一种连杆直线运动式发动机及其联动机构的快速调试方法与流程

1.本发明涉及一种往复活塞式发动机，具体是一种连杆直线运动式发动机及其曲轴、连杆、活塞联动机构的快速调试方法，属于发动机技术领域。


背景技术：

2.在往复活塞式发动机中，曲轴、连杆、活塞组成的联动机构是发动机的核心机构，但传统结构发动机的曲轴、连杆、活塞在制造、装配和使用过程中，仍然存在着诸多难以克服的缺点，主要体现在：（1）、传统结构发动机的曲轴、连杆、活塞的零件设计复杂，对制造和安装调试的精密度要求很高，其制造加工和安装调试的作业需要高水平技术工人在良好环境条件下精神高度集中才能胜任。特别是多缸发动机，对各缸之间的曲轴、连杆和活塞的连接，各项参数需要高度统一，为了做到高度统一，对曲轴加工的各道工序需要一气呵成，但也导致加工难度增大，废品率高。因此对于传统结构发动机的曲轴、连杆、活塞联动机构，无论是制造或安装调试都很难做到高度统一，即便是经验丰富的高级技师也只能在一定误差范围内进行安装调试，而且每次安装调试都要重新匹配误差，不能复制，一旦制造加工误差偏大就会变成废品，这样既影响到发动机的质量，也影响到发动机的寿命，同时增加了制造成本。
3.（2）、传统结构发动机的连杆两端分别活动铰接在曲轴和活塞上，除了驱动活塞往复运动外，连杆还会跟随曲轴的转动而摆动，连杆和曲轴的摆动会形成振动叠加，增加运动噪声，同时还会造成部分功率损失，另外为了让连杆能够摆动，连杆两端需要活动铰接在活塞和曲轴上，连杆的活动绞接处需要润滑，同时还会产生磨损和噪声，导致工作效率降低并对环境造成噪声污染。


技术实现要素：

4.为了解决上述缺点，本发明提供了一种连杆直线运动式发动机，其采用新型结构的曲轴、连杆、活塞联动机构，此联动机构可方便地进行制造加工和安装调试，而且连杆只做往复直线运动，可减小振动和噪声，连接点不再使用铰接，维护保养更方便。
5.本发明的具体技术方案为：一种连杆直线运动式发动机，其设有机体，机体上设有曲轴、转换框架、连杆、活塞和气缸；所述曲轴的首尾两端设有主轴颈，主轴颈通过支撑轴承可转动的支承在机体内，首尾主轴颈之间固定连接有至少一对相位差为180
°
的曲拐单元，每个曲拐单元设有一对平行排列的曲柄，两平行曲柄之间连接有偏心设置的连杆轴颈，连杆轴颈上固定套接有可原位转动的滚子轴承；所述转换框架设有两块立向平行间隔对置的滑动板，两滑动板的对置面上开有凹槽，两滑动板的上下两端各连接有一条水平拉杆，由两滑动板和两拉杆共同构成一个框架并包围在曲轴连杆轴颈的滚子轴承外侧，两滑动板的凹槽将滚子轴承夹装在中间，滚子轴承可在两滑动板凹槽组成的滑槽内上下滑动，转换框架在一块滑动板中部的外侧面上设有固定螺座；所述气缸设置在和曲轴各曲拐单元相对应的位置，气缸内设有可往
复滑移的活塞；所述连杆为一段直杆，连杆的一端固定连接在活塞上，连杆的另一端通过螺头插入转换框架的固定螺座内形成螺纹连接，所述固定螺座的侧面设有用于锁定连杆螺头的锁紧螺钉，连杆的杆体上设有供开口扳手卡入的卡口；本发动机当气缸轮流做功时，活塞推动连杆和转换框架一起做直线往复运动，由转换框架通过推动曲拐单元上的滚子轴承来带动曲拐单元做圆周转动，进而使曲轴转动，滚子轴承在跟随曲拐单元做圆周转动的同时，也在转换框架内做上下往复滑动。
6.进一步的，所述曲轴的尾端主轴颈的末端还固定连接有飞轮，由飞轮的惯性使整个联动机构的运行更平稳并使活塞能顺利通过上止点。
7.进一步的，所述转换框架的拉杆采用可调节的螺杆组件，以方便调节两滑动板的间距，从而控制滚子轴承与滑槽的滑动间隙。
8.进一步的，所述曲轴、转换框架、连杆、活塞均外露安装在机体外侧，以利于后续的安装调试和维护保养。
9.基于本连杆直线运动式发动机的曲轴、连杆、活塞联动机构的结构和连接方式，对此联动机构进行快速调试的方法包括以下步骤：（1）、定位：在发动机机体上对应每个连杆卡口的旁侧分别设置一个初始定位点m和一个可弹性伸缩的回旋碰撞点n，连杆的轴心点为o，no点连线与mo点连线之间的夹角为θ，θ的数值为连杆在对应活塞上止点旋转张紧后，曲轴、连杆、活塞的联动机构要恢复运动自如的最佳状态时，连杆需要回旋放松的旋转角度值，此数值由工厂经试验后确定。
10.（2）、张紧：转动曲轴的一个曲拐单元使其对应的活塞运动至离曲轴回转中心最大距离的上止点位置，用配套的专用扳手卡入连杆的卡口中并正向旋转连杆，使活塞顶至气缸最深处呈张紧状态，然后将扳手撤出，此时曲轴、连杆、活塞的联动机构处于完全张紧不能运动的状态。
11.（3）、定量放松：将扳手的把手与初始定位点m对齐并维持对齐状态将扳手重新卡入连杆的卡口中，反向旋转连杆直到扳手的把手碰到回旋碰撞点n时为止，然后拧紧锁紧螺钉将连杆锁定，使曲轴、连杆、活塞的联动机构按预设的定量放松至能运动自如的最佳状态，即完成对该曲拐单元联动机构的调试。
12.（4）、对曲轴上其他曲拐单元的联动机构重复步骤（2）和步骤（3）的操作，直至将全部曲拐单元的联动机构逐一调试完成。
13.和传统结构的发动机相比，本发明的新型发动机具有以下优点：（1）、传统结构发动机的曲轴和连杆在工作时都要摆动，两者都摆动会造成不平衡叠加，曲轴部分还可以利用对称来达到平衡，而连杆部分难以做到对称，因此整机的振动源主要在连杆。而本发动机的连杆通过转换框架与曲轴上的滚子轴承相连接，使连杆在工作时只做往复直线运动，不需要做往复摆动，因此整机的振动和噪声会大为减少，另外由于连杆只做往复直线运动，连杆与活塞和转换框架的连接均采用固定连接，连接点不再使用铰接，因此没有磨损，也不需要润滑，维护保养更方便。
14.（2）、传统结构发动机的曲轴、连杆、活塞联动机构的各项参数需要高度统一，对制造和安装调试的精密度要求非常高，零件的制造加工难度大，而且每次安装调试都要重新匹配误差，不能简单地复制，安装调试操作复杂。而本发明发动机基于改进的曲轴、连杆、活塞的结构和连接方式，可通过调节连杆长度的微小变化来弥补曲轴和连杆的零件加工误差
（这里的加工误差指的是因曲轴和连杆的加工误差造成曲轴、连杆、活塞的连接过紧或过松的现象），而且通过对各气缸的连杆进行简单的张紧-定量放松调节，即可令各气缸之间的曲轴、连杆、活塞联动机构的运动配合达到精准划一的、可复制的最佳状态。不管曲轴和连杆的零件加工误差多少，或是长期工作磨损后造成运动间隙增大，只要对连杆进行简单的张紧-定量放松调节，即可将整个联动机构轻松调整到最佳运动间隙的状态，而且是傻瓜式操作，不需要高技能。
15.（3）、本发明发动机的曲轴、连杆、活塞联动机构的制造加工对配合精度要求不高，不需要专用设备，各种零部件可独立制造，零部件损坏后也可以单独更换，制造和维护成本低，组装成型后只需要用快速调试方法进行简单调试即可使用。
16.（4）、传统结构发动机的曲轴、连杆、活塞联动机构是包裹在机体内部的，导致安装调试困难，尤其是维修，因为不能直观地看到其运动情况，故障排查困难重重，在发动机的内部，即使是一个小小的螺丝松动，也要整体拆装，这样费时又增加成本。而本发明发动机的曲轴、连杆、活塞联动机构外露安装在机体的外侧，安装调试极其方便，维修时可以直接发现故障并可单独更换故障零部件。
附图说明
17.图1为本发动机曲轴、转换框架、连杆、活塞和气缸的连接结构示意图。
18.图2为图1的前视图。
19.图3为图2的 a-a向剖面图。
20.图4为图1俯视图。
21.图5为图4的b-b向剖面图。
22.图6为图1去除转换框架、连杆、活塞和气缸后的示意图。
23.图7为转换框架的结构示意图。
24.图8为连杆和活塞结构示意图。
25.图9为对连杆进行定量放松调节时的操作示意图。
26.图中：1-机体，2-曲轴，2.1-主轴颈，2.2-曲柄，2.3-连杆轴颈，2.4-滚子轴承，3-转换框架，3.1-滑动板，3.2-拉杆，3.3-固定螺座，3.4-锁紧螺钉，4-连杆，4.1-螺头，4.2-卡口，5-活塞，6-气缸，7-支撑轴承，8-飞轮，9-扳手。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明做进一步的说明。
28.如图1-8所示，本发动机设有机体1，机体1上设有曲轴2、转换框架3、连杆4、活塞5和气缸6。所述曲轴1的首尾两端设有主轴颈2.1，主轴颈2.1通过支撑轴承7可转动的支承在机体1内，首尾主轴颈2.1之间固定连接有至少一对相位差为180
°
的曲拐单元，每个曲拐单元设有一对平行排列的曲柄2.2，两平行曲柄2.2之间连接有偏心设置的连杆轴颈2.3，连杆轴,2.3上固定套接有可原位转动的滚子轴承2.4；曲轴2的尾端主轴颈2.1的末端还固定连接有飞轮8。所述转换框架3设有两块立向平行间隔对置的滑动板3.1，两滑动板3.1的对置面上开有凹槽，两滑动板3.1的上下两端各连接有一条水平拉杆3.2，由两滑动板3.1和两拉杆3.2共同构成一个框架并包围在曲轴连杆轴颈2.3的滚子轴承2.4外侧，两滑动板3.1的凹
槽将滚子轴承2.4夹装在中间，滚子轴承2.4可在两滑动板3.1凹槽组成的滑槽内上下滑动，转换框架3在一块滑动板3.1中部的外侧面上设有固定螺座3.3；转换框架3的拉杆3.2采用可调节的螺杆组件。所述气缸6设置在和曲轴2各曲拐单元相对应的位置，气缸6内设有可往复滑移的活塞5；所述连杆4为一段直杆，连杆4的一端固定连接在活塞5上，连杆4的另一端通过螺头4.1插入转换框架3的固定螺座3.3内形成螺纹连接，所述固定螺座3.3的侧面设有用于锁定连杆螺头4.1的锁紧螺钉3.4，连杆4的杆体上设有供开口扳手卡入的卡口4.2；本发动机当气,6轮流做功时，活塞5推动连杆4和转换框架3一起做直线往复运动，由转换框架3通过推动曲拐单元上的滚子轴承2.4来带动曲拐单元做圆周转动，进而使曲轴2转动，滚子轴承2.4在跟随曲拐单元做圆周转动的同时，也在转换框架3内做上下往复滑动。本发动机的曲轴2、转换框架3、连杆4、活塞5均外露安装在机体外侧，以利于后续的安装调试和维护保养。
29.基于本连杆直线运动式发动机的曲轴2、连杆4、活塞5联动机构的结构和连接方式，对此联动机构进行快速调试的方法包括以下步骤：（1）、定位：在发动机机体1上对应每个连杆卡口4.2的旁侧分别设置一个初始定位点m和一个可弹性伸缩的回旋碰撞点n，连杆4的轴心点为o，no点连线与mo点连线之间的夹角为θ，θ的数值为连杆4在对应活塞5上止点旋转张紧后，曲轴2、连杆4、活塞5的联动机构要恢复运动自如的最佳状态时，连杆4需要回旋放松的旋转角度值，此数值由工厂经试验后确定。
30.（2）、张紧：转动曲轴2的一个曲拐单元使其对应的活塞5运动至离曲轴回转中心最大距离的上止点位置，用配套的专用扳手9卡入连杆4的卡口4.2中并正向旋转连杆4，使活塞5顶至气缸6最深处呈张紧状态，然后将扳手9撤出，此时曲轴2、连杆4、活塞5的联动机构处于完全张紧不能运动的状态。
31.（3）、定量放松：如图9所示，将扳手9的把手与初始定位点m对齐并维持对齐状态将扳手9重新卡入连杆4的卡口4.2中，反向旋转连杆4直到扳手9的把手碰到回旋碰撞点n时为止，然后拧紧锁紧螺钉3.4将连杆4锁定，使曲轴2、连杆4、活塞5的联动机构按预设的定量放松至能运动自如的最佳状态，即完成对该曲拐单元联动机构的调试。
32.在本步骤中，当扳手9重新卡入连杆4的卡口4.2中而无法使扳手9的把手与初始定位点m做到完全对齐时，根据扳手9的把手与初始定位点m之间的正负角度偏移量，在扳手9的把手碰到回旋碰撞点n后，再进行对应偏移量的旋转修正。
33.（4）、对曲轴2上其他曲拐单元的联动机构重复步骤（2）和步骤（3）的操作，直至将全部曲拐单元的联动机构逐一调试完成。
34.上述图例仅为本发明的典型实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改或等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。