一种活塞式发动机及驱动地连接活塞式发动机的方法

摘要

本发明涉及一种活塞式发动机，其包括一个或多个空气/气体压缩式气缸-活塞单元、连接到所述气缸中的活塞上用于使活塞在气缸中运动的曲柄机构，该曲柄机构驱动地连接到电动机的转子上。本发明也涉及一种联轴器和用于配重的简单连接件。

权利要求

1、一种驱动地连接活塞式发动机的方法，所述活塞式发动机包括一 个或多个气体压缩式气缸和活塞单元，并包括连接到所述气缸中的活塞上 的、利用电动机的转子使活塞在气缸中运动的曲柄机构，其特征在于：使 用转子(14)作为飞轮元件，其中，转子(14)和曲柄机构(10、12、11； 10、39、11)之间的旋转运动通过联轴器(18)来传递，所述联轴器具有 扭转刚性和柔性，从而在安装和/或旋转运动中根据角度偏差、轴向距离 和/或径向距离吸收在转子和曲柄机构之间的一种或多种偏差；

所述联轴器(18)包括具有套管壁(25)的套管体；

套管壁(25)具有如下形状：在套管壁(25)上设置有一个或多个狭 槽(26、27、28、29、30、31、32、34、35)，它们在外周上相对分布并 在套管体的纵向方向上一个位于另一个的后面被设置。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：套管体的两端之一是 夹紧环(36)或轴颈的形式，套管体的两端中的另一个是轴颈(38)或夹 紧环的形式。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：轴颈(38)在其整个 长度上或一部分长度上以锥形变细，并具有用于螺纹连接件的中心贯穿开 口。

4、根据权利要求1-3之一的方法，其特征在于：转子(14)、联轴 器(18)和曲柄机构(10、11)与夹紧环联轴器轴向地连接。

5、根据前述权利要求1-3之一的方法，其特征在于：曲柄机构中的 飞轮/配重(11)被夹紧到曲柄机构中的曲柄销(39)上。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的配重(11)设 置有用于安装风扇叶轮(23)的轴颈(24)。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述曲柄机构还包括 第二配重(10)，所述被夹紧的配重(11)和第二配重(10)具有共同的 同步装置(43、44)。

8、一种活塞式发动机，其包括一个或多个空气/气体压缩式气缸和活 塞单元、连接到所述气缸中的活塞上的用于使活塞在气缸中运动的曲柄机 构，该曲柄机构通过转子(14)和曲柄机构(10、12、11；10、39、11) 之间的联轴器(18)驱动地连接到电动机的转子上，其特征在于：所述联轴器(18)具有扭转刚性但又是柔性的，从而吸收安装和/或 旋转运动中的轴向和/或径向距离偏差和角度偏差，或吸收在安装和旋转 运动中根据角度偏差、轴向距离和径向距离在转子和曲柄机构之间的多种 偏差；并且，所述具有扭转刚性和柔性的联轴器(18)包括具有套管壁(25) 的套管体，其中，套管壁(25)具有如下形状：在套管壁(25)上设置有 一个或多个径向狭槽(26、27、28、29、30、31、32、34、35)，它们在 外周上相对分布并在套管体的纵向方向上一个位于另一个的后面被设置。

9、根据权利要求8所述的活塞式发动机，其特征在于：套管体的两 端之一是夹紧环(36)或轴颈的形式，套管体的两端中的另一个是轴颈(38) 或夹紧环的形式。

10、根据权利要求9所述的活塞式发动机，其特征在于：轴颈(38) 在其整个长度上或一部分长度上以锥形变细，并具有用于螺纹连接件的中 心贯穿开口。

11、根据权利要求8-10之一所述的活塞式发动机，其特征在于：转 子(14)、联轴器(18)和曲柄机构(10、11)与夹紧环联轴器轴向地连 接。

12、根据权利要求8-10之一所述的活塞式发动机，其特征在于：曲 柄机构中的飞轮/配重(11)被夹紧(41、42)到曲柄机构中的曲柄销(39) 上。

13、根据权利要求12所述的活塞式发动机，其特征在于：所述的配 重(11)设置有用于安装风扇叶轮(23)的轴颈(24)。

14、根据权利要求12所述的活塞式发动机，其特征在于：所述曲柄 机构还包括第二配重(10)，所述被夹紧的配重(11)和第二配重(10) 具有共同的同步装置(43、44)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞式发动机，其包括一个或多个空气/气体压缩式 汽缸-活塞单元、连接到上述气缸或气缸中的活塞上的用于使活塞在气缸 中运动的曲柄机构，曲柄机构与电机中的转子驱动地连接。

背景技术

当前公知的气体压缩单元尤其是空气压缩单元相对笨重。具有曲柄机 构的活塞式发动机要求在活塞的运动方向上保持质量平衡并要求用于平 衡不均匀运行的装置，即飞轮(flywheel)。
飞轮是一种通常具有大直径并在轮缘处具有较大重量的轮子。这种轮 子当其受到力矩影响时需要长时间来改变速度。过去通常习惯使不仅在汽 油和柴油发动机中、而且在压缩机中的活塞式发动机中的运转平滑。压缩 机是一种用于传送气体(例如空气)将气体从低压转变到高压的机器。
活塞式压缩机被制成具有一个或多个气缸，气缸可以是单或双作用 式。压缩机用于许多目的，例如，传送被压缩的空气用于工具操作、制动 系统、自动控制的伺服马达、致动内燃机等等。其它应用领域是：为化学 过程产生压力或真空、内燃机增压、燃气涡轮设备、气动传送、冰箱、热 泵设备等等。
为了使压缩机中的气缸温度下降到合理水平，通常采用水冷却或空气 冷却，采用散热片(ribs)来增加效率。
普通的压缩机操作采用具有皮带传动的电动机，皮带传动连接到活塞 式压缩机的曲轴。
也可以安装电动机使其与曲柄轴直接对准。电动机的转子可直接连接 到曲柄轴上，它们被设计成作为一个单元，或者可使用一种合适的柔性联 轴器，从而使它吸收轴线上的误差。
许多当前公知的具有飞轮的压缩机因飞轮之故显得非常笨重。
本发明的目的是提供一种重量相对低且尺寸相对小的空气/气体压缩 机。
本发明的另一个目的是提供一种易于制造、便于维护的压缩机。
关于这方面的已知的技术方案在GB1.532.553和CA2.085.112中已 知。

发明内容

因此，根据本发明，提出了一种如权利要求1所提出的活塞式发动机。
通过使用具有扭转刚性的联轴器，该联轴器在径向和轴向方向上且相 对于电动机的转子和曲柄机构之间的角度是柔性(flexible)的，能够使用 转子作为飞轮元件，由于大大减小或消除的对附加飞轮的需要而使相应的 重量减小。高的扭转刚性使得能够利用电动机中的转子的转矩，从而能使 得附加安装的飞轮的尺寸减小，或无需单独的飞轮。
联轴器在径向、轴向和角度上的柔性使得能够平衡压缩机和驱动电机 之间在轴线上的小的未对准和角度偏差。这有利于安装过程，例如将电机 法兰连接到实际的压缩机上。轴向柔性也使得能吸收温度差异。
根据本发明，具有扭转刚性的联轴器能有利地被设计成如权利要求 2-5所示的那样，其中上述联轴器在角度、轴向和径向上是柔性的。
如所指示的，套管壁的形状将提供期望的径向柔性，以便能吸收轴线 上的误差。
将联轴器设计成在一端具有夹紧环且在另一端具有可夹紧的轴颈的 套管能允许迅速且简单地在传动系或传动链中组装/拆卸。轴颈优选地从 联轴器的主体朝曲柄机构圆锥状地逐渐变细，并安装在曲柄机构的进入 (ingoing)轴颈上的互补形状的开口中。这有助于相对于曲柄机构使联轴 器位于中心。并且，联轴器的朝向曲柄机构的轴颈优选是中空的，其具有 用于安装螺纹连接件(screw connection)的中心开口，上述螺纹连接件将联 轴器锁定在曲柄机构的进入轴中，并且同时螺纹连接件有助于将锥形轴颈 拖入互补形状的开口中，上述开口有助于确定中心。为了便利于拆卸，中 心开口另外设置有具有更大直径/尺寸的内螺纹，然后螺栓固定联轴器。 在拆卸期间，固定螺栓松开且旋入新的更大螺栓，其中新的螺栓紧靠曲柄 机构中的材料，从而推动锥形连接脱开。
从而，作为轴向连接的元件的联轴器也将形成传动链的一部分，传动 链包括如权利要求6所提出的电动机的转子和曲柄机构，还包括如权利要 求8所指出的风扇叶轮(如果有的话)。
特别容易维护的方案包括权利要求7所指出的配重。
在权利要求9中的同步装置便于组装配重，上述配重优选设计有用于 飞轮的轴颈，由于曲柄机构中的曲柄销上的夹紧联轴器，配重易于拆卸。 在简单和优选的实施例中，同步装置在两个配重中是中空的，当安装外部 配重时该孔中设置有调节销或对准螺栓。

附图说明

下面将参见附图更详细地解释本发明，附图如下：
图1示出了根据本发明的压缩机的可能实施例，
图2示出了根据本发明的压缩机的简化纵向截面，
图3示出了根据本发明的压缩机的第二实施例中的基本元件的简化 透视图，
图4是根据本发明的特殊联轴器的侧视图，
图5是图4中所示的联轴器的纵向截面，
图6是图4和5中的联轴器的稍放大的透视图，
图7是图3中的实施例中的活塞和相关配重的透视图，
图8示出了图7中的相同元件组，但是是从另一侧观察的，和
图9示出了图7和8中的元件组，其在从外部配重突出的轴颈上配有 径流式风扇，而
图10示出了从另一侧观察的图9中的元件组。

具体实施方式

在附图中，配重/飞轮10和11被交替地称之为配重和配重/飞轮， 因为如果需要这些元件能作为配重和飞轮来帮助平衡。在下面，相对于功 能来说名称并不是重要的。
图1示出了根据本发明的压缩机，与其被安装时所显示的一样，因为 图1仅示出了壳体1，其中实际的压缩机单元被安装，以及用法兰连接到 压缩机单元上的电动机2。
根据本发明的压缩机总的可被设计成如图2中的简单纵向剖视图所 示那样。
图2中所示的压缩机是单缸的，具有气缸4和可在气缸4中来回运动 的活塞5。在气缸4顶部设置有汽缸盖6，必要的阀(未示出)安装在汽 缸盖6上。含有两个飞轮/配重10和11的曲柄机构通过轴承8、9安装在 曲柄箱7中。与安装在活塞5上的活塞杆13协同操作的曲柄销12安装在 配重10、11之间。
通过法兰连接到壳体1上的电动机2(在图2中未示出)具有转子14。 转子14安装在轴承15、16上，转子14或者更具体地说其轴17通过具有 扭转刚性的联轴器18驱动地连接到曲柄机构10、11、12上。如已经所提 到的，联轴器18具有扭转刚性，但是另一方面是柔性的，从而能相对于 曲柄轴/曲柄箱吸收电动机在所有方向上(径向、轴向和角度方向上)的 误差。这允许电动机以本身准确的方式安装，但是不需要特别的对准来补 偿任何误差。
联轴器18上的扭转刚性使得能充分利用电动机2上的转子14的转 矩，从而允许减小飞轮部件的尺寸，飞轮部件在此用配重/飞轮10表示。
图3示出了压缩机的变形例，其具有两个成角度的气缸/活塞。在该 图中能找到与图2中相同的元件，即，带有轴承15、16的电动机转子14、 具有扭转刚性的联轴器18、飞轮/配重10、轴承8和9以及外部飞轮/配重 11。但是，两实施例之间存在差异，因为图2显示了配重之间的曲柄销， 而图3显示了配重之间的曲柄圆盘。类似于曲柄销，该曲柄圆盘为曲柄杆 提供了偏心运动，但是具有更大的直径并与配重之一被设计成一个单元。
如图2所示的气缸4中仅有一个活塞5，而图3中的压缩机包括两个 成角度的具有曲柄杆21、22的活塞19和20。
图3进一步显示了安装在轴颈24上的径流式风扇叶轮23。在容易安 装的状态下，径流式风扇叶轮23将迅速地被放置于壳体1(参见图1)上 的开口3内并用于将空气吸入壳体或腔1中。
图4、5和6中显示了联轴器18的特别有益的实施例。
联轴器18基本上被设计成套管体，其中套管壁25设置有多对套管壁 狭槽26、27、28、29、30、31、32、33、35，它们一个位于另一个后面， 在外周上相互分布并沿套管的纵向分布。
在一端处，具体为面向电动机转子14和其轴17的端部处，联轴器 18的套管部分是夹紧环36的形式。通过夹紧环，套管即联轴器18连接 到插入在套管中的转子轴17上。这通过夹紧环以公知方式来实现，其中 夹紧环通过在此未示出的、穿过孔37的螺钉夹紧。在联轴器18的另一端 处设置有轴颈38。
从图4可看出，轴颈38具有锥形变细端38a。其可在整个轴颈38或 轴颈38的局部之上延伸。从图5中更明显看出：联轴器的轴颈38是中空 的，具有用于安装中心螺纹连接件的中心孔38b，上述连接件将联轴器和 曲柄机构连接。曲柄机构中的开口相对于带有锥形部分38a的轴颈38具 有互补形状，并且上述开口设置有螺纹，用于通过联轴器上的中心开口 38b进行螺纹连接。并且，显示了开口38b具有如上面所提到的内螺纹。
如图4、5和6中所构造的联轴器或联轴器套管18具有十分高的扭转 刚性，但是另一方面由于在套管壁上具有狭槽，其是柔性的，从而能使联 轴器18吸收所有方向上的误差，包括尤其由于温度引起的角度偏差和径 向错位/未对准以及轴向变化。
图7、8、9和10更详细示出了曲柄轴、活塞和冷却风扇(如果有的 话)。
在图7和8中，省略了联轴器18和径向风扇叶轮23。在图7和8中 可看到飞轮/配重10、夹紧到曲柄圆盘39上的外部配重11、连接到配重 11的轴颈24和轴承8和9。也示出了活塞19、20和它们各自的曲柄杆 21、22。
配重/飞轮10设置有中空轴颈，用于与轴承8一起工作并用于容纳联 轴器18上的套管轴颈38。上述中空轴颈相对于联轴器上的轴颈38a具有 互补形状，并设置有螺纹中心开口，用于联轴器和飞轮/配重之间的螺纹 连接。
尤其从图8可看出，以可被夹紧到曲柄销/曲柄圆盘39上的元件的形 式示出了飞轮/配重11。为此目的，配重11设置有用于容纳曲柄销/曲柄 圆盘39的孔40，如41所示，配重11从孔40向外裂开。配重11通过螺 栓42被夹紧。配重11与轴颈24被设计成一个单元，用于与轴承9协同 工作并用于容纳风扇叶轮23(如果有的话)。
如已经所提到的那样，图9和10显示了与图7和8中相同的细节部 件，但是另外也显示了联轴器18和被安装的径向风扇叶轮23。
如已经所提到的那样，配重11相对于曲柄圆盘39是可释放主体的形 式。为了便利于配重11相对于活塞和配重10的组装和准确定位，两个配 重10和11设置有对准的定位孔43、44(参见图10)。通过插入两个孔 中的对准销/同步螺栓，能使配重11在曲柄圆盘39上进行准确地角度定 位。