活塞压缩机转轮连杆机构技术资料.doc

活塞压缩机转轮连杆机构技术资料前言转轮连杆机构是一种用于活塞式压缩机或发动机的运动机构，转轮连杆机构最大的优势是在压缩气体过程中，通过逐步缩短力臂距离，来克服活塞受到的反压力。技术背景一百多年来，曲柄连杆机构的应用非常广泛，但还存在很多缺陷，在压缩机领域的使用逐步被旋转压缩机与螺杆压缩机所替代。曲柄连杆机构最大的缺陷，是曲轴旋转的力臂长度是恒定的，无法适应活塞在压缩气体过程中不断增大的气体反压力，目前还没有发现或提出通过改变力臂距离来适应压缩气体过程中活塞受到不断增强的反压力。压缩机的曲柄连杆机构在恒定功率输入条件下，W=P/t，P=FS，活塞行程 = 2r(偏心距也就是力臂长度)曲柄的扭矩 P=2rF。曲柄连杆机构的力臂长度是不变的，曲轴旋转的扭矩是恒定的，一个恒定的力去克服压缩气体不断增强的反压力，功率能效不足是必然的。本人提出了两个方案，一种是转轮连杆机构，改变力臂长度工作;另一种是转轮传动活塞变速机构，在转轮连杆机构的基础上进行了改进;改变力臂长度的同时对活塞运动的速度进行调节，根据公式W=FV(活塞运动速度)。本文介绍的是转轮连杆机构，转轮连杆机构与曲柄连杆机构非常近似，以曲柄连杆机构作为对比，就很容易了解该技术了。技术介绍如下图所示，转轮连杆机构1由转轮7、传动轴8、连杆5与活塞4组成，转轮7上开有滚动圆槽13，连杆大头17安装在转轮7的滚动圆槽13中，连杆大头17的中心到转轮的中心为偏心距离，活塞4受到气体压力通过连杆大头17的接触点21传导到转轮7的滚动圆槽13内壁受力点22上，该滚动圆槽13内壁受力点22与转轮圆心的距离(力臂长度)，在转轮7旋转过程中不断变化，活塞4由下止点向上止点运动压缩气体，连杆受到活塞的反压力作用在转轮7内壁受力点22，该受力点与转轮7圆心的距离逐步缩短，力臂长度变短，在一个等值功率输入条件下，转轮7作用在连杆大头上的作用力增大，该受力点22与转轮圆心距离越近，作用力就越大，用来抗拒压缩气体时的反压力。 从上图可以看出，转轮连杆机构与曲柄连杆机构的区别不大，同样的偏心距离，同样的连杆长度，连杆推动活塞的运动特征是一样的，转轮带动连杆的旋转半径与曲轴带动连杆的旋转半径是一样的，唯独不一样的是连杆的受力点。曲柄连杆机构连杆的受力点与曲轴的力臂长度是一个定值，无论曲轴旋转角度怎么变化，该力臂长度是不变的，而转轮连杆机构的连杆大头传导的垂直力是作用在转轮的滚动圆槽内壁上的，内壁受力点与转轮圆心距离(力臂长度)是一个变化值，该变化值是受到滚动圆槽与转轮圆心的偏心距离L1(活塞行程=2L1)，与滚动圆槽的直径决定的。 上图的转轮滚动圆槽的半径R，与转轮的圆心O1到转轮滚动圆槽的偏心距离L1相等，H1是力臂长度，该力臂长度是一个变化值，如活塞在下止点时，B1到O1的力臂长度H1 = 2R=2L1 ，力臂长度H1是偏心距L1的两倍;活塞在上止点时，H1=0 ，B1与转轮圆心O1重叠，活塞静止。活塞从下止点运动到上止点，力臂长度H1由2L1逐步缩短至0。 从上图可以看出，活塞在下止点向上止点运动，力臂长度H1由2L1逐步缩短，运动到转轮圆心时力臂长度为零。转轮连杆机构与曲柄连杆机构对比分析下图为曲柄连杆机构的原理图。 曲柄的回旋半径r等于偏心距，力臂长度r等于O1到O2的距离，该力臂长度为定值;F1是连杆臂传导到轴颈圆心(受力点)的作用力，曲柄旋转的扭矩P=2rF1。假设转轮连杆机构与曲柄连杆机构的偏心距r相等，连杆的长度相等，活塞的受力面积相等，工作压力相等，来进行对比。转轮连杆机构回旋半径r1等于偏心距， 转轮连杆机构的力臂长度L1为一个变化值， 转轮受到的扭矩P=2L1F1计算实例以压缩比10:1相同的转轮连杆压缩机与为例，活塞受力面积相等，回旋偏心距30mm，活塞行程60mm，连杆长度12cm，转轮滚动圆槽的直径为60mm。曲柄连杆机构的活塞运动到距离上止点6mm处，曲柄受到的扭矩为P1=2rF1=2*30mm*F1转轮连杆机构的活塞运动到距离上止点6mm处，测量到L1的长度为15mm，此时转轮受到的扭矩为P2=2L1F1=2*15mm*F1P1：P2=2：1转轮连杆机构在完成压缩冲程进入排气冲程时转轮受到的扭矩是曲柄连杆机构的二分之一，耗用功率是曲柄连杆机构的一半。转轮连杆机构的动态特征与曲柄连杆机构非常相似，同样偏心距离，同样活塞行程与连杆长度;最大的区别是转轮连杆机构以改变力臂长度的工作方式，在活塞压缩气体冲程中，根据气体反压力逐步提高活塞的推力，增大活塞对抗压缩气体的反压力。转轮连杆机构在不改变曲柄连杆机构固有特征的前提下，通过改变力臂长度，实现增加作用力提高工作能效，该技术优势足以淘汰目前的曲柄连杆机构。转轮连杆机构的理论依托是扭矩P = FS = 2rF。力臂长度与作用力的关系，是该技术的最大优势。 上图是转轮与连杆安装剖视图，该结构与曲柄连杆机构的曲轴与连杆安装相近似。由此可见，转轮连杆机构结构十分简单，在压缩机与发动机技术领域可以直接替代曲柄连杆