一種用於曲柄圓滑塊機構的活塞及其內燃機、壓縮機的製作方法

2023-05-25 09:17:16

專利名稱：一種用於曲柄圓滑塊機構的活塞及其內燃機、壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及曲柄圓滑塊機構，具體涉及一種用於曲柄圓滑塊機構的活塞。本發明同時涉及使用上述活塞的內燃機、壓縮機。
背景技術：
傳統發動機的運動機構為曲柄連杆機構。在這種運動機構下，活塞的往復運動需要通過與其連接的連杆傳遞給曲軸，在運動過程中，連杆隨著活塞的運動作來回的擺動，使活塞受到以高階函數變化的周期性側向力。
由於連杆的存在，曲柄連杆機構內燃機存在體積龐大、笨重、平衡性能
差等缺點，為了解決這些問題，中國專利文獻CN85100358B公開了一種"曲柄圓滑塊往復活塞式內燃機"，這種內燃機的特點是取消了連杆，採用開有偏心圓孔的圓滑塊與特殊設計的活塞總成相配合，實現活塞的直線往復運動到旋轉運動的轉化。
請參看圖1、圖2，分別根據中國專利文獻CN85100358B說明書圖4、圖5公開的活塞立體圖繪製。從圖中可以看出，該種內燃機的活塞總成具有冠部1、導向部2兩個部分，所述冠部1與傳統內燃機的活塞頭作用相同，其頂部稱為活塞頂，為燃燒室的一部分；冠部周邊則設置有若干活塞環槽，用於安置氣環、油環，實現對汽缸的密封。圖中，在冠部下部，設置所述導向部2，該導向部2主體部分為薄塊狀，該薄塊的兩個側邊能夠與機體的滑道配合，稱為導向側面；其平面的中心線上則開有內徑和圓滑塊外徑配合的圓孔，該圓孔稱為圓滑塊容置孔3。根據不同的情況，導向部2的寬度可以等於冠部1的寬度，如圖1;也可以大於冠部l的寬度，如圖2。該導向部2又稱為活塞座。
由於該發動機不使用連杆，其結構也與傳統發動機不同。由於沒有連杆，上述活塞沒有設置活塞銷座；由於在該曲柄圓滑塊形式發動機在運動過程中，活塞受到的側向力很小，所以，該活塞也沒有在冠部1的活塞環帶以下部位設置活塞裙部。
由於上述活塞使用在與傳統發動機截然不同的場合，其活塞受力和傳統發動機不同，其承力結構的設計也應當和傳統發動機不同。
5曲柄圓滑塊機構的運動功能， 但是仍然具有明顯的缺點。首先，其活塞分為冠部1和導向部2兩部分，結 構比較複雜，在製作相應的毛胚時，該結構使其難以出模。另外，活塞的冠
部1和導向部2具有不同的功能，在內燃機運轉的過程中，上述兩個部分處
於完全不同的工況，採用現有技術提供的活塞形式，無法同時照顧兩部分不 同工況而對材質提出的不同需求。
與上述情況相似，在曲柄圓滑塊運動機構用於壓縮機或者在其它可能需 要實現直線往復運動到旋轉運動轉化或者旋轉運動到直線往復運動轉化的場 合，上述現有技術提供的活塞結構也存在類似的問題。

發明內容
針對上述缺陷，本發明解決的技術問題在於，提供一種用於曲柄圓滑塊 機構的活塞，該活塞允許根據各部位的不同工況，對各部分材質做出不同的 選擇。本發明同時提供使用上述活塞的內燃機和壓縮機。
本發明提供的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，該活塞具有分別製成的冠部、
活塞座；所述冠部包括活塞頂、活塞環帶，所述活塞座上設置有圓滑塊容置 孔；冠部、活塞座上各自設置相互配合的連接結構；通過上述連接結構，以 適當的連接件連接冠部、活塞座，形成完整的活塞。
優選的，所述冠部有一個或者兩個，相應的，所述活塞座的一頭或者兩 頭具有所述連^t妄結構。
優選的，所述冠部只有一個，該活塞還包括獨立製成的活塞鑲塊，所述 活塞座未安裝冠部的一側設置用於與該活塞鑲塊連接的連接結構，所述活塞 鑲塊上設置與其配合的相應的連接結構，通過上述相互配合的連接結構，使 用連接件將活塞鑲塊固定在活塞座上未安裝冠部的 一端。
優選的，從活塞環帶對稱設置兩個沿軸向向下伸出的條狀的導向側板， 導向側板的外徑略大於所述活塞環帶的外徑，其外徑面能夠與汽缸內壁配合。
優選的，所述導向側板上設置有通孔，作為所述冠部上設置的連接結構 的一部分；所述活塞座的圓滑塊容置孔上設置有用於設置所述連接結構的連 接架，所述連接架的側邊上設置有螺紋孔或者通孔作為連接結構的一部分； 裝配時，所述導向側板內徑面卡在上述連接架的側邊的外側面，導向側板上 的通孔和連接架的側邊上的螺紋孔或者通孔對準，使用螺釘或者鉚釘將兩者連接在一起。
優選的，當所述曲柄圓滑塊機構使用於二衝程發動機時，所述冠部還具 有從活塞環帶開始向下伸出的擋板，該擋板的外徑面與所述導向側板的外徑 面在同一個圓周面上，並在周向上展開設定的角度。
優選的，所述兩個導向側板擋板中的一個被包容在上述擋板中。
優選的，所述擋板的內徑面的周向上設置一個、兩個或者多個周向加強肋。
優選的，所述冠部上i殳置有連4妄兩側的導向側板內壁面和活塞頂內底面 的豎版，該豎版大致通過活塞頂的直徑線。
優選的，所述豎版的底面為橫截面為條狀的平面；相應的，所述活塞座
述豎板的底面與活塞座的上平臺貼合。
優選的，所述冠部上設置的連接結構還包括在所述豎版底面的大致中心
位置開設的凹坑，垂直該凹坑開有貫穿該凹坑的第一連接孔；所述活塞座上 的連接結構還包括在該活塞座的上平臺表面上設置的向上凸起的凸臺，該凸 臺尺寸形狀與所述豎版底面的凹坑相匹配，貫穿該凸臺設置有第二連接孔； 連"t妄冠部和活塞座時，將所述凸臺插入所述凹坑，並^:活塞座上平臺表面和 豎版底面相貼合，此時，所述凹坑上的第一連接孔和所述凸臺上的第二連接 孔正好對準，使用鉚釘或螺釘作為連接件，在該位置將冠部和活塞座連接在 —起。
優選的，所述豎板的左右兩邊開設對稱設置的窗口；所述冠部上設置的 連接結構還包括在所述豎板底面對應各個窗口開設的通向窗口的第一通孔； 所述活塞座上的連接結構還包括在該活塞座的上平臺上對應上述豎板底面的 第一通孔設置的第二通孔；連接冠部和活塞座時，使活塞座上表面和豎版底 面相貼合，此時所述第一通孔和所述第二通孔相對，通過螺釘或者鉚釘作為 連接件，在該位置將冠部和活塞座連接在一起。
優選的，該冠部設置兩個向下伸出的導向側板，該導向側4反的外徑比所 述冠部的活塞環帶外徑稍大，該導向側板的外徑面能夠與汽缸的內徑面配合， 每個導向側板上設置通孔；在活塞頂下部，設置有從中心向外發散的若干加 強肋，上述加強肋連接活塞頂底面以及導向側板或者活塞環帶的內壁，在這些加強肋交接的中心位置，設置有連接到活塞頂底面的承力圓柱；該冠部圓 周的下部開口具有內止口 ，該內止口的止口平面與所述上述加強肋以及^lc力 圓柱的底面共同形成一個平整的底面，稱為冠部^C力面；所述活塞座的圓滑
塊容置孔上設置一個或者上下對稱的兩個連接架，該連接架包括活塞座承力 架以及支撐該活塞座承力架的兩個側邊和一個中心支撐柱，所述活塞座^c力 架包括圓環和在該圓環中心的支撐架，該支撐架包括若干從所述中心支撐柱 上端面向四周發散的加強肋，這些加強肋的分布和上述冠部的活塞頂下部的
加強肋對應；這些加強肋和圓環的上表面形成完整的活塞座承力面，該平面 和所述活塞座冠部承力面相配並垂直於圓滑塊支撐孔端面；所述兩個側邊上 設置螺紋孔或者通孔；組合時，所述冠部承力面和活塞座承力面貼合，所述 導向側板從兩側卡在活塞座的側板外徑面上，在此處通過螺釘或者鉚釘連接， 將冠部和活塞座構成一個整體。
優選的，所述活塞座上只設置了一個活塞座承力架，另一端與該活塞座 承力架對應的位置，設置配重條或者配重塊，該配重條或者配重塊上開設有 安裝鑲塊的連接結構。
本發明同時提供一種內燃機，該內燃機使用上述各個技術方案任一種所 述的活塞。
本發明同時提供一種空壓機，該空壓機使用上述各個技術方案任一項所 述的活塞。
與現有技術相比，本發明提供的用於曲柄圓滑塊機構的活塞被分為冠部、 活塞座等分別製成的部分，通過在冠部和活塞座對應設置的連接結構，可以 使用連接件將冠部與活塞座連接為一體，形成完整的活塞。由於採用上述分 體式結構，為活塞的加工提供了便利。這是由於，採用整體式活塞時，活塞 毛胚的出模較為困難，對於技術水平有限的工廠可能難以整體出模。使用組 合式活塞，則其毛胚無需整體出模，降低了加工難度。上述分體式的活塞還 使根據不同部位的不同工況採用不同的材料和加工方式提供了可能。例如， 冠部可以根據組成燃燒室內壁的工作要求，釆用活塞鋁合金，而活塞座則可 以採用鋼或者高牌號的球墨鑄鐵，以滿足安裝圓滑塊所需要的耐磨性。當然， 並不排除冠部和活塞座均採用 一種材質加工的可能。
在本發明的優選實施方案中，進一步提供了將冠部和活塞座可靠的連接在一起的結構。其中一種方式是，在活塞座上表面設置凸臺以及在冠部底的 承力面上設置凹坑，通過將凸臺插入凹坑以及使用連接件穿過凸臺和凹坑上 貫穿的圓孔，可將活塞座和冠部牢固的連接在一起。這種連接方法使冠部、 活塞座連接可靠、方便，並且能夠可靠傳遞爆發壓力。
本發明的另一個優選實施方式中，公開了一種在冠部的底面具有十字支 撐的圓環面的冠部承力面支撐面，其活塞座設置相應的活塞座承力面，兩個 表面在組裝後貼合，可有效傳力。
本發明的優選實施方式還公開了其它實現冠部和活塞座相連接的方案， 這些方案均能夠滿足不同場合對該活塞的要求。將上述用於內燃機、壓縮機， 即可獲得使用該活塞的內燃機或者壓縮機。


圖1是才艮據中國專利文獻CN85100358B說明書圖4 ^^制的現有^R術活塞 的立體圖2是根據中國專利文獻CN85100358B說明書圖5繪製的現有技術活塞 的另一個立體圖3是本發明第一實施例提供的一種用於二衝程單缸汽油發動機的活塞 的剖一見圖4-1是本發明第一實施例提供的活塞的冠部1的零件正面剖視圖； 圖4-2是本發明第一實施例提供的活塞的冠部1的零件仰視圖； 圖5-1是本發明第一實施例提供的活塞的活塞座2的零件正視圖； 圖5-2是本發明第一實施例提供的活塞的活塞座2的零件右剖視圖； 圖6是活塞鑲塊4的結構圖7是本發明第一實施例的一種變形形式的示意圖； 圖8是本發明第二實施例提供的雙作用活塞的整體圖； 圖9-1是本發明第二實施例提供的雙作用活塞的冠部8的正視圖； 圖9-2是本發明第二實施例提供的雙作用活塞的冠部8的仰視圖； 圖10-1是本發明第二實施例所提供活塞的活塞座10的正視圖； 圖10-2是本發明第二實施例所提供活塞的活塞座10的俯視圖； 圖11-1是本發明第三實施例所提供活塞的活塞座的正視圖； 圖11-2是本發明第三實施例所^提供活塞的活塞座的仰^L圖；圖12是本發明第三實施例所提供活塞的整體圖。
具體實施例方式
請參看圖3,該圖為本發明第一實施例提供的一種用於二衝程單缸汽油發 動機的活塞的剖視圖。該活塞包括冠部l、活塞座2、活塞鑲塊4幾個部分， 三零件均獨立製成，並通過設置在各零件上的相互配合的連接結構，以螺釘 或者鉚釘等連接件固定在一起。以下詳細說明上述各個零件的結構以及材質。
請參看圖4-l、 4-2，其中，圖4-1為本發明第一實施例提供的活塞的冠部 1的零件正面剖視圖；圖4-2為本發明第一實施例提供的活塞的冠部1的零件 仰-見圖。
所述冠部1與傳統發動機的活塞頭部的作用相同，如圖所示，該冠部1 主體為下底面為開口的圓筒形，其頂面為活塞頂1-6,該活塞頂l-6的上表面 構成燃燒室的下底。在本實施例中，根據燃燒室結構的需要，將該活塞頂1-6 上表面設置為中央略為凸起的拱形。在其它應用場合，不妨將該活塞頂1-6 上表面設置為其它形式。
在冠部1緊鄰活塞頂1-6的柱面的外徑面上設置有若干環槽，該設置環槽 的區域稱為活塞環帶1-10,這些環槽用於安置氣環、油環等。上述結構與傳 統發動4幾的活塞相應部位基本相同。
與傳統發動機活塞不同，該活塞的活塞環帶1-10下並未設置圓柱狀的活 塞裙部，但從所述活塞環帶1-10向下，伸出兩個對稱設置的導向側板1-1。 這兩個導向側板1-1為內外徑面都是圓弧的條帶狀體，其外徑面需要與內燃機 機體的汽缸內壁面摩擦配合，其外徑較所述活塞環帶1-10的外徑稍大。在所 述兩個導向側板1-1上，均設置沉頭孔1-9。
上述兩個導向側板l-l中的一個導向側板1-1-1,被一個同樣是向下伸出 的擋板1-5包容，該擋板1-5的外徑面與所述導向側板1-1的外徑面在同一個 圓周面上，並在周向上展開設定的弧度。從圖4-1可以看出，所述導向側板 1-1-1的外徑面與擋板卜5相應位置的外徑面完全重合，但擋板1-5比導向側 板1-1-1薄。在所述擋板1-5內徑面的周向設置有三個周向加強肋1-7以增加 擋板l-5的剛度和強度。所述周向加強肋1-7的數目也可以是一個、兩個或者 若干個。該擋板l-5的作用是為二沖程發動機遮蔽氣口，因此其向下方延伸的 長度以及周向上展開的弧度，都需要根據遮蔽氣口的目的設置。當發動機並非二衝程發動機時，則無需設置該擋板l-5。
為加強該冠部1的剛度和強度，以及為冠部1向活塞座2傳遞爆發壓力 提供承力面，還設置有連接兩側的導向側板1-1內壁面和活塞頂1-6內底面的 豎板1-2，該豎板1-2大致通過活塞頂1-6的直徑線，其兩側面^:用兩個連4妄 到活塞頂l-6底面以及活塞環帶1-10內壁的橫向加強肋1-3進行進一步的加 強。該豎板l-2底面為橫截面為條狀的平面，在該平面大致中心位置，開有凹 坑l-4，垂直該凹坑l-4開有貫穿該凹坑l-4的第一連接孔l-8。上述豎板l-2 和其它側面相接觸的部位可以設計圓角過渡，以降低應力集中。該豎板1-2 不同部位對於增加冠部1的強度和剛度所起的作用的大小不同，其中與其它 部位距離較遠的豎板1-2中間部位起到的作用較小，由於作為往復件的活塞的 重量越輕越好，因此，不妨在豎板l-2上設置一個、兩個或者多個去重孔，以 便在增加冠部1的剛度和強度的同時不過度增加活塞的重量。
請參看圖5-1、圖5-2,其中，圖5-1示出本發明第一實施例提供的活塞 的活塞座2的零件正視圖；圖5-2為本發明第一實施例提供的活塞的活塞座2 的零件右剖視圖。圖中該活塞座2的豎直軸線與活塞運動方向平行。
所述活塞座2為具有一定厚度的框架結構，其基本作用是為圓滑塊提供 圓滑塊容置孔3，承受來自所述冠部1的作用力，與冠部l共同運動。
該活塞座2包括圓滑塊容置孔3、連接架；所述連接架設置在圓滑塊容置 孔3的圓周外，提供該活塞座2與其他零件的連接結構，以及"l妄受來自冠部 推動力的承力面。
本實施例中，所述連接架包括圓滑塊容置孔3上部左右對稱結構的肩部 2-1以及圓滑塊容置孔3下部左右對稱結構的下角2-2。
所述圓滑塊容置孔3用於容置圓滑塊的圓框，其內徑面才艮據安裝圓滑塊 的需求設置，該內徑的尺寸不僅要求能夠容置圓滑塊，而且要安置相應的滾 動或者滑動軸承；該圓滑塊容置孔3的外徑尺寸決定該活塞座2的寬度，其 外徑至少小於內燃機汽缸的內徑，以免工作時產生幹涉。在該圓滑塊容置孔3 其中一個端面上，設置有分度圓與該圓滑塊容置孔3同心的內齒段2-3,該內 齒段2-3分為左右兩部分，對稱設置在該活塞座2豎直軸線的兩側，並且被圓 滑塊容置孔3的水平直徑分為上下對稱的兩個部分。該內齒段2-3的作用是與 曲軸的曲柄銷上的外齒段配合，解決活點問題。為了實現其功能，上述內齒
ii段2-3至少具有三個齒。在未布置內齒段2-3的相對的另一個端面上，設置有 容置孔端面擋4反2-4。
所述肩部2-1為兩個肩部側面2-1-1和連4妻肩部側面2-1-1上頂的上平臺 2-1-2構成的框架，該框架和所述圓滑塊容置孔3框架之間具有一定的間隙。 所述上平臺2-l-2可以設計為距離圓滑塊容置孔3頂部具有一定距離，這時， 在圓滑塊容置孔3頂部到上平臺2-1-2之間需要設置支撐柱，以符合強度和剛 度要求。在本實施例中，該上平臺2-l-2設計為與圓滑塊容置孔3的上頂面相 切，無需設置支撐柱。所述上平臺2-1-2的上表面為該活塞座2的上表面，該 上平臺2-1-2的上表面要求能夠與所述冠部1的豎版1-2的底面相配合，在上 平臺2-1-2的中間位置設置有向上凸起的凸臺2-1-3,該凸臺2-1-3的寬度、厚 度和截面形狀與冠部1的豎板l-2底面的凹坑l-4相匹配；貫穿該凸臺2-1-3, 設置有第二連接孔2-1-4,該第二連接孔2-1-4與所述第一連接孔l-8相匹配。 左右兩個肩部2-1的肩部側面2-1-1的寬度略小於所述圓滑塊容置孔3的寬度， 所述肩部側面2-1-1的外部輪廓形狀和導向側板1-1的內徑面相配合，在每個 肩部側面2-1-1，設置有與冠部1的沉頭孔1-9對應的肩側螺紋孔2-1-5。在肩 部1-13與所述圓滑塊容置孔3之間的空隙位置，可以根據需要設置若干加強 肋(圖未示)。
所述下角2-2包括兩個下部側面2-2-1和連接兩個下部側面的底板2-2-2。 下角2-2與所述圓滑塊容置孔3之間沒有間隙，其底板2-2-2的下表面與所述 圓滑塊容置孔3的下底之間的距離較小。在所述底板2-2-2的中心位置，設置 有底面螺紋孔2-2-3,在下部側面2-2-1則對稱設置有側面螺紋孔2-2-4。
請參看圖6，該圖示出活塞鑲塊4的結構，該活塞鑲塊4為長條的U型， 其底板設置有底面沉孔4-1 ，其兩側面設置有側面沉孔4-2 。
請再次參看圖3，該圖示出上述冠部l、活塞座2、活塞鑲塊4組合在一 起形成的活塞總成。組合時，在冠部1與活塞座2兩者位於正確的配合角度 時，活塞座2的上平臺2-1-2上的凸臺2-1-3恰好能夠進入冠部1的所述豎板 l-2底部的凹坑1-4中，在兩者配合後，並使所述冠部1的豎板1-2的底面與 所述活塞座2的上平臺2-1-2的上表面相貼合，此時，凹坑1-4的第一連接孔 1-8和凸臺2-1-3上的第二連接孔2-1-4正好對準，可以通過鉚釘7或螺栓在 該位置將冠部1和活塞座2連接在一起。在該正確的安裝位置，導向側板l-l與活塞座2的肩部側面2-1-1正好相配，並且，所述導向側板1-1上的的沉頭
孔1-9與活塞座2的肩部側面2-1-1上的肩側螺紋孔2-1-5對準，可以使用螺 釘6將兩者連接在一起，該螺釘6能夠牢靠的固定冠部1和活塞座2之間的 周向位置關係。所述活塞鑲塊4的底板上表面與所述下角2-2的底板2-2-2的 下表面相對，此時，活塞鑲塊4上的所述底面沉孔4-l與所述底板2-2-2底面 螺紋孔2-2-3相對；活塞鑲塊4的兩側面內徑面分別與所述下角2-2的兩個下 部側面2-2-1外徑面相對，並且，活塞鑲塊4兩側面的側面沉孔4-2與所述下 部側面2-2-1的側面螺紋孔相對，通過螺釘可以將活塞鑲塊4牢靠的固定在所 述活塞座2的底部。
上述活塞由於分成幾個部分製作，各個部分可以選擇最合適的胚料開始 加工製作，這樣就可以減少加工中的切削量，降^f氐材^H肖壽毛並減少工時；由 於加工複雜性下降，這種活塞的加工工藝便於制定，並可提高加工精度。另 外，這種活塞還便於對各個部分使用最合適的材料，避免釆用整體式活塞造 成的材料選用不能適應各個部分的不同工況的問題，例如，所述冠部1可以 採用適合作為燃燒室壁的活塞鋁合金製作，所述活塞座2可以採用鋼或者高 牌號的球墨鑄鐵製作，以使其具有較好的耐磨性，避免圓滑塊在其內徑面旋 轉而磨損。並且，經過適當的熱處理之後，活塞座2的圓滑塊容置孔3內壁 可以具有足夠的硬度，可以直接作為軸承的外圈，這樣可以直接在圓滑塊容 置孔3的內壁上布置滾針或者滾柱，解決小功率內燃機或者空壓機中，圓滑 塊容置孔3直徑小，不易選擇軸承的問題。當然，上述各個部分也可以全部 採用相同的材料製成。
所述活塞鑲塊4可以根據需要選擇鋁合金或者其他材料製作，其作用加 強活塞底部的強度以及實現活塞整體的重量平衡。
對於用於二沖程發動機的情況，所述活塞鑲塊4可以起到改變掃氣比的
作用。通過使用不同厚度和面積的鑲塊，以及使用或者不使用鑲塊，可以明 顯改變曲軸箱內空隙的大小，這樣，根據要求選用合適大小的鑲塊，就可以 改變二沖程發動機的掃氣比。
上述活塞用於單缸二沖程發動機，當其用於單缸四衝程發動機時，該活 塞不需要設置所述擋板1-5。當該活塞用於雙缸機或者多缸機時，不需要設置 所述內齒段2-3。另外，在本實施例中，採用凸臺2-1-3與凹坑1-4配合實現冠部1和活塞 座2的連接，實際上，可以採用其它多種形式。例如，在冠部1和活塞座2 的接觸平面之間採用螺釘或者鉚釘連接。以下結合圖7對這種方式進行簡要 說明。
圖7示出一種單作用組合式活塞。該活塞同樣具有冠部1和活塞座2。與 上述是實施例不同，該冠部1和活塞座2的連接採用了另外一種方式。即在 冠部1的豎板1-2上左右開設對稱設置的窗口 1-2-1，該窗口 1-2-1開設的部 位在傳力過程中並不承受很大的應力，在此開設窗口對活塞強度的影響比較 小，同時可以起到減輕活塞重量的作用，對提高發動機的效率有益。在所述 豎板1-2的豎板底面對應上述窗口 1-2-1開設從豎板底面通向窗口 1-2-1的第 一通孔(圖未示)；上述第一通孔對應於各個窗口 1-2-1設置。相應的，在所 述活塞座2上的上平臺2-1-2上對應上述豎板1-2底面的第一通孔設置有第二 通孔2-1-2-1。當連接冠部1和活塞座2時，首先使活塞座上平臺2-1-2上表 面和豎版1-2底面相貼合，此時所述第一通孔和所述第二通孔2-1-2-1相對， 通過螺釘或者鉚釘作為連接件，在該位置即可將冠部1和活塞座2連接在一 起。這種連接方式和上述採用凸臺2-1-3與凹坑1-4配合的方式能夠實現相似 的效果。
上述組合式活塞還可以用於雙作用活塞，所謂雙作用活塞，是才艮據曲柄 圓滑塊發動機的特點，在活塞座2的上下兩端均安裝冠部1,兩個冠部1分別 在兩個汽缸中運動，使一個活塞總成完成傳統曲柄連杆機構兩個活塞的作用。 以下第二實施例為 一 種雙作用活塞的 一 個實施例。
請參看圖8，該圖示出本發明第二實施例提供的雙作用活塞的整體圖。該 活塞使用在空壓機中。
從圖8可以看出，該雙作用活塞包括活塞座10以及連接在該活塞座10 兩頭的冠4p 8。
請參看圖9，該圖示出該雙作用活塞的冠部8的結構，其中，圖9-l是冠 部8的正視圖，圖9-2是冠部8的仰視圖。
所述冠部8上部與普通活塞基本相同，包括活塞頂8-1以及活塞環帶8-2, 該活塞未設置活塞裙部，而是伸出兩個導向側板8-3，該導向側4反8-3與第一 實施例的導向側板的設置方式相同，在每個導向側板8-3上也設置了沉孔
148-3-1。與第一實施例不同，由於該活塞使用在壓縮機中，不存在遮蔽氣口的 需求，因此沒有設置擋板。
從圖9-2可以看出，在該冠部8的活塞頂8-13下部，設置有十字形的加 強肋8_4，其中第一加強肋8-4-1連接兩個導向側板8-3和活塞頂8-1底面， 第二加強肋8-4-2設置為垂直於所述第一加強肋8-4-1,並連接活塞環帶8-2 兩側的內壁和活塞頂8-1的底面，在所述第一加強肋8-4-1和第二加強肋8-4-2 相交的中心位置，設置有連接到活塞頂8-l底面的承力圓柱8-5。該冠部8圓 周的下部開口具有內止口，該內止口的止口平面8-6與所述上述第一加強肋 8-4-1和第二加強肋8-4-2以及承力圓柱8-5的底面共同形成一個承力面。該 承力面為一個平整的底面，稱為冠部承力面8-7。
請參看圖10,該圖示出本發明第二實施例所提供活塞的活塞座10。其中， 圖10-1為該活塞座10的正視圖，圖10-2是該活塞座10的俯視圖。
該活塞座10包括圓滑塊容置孔10-1以及該圓原滑塊容置孔10-1上下部 的對稱i殳置的連4妄架10-2。
所述圓滑塊容置孔10-1與第一實施例中的圓滑塊容置孔功用相同，用於 安置圓滑塊以及相應的軸承或者軸瓦。在此對其結構不再贅述。
所述連接架10-2在上述圓滑塊容置孔10-1的上下對稱設置，這是與該活 塞上下對稱設置有兩個冠部相適應的。所述連接架10-2包括活塞座承力架 10-2-1以及支撐該活塞座承力架10-2-1的兩個側邊10-2-2、 一個中心支撐柱 10-2-3。
所述兩個側邊10-2-2從所述圓滑塊容置孔10-1的靠近圓滑塊容置孔10-1 兩側的對稱位置以垂直於軸線方向伸出，側邊10-2-2為內外徑均為圓弧狀的 條狀物，其上開有螺紋孔或者通孔，為了便於使用連接件連接，該開有螺紋 孔或者通孔的位置上設有相應的凸臺10-2-6,以增加該螺紋孔或者通孔的深 度。所述中心支撐柱10-2-3則在左右側邊10-2-2的中間位置垂直於圓滑塊容 置孔10-1的軸線伸出，該中心支撐柱10-2-3為圓柱狀。所述活塞座^^力架 10-2-1包括圓環10-2-4和在該圓環中心的十字支撐架10-2-5，該十字支撐架 10-2-5包括兩個互相垂直的加強肋。並/人所述中心支撐柱的上端面開始向外 發散，其中一個加強肋連接所述兩個側邊10-2-2,所述圓環10-2-4、十字支撐 架10-2-5和中心支撐柱10-2-3的上表面形成完整的活塞座承力面10-2-7,該平面和所述冠部^c力面8-7相配。該活塞座壽義力面10-2-7所在平面垂直於所 述圓滑塊容置孔10-1端面所在平面，該活塞座承力架10-2-1的厚度則與所述 冠部8下部的內止口高度基本相同。上述側邊10-2-2和中心支撐柱10-2-3共 同支撐所述活塞座承力架10-2-1。
根據需要，尤其是對活塞整體進行有限元分析的結果，可以採用具有其 它平面形狀的活塞座承力面10-2-7，以便能夠實現有效的動力傳遞以及儘量 減少活塞質量。例如，所述十字支撐架10-2-5完全可以採用米字形或者其它 從中心向外發散的形式，以實現更好的動力傳遞效果。
組裝時，將所述冠部8的冠部承力面8-7和所述活塞座10的活塞座承力 面10-2-7相互貼合，其中，所述冠部承力面8-7的止口平面8-6與所述圓環 10-2-4的上表面相對，所述第一加強肋8-1-1和第二加強肋8-1-2以及承力圓 柱8-5的底面與所述十字支撐架10-2-5和中心支撐柱10-2-3的上表面相對。 由於該活塞座承力架10-2-1的厚度與所述冠部8下部的內止口高度基本相同， 使該活塞座支撐架10-2-1的下底面和所述冠部下部的環面基本平齊。此時， 所述導向側板8-3從連接架10-2的兩個側邊10-2-2外側與其貼合，並且其沉 孔8-3-1與側邊10-2-2上的螺紋孔或者通孔相對，這樣，可以使用螺釘或者鉚 釘將兩部分連接在一起。圖7示出兩者使用螺釘9連接在一起。該活塞座IO 兩端都可以安裝上冠部8,這樣就組成了一個具有兩個冠部8的完整的活塞， 可以應用於單缸雙作用空壓衝幾，或者和其它活塞一起用於多缸才幾。
由於承力面比較大，該活塞能夠較好的向冠部8傳遞往復運動的動力。 由於壓縮機所需要傳遞的力量比較小，該活塞沒有採用第一實施例中的凹坑 和凸塊連接活塞的兩個部分，僅僅使用導向側板與側邊上的螺紋孔進行連接 機即可達到要求。
上述組合式活塞由於分為幾個部分，便於加工和根據不同的工況選擇不 同的材料。
本發明第三實施例提供一種可以與上述第二實施例的雙作用活塞配合使 用形成三缸活塞的組合式活塞，該組合時活塞的特點是，在活塞座的一頭安 裝有冠部，活塞座的另一頭具有和該活塞座一體製成的配重塊，該配重塊和 鑲塊的重量和活塞座另一頭安裝的活塞冠部相同，這樣，可以使該活塞的兩 頭處於平衡狀態，這種活塞和上述第二實施例提供的活塞配合，用於形成三 缸壓縮機，以滿足三缸壓縮機慣性力完全平衡的要求。
16請參看圖11,該圖示出本發明第三實施例提供的活塞的活塞座11的結構。 其中，圖11-1是該活塞座的正視圖，圖11-2是該活塞座11的仰視圖。
從圖ll可以看出，該活塞座一端設置了活塞座承力架11-1,另一端沒有 設置活塞座承力架11-1，而是在和另一端的活塞座承力架對應的位置設置了
配重條11-2,該配重條11-2為一個條狀的重塊，由活塞座連接架11-3的兩個 側邊11-3-1和中心支撐柱11-3-2支撐，與圓滑塊容置孔11-4連接。該配重條 11-2的中心設置有用於固定活塞鑲塊12的螺紋孔。所述活塞座連接架11-3 的兩個側邊同樣為內外徑均為圓弧狀的條狀物，其上開有螺紋孔或者通孔， 為了便於使用連接件連接，該開有螺紋孔或者通孔的位置上設有相應的凸臺 11-3-3,以增加該螺紋孔或者通孔的深度。
請參看圖12,該圖示出本發明第三實施例的活塞整體圖。從該圖可以看 出，該活塞的活塞座上設置有配重條11-2的一端安置有活塞鑲塊12,該活塞 鑲塊12為U型，其中部和兩側邊均具有沉孔，安裝時，該活塞鑲塊12中部 與所述配重條11-2底面相對，其兩側邊卡在所述活塞座連接架11-3的兩個側 邊的外徑面上。此時，其中部的沉孔與所述配重條11-2中心的螺紋孔相對， 其兩側邊的沉孔或者通孔與所述活塞座連接架11-3兩個側邊上的螺紋孔相 對，使用螺釘或者鉚釘，就可以將活塞鑲塊12固定在活塞座上。上述活塞鑲 塊12和配重條ll-2的重量之和，相當於活塞座另一頭安裝的冠部的重量，這 樣，就使活塞兩頭完全平衡。該活塞可以與上述第二實施例提供的活塞配合， 形成慣性力完全平衡的三缸空壓機。由於採用分體式結構，該實施例同樣便 於根據活塞不同部位的不同工況，分別使用不同的材料，並且其毛胚的獲得 更加容易。
顯而易見，在上述實施例的啟發下，可以設計出不同形式的包括冠部和 活塞座的組合式活塞，例如，可選擇不同形式的冠部和活塞座的結合方式， 以適應不同的內燃機或者壓縮機對於活塞的要求。可選擇不同的冠部3義力面 和活塞座承力面，以滿足不同的傳力要求。
將上述活塞用於內燃機或者壓縮機，可獲得使用上述活塞的內燃^L或者 壓縮衝幾的實施例。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普 通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤 飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於，該活塞具有分別製成的冠部、活塞座；所述冠部包括活塞頂、活塞環帶，所述活塞座上設置有圓滑塊容置孔；冠部、活塞座上各自設置相互配合的連接結構；通過上述連接結構，以適當的連接件連接冠部、活塞座，形成完整的活塞。
2、 根據權利要求1所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於，所 述冠部有一個或者兩個，相應的，所述活塞座的一頭或者兩頭具有所述連接 結構。
3、 根據權利要求1所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於，所 述冠部只有一個，該活塞還包括獨立製成的活塞鑲塊，所述活塞座未安裝冠 部的一側設置用於與該活塞鑲塊連接的連接結構，所述活塞鑲塊上設置與其 配合的相應的連接結構，通過上述相互配合的連接結構，使用連接件將活塞 鑲塊固定在活塞座上未安裝冠部的 一端。
4、 根據權利要求l-3任意一項所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特 徵在於，從活塞環帶對稱設置兩個沿軸向向下伸出的條狀的導向側板，導向 側板的外徑略大於所述活塞環帶的外徑，其外徑面能夠與汽缸內壁配合。
5、 根據權利要求4所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於，所 述導向側板上設置有通孔，作為所述冠部上設置的連接結構的一部分；所述 活塞座的圓滑塊容置孔上設置有用於設置所述連接結構的連接架，所述連接 架的側邊上設置有螺紋孔或者通孔作為連接結構的一部分；裝配時，所述導 向側4反內徑面卡在上述連4妄架的側邊的外側面，導向側才反上的通孔和連4妻架 的側邊上的螺紋孔或者通孔對準，使用螺釘或者鉚釘將兩者連接在一起。
6、 根據權利要求4所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於，當 所述曲柄圓滑塊機構使用於二沖程發動機時，所述冠部還具有從活塞環帶開 始向下伸出的擋板，該擋板的外徑面與所述導向側板的外徑面在同一個圓周 面上，並在周向上展開i殳定的角度。
7、 根據權利要求6所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於，所 述兩個導向側板擋板中的一個被包容在上述擋板中。
8、 根據權利要求6所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於，所 述擋板的內徑面的周向上設置一個、兩個或者多個周向加強肋。
9、 根據權利要求4所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於，所 述冠部上設置有連接兩側的導向側板內壁面和活塞頂內底面的豎版，該豎版 大致通過活塞頂的直徑線。
10、 根據權利要求9所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於， 所述豎版的底面為橫截面為條狀的平面；相應的，所述活塞座的上表面為具 有與該豎版底面相配合的上表面的上平臺；組合後的活塞，所述豎板的底面 與活塞座的上平臺貼合。
11、 根據權利要求IO所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於， 所述冠部上設置的連接結構還包括在所述豎版底面的大致中心位置開設的凹 坑，垂直該凹坑開有貫穿該凹坑的第一連接孔；所述活塞座上的連接結構還 包括在該活塞座的上平臺表面上設置的向上凸起的凸臺，該凸臺尺寸形狀與 所述豎版底面的凹坑相匹配，貫穿該凸臺設置有第二連接孔；連接冠部和活 塞座時，將所述凸臺插入所述凹坑，並使活塞座上平臺表面和豎版底面相貼 合，此時，所述凹坑上的第一連接孔和所述凸臺上的第二連接孔正好對準， 使用鉚釘或螺釘作為連接件，在該位置將冠部和活塞座連接在一起。
12、 根據權利要求IO所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於， 所述豎板的左右兩邊開設對稱設置的窗口 ；所述冠部上設置的連接結構還包 括在所述豎板底面對應各個窗口開設的通向窗口的第一通孔；所述活塞座上 的連接結構還包括在該活塞座的上平臺上對應上述豎板底面的第一通孔設置 的第二通孔；連接冠部和活塞座時，使活塞座上表面和豎版底面相貼合，此 時所述第一通孔和所述第二通孔相對，通過螺釘或者鉚釘作為連接件，在該 位置將冠部和活塞座連接在一起。
13、 根據權利要求1所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於， 該冠部設置兩個向下伸出的導向側板，該導向側板的外徑比所述冠部的活塞 環帶外徑稍大，該導向側板的外徑面能夠與汽缸的內徑面配合，每個導向側 板上設置通孔；在活塞頂下部，設置有從中心向外發散的若干加強肋，上述 加強肋連接活塞頂底面以及導向側板或者活塞環帶的內壁，在這些加強肋交 接的中心位置，設置有連接到活塞頂底面的承力圓柱；該冠部圓周的下部開 口具有內止口 ，該內止口的止口平面與所述上述加強肋以及承力圓柱的底面 共同形成一個平整的底面，稱為冠部^^力面；所述活塞座的圓滑塊容置孔上設置一個或者上下對稱的兩個連接架，該連接架包括活塞座承力架以及支撐 該活塞座承力架的兩個側邊和一個中心支撐柱，所述活塞座承力架包括圓環 和在該圓環中心的支撐架，該支撐架包括若干從所述中心支撐柱上端面向四周發散的加強肋，這些加強肋的分布和上述冠部的活塞頂下部的加強肋對應； 這些加強肋和圓環的上表面形成完整的活塞座承力面，該平面和所述活塞座 冠部承力面相配並垂直於圓滑塊支撐孔端面；所述兩個側邊上設置螺紋孔或 者通孔；組合時，所述冠部承力面和活塞座承力面貼合，所述導向側板從兩 側卡在活塞座的側板外徑面上，在此處通過螺釘或者鉚釘連接，將冠部和活 塞座構成一個整體。
14、 根據權利要求13所述的用於曲柄圓滑塊機構的活塞，其特徵在於， 所述活塞座上只設置了一個活塞座承力架，另一端與該活塞座承力架對應的 位置，設置配重條或者配重塊，該配重條或者配重塊上開設有安裝鑲塊的連 接結構。
15、 一種內燃機，其特徵在於，使用上述權項1-權項14任一項所述的活塞。
16、 一種空壓機，其特徵在於，使用上述權項1-權項14任一項所述的活塞。
全文摘要
本發明公開一種用於曲柄圓滑塊機構的活塞，該活塞具有分別製成的冠部、活塞座；所述冠部包括活塞頂、活塞環帶，所述活塞座上設置有圓滑塊容置孔；冠部、活塞座上各自設置相互配合的連接結構；通過上述連接結構，以適當的連接件連接冠部、活塞座，形成完整的活塞。本發明提供的活塞能夠更易於製造，並且可以使活塞的不同部位可以根據其不同的工況需求而採用不同的材料。
文檔編號F16J1/00GK101655153SQ200910087188
公開日2010年2月24日 申請日期2009年6月10日 優先權日2009年6月10日
發明者明 黎, 黎正中 申請人:北京中清能發動機技術有限公司