旋轉/線形運動轉換器的製作方法
2023-11-01 11:49:27 2
專利名稱：旋轉/線形運動轉換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及將線性運動轉換的旋轉運動和將旋轉運動轉換為線性運動用的裝置。例如，本發明一般涉及往復機構，更具體地但並非唯一地涉及一種其中可以改變其衝程的機構。
本發明的一種具體用途與發動機(例如內燃機)相聯繫。本文參照該具體用途描述本發明將是方便的，但是可以理解，不能將這認為是對本發明範圍的限制。
本發明的目的是提供一種結構相當簡單而易於維護的可調整衝程的往復機構。
本技術領域的技術人員通過閱讀下述說明可以以其基本和優選的形式容易地清楚本發明的許多優點。
基本上，根據本發明一個方面的一種可調整衝程的往復機構包括一個被安裝用於往復移動的往復部件、一個被安裝用於圍繞主軸線旋轉的旋轉部件、一個工作連接在往復部件上的連接杆和一個包括曲柄臂的曲柄組件，曲柄臂的縱向軸線相對於主軸線傾斜，其至少一部分適合於圍繞主軸線旋轉，該連接杆工作連接在曲柄臂上而其位置沿其長度可沿縱軸線任一方向調整。
在一種優選形式中，該往復部件可以包括一個安置在缸體內的活塞，該連接杆的一端操作地連接在活塞上而其另一端工作連接在曲柄臂上。
但能夠理解，在同一曲柄臂軸承上可以工作連接多於一個的活塞缸體和有關的連接杆組件。例如，該曲柄臂軸承可以有四根沿不同方向從軸承伸出的連接杆，每根連接杆連接在一個活塞/缸體組件的相應活塞上。例如，可以以彼此相隔60度角來安置六個活塞及其相關的連接杆。
最好是，但並非必須是，當往復部件處於頂部停止中心或處於其離曲柄臂最遠位置處時，該曲柄臂的縱向軸線被安置成與往復部件的往復軸線成直角。
為了在衝程的變化範圍內提供一個恆定的壓縮比(如內燃機所需要的)，可以選擇缸體直角軸線對曲柄臂的偏離，這取決於在最小/最大衝程時連接杆對曲柄臂的位置。
如果由於連接杆的最終長度而產生的壓縮比的變化是不可接受的，那麼可以要求一個通過它將連接杆連接到曲柄臂上的補償機構。
該機構可以取套筒式連接杆的形式或形狀，該機構例如可以通過液壓或氣動機構而縮短或伸長。可以設置適合於調整以縮短或伸長曲柄臂縱向軸線和活塞頂部之間距離而同時保持相對壓縮比的機械裝置，如偏心的軸承安裝組件，也可以設置任何其它機械機構或機械/液壓/氣動/電動機構(如使用電磁線圈)的組合。軸承安裝組件的一種形式包括本發明的一個獨立方面而描述如下。
根據本發明另一方面的適用於上述可調整衝程的往復機構的一種軸承安裝組件可以包括一個可連接連接杆的主軸承和一個軸承支持件，後者可以安裝在曲柄臂上和可以在曲柄臂上選擇性地轉動並包括一個偏心件，該軸承被支持在軸承支持件上，使得該支持件可以相對於該軸承旋轉，從而由於偏心件而調整連接杆端部的位置。該組件還包括用於產生軸承支持件的選擇旋轉的控制機構。
該用於產生偏心件旋轉的控制機構可以包括一個導向件和配合的導軌，它們可以這樣操作，使得該導向件沿導軌的移動造成支持件的旋轉。該導軌可以是曲柄臂外周面中的螺旋形槽而該導向件可以包括一個在支持件上向內伸出的凸出部，該凸出部安置在該槽內。產生旋轉用的控制機構還可以包括一個驅動器，該驅動器使該凸出部沿基本上平行於曲柄軸軸線的方向移動，從而使其沿槽中行進。能夠理解，該凸出部可以在曲柄軸上而該槽可以在軸承支持件上。
該驅動器可以是一個工作連接在支持件上的活塞的形式，使得活塞沿任一方向的移動造成凸出部的移動。
該活塞可以是圍繞曲柄臂的圓環形式，該活塞被安置在一個內室中。活塞的任何一側可以設置入口和出口，用於允許工作流體如液壓流體流入和/或流出而作用在活塞上。內室中可以設置彈簧，它們適合於作用在活塞上。這些彈簧可以被配置成作用在支持件上，從而將其鎖定在選定位置中。
曲柄組件可以取各種形式。例如，在一種配置中該組件可以包括一個支承臂，該支承臂可以圍繞主軸線旋轉，該曲柄臂操作地連接在支承臂的一端上，而該支承臂的另一端工作連接在可以圍繞主軸線旋轉的旋轉部件上。該旋轉部件可以是軸的形式。在一種形式中，該軸可以適合於支承一個齒輪、仿形飛輪或滑輪或其它傳動裝置。
在一個實施例中，該支承臂可以包括一個盤狀或板狀部件，安裝用於圍繞主軸線旋轉。在本發明的這種特定形式中，該曲柄臂被固定在盤狀部件上或與其整體形成，使其縱向軸線相對於盤狀主體的主軸線傾斜。在一種優選形式中，曲柄臂的一端連接在盤狀主體上，而其自由端基本上安置在盤狀主體的主軸線區域內。
在另一個實施例中，該支承臂可以是一個相互連接曲柄臂和旋轉部件的杆或板狀杆的形式。
在又一個實施例中，該曲柄臂可以直接連接在旋轉部件上。
在一種優選形式中，該連接杆可以利用一個可調軸承連接在曲柄臂上，該可調軸承可以沿曲柄臂沿其縱向軸線方向線性可調。
該支持件的支承表面不需要是圓柱形的。它可以例如具有至少部分球面的表面。
可以設置使可調軸承沿曲柄臂移動用的調整機構。此種調整機構可以是一種可調整裝置的形式，該裝置被安裝成控制該可調軸承的位置。在另一種配置中，連接件可以是液壓件的形式，該件可以伸長或縮短，以便調整該可調軸承的位置。
曲柄組件的可旋轉部件可以工作連接在一個輸出部件上，該輸出部件可以包括一個安裝在合適的軸承組件由用於轉動的齒輪。
最好是，該機構包括一個至少部分空心的殼體，由此形成一個用於在其中容納活塞的曲柄內室和缸體。最好是，該齒輪安裝在該殼體內。該殼體可以包括一個蓋部件，用於能夠接觸齒輪和曲柄內室。
可以設置任意數目的活塞缸體組件，包括單獨一個活塞缸體。在一個優選形式中，提供兩個活塞缸體組件，每個相對於旋轉部件的主軸線傾斜。最好是，每個活塞工作連接在一個共同的可以線性調整的軸承上，後者轉過來安裝在單獨一個曲柄臂上，或者是直接地，或者是通過軸承支持件。
在另一個實施例中，提供四個活塞/缸體組件，每兩個活塞與一個相應的曲柄臂組合，使得兩個曲柄臂安裝在一個安置於曲柄內室中的飛輪上。每組兩個活塞缸體組件有一個與它們結合的調整機構，用於沿相應的曲柄臂調整軸承或軸承支持件的位置。
在本發明的另一形式中， 幾個曲柄臂可以同軸並互相連接或整體形成，從而形成一個單獨的連續曲柄臂，而各個可以旋轉的部分被連接在其相應的端部上。在本發明的這一形式中，不再設置盤狀主體。在本發明的另一形式中，各曲柄臂由一個代替盤狀主體的聯接臂相互連接。
根據本發明的又一方面，本發明提供一個支持件和軸組件，包括一個軸或曲柄和一個安裝在其上面用於沿其移動的支持件及一個控制機構，該控制機構用於控制支持件沿該軸或曲柄移動並將曲柄固定在相對於該曲柄的選定位置中。
在一種形式中，控制機構包括一對在軸上的凸輪表面，它們並列設置並沿軸的縱向軸線的總方向延伸。
這些凸輪表面最好設置成沿相反方向彼此相對地傾斜，每個與其結合地有一個在支持件上的相應的活塞/缸體組件，而每個活塞有一個工作連接於其上的隨動件，這些隨動件適合於沿各自的凸輪表面行進。這些活塞可以隨送入缸體或從缸體中排出的工作流體而移動，使得這些隨動件沿凸輪表面的行進造成支持件沿軸的移動。
最好凸輪表面為具有傾斜線性凸輪表面的斜坡形式。其次，這些隨動件可以是支承在凸輪表面上的滾柱的形式。
在另一形式中，控制機構可以包括一個在支持件或軸兩者之一上形成的螺旋形槽和一個在支持件或軸兩者之另一上形成的導向件，該導向件適合於沿槽行進。還可以設置一個驅動器，用於將力施加在支持件上，以使該支持件沿軸移動。最好是，該驅動器包括安置在一個內室中的活塞，該活塞的移動受工作流體流入內室或從內室流出的控制。
下面將參照附圖描述優選實施例，附圖中；
圖1是根據本發明一個方面的一種可調整/往復機構的示意側視圖；圖2是圖1中所示裝置的一種變化形式的相似視圖；圖3是根據本發明另一形式的一種可調整/往復機構的示意圖；圖4是圖3中所示裝置的示意圖，但其活塞方向與圖3中所示的活塞方向相反；圖5和6是圖3和4中所示裝置的變化形式的示意圖；圖7是另一個實施例的示意側視圖；圖8是又一個實施例的示意側視圖；圖9是又一個實施例的示意側視圖；圖10是根據本發明另一方面的一種軸承安裝組件的示意側視圖；圖11是另一種形式的軸承安裝組件的示意側視圖；圖11A是圖11中所示組件的部分截面圖；圖12A、12B、12C是根據一種優選實施例的支持件/軸組件的示意圖，其支持件在三個不同的位置中示出；圖13是圖12A、12B和12C中所示軸的示意側視圖；圖13A、13B、13C、13D和13E分別是沿圖13中的線A-A、B-B、C-C、D-D和E-E截取的截面圖；圖14A、14B和14C分別是圖12A、12B和12C中位置所示的支持件/軸組件的示意截面圖；圖15是根據本發明的一種軸承安裝組件的另一實施例的示意截面側視圖。
為了平衡第一級主力，最好有幾對活塞，它們沿剛巧相反的方向操作，由此消除其對機構外部的主力的影響。最好是，沿相反方向操作的活塞的往復軸線是同軸的，由此也避免了任何質量力矩。
參照圖1和圖2，圖中表示一個總的用1指示的可調/往復裝置，該裝置包括兩個往復部件10和10a，每個部件包括一個活塞11和11a，它們安置在缸體12和12a中。缸體12和12a形成殼體30的一部分或連接在殼體30上。殼體30有一個蓋31，提供通向曲柄箱32的入口。將會理解，這兩個筒體可以與殼體分開地形成。
連接杆14和14a工作連接在各自的活塞11和11a上。
曲柄組件20安置在曲柄箱32內並包括支承臂21，曲柄組件具有主軸線XX，支承臂21為盤狀主體23的形式。該曲柄組件還包括一個具有縱軸YY的曲柄臂25，該曲柄臂連接在盤狀主體23的一端，其自由端基本上安置在曲柄組件旋轉部分的主軸線XX區域內。曲柄臂可以成曲線或成這樣的形狀，使其適應返回上死點的活塞預定位置的恆定壓縮比。
連接杆14和14a通過可調整的軸承27工作連接到曲柄臂25上，該可調整的軸承的位置可以沿曲軸臂25移動，而在圖示的形式中，沿縱軸線YY的方向移動。
取可調安裝件41和聯接杆或連杆42形式的調整裝置40控制曲柄臂25上軸承27的位置。如圖2中所示的調整裝置包括一個液壓連杆39，該連杆可以縮短或增長，以改變軸承27的位置。
該機構還包括一個輸出齒輪35，該齒輪利用軸承36和37支承在殼體內，並可以具有轉動軸47。
圖3和圖4表示一種包括四個活塞缸體組件11/12、11a/12a、11b/12b和11c/12c的往復機構。這些活塞缸體組件安置在殼體30內，殼體30中有一個曲柄室32。
每個活塞缸體組件有一個與其聯接的連接杆14、14a、14b和14c。每個連接杆中的兩個通過可調整的軸承27a和27b與各自的曲柄臂25a或25b聯接。這些曲柄臂工作連接在安裝於曲柄室32內的飛輪45中。飛輪不一定必須安裝在曲柄室中。可調整的裝置40包括一個液壓連杆43和聯接機構44。通過軸47從系統輸出。
在圖5和圖6的實施例中，除了調整機構40包括兩個分開的液壓連杆48和49外，該往復機構類似於圖3和圖4中所示的往復機構。
可以理解，另外的活塞/缸體組件可以設置成串聯(也就是軸線對軸線)，或者在另一種配置中飛輪45可以成聯合的飛輪和/或輸出齒輪形式。
圖7類似於圖3至圖6的實施例，但具有不同的曲柄組件構型。如圖7中所示，兩個曲柄臂25a和25b的一端連接在一起，而每個曲柄臂的另一端連接在一個相應的轉動軸47上。
圖8表示兩個結構與圖1和圖2中所示相同的裝置，這兩個裝置串聯配置。在該實施例中，每個裝置的曲柄組件分別包括一個曲柄臂25a和25b與一個可轉動的支承臂21a和21b。曲柄臂25a工作連接在轉動軸47a上而支承臂21b工作連接在轉動軸47b上。這兩個曲柄組件通過聯接軸48相互連接。可以理解，它們可以形成一個單一的軸，而該配置可以由多於兩個此種裝置組成。其次，支承臂21a和21b可以成飛輪形式。
圖9表示另一變化形式，其中每個曲柄組件工作連接在一個飛輪50上，後者安置在一個獨立的室中。每種情況中的曲柄組件分別包括曲柄臂25a和25b與支承臂21a和21b。曲柄臂的支承臂21a安置成與曲柄臂的縱向軸線成直角，但是可以使用其它合適的角度。
在另一個實施例中，飛輪可以成電樞或磁體形式，用於作為飛輪旋轉的結果而產生電力。
飛輪當使用時在其周面上可以有一個由槽和峰構成的外形表面，以便用於關閉和打開缸體頭部中的閥。
另外，可以理解，圖8所示的二乘二串聯缸體的構型也可以成連接在曲柄臂軸承上的單個缸體的形式並形成一個多缸體裝置，後者也可以串聯連接。
參照圖10和圖11，軸承和安裝組件100包括一個工作連接在連接杆114上的軸承127。軸承127安裝在軸承支持件120上，後者供選擇性旋轉地安裝和定位在曲柄臂125上並包裝一個偏心部分121。
控制機構130包括一個螺旋形槽132形式的導軌131，用於接受支持件120內表面上的一個凸出件134形式的導向件133。
設置一個驅動器135，為可以在內室137中移動的活塞136的形式，用於使支持件沿側向移動。在內室中可以設置彈簧139，如圖11中所示。彈簧139推動「頭」部136緊靠支持件130的表面138，以便將支持件鎖定或固定在選定位置中。
參照圖10，活塞136的控制受一種操作流體的引入或流出的影響，這種操作流體例如是從活塞136的一側或另一側流入內室137的液壓流體。
圖11中操作流體以脈衝形式流入內室137或從內室137流出，使活塞136的表面和支持件表面138接合或脫開，由此將支持件鎖定或固定在選定的活塞中，或者另一種方式是使支持件能夠移入新位置，其後可以重新實現鎖定。操作流體可以通過曲柄臂125中的通道進行傳遞。可以理解，在圖10的實施例中可以結合一種彈簧組件和活塞組件的相似形式。
圖12至14中示出可以將支持件定位和固定在曲柄臂或軸上選定位置中的另一種機構。
如圖所示，支持件120被支承在一個軸或曲柄125上，支持件120適合於在圖12A和12C中示出的兩個極端位置之間相對於軸或曲柄125移動。一個總的用150標示的控制機構控制曲柄和支持件彼此相對的運動和定位。
如圖13中最清楚地看到的，軸或曲柄125有兩組斜坡部分151、152、153和154，它們並列地設置而且沿軸或曲柄125的縱向軸線方向延伸。斜坡151和152(第一組)與斜坡153和154(第二組)被設置成沿相反方向傾斜。能夠理解，可以設置單獨一組或多於兩組。
該控制機構包括分別與斜坡之一組合的缸體155、156、157和158，每個缸體適合於將一種工作流體傳送給一個隨動件161、162、163和164。隨動件為工作連接到活塞165、166、167和168上的滾柱形成。通過控制工作流體向缸體或從缸體的傳送或排放，隨動件將沿與它們組合的斜坡行進，由此產生支持件和軸或曲柄之間的相對移動。受缸體的工作流體傳動的隨動件在任何場合都可以從垂直於曲柄臂傾斜到水平平行於曲柄臂。
能夠理解，各種控制機構都可以適用於除了先前敘述的以外的用途，而參照該具體用途並不能看作對本發明該具體方面的範圍的限制。
圖15表示軸承安裝組件的又一實施例。組件200包括一個工作連接在連接杆214上的軸承227。軸承227安裝在軸承支持件220上，後者安裝在曲柄臂或軸225上。
在該實施例中，曲柄臂225和軸承支持件之間的相對轉動是不允許的。做到這一點的辦法是採用如圖15左方所示橢圓形截面的曲柄臂或採用鍵合在圖15右方所示的支持件上的曲柄臂。能夠理解，也可以使用如K軸的其它截面。
將支承件連接到軸承上的控制機構包括一對與凸出部232和233配合的槽230和231。該曲柄臂或軸有一個在其上面形成的盤235，後者安置在形成於支持件220中的內室237中。通過使工作流體選擇性地流入室中或從室內流出，可使支持件沿曲柄臂移動。可以設置鎖定機構(未示出)將支持件固定在選定位置中。該鎖定機構例如可以成安置於盤中的柱塞或活塞的形式，以便沿徑向向著內室表面移動。活塞頭部和內室表面可以成溝槽形或鋸齒形構型，以使這兩部分鎖定在一起。
最後，可以理解，本發明在其任何方面的概念可以被包括在許多不同的結構中，使得上述說明的普遍性不會被附圖的具體性所取代。可以在各種結構和部件配置中包括各種更換、變化和/或增補而不偏離本發明的精神或範圍。
權利要求
1.一種可調整衝程的往復機構，它包括一個被安裝用於往復移動的往復部件、一個被安裝用於圍繞主軸線旋轉的旋轉部件、一個工作連接在往復部件上的連接杆和一個具有曲柄臂的曲柄組件，曲柄臂的縱向軸線相對於主軸線傾斜，其至少一部分適合於圍繞主軸線旋轉，該連接杆工作連接在曲柄臂上而其位置沿其長度可沿縱軸線任一方向調整。
2.一種根據權利要求1所述的機構，其特徵在於，所述往復部件包括一個安置在缸體內的活塞，所述連接杆的一端工作連接在所述活塞上而其另一端工作連接在所述曲柄臂上。
3.一種根據權利要求1或2所述的機構，其特徵在於，當往復部件處於頂部停止中心或處於其離曲柄臂最遠位置處時，所述曲柄臂的縱向軸線被安置成與所述往復部件的往復軸線成直角。
4.一種根據上述權利要求中任何一項所述的機構，其特徵在於，所述曲柄組件包括一個可以圍繞主軸線旋轉的支承臂，該曲柄臂操作地連接在支承臂的一端，而支承臂的另一端操作地連接在轉動部件上，後者可以圍繞主軸線旋轉。
5.一種根據上述權利要求中任何一項所述的機構，其特徵在於，所述支承臂包括一個盤狀或板狀的部件，該部件被安裝用於圍繞主軸線旋轉，所述曲柄臂固定在該盤狀部件上或與後者成一整體，而其縱軸線相對於盤狀主體的主軸線傾斜。
6.一種根據上述權利要求中任何一項所述的機構，其特徵在於，所述連接杆利用一個可以調整的軸承連接到曲柄臂上，該軸承可以沿曲柄臂沿其縱向軸線方向進行線性調節。
7.一種根據上述權利要求中任何一項所述的機構，還包括用於使可調整的軸承沿曲柄臂移動的調整機構，所述調整機構包括一個可以調整的安裝裝置，後者被安裝成控制該可調軸承的位置。
8.一種軸承安裝組件，它適合於與根據權利要求1至7中任何一項所述的可調整衝程的往復機構一起使用，它包括一個可以將連接杆連接於其上的主軸承、一個可以安裝在曲柄臂上而在該曲柄臂上可以選擇性旋轉並包括一偏心部件的軸承支持件，該軸承被支持在該支持件上，使得該支持件可以相對於該軸承和控制機構旋轉，從而由於該偏心部件，連接杆的端部位置可以被調整，該控制機構用於產生軸承支承件的選擇性旋轉。
9.一種根據權利要求8所述的軸承安裝組件，其特徵在於，所述控制機構包括一個導向件和配合的導軌，它們可以這樣操作，使得該導向件沿導軌的移動造成支持件的旋轉。
10.一種根據權利要求9所述的軸承安裝組件，其特徵在於，所述導軌包括在曲柄臂外周面中的螺旋形槽，而該導向件包括在支持件上向內伸出的凸出部和一個驅動器，該凸出部被安置在槽內，而該驅動器使該凸出部沿基本上平行於曲柄軸軸線的方向移動，從而使其沿槽行進。
11.一種根據權利要求10所述的軸承安裝組件，其特徵在於，所述驅動器包括一個工作連接在支持件上的活塞，使得活塞沿任一方向的移動造成凸出部的移動。
12.一種根據權利要求11所述的軸承安裝組件，其特徵在於，所述活塞為圍繞曲柄臂的圓環，該活塞被安置在一個內室中，內室具有允許工作流體流入和/或流出的入口和出口，該工作流體例如為作用在活塞上的液壓流體。
13.一種支持件和軸組件，包括一個軸或曲柄和一個安裝於其上用於沿其移動的支持件及一個控制機構，該控制機構用於控制該支持件沿該軸或曲柄的移動並用於將該曲柄固定在一個相對於曲柄的選定位置中。
14.根據權利要求13所述的組件，其特徵在於，所述控制機構包括一對在軸上的凸輪表面，它們並列設置並沿軸的縱向軸線的總方向延伸，這些凸輪表面被設置成沿相反方向彼此相對地傾斜，每個與其結合地有一個在支持件上的相應的活塞/缸體組件，每個活塞有一個操作地連接於其上的隨動件，這些隨動件適合於沿各自的凸輪表面行進，這些活塞可以隨送入缸體或從缸體中排出的工作流體而移動，使得這些隨動件沿凸輪表面的行進造成支持件沿軸的移動。
15.根據權利要求14所述的組件，其特徵在於，所述凸輪表面為具有傾斜線性凸輪表面的斜坡形式。
16.根據權利要求15所述的組件，其特徵在於，所述隨動件為支承在凸輪表面上的滾柱的形式。
17.根據權利要求13所述的組件，其特徵在於，所述控制機構包括一個在支持件或軸兩者之一上形成的螺旋形槽和一個在支持件或軸兩者之另一上形成的導向件，該導向件適合於沿槽行進。
18.根據權利要求17所述的組件，包括一個用於將力施加在支持件上的驅動器，以使該支持件沿軸移動。
19.根據權利要求18所述的組件，其特徵在於，該驅動器包括安置在一個內室中的活塞，該活塞的移動受工作流體流入內室或從內室流出的控制。
全文摘要
一種可調整衝程的往復機構，包括一個用於往復移動的往復部件(10，10a)、一個用於圍繞主軸線(XX)旋轉的旋轉部件(35)、一個操作地連接在往復部件(10、10a)上的連接杆(14、14a)和一個包括曲柄臂(25)的曲柄組件(20)，曲柄臂的縱向軸線(Y)相對於主軸線(XX)傾斜。曲柄臂(25)的至少一部分適合於圍繞主軸線(XX)旋轉，連接杆(14、14a)操作地連接在曲柄臂(25)上而其位置沿其長度可沿縱軸線(Y)的任一方向調整。同時設置各種與可調衝程往復機構一起使用的軸承安裝組件和能夠控制沿曲柄臂(25)軸線運動的支持件與軸組件。
文檔編號F16H23/08GK1169180SQ95196704
公開日1997年12月31日 申請日期1995年12月1日 優先權日1994年12月9日
發明者保羅·安東尼·裡克特 申請人:裡克特技術有限公司