專利名稱：運動轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運動轉(zhuǎn)換裝置，特別是一種把一個交替的直線運動轉(zhuǎn)換為連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動或相反運動轉(zhuǎn)換的機械裝置。所述裝置特別用于、但不單用于實現(xiàn)熱力發(fā)動機，用于把至少一個可在一個氣缸內(nèi)軸向移動的活塞的交替直線運動轉(zhuǎn)換成一個輸出軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動，并代替?zhèn)鹘y(tǒng)的曲軸。
因此，當(dāng)滑塊沿它的長軸進(jìn)行交替的直線運動時，輪子的有齒部分交替與其中一個齒條(對滑塊的一個移動方向)和另一個齒條(對同一滑塊的相反移動方向)嚙合。另外還設(shè)有一些當(dāng)輪子的齒不再與滑塊的一個或另一個齒條嚙合，即在所述滑塊的兩個行程終點位置時，使滑塊的移動與一個旋轉(zhuǎn)軸連接的裝置。
因此，滑塊的交替直線移動保證軸的方向不變的連續(xù)轉(zhuǎn)動，帶有有齒部分的輪子固定在所述軸上，并且也很容易設(shè)想相反方向的轉(zhuǎn)換，即把軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成滑塊的交替直線運動。因此，把這個滑塊與一個活塞或最好兩個互相排列成直線的相反活塞連接就可以實現(xiàn)一種熱發(fā)動機，特別是一種設(shè)計特別簡單、經(jīng)濟(jì)的爆發(fā)式發(fā)動機，在這種發(fā)動機中，運動零件的數(shù)量大大減少(與傳統(tǒng)的發(fā)動機相比)。
特別是在這種熱發(fā)動機中，活塞或每個活塞可以直接與滑塊連接，不需要鉸鏈連接的連桿，并且傳統(tǒng)發(fā)動機的曲軸被取消，被一個簡單的直線運動輸出軸取代。
另外，鉸鏈連接的傳動桿被一些簡單的桿所取代，這些桿使每個活塞沿所述活塞和滑塊的軸與滑塊連接，并且始終作用在所述軸的方向，活塞的磨損大大減少，并且完全防止缸體鏜孔被磨成橢圓形的危險。
最后，在這種發(fā)動機中，潤滑被簡化，潤滑油處于中心，不再需要更換。
但是，在上述法國專利№ 2,093,119或其他類似文獻(xiàn)如法國專利申請№ 2,451,518描述的實施例中，滑塊的兩個齒條是直線的，并且與所述滑塊的軸平行。因此，滑塊在它的交替直線運動的一個或另一個方向的移動速度總是(以一個恒定的比例)與輸出軸的轉(zhuǎn)動速度成正比。特別是，滑塊移動速度與軸的轉(zhuǎn)動速度之間的比在滑塊行程終點的位置，因此也是與這個滑塊的移動連接的活塞的行程終點位置沒有改變。因此導(dǎo)致發(fā)動機斷斷續(xù)續(xù)地運行，并且在運動的轉(zhuǎn)換中沒有考慮熱發(fā)動機所特有的爆發(fā)和壓縮這樣的現(xiàn)象。因此，發(fā)動機的運行沒有被優(yōu)化，使這種發(fā)動機還缺少動力和靈活性，這就是為什么盡管這種發(fā)動機具有不可否認(rèn)的優(yōu)點，但到現(xiàn)在都沒有得到實際應(yīng)用。
通過文件WO 96/16282(特別是圖4)還了解到一種用于活塞發(fā)動機的運動轉(zhuǎn)換裝置，這種裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，帶有擺動的杠桿和傳動桿，并且還包括與齒輪和旋轉(zhuǎn)凸輪配合的彎曲齒條，這些齒條本身擺動安裝。這種裝置太復(fù)雜，遠(yuǎn)離與本發(fā)明有關(guān)的運動轉(zhuǎn)換原理，并且它的設(shè)計為單獨零件的擺動齒條與在滑塊開口中形成的齒條或齒沒有任何共同之處。
因此，本發(fā)明的主要目的是一種上述類型的把交替的直線運動轉(zhuǎn)換成連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動的裝置，其中滑塊的兩個齒形或齒條與滑塊的長軸相比有一個彎曲度和/或傾斜度，使每個齒條到這個軸的距離在的齒條的長度上變化，與此相對應(yīng)的是，輪子有齒部分的齒在它的圓周長度上距轉(zhuǎn)軸的幾何軸的徑向距離也是變化的，使滑塊移動速度與軸的旋轉(zhuǎn)速度之間的比在滑塊的全部或部分行程上是變化的。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，滑塊的兩個齒條具有彎曲的外形，特別是帶有比端部區(qū)域更遠(yuǎn)離滑塊長軸的中心部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，滑塊的兩個齒條形成互相平行但傾斜于滑塊長軸的直線或基本為直線的齒條。
至于帶有有齒部分的輪子，所述輪子可以是一個比攜帶它的軸偏心的輪子。這個輪子的偏心度使它的齒距轉(zhuǎn)軸的徑向距離在它的圓周長度上是變化的。
因此，可以說，本發(fā)明所述裝置可以根據(jù)每種應(yīng)用的特殊情況改變“杠桿臂”，因此還可改變力矩，滑塊根據(jù)這個力矩使帶有有齒部分的軸轉(zhuǎn)動。
這種運動轉(zhuǎn)換裝置可用于制造熱發(fā)動機，特別是爆發(fā)式發(fā)動機，這種發(fā)動機包括至少一個滑動安裝在一個氣缸中的活塞，氣缸與一個外殼連成一體，所述裝置位于外殼中，活塞在它的交替滑動運動中與裝置的滑塊連接，以帶動一個輸出軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。在這種應(yīng)用中，最好有兩個位于一個中心外殼兩側(cè)的軸向相對的氣缸，兩個氣缸分別封閉兩個與滑塊的相對端連接的活塞。
在這種用于一個熱發(fā)動機的范圍內(nèi)，本發(fā)明的目標(biāo)裝置可以在發(fā)動機運行周期的過程中非常敏感地適應(yīng)“杠桿臂”(因此也適應(yīng)力)，滑塊根據(jù)這個杠桿臂通過有齒部分使輸出軸旋轉(zhuǎn)。因此可以在發(fā)動機的周期運行中改變運動，以優(yōu)化發(fā)動機的內(nèi)在效率，帶有傳動桿和曲軸的傳統(tǒng)發(fā)動機完全不能做到這一點。
齒條的確定可以使“杠桿臂”在氣缸中發(fā)生爆破的時刻增加，以便盡可能回收全部功率，并使滑塊在行程終點的運動放慢，以減少斷續(xù)，同時提高相反氣缸壓縮時的功率。
也可以考慮相反方向，即在周期開始時設(shè)置一個更小的“杠桿臂”，周期結(jié)束時(或滑塊行程結(jié)束時)設(shè)置一個更長的“杠桿臂”。
還可以考慮周期或行程開始和結(jié)束時實際上相同的“杠桿臂”，并且在滑塊行程的中間部分增加“杠桿臂”。
這些不同的變型或其他變型可以在計算機輔助設(shè)計過程中通過計算確定，以便根據(jù)每個發(fā)動機的特殊用途，特別是根據(jù)膨脹、燃燒、爆破的傳播是否劇烈的特征來適應(yīng)每個發(fā)動機。要指出的是，這種適應(yīng)通過齒形的簡單計算和它們相應(yīng)的加工以簡單、經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行，沒有附加的零件，也沒有特殊的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
裝置的齒形配合作用在滑塊的行程終點位置通過連接滑塊的移動和軸的轉(zhuǎn)動的裝置的動作完成。這些裝置由至少一個圓形側(cè)板構(gòu)成，圓形側(cè)板與有齒輪固定在同一個軸上，并且包括至少一個與滑塊的一個表面相對的有一定型面的槽，每個槽的設(shè)置是為了與滑塊每一端包括的至少一個凸頭或凸銷配合，每個槽的型面能夠保證當(dāng)滑塊到達(dá)行程終點時有齒輪轉(zhuǎn)動的連續(xù)性。最好在每個側(cè)板上設(shè)置兩個分別與滑塊的兩個凸頭或凸銷配合的有型面的槽，這兩個凸頭或凸銷在它們的的位置或在相應(yīng)槽中嚙合的時刻互相分開。因此，補償了可能的間隙，并消除了滑塊行程終點以及活塞終點的斷續(xù)現(xiàn)象。
因此整體得到一個優(yōu)化結(jié)構(gòu)和運行并具有能力和靈活性優(yōu)勢的發(fā)動機。
裝置2主要包括一個安裝在外殼4內(nèi)的矩形框架形狀的滑塊9，滑塊9可以在直線導(dǎo)軌11的引導(dǎo)下沿它的長軸10的方向移動，直線導(dǎo)軌11在固定在外殼4內(nèi)的滑塊9的兩側(cè)。要指出的是，滑塊9的長軸10與氣缸3和活塞5的軸重合。
在這種應(yīng)用的情況下，滑塊9通過它的端部在它的長軸的延長線中與兩個互相排列成直線的相對的桿或傳動桿12連接。每個桿或傳動桿12在一個位于外殼4的相應(yīng)端的軸承中滑動，并且延伸到其中一個氣缸3內(nèi)，而桿或傳動桿又在氣缸3內(nèi)與相應(yīng)的活塞5連接。
滑塊9的兩個長邊中的每一個的內(nèi)表面上包括一組形成一個齒條的齒14，齒14的特殊形狀將在下面描述。
穿過滑塊9的中心開口的輸出軸6帶有一個固定在這個軸6上并且位于所述開口內(nèi)的輪子15。輪子15的外周帶有與齒輪的齒類似但是只分布在輪子15的一個扇形部分上一組齒16；輪子15圓周的其他部分沒有齒，可以是光滑的表面。輪子15的齒組16的模數(shù)等于滑塊9的兩組齒14的模數(shù)，以便可以這兩組齒14中的一個或另一個嚙合，齒組14和16具有同樣的齒數(shù)。
正如圖2更詳細(xì)地表示的，滑塊9的兩組齒14沒有形成直線齒條，而是具有彎曲的整體外形，并帶有離滑塊9的長軸10更遠(yuǎn)的中心部分。
與上面所說直接有關(guān)的是，輪子15比攜帶它的軸6偏心，因此如果考慮齒形16的一個點到軸6的幾何軸17的徑向距離，這個距離是變化的，例如從一個最小值(到齒型16的一端)到一個最大值(位于這個齒形16的中點或到另一端)。
因此，在發(fā)動機運行的過程中，滑塊9的兩組齒形14交替與輪子15的齒形16嚙合，運行的建立如下兩個活塞5交替被火花塞7產(chǎn)生的爆破推動，它們通過桿或傳動桿12使滑塊9沿所述滑塊9的長軸交替直線運動。因此，輪子15的有齒部分的齒16相繼與滑塊9的兩組齒形14中的一個或另一個嚙合，帶動輪子15和軸6連續(xù)轉(zhuǎn)動。
在滑塊9往返運動的過程中，輪子15的齒形16在滑塊9的其中一組齒形14上滾動，這些齒的接觸點是變化的，距軸6的幾何軸17的徑向距離也是變化的。因此滑塊9的瞬時移動速度與軸6的瞬時旋轉(zhuǎn)速度之間的比產(chǎn)生變化。正如人們很容易理解的，選擇齒14的形狀和輪子15的偏心度就可以在滑塊9的整個行程，因此也就是活塞5的整個行程，特別是活塞5的行程終點位置上適應(yīng)這個速度比。
另外，為了保證滑塊9在每個行程終點的正確運行，輪子15的兩側(cè)有兩個圓形側(cè)板18，滑塊9處于并包括在兩個圓形側(cè)板18之間。每個側(cè)板18中包括兩個互相平行的型槽19、20，其中一個側(cè)板18的兩個槽19、20與另一個側(cè)板的兩個槽19、20相對應(yīng)?；瑝K9的每一端有兩個凸頭或凸銷21、22，用于在滑塊9的每個行程終點，即一旦輪子15的齒形16不與滑塊9的兩組齒形14中的任何一個接觸時，分別嵌在滑塊9的兩個型槽19、20中。通過這些裝置，滑塊9的移動在所有時刻都與輪子15的轉(zhuǎn)動連接，這還意味著活塞5向它們的行程終點位置的移動仍保持與輸出軸6的轉(zhuǎn)動連接，特別是在

圖1、2所示的位置。
另外，為了保證裝置2更靈活地運行，兩個設(shè)在滑塊9的每一端的凸頭21、22在它們的位置中，因此也在它們嚙合在相應(yīng)的槽19、20中的時刻互相分開，以便更好地吸收可能的間隙以及從一個齒形14過渡到另一個齒形時的間斷，因此消除干擾共振。
圖3中，與上面描述的零件相對應(yīng)的零件用同樣的數(shù)字表示，所述圖表示本發(fā)明目標(biāo)的運動轉(zhuǎn)換裝置2的一個變型。
在這個變型中，仍然基本為矩形框架的滑塊9的兩個長邊的內(nèi)表面分別包括兩個形成一個齒條的齒形14。兩個齒條14在這兒形成互相平行的直線齒條，但是它們的方向與滑塊9的長軸10的方向形成一個一定的銳角。
與兩個齒形14的這種形狀相對應(yīng)，輪子15包括一個有齒部分16，由于輪子15比軸6的幾何軸17偏心，有齒部分16從這個有齒部分16的一端到另一端(從軸17測量)的徑向距離增加。
因此，在運行過程中，滑塊9的每個直線齒條14相繼與輪子15的有齒部分16嚙合，并且齒的接觸點與軸6的幾何軸17的距離是可變的，例如增加或減小，使軸6的旋轉(zhuǎn)在行程的一個和另一個終點之間逐漸放慢或加速。
另外，在此沒有詳細(xì)描述的是，封閉在外殼4中的運動轉(zhuǎn)換裝置2的整體在一個油浴中運行。
下述方面都不離開所附權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的范圍—修改結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，如滑塊9的外形；—根據(jù)需要的運動轉(zhuǎn)換規(guī)律采用滑塊9的兩組齒形的形狀；—修改槽19、20以及對應(yīng)的凸銷21、22的數(shù)量；—使用上述機械部件的各種替代件，特別是用一個斜面(而不是滑塊9的齒形14)和凸輪的系統(tǒng)(代替有齒部分)來替代齒形14和16；—在本裝置用于一個熱發(fā)動機的范圍內(nèi)。把兩個或幾個相似的裝置2并列，這兩個裝置通過一個共同的輸出軸6互相連接，以便實現(xiàn)一個有兩個以上氣缸3的發(fā)動機，在這種情況下，連在一起的不同裝置的輪子15的有齒部分16的位置最好分開，以保證帶動軸6連續(xù)轉(zhuǎn)動的規(guī)則性；—把運行是“可逆的”的同一個裝置2用于把一個連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動反向轉(zhuǎn)換為一個交替的直線運動，例如構(gòu)成一個活塞壓縮機；—更廣泛的是，把這種裝置用于所有需要把交替的直線運動轉(zhuǎn)換為連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動或相反的儀器、機械和設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種把一個交替的直線運動轉(zhuǎn)換為一個連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動或相反運動轉(zhuǎn)換的裝置，其主要包括一個整體形狀為矩形框架的滑塊(9)，滑塊可以沿它的長軸(10)移動，并且它的每個長邊的內(nèi)表面包括一組形成一個齒條的齒形(14)，所述滑塊(9)接合在一個輪子(15)的周圍，所述輪子(15)固定在一個穿過所述滑塊(9)的軸(6)上，所述輪子(15)有一個有齒部分(16)，其模數(shù)與兩個齒條(14)相同并且可以與這些齒條(14)中的一個或另一個嚙合，使得當(dāng)所述滑塊(9)沿它的長軸(10)做交替的直線運動時，所述輪子(15)的有齒部分(16)交替與齒條(14)中的一個嚙合，在所述滑塊(9)的一個移動方向與一個齒條(14)嚙合，在同一個滑塊(9)的相反移動方向與另一個齒條(14)嚙合，優(yōu)選設(shè)置有裝置(18-22)，以便在輪子(15)的有齒部分(16)不再與所述滑塊(9)的一個或另一個齒條(14)嚙合時，也就是在所述滑塊(9)的兩個行程終點的位置時使所述滑塊(9)的移動與所述軸(6)的轉(zhuǎn)動連接，所述裝置的特征在于，所述滑塊(9)的兩個齒形或齒條(14)是彎曲的，和/或傾斜于所述滑塊(9)的長軸，使每個齒形(14)到這個軸(10)的距離在這個齒形(14)的圓周長度上變化，同時相對應(yīng)的是，所述輪子(15)的有齒部分(16)距所述軸(6)的幾何軸(17)的徑向距離也在它的長度上變化，以便在所述滑塊(9)的全部或部分行程上，使所述滑塊(9)的移動速度與所述軸(6)的旋轉(zhuǎn)速度之間的比得到變化。
2.如權(quán)利要求1所述的運動轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述滑塊(9)的兩組齒形(14)的形狀是彎曲的，特別是帶有比端部區(qū)域更遠(yuǎn)離所述滑塊(9)的長軸(10)的中心部分。
3.如權(quán)利要求1所述的運動轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述滑塊(9)的兩組齒形(14)形成直線或基本為直線的齒條，這些齒條互相平行但傾斜于所述滑塊(9)的長軸(10)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的運動轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，帶有有齒部分(16)的輪子(15)是一個相對于攜帶它的軸(6)偏心的輪子(15)。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的運動轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，用于在所述滑塊(9)的行程終點位置使所述滑塊(9)的移動與所述軸(6)的轉(zhuǎn)動連接而設(shè)置的裝置由至少一個圓形側(cè)板(18)構(gòu)成，所述圓形側(cè)板(18)與所述帶有有齒部分的輪子(15、16)固定在同一個軸(6)上，并且包括至少一個與所述滑塊(9)的一個表面相對的型槽(19、20)，這里，設(shè)置每個槽(19、20)是為了與所述滑塊(9)的每一端包括的一個凸頭或凸銷(21、22)配合，每個槽(19、20)的型面保證在所述滑塊(9)到達(dá)它的行程終點時所述齒輪(15、16)轉(zhuǎn)動的連續(xù)性。
6.如權(quán)利要求5所述的運動轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，每個側(cè)板(18)中設(shè)有兩個分別與所述滑塊(9)的兩個凸頭或凸銷(21、22)配合的型槽(19、20)，這兩個凸頭或凸銷(21、22)在其嚙合在相應(yīng)槽內(nèi)的位置和時刻上是互相分開的。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的運動轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述裝置用于實現(xiàn)一種熱發(fā)動機，特別是一種包括至少一個活塞(5)的爆發(fā)式發(fā)動機，所述活塞(5)滑動安裝在一個氣缸(3)中，所述氣缸(3)與一個外殼(4)連接，所述運動轉(zhuǎn)換裝置(2)位于所述外殼(4)中，所述活塞(5)在它的交替滑動運動中與所述裝置(2)的滑塊(9)連接，以帶動一個輸出軸(6)連續(xù)轉(zhuǎn)動。
8.將運動轉(zhuǎn)換裝置用于權(quán)利要求7所述的熱發(fā)動機，其特征在于，兩個位于一個中心外殼(4)兩側(cè)的軸向相對的氣缸(3)分別封閉兩個與所述滑塊(9)的相對端連接的活塞(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置(2)，所述裝置包括一個整體形狀為矩形框架的滑塊(9)，所述滑塊可以沿它的長軸(10)移動，并且它的每個長邊的內(nèi)表面上包括一組形成一個齒條的齒形(14)?；瑝K(9)鑲嵌在一個輪子(15)的周圍，輪子(15)固定在一個軸(6)上，輪子(15)有一個沿與滑塊(9)的移動方向相繼與兩組齒條(14)中的一個或另一個嚙合的有齒部分(16)。齒形(14)與滑塊(9)的長軸(10)相比有一個彎曲度或傾斜度。輪子(15)的有齒部分(16)距軸(6)的幾何軸(17)的距離在它的長度上是變化的。因此得到滑塊(9)的移動速度與軸(6)的轉(zhuǎn)動速度之比的變化。所述裝置用于熱發(fā)動機，特別是用于爆發(fā)式熱發(fā)動機，滑塊(9)與至少一個活塞(5)連接。
文檔編號F16H19/04GK1462348SQ0181606
公開日2003年12月17日 申請日期2001年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月21日
發(fā)明者安托萬·菲斯特 申請人:安托萬·菲斯特