低副型差动控制旋转活塞式机械的制作方法

专利名称：低副型差动控制旋转活塞式机械的制作方法技术领域：本发明涉及一种旋转活塞式机械，特别是一种低付型差动控制旋转活塞式机械。它可适用于发动机或压缩机。在本发明提出之前，旋转活塞式发动机种类很多，较成熟的只有WanKeL的三角活塞旋转式发动机。但是，由于该机是以双弧外旋轮线为缸体，以三弧内包络线为活塞，其传动机构是高付联接形式。因此，这对于该机的油滑、耐磨性和密封都相当不利，使该机的制造工艺复杂，成本过高;另外，由于该发动机的缸体型线和活塞轮廓线之间的基本关系，要形成足够大的压缩比来满足某些燃油的压燃条件，相当困难。从而限制了该机的使用范围。本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑，工作平稳，可用于发动机或压缩机的低付型差动控制旋转活塞式机械的基本结构，它的容积压缩比能满足各种燃油的压燃条件。针对上述发明目的，本发明是这样实现的采用一个主轴18和一个与主轴18中心线同轴的圆形气缸10，在气缸10的两端装有与主轴同心的左转盘9和右转盘1。左转盘9、右转盘1与气缸10内壁构成一环形密封腔，在该密封腔内装有4个活塞，其中，每个活塞上装有一个活塞销23，相间隔的两个活塞(即活塞A和活塞B或活塞C和活塞D)的活塞销23插入左转盘9或右转盘1中的两个销孔中，也就是说左转盘9中的两个活塞与右转盘1中的两个活塞在密封腔内是交错排列的，它们之间可相对转动，但每个转盘中的两个活塞之间的位置是固定的，它们与各自的转盘同步转动。在气缸10的两侧各装有二个与气缸10中心线偏心的控制环。每个控制环上装有一个销轴27。控制环与活塞之间用连杆铰接相联，每个控制环同一个活塞相联。在控制环12和控制环15外侧的主轴18上各装有一个与主轴固联的控制盘5和控制盘17，每个控制盘中装有两个销轴29，这两个销轴29与控制盘中心对称，控制盘5中的两个销轴29与控制盘17中的两个销轴29之间交错90°。每个控制盘与它相邻的两控制环之间用连杆铰接相联。以上就构成了本发明的基本结构。为了清楚地说明本发明的工作原理，我们将本发明的基本结构(见图1)简化为图2所示的机构简图，对图2的机构运动情况进行分析。在图2中，件号1、9代表右转盘和左转盘，A、B代表右转盘上的活塞A和活塞B，C、D代表左转盘上的活塞C和活塞D，件号2、4、6、8、11、13、14、16代表连杆，件号3、7、12、15代表控制环，件号10代表气缸，件号5、17代表右控制盘和左控制盘，件号18代表主轴。00表示主轴中心线，0，0，'表示控制环中心线。从图中可以看出本机构共由16个构件组成4付双曲柄机件，(件号5、17、18可看作一个构件，件号11、12、13、14、15、16为虚约束条件数)，其中，活动件数n＝9，低付数Pc＝13，高付数PH＝0，根据K＝3n-2Pc-PH公式，求得本机构的自由度K＝3×9-2×3-0＝1。因此，本机构只要有一个起始原动件，就能有两个确定的输出运动。如果以件1为起始构件输入运动，就有从动件18和从动件9两个确定的输出运动。如果以件18为起始构件输入运动，就有从动件1和从动件9两个确定的输出运动。本机构能形成一种有周期性的运动规律，现结合传动角度分析图加以分析。图3是图2中件号1、2、3和10组成的四连杆机构。角度分析图。从图中看出，当件1顺时针旋转135°时，件3被带动顺时针旋转55°。图4是图2中件号3、4、5和10组成的四连杆机构角度分析图。当件3在件1的带动下顺时针旋转55°时，件5被带动顺时针旋转90°。也就是说，件1顺时针旋转135°时，件5(即主轴18)被带动顺时针旋转90°。形成135°∶90°的位置变化。图5是图2中件号17、6、7和10组成的四连杆机构角度分析图。当件17(即主轴18)在件1的带动下顺时针旋转90 时，件7被带动顺时针旋转107°。图6是图2中件号7、8、9和10组成的四连杆机构角度分析图。当件7在件17的带动下顺时针旋转107°时，件9被带动顺时针旋转45°。也就是说件17在件1的带动下顺时针旋转90°时，件9同时也被件17带动旋转45°，形成90°∶45°的位置变化。这样，当件1沿顺时针旋转135°时，主轴18随之沿顺时针方向旋转90°，件9也沿顺时针方向旋转45°。同上分析，当件1继续沿顺时针方向旋转45°时，则主轴18被带动沿顺时针方向继续旋转90°，件9同时也被主轴18带动沿顺时针方向旋转135°，这样，件1，件9和主轴18又回到了初始运动状态，形成了一个速度周期性的变化。综上所述，当件1旋转一圈时，件9随之产生慢-快，慢-快两个速度周期性的变化。也就是说，在一个周期内，件1同件9之间的夹角发生了从45°-135°，又从135°-45°的变化，这就是本发明的运动规律。当本发明作发动机使用时，主轴18旋转一周，气缸10内完成四次四冲程工作循环。图7表示发动机吸气行程状态图，此时，左转盘9与右转盘1相交45°。图8表示发动机的压缩行程状态图，此时，左转盘9与右转盘1相交135°。图9表示发动机的燃烧行程状态图，此时，左转盘9与右转盘1相交45°。图10表示发动机的排气行程状态图，此时，左转盘9与右转盘1相交45°。在图7至图10中表示的是活塞D和活塞B的四冲程工作循环，活塞D和活塞B进行四冲程一个工作循环的同时，活塞A和活塞C也进行了四冲程一个工作循环。发动机工作时，气缸10内的可燃混合气体在燃烧行程时燃烧产生的气体压力作用在活塞上，由于此时有自锁现象存在，因此，它只能推动活塞沿顺时针方向旋转。作用在活塞上的动力矩通过连杆、控制环和控制盘传递给主轴，使主轴旋转，并对外输出功率。当本发明作压缩机使用时，电动机带动主轴旋转，活塞在主轴的带动下产生上述运动，完成压缩机的吸气和压缩行程，其动力矩的传递路线与发动机相反。本发明与现有三角转子发动机相比，它结构紧凑，传动机构简单可靠。由于它采用的一些钢性构件都是用平面低付联接而成，而低付联接的接触面上的压强较低，又便于润滑，密封，因此，本发明的各部件摩损较轻，寿命长，密封条件好，便于加工、制造，从而降低了成本;本发明的气缸在一圆周上产生两个定点压缩区，它能在一定点点火”大大简化了发动机的结构;本发明中气缸的容积压缩比，可以通过调节活塞的厚度来调整，完全能满足各种燃油的压燃条件，油耗很低;本发明的各活动构件基本上是对称布置的，不平衡质量比三角转子发动机更小，因此，在高速运转中，它的工作平稳性、振动性相对来说也更小。以下结合附图详细说明本发明。图1是本发明作发动机使用的结构11是左转盘9的结构12是右转盘1的结构13是控制盘5的结构14是控制环的结构15是活塞的结构16是图15A-A剖视图本发明作发动机时，其结构见图1。它有一个圆形气缸10和一个位于气缸10轴线位置的主轴18，在气缸10的两端各装有一个左转盘9和右转盘1，它们与气缸10之间装有密封环19，它们与主轴18之间用轴承20相联，左转盘9与右转盘1之间有轴承21和密封圈22，这样，左转盘9和右转盘1与气缸10之间构成一环形密封腔，且左转盘9、右转盘1和主轴18可产生相对运动。在该环形密封腔内装有活塞A、活塞B、活塞C和活塞D四个活塞，每个活塞上装有一个活塞销23，活塞A和活塞B上的活塞销23，插入右转盘1中的两个销孔中，活塞C和活塞D上的活塞销23插入左转盘9中的两个销孔中，左转盘9中的两个销孔与左转盘中心对称，见图11，右转盘1中的两个销孔与右转盘中心对称，见图12，在左转盘和右转盘中还有油槽。在气缸10的左右两侧各有2个控制环安装在与主转偏心的位置上，控制环7和控制环12位于气缸10的左边，控制环3和控制环15位于气缸的右边，每个控制环的圆周上开有一个销孔，见图14，控制环7和控制环12装在一个控制环座24上，它们之间装有滚柱25，控制环3和控制环15上装在另一个控制环座24上，它们之间也装有滚柱25，控制环座24固定在机座26上。在每个控制环的销孔中装有一根销轴27，控制环7中的销轴27与活塞C上的活塞销23之间用连杆8铰接，控制环12中的销轴27与活塞D上的活塞销23之间用连杆13铰接，控制环3中的销轴27与活塞A上的活塞销23之间用连杆2铰接，控制环15中的销轴27与活塞B上的活塞销23之间用连杆14铰接，在控制环12和控制环15外侧的主轴18两头，各装有一个控制盘5和控制盘17，它们与主轴18之间用销子28固联，在每个控制盘件，与其中心对称的圆周上开有两个销孔，见图14，位于主轴18两头的控制盘17和控制盘5之间，以各自的销孔为基准，沿圆周方向交错90°固定在主轴18上，在控制盘5和控制盘17中的每个销孔中装有销轴29，左边的控制盘17中的两个销轴29与控制环12和控制环7中的销轴27用连杆11和连杆6铰接，右边的控制盘5中的两个销轴29与控制环3和控制环15中的销轴27用连杆4和连杆16铰接，控制盘与机架26之间用轴承30相联，其间还有密封装置。活塞的结构见图15和图16，活塞顶部有一导向角α，α 0活塞中与其它部件接触并产生相对运动的三个面上开有槽，槽内装有密封片31和密封片32。在气缸10中的环形密封腔内有上、下两个压缩区，见图7至图9，在上压缩区内(即相邻两活塞相交45°范围)的中间位置的气缸10上装有一个火花塞33，在下压缩区内(即另两个活塞相交45°范围)的两边界位置的气缸10上开有进气口34和排气口35，进气口34与排气口35中心线相交45°。本发明作压缩机时，只需将排气口35开在上、下压缩区中间的气缸10上，进气口34开在上下压缩区边缘的气缸10上即可，此时，位于上下压缩区边缘的两进气口对称，位于上下压缩区中间的两排气口对称，四个活塞顶部的导向角α＝0。权利要求1.一种用于发动机或压缩机的低付型差动控制旋转活塞式机械，它有一根主轴18和一个与主轴18同轴的圆形气缸10，其特征在于①在气缸10的两端装有左转盘9和右转盘1，它们与气缸10的内壁组成一环形密封腔；②在上述环形密封腔内装有4个活塞，其中，每个活塞上装有一个活塞销23，相间隔的两个活塞的活塞销23插入左转盘9或右转盘1中的两个销孔中；③在气缸10的两侧，各装有二个与气缸10中心线偏心的控制环，每个控制环上装有一个销轴27，控制环与活塞之间用连杆铰接相联，每个控制环只同一个活塞相联；④在控制环12和控制环15外侧的主轴18上，各装有一个与主轴固联的控制盘5和控制盘17，每个控制盘与它相邻的两控制环之间用连杆铰接相联。2.按照权利要求1所述的低付型差动控制旋转活塞式机械。其特征在于与每个控制盘的中心对称的圆周上装有两个销轴29，控制盘5中的两个销轴29与控制盘17中的两个销轴29之间沿圆周方向交错90°。3.按照权利要求1或2所述的低付型差动控制旋转活塞式机械。其特征在于在上压缩区相邻两活塞相交45°范围)内的中间位置的气缸10上装有一个火花塞33，在下压缩区(另两个相邻活塞相交45°范围)内的两边界位置的气缸10上开有进气口34和排气口35，进气口和排气口中心线相交45°，在每个活塞顶部有一不等于零的导向角α构成发动机。4.按照权利要求1或2所述的低付型差动控制旋转活塞式机械。其特征在于在上、下压缩区中间的气缸10上开有排气口35，在上下压缩区边界位置的气缸10上开有进气口34，此时，每个活塞顶部的导向角α＝0，构成压缩机。全文摘要本发明是一种适用于发动机或压缩机的低副型差动控制旋转活塞式机械。它主要由主轴18和与主轴18同轴的圆形气缸10组成，在气缸两端装有两个转盘，它们与气缸构成一环形密封腔，在该密封腔内装有四个活塞，活塞通过连杆、控制环等同固定在主轴上的控制盘联接。本发明结构紧凑，工作平稳，气缸容积压缩比可以调节，完全能满足各种燃油的压燃条件。本发明密封条件好，便于制造加工。文档编号F04C18/07GK1056730SQ9010825公开日1991年12月4日 申请日期1990年10月7日 优先权日1990年10月7日发明者刘笙 申请人:刘笙