型旋转-往复转换机构，不仅可以实现其往复惯性力和往复惯性力矩的完全平衡，而且可以使整个机构布置在结构紧凑的机体中。为上述三个往复运动元件提供的机体中，一种典型的形式是H型机体。
上述H型机体的结构如图1所示，该图示出的机体用于一种内燃机。该内燃机具有三个往复运动元件，分别是两个活塞和一个动平衡滑块，所述活塞可以是单作用活塞或者双作用活塞。相应的，所述机体为其提供了三个往复运动轨道，分别是为两个活塞提供的往复运动轨道，即第一气缸1、第二气缸2，以及为动平衡滑块提供的跑道4；另外，所述机体还为旋转运动件，即曲柄圆滑块机构的曲轴或端轴-动轴的轴系提供了主轴承孔3，为上述旋转运动件提供旋转支撑。其中，所述第一气缸1、第二气缸2的轴线相互平行，上述两个轴线所在的平面称为第一平面；所述主轴承孔3的轴线同样位于所述第一平面上并与所述第一气缸1、第二气缸2的轴线垂直。所述跑道4则夹在所述第一气缸1和第二气缸2的轴线之间，跑道4的轴线和所述主轴承孔3的轴线垂直相交，并构成第二平面，该第二平面垂直于所述第一平面。跑道4作为动平衡滑块的往复运动轨道，可以设计成不同的横截面形状。一般有两种选择，即圆形或者方形。横截面为圆形的跑道具有加工方便的优点，但是，其刚度较低；横截面为方形的跑道刚度较好，但是其加工不太方便，往往要使用线切割等较为特殊的加工方法。
上述H型机体的特点是各个往复运动轨道和主轴承孔等的空间位置布置合理，可以帮助新型往复-旋转运动机构实现其结构紧凑的优点。但是，这种H型机体具有一些明显的缺陷。主要的问题是，在同样的机体尺寸下，其所支撑的机构的功率较传统的曲柄连杆机构的功率大，因此，相对而言，该机体存在其刚度不足以支撑该机构的情况。为了解决上述问题，需要在结构上对机体的刚度进行加强。现有技术提供的各种机体均未认真考虑该问题。尤其是在机体的顶面和/或底面固定缸盖之后，为了固定缸盖，缸盖螺栓会对机体产生拉应力，该拉应力会造成安置动平衡滑块的第二往复运动轨道(即跑道)变形，严重时会影响动平衡滑块的正常往复运动。
发明内容
针对上述问题，本发明解决的技术问题在于，提供一种用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，该机体的薄弱环节得到了特别的加强，使其具有足以支撑整个转换机构的刚度，尤其是可以避免第二往复运动轨道在机构的各种预紧力和拉应力作用下产生变形。
本发明同时提供使用上述机体的装置，具体是使用上述机体的内燃机或者压缩机。
本发明提供的用于往复-旋转运动相互转换机构的H型机体，其顶面或者底面设置连接左右两侧面凸缘的沿第一、第三往复运动轨道轴线方向延伸的两条横肋；上述两条横肋位于第二往复运动轨道在该顶面或底面的凸起部或者垂直投影所在位置的两侧；在侧面凸缘和所述横肋之间，设置有若干连接两者的加强肋，这些加强肋均不通过第二往复运动轨道在顶面或者底面的凸起部或者垂直投影所在位置。
优选的，侧面凸缘和所述横肋之间的加强肋为人字形肋，具体包括从所述侧面凸缘开始，引出的一平行于横肋的中间肋，在该中间肋的终端，向两侧斜向伸出两条斜肋，连接到两侧的横肋，所述中间肋和两条斜肋构成人字形肋。
优选的，所述中间肋在侧面凸缘的起点位于两条横肋的中间位置。
优选的，该机体的底部和顶面设置相同的加强肋结构。
优选的，所述机体为分体式机体，该机体被第二往复运动轨道的轴线和所述主轴承孔的轴线垂直相交并构成的第二平面分成两个部分；所述横肋中设置长螺栓通孔，用于穿过固定两部分机体的长螺栓。
优选的，该机体具有位于侧面四角的左右维度上延伸的四个边肋，上述四个边肋中具有长螺栓通孔，用于穿过固定分体式机体两部分的长螺栓。
优选的，所述穿过横肋中通孔的长螺栓同时为固定缸盖的螺栓。
优选的，在机体的侧面上设置有若干用于固定缸盖的螺纹孔。
本发明同时提供一种装置，具体是内燃机，该内燃机使用上述任一项技术方案所述的机体。
本发明还提供另外一种装置，具体是压缩机，该压缩机使用上述任一项技术方案所述的机体。
本发明提供的H型机体，在其顶面或者底面设置连接左右两侧面上凸缘的沿第一、第三往复运动轨道轴线方向延展的两条横肋；上述两条横肋位于第二往复运动轨道在顶面或者底面的投影所在位置的两侧。在上述横肋和侧面凸缘之间设置的加强肋同样不经过上述第二往复运动轨道在顶面或者底面投影所在的位置。通过上述横肋和加强肋的设置，使整个机体承担的沿气缸轴向的预紧力或者拉应力主要由上述横肋和加强肋承担，由于两条横肋位于第二往复运动轨道在该顶面或者底面的投影的两侧，所述加强肋也不经过第二往复运动轨道在该顶面或者底面的投影位置，使该机体由于上述预紧力或者拉应力而在第一、第三往复运动轨道轴线方向上的变形不会直接体现在第二往复运动轨道上，有效降低了该第二往复运动轨道的变形。在该第二往复运动轨道中运行的往复运动元件就不会在往复运动中出现卡滞。对于内燃机，上述第一、第三往复运动轨道是气缸，而所述第二往复运动轨道是动平衡滑块的跑道。
在本发明的进一步优选的方案中，所述加强肋呈人字形设置，该结构能够较好的将拉应力或者固定机体两部分的预紧力(对于分体式机体)分散到两侧的横肋上，较好的避免第二往复运动轨道的变形。
上述机体可以用于整体式和分体式机体，特别合适用于分体式机体。用于分体式机体时，所述横肋中设置穿过长螺栓的通孔，通过该长螺栓，将机体两部分以及缸盖固定为一体。在分体式机体形式下，所述机体的两部分被多个长螺栓连接，这些长螺栓对两部分机体产生预紧力，使分为两半的机体连接为一个整体。固定缸盖以后，缸盖螺栓对机体的拉应力使机体的两部分相互之间容易发生松动。采用了本发明提供的机体后，通过横肋以及加强肋传递上述长螺栓和缸盖螺栓的提供的预紧力和拉应力，可以避免第二往复运动轨道承担上述受力，减低第二往复运动轨道的变形。
附图说明
图1是现有技术提供的H型机体；
图2是本发明实施例的立体图；
图3是本发明实施例的另一个角度的立体图。
具体实施方式
请参看图2，该图为本发明实施例提供的H型机体的立体图。同时请参看图3，该图是图2所示机体从另一个角度观察获得的立体图，其向外侧的端面为图2中的顶面。上述附图中，除了加强肋部分外，和背景技术中图1示出的机体在整体上基本相同，以下说明中，与图1中相同的部分以相同的标号示出。该图示出的内燃机机体的轮廓大致为立方体。为了说明方便，图2标出该立方体在空间上的三个维度，分别为上下维度I、前后维度II、左右维度III。相应的，该机体的几个表面分别为顶面、底面、前端面、后端面、左侧面、右侧面。该机体是用于支撑具有三个往复运动元件的采用曲柄圆滑块机构或者端轴-动轴机构的内燃机的H型机体。上述三个往复运动元件分别是第一至第三往复运动元件，相应的，该机体提供的运动轨道为第一至第三往复运动轨道。其中，第一往复运动轨道为内燃机的第一气缸1、第三往复运动轨道为内燃机的第二气缸2；所述第二运动轨道是为内燃机的动平衡滑块提供的往复运动轨道，称为跑道4。
本实施例提供的机体为分体式机体，该机体的两个部分以第二平面划分，所述第二平面即背景技术中所述的由跑道4的轴线和所述主轴承孔3的轴线垂直相交，并构成的第二平面。实际上，按照图2所示，该机体在左右维度III上划分为两个部分，即左机体A、右机体B，组合为一个完整的机体时，两个部分被长螺栓固定在一起，形成一个完整的机体。
所述的左机体A的左侧面上，具有凸出于顶面的凸缘，称为左侧面上凸缘A-1(对应的，在底面具有左侧面下凸缘，上述左侧面上凸缘和左侧面下凸缘以及右侧面上凸缘和右侧面下凸缘合称为侧面凸缘)，相应的，在与右机体B相邻的分界面上，具有凸出于顶面的凸缘，称为左界面上凸缘A-2。在左机体A的顶面位置，还具有凸出于顶面的跑道4的左凸起部4-1，该左凸起部4-1为沿跑道4凸出的框体，该凸起部4-1的左侧边为向左凸出的弧形，并向右开口于左机体A的界面上，其内径面即为跑道4的一部分。所述左界面上凸缘A-2被该凸起部4-1分为两个部分。在该顶面，设置有垂直并连接上述左侧面上凸缘A-1和左界面上凸缘A-2的两条加强肋，称为横肋。两个横肋分别称为左前横肋5-1和左后横肋6-1。图中示出，所述左前横肋5-1、左后横肋6-1均设置在所述左凸起部4-1的两侧，即跑道4的两侧。上述横肋中心设置有通孔，用于穿过固定缸盖以及左半机体和右半机体的长螺栓，该长螺栓(图未示)同时穿过缸盖和两个半机体，同时起到在机体上固定缸盖以及连接连接左半机体和右半机体的作用。上述横肋的两端连接的左界面上凸缘A-1和左界面上凸缘A-2位置同样被上述通孔穿过。两条横肋的外侧，还设置有前后方向的延伸的辅助肋7，连接在上述横肋与前后端面的边肋A-3之间，上述边肋A-3中设置有通孔，穿过连接左半机体和右半机体的长螺栓(图未示)。
从图3可以看出，在所述左上凸缘A-1和两条横肋之间，设置有一组人字形加强肋，该组人字形加强肋包括一个中间肋8-1、前斜肋8-2、后斜肋8-3。所述中间肋8-1，是在在左侧面上凸缘A-1上距所述两条横肋距离大致相同的位置，引出平行于上述横肋的中间肋8-1，该中间肋8-1较短，在其终端，向两侧斜向伸出前斜肋8-2和后斜肋8-3，连接到两侧的横肋。上述斜肋均不与所述凸起部4-1交汇。
右机体B的顶面与上述左机体A相同，具有右侧面上凸缘B-1和右界面上凸缘B-2以及连接在两者之间的右前横肋5-2、右后横肋6-2和一组人字形肋。所述右前横肋5-2、右后横肋6-2中同样设置有通孔。该顶面同样设置有跑道4的凸起部，其开口向右，称为右凸起部4-2.
当将所述左机体A和右机体B拼在一起时，以左机体A的左界面和右机体的右界面相邻，拼在一起，则所述左前横肋5-1和右前横肋5-2相拼接，共同构成前横肋5，其中具有贯穿整个前横肋5的长螺纹通孔；同样，所述左后横肋6-1和右后横肋6-2相拼接，共同构成后横肋6，其中具有贯穿整个后横肋的长螺纹通孔。在顶面位置的上述长螺纹通孔，与位于底面的长螺纹通孔一起，可以以四个长螺栓将左机体A和右机体B以及固定在机体左侧面和右侧面的缸盖连接为一体。连接左机体A和右机体B的长螺栓还包括穿过四个边肋A-3的长螺栓，各个边肋A-3中的长螺栓通孔在机体侧面的四个角上有开口。用于固定缸盖的缸盖螺纹孔则还包括侧面设置的若干螺纹孔。图2示出，在机体的右侧面上有若干通孔的开口，即包括上述各种螺栓通孔的开口。
在上述实施例中，整个加强肋结构的设置能够将固定左机体A和右机体B的长螺栓提供的预紧力，以及固定缸盖的缸盖螺栓产生的拉应力进行合理分配，使其落在两个横肋上。尤其是通过两组人字形肋，进一步将加载在左侧面上凸缘A-1和右侧面上凸缘B-1上的预紧力和拉应力，分配到两边的横肋上，这样，通过上述加强肋体系(包括横肋和加强肋组成的体系)，就可以获得合理的预紧力和拉应力分配效果，使跑道4承受的预紧力和拉应力很小，动平衡滑块在跑道4中的运动可以较少受到往复运动轨道变形的影响。
以上加强肋结构的布置方式，也可以应用在压缩机的H型机体中，构成具有上述加强肋结构的使用H型机体的压缩机。
尽管本实施例是一个分体式机体，实际上，上述加强肋结构可以用于整体式机体，其布置原则同该实施例，即横肋不经过跑道4所在的位置，并通过人字形肋将可能出现的沿气缸轴向的变形分配到横肋上。
当第二往复运动轨道(即实施例中的跑道4)由于设计原因在顶面或者底面不具有凸起部时，上述横肋和加强肋等需要保证不经过第二往复运动轨道在顶面或者底面垂直投影所在的位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。