曲柄軸的製作方法

2023-10-06 10:20:54

專利名稱：曲柄軸的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種曲柄軸，更確切地說，涉及一種能通過使用一種彈性構件提高旋轉運動和直線運動之間的轉換效率的曲柄軸。


圖1顯示了傳統曲柄軸的結構。
參照圖1，傳統曲柄軸包括一根旋轉軸30，連接在使旋轉軸30旋轉的旋轉部件10上；一個曲柄臂40，其中心連接旋轉軸30，並且其一側通過曲柄銷釘50連接在一根連杆上。在連杆60的一端，安裝有一個往復構件20，該構件隨連杆的往復運動進行運動。
更詳細地說，旋轉構件10使旋轉軸30轉動，其中旋轉軸30的轉動直接傳輸到同軸旋轉的曲柄臂40。在這種情況下，曲柄銷釘50從曲柄臂40的旋轉中心偏離一個預定的距離，因旋轉軸30的旋轉繞一個預定半徑的圓轉動。
連杆60連接在曲柄銷釘50上，將曲柄銷釘50的圓周運動轉化成垂直往復運動。連杆60的垂直運動使連接在它上面的往復構件20垂直運動。
在另一種情況中，上述操作可以反過來進行。換言之，往復構件20使得連接在它上面的連杆60作往復運動。連杆60循環移動曲柄臂40，因而使連接在旋轉軸30上的旋轉構件10轉動，完成確定的操作。
曲柄軸是一種能夠將旋轉運動轉換成往復運動的構件。這種曲柄軸廣泛使用在現代社會中。例如，車輛引擎由於往復構件的往復運動而使旋轉構件旋轉。相反，在壓縮機或者冷凍機中，旋轉構件的轉動使得往復構件作往復運動。
圖2顯示了使用傳統曲柄軸的往復式壓縮機的結構。
參照圖2，傳統往復式壓縮機包括一個封閉的容器1，該容器確定了壓縮機的機體；一個構架2，安裝在封閉容器1的內部；一個驅動電機，由安裝在構架下方的定子3和轉子4構成；一個曲柄軸30，與驅動電機的轉子4的內徑配合，其一端裝有偏心零件；一根連杆60，連接曲柄軸30上偏心零件和活塞22下端，用於將曲柄30的旋轉效果轉化成直線往復運動；一個圓柱體21，與構架2上端部分和活塞22配合，其中活塞22與和曲柄軸30的偏心零件配合的連杆60連接，在圓柱體21內作往復運動。
這裡，曲柄軸30的一側通過曲柄銷釘與連杆60固定連接。
圓柱體21上安裝有吸入閥和排出閥，為圓柱體21吸入和排出冷卻劑氣體，其中閥四周圍有消聲器8。
以上對往復式壓縮機的配置進行了描述，驅動電機的操作主要是使曲柄軸30旋轉，連杆60也相應地做圓周運動。由於連杆60和安裝在圓柱體21內的活塞22連接在一起，連杆60的圓周運動使得活塞22作直線往復運動。活塞22的往復運動用作吸入、壓縮和排出流體。
然而，由於傳統的曲柄軸包含固定在連杆上的曲柄銷釘，在壓縮過程中當曲柄軸的旋轉力原樣傳遞到連杆上時，會因壓力過大而導致損耗。而且，在吸入過程中，當通過連杆與曲柄軸連接的活塞所吸入的冷卻劑少於最大吸入體積時，傳統往復式壓縮機的最大效率會降低。
為達到上述目的，本發明的一種優選方式提供一種用於將旋轉運動轉化為往復運動的曲柄軸，包括一根用於引起旋轉運動的旋轉軸；以及一個中心連接在旋轉軸上的曲柄臂，其一側上具有導向槽，允許曲柄銷釘自由移動。
在曲柄軸上，導向槽可以水平布置，從內圓上的第一點伸向外圓上的第二點。另外，曲柄軸還可以包括彈性裝置作為彈性支撐，安裝在水平導向槽內曲柄銷釘的兩邊。
為達到上述目的，本發明的另一種優選方式提供一種用於將旋轉運動轉化為往復運動的曲柄軸，包括一根用於引起旋轉運動的旋轉軸；一個中心連接在旋轉軸上的曲柄臂，其一側上具有導向槽；以及一個在導向槽中自由移動的曲柄銷釘。
為達到上述目的，本發明的再一種優選方式提供一種用於將旋轉運動轉化為往復運動的曲柄軸，包括一根用於引起旋轉運動的旋轉軸；一個中心連接在旋轉軸上的曲柄臂，其一側上具有導向槽，導向槽水平地從內圓上的第一點伸向外圓上的第二點；以及一個在導向槽中自由移動的曲柄銷釘。
曲柄軸還可以包括用作彈性支撐的彈性裝置，安裝在水平導向槽中曲柄銷釘的兩側。
為達到上述目的，本發明的再一種優選方式提供一種往復式壓縮機，包括一臺產生旋轉運動的電機；一個曲柄軸，具有固定在曲柄軸中心上並與電機連接的旋轉軸，水平地從內圓伸向外圓並與中心有一定距離的導向槽，安裝在導向槽內用作彈性支撐的彈性裝置，和一個根據旋轉方向在所述導向槽中自由移動的曲柄銷釘；一個通過連杆連接在所述曲柄銷釘上的活塞，與銷釘之間有一定間隔，用來執行直線往復運動；以及一個圓柱體，其內部空間可隨活塞的直線往復運動吸入並壓縮液體。
在往復式壓縮機內，彈性裝置優選安裝在曲柄銷釘的兩側。
在往復式壓縮機內，活塞從最低點向最高點移動時，導向槽中的曲柄銷釘被向外推。
在往復式壓縮機內，活塞從最高點向最低點移動時，導向槽中的曲柄銷釘被向內推。
圖8顯示本發明第三種優選實施例的曲柄軸中活塞的位置。
優選實施例下面將參照附圖詳細描述本發明的優選實施例。
圖3A和3B顯示了本發明第三種優選實施例的曲柄軸的結構。
參照附圖3A和3B，曲柄軸的中心連接在旋轉軸30上，以產生旋轉運動。而且，在曲柄臂40』的一側開有徑嚮導向槽44，和轉動軸30相互分離，以便曲柄銷釘50自由移動。在導向槽44中曲柄銷釘50的兩側，安裝有的彈性裝置43，用來對曲柄銷釘50進行彈性支撐。彈性裝置43優選彈簧。
而且，導向槽44從半徑為R1的內圓上的一點伸向半徑為R2的外圓上的一點水平地形成。亦即，導向槽44沿一條直線向外延伸，從半徑為R1的內圓上的一點伸向半徑為R2的外圓上的一點。
優選情況下，曲柄銷釘50作為能夠在導向槽44中自由移動的構件，在彈性裝置的作用下儘量向外偏離。如圖3B所示，為了達到這個目的，彈性裝置43分成兩部分，其中優選情況下第一彈性裝置43A較第二彈性裝置43B長。更詳細地說，第一彈性裝置43A的長度為從導向槽44與半徑為R1的內圓接觸點到接觸曲柄銷釘50的點的距離。第二彈性裝置43B的長度為從曲柄銷釘50到導向槽44與半徑為R2的外圓接觸點的距離。所以，第一彈性裝置43A較第二彈性裝置43B長，這樣曲柄銷釘50可以向外偏移。
圖4用示意圖顯示了採用本發明第三種優選實施例的曲柄軸的往復式壓縮機的結構。
參照圖4，往復式壓縮機具有連接在曲柄軸55上曲柄銷釘50的連杆60，和連接在連杆60末端的活塞22。活塞22吸入並壓縮液體，同時在圓柱體21內做往復運動。
下面參照附圖5A至5D進行描述往復式壓縮機的操作。首先，當曲柄銷釘50與圓柱體剛好相反放置，亦即，在最高點的位置，曲柄銷釘50在導向槽44中彈性裝置的彈性力作用下將向外移動，旋轉時在離心力的作用下將進一步向外偏移。
這樣，當曲柄軸進一步轉動，導向槽確定的方向與活塞往復運動的方向垂直，進入圓柱體的液體受壓推動曲柄銷釘50。然後，導向槽44向外和向內方向交換，這樣曲柄銷釘50被推嚮導向槽44。更詳細地說，導向槽44向外的方向指向活塞，而導向槽44向內的方向指向活塞相反的方向，這樣曲柄銷釘50在導向槽44中被液體施加在活塞上的壓力向內推。然而，這種推動是通過在導向槽44中支撐曲柄銷釘50的彈性裝置而平緩發生的，所以使得在圓柱體中壓縮和排出液體的過程很均勻。當然，考慮到壓縮效率，需要事先有一個預處理，把圓柱體安裝在曲柄軸的附近，這樣當曲柄銷釘完全推到內部時，活塞可以到達最低點。
當活塞位於最低點時，發生壓縮和排出過程。當活塞經過最低點時，施加在曲柄銷釘50上的壓力減小，這樣曲柄銷釘由於彈性裝置43和離心力的作用，會逐漸被向外推。這種現象發生在接近最高點時，曲柄銷釘被迅速推向外方。這種現象意味著活塞將在圓柱體內迅速向後退，以便在圓柱體內吸入大量的流體。
在這種情況下，最低點表示曲柄銷釘的位置在曲柄軸和圓柱體之間，而最高點表示曲柄銷釘相對曲柄軸位於圓柱體的對面。
下面參照圖6對由於曲柄軸的旋轉而導致的活塞工作進行描述。可以看出，活塞的速度迅速到達中點然後當液體壓縮時在排斥壓力的作用下從最高點突然下降。這種現象將導致排出速率不穩定，引起過度壓縮的損失。
在本發明第三種優選實施例的往復式壓縮機中，壓縮液體時彈性裝置的操作使活塞的速度只發生平緩的變化，這樣液體平穩壓縮，避免了過度壓縮的損失，這與現有技術是不一樣的。
而且，彈性裝置使活塞速度在最高點附近的變化比相關工藝更為迅速，因而提高了流體的吸入量。
下面對比現有技術描述本發明第三種優選實施例的曲柄軸中活塞的位置。
圖7顯示在傳統曲柄軸上的活塞位置，圖8顯示本發明第三種優選實施例的曲柄軸上的活塞位置。
參照圖7，可以看到，當曲柄銷釘50在曲柄軸轉動的帶動下進行旋轉時，活塞22作直線往復運動。在這種情況下，活塞22的位置P根據公式1確定X＝L1cosθY＝L1sinθP=X+L22-Y2]]>…公式1，其中X和Y是曲柄銷釘的坐標，L1是旋轉中心到曲柄銷釘的距離，L2是曲柄銷釘到活塞的距離，P是旋轉中心到活塞的距離。
相反，如圖8所示，本發明第三種優選實施例的曲柄軸上活塞的位置P′由公式2確定P=L1cos+(L22-L12sin2)]]>…公式2，
其中L1是旋轉中心到曲柄銷釘的距離，L2是曲柄銷釘到活塞的距離，P是旋轉中心到活塞的距離。
如圖8所示，L2具有不變的恆定長度，而L1則由於所施加的彈簧力而長度會發生改變。
距離L1按照公式3變化L1＝Y[F銷釘]cos(ωt-) …公式3，其中Y和φ是振幅和相位角，ω是該受阻尼的機構的角速率。
在上述本發明的曲柄軸中，除了傳統活塞運動以外，還有由彈簧引起的微小往復運動會附加在活塞的運動上。
如上所述，本發明第三種優選實施例的曲柄軸上開有從內部指向外部的水平導向槽，以及在導向槽中支撐曲柄銷釘的彈性裝置。因此，能夠獲得平緩光滑地壓縮流體，可以防止過度壓縮造成的損失。在吸入液體時，通過使用彈性裝置引起的附加回退量，使得吸入性能得到提高。
因此，本發明具有曲柄軸高效轉換旋轉運動和往復運動的優點。
權利要求
1.一種用於將旋轉運動轉化為往復運動的曲柄軸，包括一根引起旋轉運動的旋轉軸；以及一個中心連接在旋轉軸上的曲柄臂，其一側具有導向槽，允許曲柄銷釘自由移動。
2.根據權利要求1中所述的曲柄軸，其特徵是導向槽水平布置，從內圓上的第一點伸向外圓上的第二點。
3.根據權利要求2中所述的曲柄軸，還包括配置在所述水平導向槽內在所述曲柄銷釘兩側用作彈性支撐的彈性裝置。
4.一種用於將旋轉運動轉化為往復運動的曲柄軸，包括一根引起旋轉運動的旋轉軸；一個中心連接在旋轉軸上的曲柄臂，其一側上具有導向槽；以及一個在導向槽中自由移動的曲柄銷釘。
5.根據權利要求4中所述的曲柄軸，其特徵是導向槽在內圓半徑和外圓半徑之間，離所述曲柄臂中心有一定距離。
6.一種用於將旋轉運動轉化為往復運動的曲柄軸，包括一根引起旋轉運動的旋轉軸；一個中心連接在旋轉軸上的曲柄臂，其一側上具有導向槽，導向槽水平地從內圓上的第一點伸向外圓上的第二點；以及一個在導向槽中自由移動的曲柄銷釘。
7.根據權利要求6中所述的曲柄軸，還包括配置在所述水平導向槽內在所述曲柄銷釘兩側用作彈性支撐的彈性裝置。
8.一種往復式壓縮機，包括一個產生旋轉運動的電機；一個曲柄軸，具有固定在所述曲柄軸中心上並與所述電機連接的旋轉軸，水平地從內圓伸向外圓並與中心有一定距離的導向槽，在所述導向槽內用作彈性支撐的彈性裝置，和一個根據旋轉方向在所述導向槽中自由移動的曲柄銷釘；一個通過連杆連接在所述曲柄銷釘上的活塞，與銷釘之間有一定間隔，用來執行往復運動；以及一個圓柱體，其內部空間用於隨活塞的直線往復運動吸入並壓縮液體。
9.根據權利要求8中所述的往復式壓縮機，其特徵是曲柄銷釘的兩側都裝有彈性裝置。
10.根據權利要求8中所述的往復式壓縮機，其特徵是當活塞從最低點移到最高點時，所述曲柄銷釘在導向槽中被向外推。
11.根據權利要求8中所述的往復式壓縮機，其特徵是當活塞從最高點移到最低點時，所述曲柄銷釘在導向槽中被向內推。
全文摘要
本發明涉及一種曲柄軸，具有允許曲柄銷釘移動的導向槽，從而可以根據旋轉方向調整活塞的往復距離。曲柄軸包括一根引起旋轉運動的旋轉軸，一個連接到旋轉軸中心的曲柄臂，其一側具有徑向水平配置的導向槽，允許曲柄銷釘自由運動，以及安裝在導向槽中的彈性裝置，能夠提高吸入和壓縮流體的性能。因此，能夠實現平穩柔順的壓縮而避免過度壓縮造成的損失。同時，通過使用彈性裝置而增加了額外回退量，提高了吸入性能。
文檔編號F16C3/26GK1441174SQ0214093
公開日2003年9月10日 申請日期2002年7月10日 優先權日2002年2月28日
發明者李仁遠, 安光協, 李廷鎬, 李寅燮 申請人:Lg電子株式會社