旋转往复运动转换装置及采用该装置的设备的制作方法

本申请要求于2017年4月12日提交中国专利局、申请号为201710236724.x、发明名称为“活塞式空压机、运动转换装置、组合曲轴、偏心轴及车用空压机”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

本发明涉及空压机技术领域。具体涉及一种旋转往复运动转换装置。本申请还涉及一种采用所述旋转往复运动转换装置设备。

背景技术：

目前主流的用于车辆制动的空压机多采用一台电机共轴驱动的两台v型双缸空压机构成的压缩机总成。对于每一个v型空压机，均采用一根单拐曲轴，在该曲轴的曲柄销上不止两个相互成90度角的活塞，活塞与曲柄销的连接结构为曲柄连杆结构，在机器上未布置平衡配重。上述结构的空压机结构简单，易于维护，但是流量较小，振动较大，难以满足车辆日益大型化和舒适化的要求。

技术实现要素：

本发明提供一种旋转往复运动转换装置，以解决上述活塞式空气压缩机具有的问题。本发明还提供一种采用所述旋转往复运动转换装置的设备。

本申请提供的一种旋转往复运动转换装置，其包括，组合曲轴、偏心轴以及两个往复运动元件；

所述组合曲轴包括位于两端的且同轴设置主轴颈、设置于两主轴颈相对端的两曲柄臂以及设置于所述两曲柄臂之间的曲柄销，所述曲柄销至少与其中一端曲柄臂为可拆分结构，二者通过连接件连接为一体；

所述偏心轴包括中空轴段以及设置于所述中空轴段上的两偏心圆柱体，所述中空轴段穿过所述两偏心圆柱体，两偏心圆柱体相位呈180度设置，二者轴线对称设置于中空轴段轴线两侧；

所述往复运动元件上设置有偏心圆柱体容置孔；

装配时，所述偏心轴的中空轴段以可旋转方式套接于所述组合曲轴的曲柄销上，每一往复运动元件通过其偏心圆柱体容置孔以可旋转方式套接于所述偏心轴的一偏心圆柱体上，两偏心圆柱体外设置的往复运动元件往复运动方向呈90度布置。

可选的，所述往复运动元件为双作用活塞，包括位于两侧的活塞头以及连接两活塞头的活塞座，所述偏心圆柱体容置孔设置于所述活塞座上；或者

一往复运动元件为活塞，另一往复运动元件为动平衡滑块。

可选的，连接所述往复运动元件与偏心圆柱体之间、以及中空轴段与曲轴之间均采用无油轴承。

可选的，所述组合曲轴包括：

主端和副端，所述主端包括第一主轴颈、与所述第一主轴颈一体设置的第一曲柄臂，以及由第一曲柄臂远离第一主轴颈一端向外伸出的第一曲柄销；所述第一曲柄销为中空结构，且所述中空结构沿第一曲柄销轴线延伸至第一主轴颈的自由端，所述第一曲柄销的自由端为锥端；

所述副端包括第二主轴颈、与所述第二主轴颈一体设置的第二曲柄臂，以及由第二曲柄臂远离第二主轴颈一端向外伸出的第二曲柄销；所述第二曲柄销的自由端设置有与前述锥端相配合的锥孔，在所述锥孔底部还设置有螺纹孔

组合时，主端的第一曲柄销的锥端和副端的第二曲柄销的锥孔相配合后，由螺栓穿过主端并旋至副端的螺纹孔中，将主端与副端组合为一体。

可选的，在所述锥端与锥孔配合部分还设置有定位结构。

可选的，所述定位结构为设置于锥端和锥孔相对应位置的两对半孔和两定位销；组合后，相对应位置的两对半孔相对准，构成完整定位孔，定位销置于所述定位孔中。

可选的，在所述组合曲轴的两曲柄臂上还设置有平衡配重。

可选的，在所述组合曲轴的两曲柄臂的相对端，沿曲柄销均开设有圆形凹槽，所述中空偏心轴的两端通过轴承支撑于所述圆形凹槽侧壁。

可选的，所述活塞与偏心轴的偏心圆柱体通过滚动轴承相连接。

可选的，所述偏心圆柱体与所述中空轴段一体成型，或

所述偏心圆柱体与所述中空轴段为固连为一体的分体式结构。

可选的，所述偏心圆柱体外周套接有滚动轴承，所述偏心圆柱体外周构成滚动轴承内圈。

此外，本申请还提供一种无连杆旋转往复运动转换设备，其中，该设备采用前述所述的旋转往复运动转换装置。

可选的，所述设备为内燃机、压缩机、水泵、泥浆泵中的一种。

与现有技术相比，本申请的其中一个方面具有以下优点：本申请实施例的一种旋转往复运动转换装置，包括，组合曲轴、偏心轴以及两个往复运动元件；所述组合曲轴包括位于两端的且同轴设置主轴颈、设置于两主轴颈相对端的两曲柄臂以及设置于所述两曲柄臂之间的曲柄销，所述曲柄销至少与其中一端曲柄臂为可拆分结构，二者通过连接件连接为一体；所述偏心轴包括中空轴段以及设置于所述中空轴段上的两偏心圆柱体，所述中空轴段穿过所述两偏心圆柱体，两偏心圆柱体相位呈180度设置，二者轴线对称设置于中空轴段轴线两侧；所述往复运动元件上设置有偏心圆柱体容置孔；装配时，所述偏心轴的中空轴段以可旋转方式套接于所述组合曲轴的曲柄销上，每一往复运动元件通过其偏心圆柱体容置孔以可旋转方式套接于所述偏心轴的一偏心圆柱体上，两偏心圆柱体外设置的往复运动元件往复运动方向呈90度布置。本申请结构具有很好的平衡性能，振动小，此外采用本申请结构的机构便于装配和拆卸；通过组合曲轴与偏心轴组合，应用于旋转往复运动转换机构时，曲柄销还可以作为同步轴，无需再单独设置同步轴，使得机构结构简单；采用该装置活塞式空压机，可形成至少四缸或八缸空压机，不但排量倍增，而且能够满足采用该空压机的车辆大型化和舒适化的要求。

附图说明

图1和图2分别为本申请第一实施例的活塞式空气压缩机的旋转往复运动转换装置的结构示意图和剖视图；

图3、图4和图5分别为本申请第一实施例的偏心轴的结构示意图之一、之二及之一的剖视图

图6和图7示出了本申请第一实施例的组合曲轴主端的结构示意图；

图8和图9示出了本申请第一实施例的组合曲轴副端的结构示意图；

图10、图11和图12分别为本申请实施例的双作用往复运动活塞的结构示意图；

图13示出了本实施例的活塞式空气压缩机的结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

本申请的下述实施例中，提供了一种旋转往复运动转换装置，其包括，组合曲轴、偏心轴以及两个往复运动元件；所述组合曲轴包括位于两端的且同轴设置主轴颈、设置于两主轴颈相对端的两曲柄臂以及设置于所述两曲柄臂之间的曲柄销，所述曲柄销至少与其中一端曲柄臂为可拆分结构，二者通过连接件连接为一体；所述偏心轴包括中空轴段以及设置于所述中空轴段上的两偏心圆柱体，所述中空轴段穿过所述两偏心圆柱体，两偏心圆柱体相位呈180度设置，二者轴线对称设置于中空轴段轴线两侧；所述往复运动元件上设置有偏心圆柱体容置孔；装配时，所述偏心轴的中空轴段以可旋转方式套接于所述组合曲轴的曲柄销上，每一往复运动元件通过其偏心圆柱体容置孔以可旋转方式套接于所述偏心轴的一偏心圆柱体上，两偏心圆柱体外设置的往复运动元件往复运动方向呈90度布置。

下面以往复运动元件为均双作用活塞为例进行说明。但是需要强调的是，本申请的往复运动元件还可以单作用活塞或者动平衡滑块，其中，动平衡滑块是指该往复运动元件无需活塞等功能端，而是起到转化对另一往复运动元件往复惯性力为旋转惯性力的作用，用于整个机构平衡性能提升。

图1和图2分别为本申请实施例的旋转往复运动转换装置的结构示意图和剖视图。

请参考图1和图2，本实施例中的旋转往复运动转换装置包括组合曲轴20，偏心轴30以及两个双作用活塞10。两个双作用活塞往复运动方向呈90度布置，通过偏心轴30与组合曲轴相连接20。下面分别对所述组合曲轴20、偏轴线30和双作用活塞10的机构以及前述组件直接的相互连接关系进行描述。

请进一步参考图2，本实施例的组合曲轴包括主端20a和副端20b。图6和图7示出了本实施例的主端的结构示意图。其中所述主端20a包括第一主轴颈2-1、与所述第一主轴颈2-1一体设置的曲柄臂2-2、由第一曲柄臂2-2的远离第一主轴颈2-1的一端向外伸出的第一曲柄销2-3，所述第一曲柄销2-3与所述第一主轴颈2-1非共轴，且二者轴线距离为e。所述第一曲柄销2-3的自由端(即远离第一主轴颈2-1的一端)为锥端2-5。所述第一曲柄销2-3位中空结构，即所述第一曲柄销2-3沿轴向设置通孔2-6，所述通孔2-6沿该第一曲柄销2-3延伸至第一主轴颈2-1的自由端(如图7中所示)。所述通孔2-6用于穿过固定主端和副端的螺栓。为便于螺栓固定，在所述第一主轴颈2-1的自由端侧还设置有螺栓沉头孔2-4a(如图7中所示)，所述沉头孔2-4a的孔径大于所述通孔2-6的孔径，用于容置螺栓沉头并便于固定螺栓。

请参考图8和图9，所述副端包括第二主轴颈3-1、与所述第二主轴颈3-1一体设置的第二曲柄臂3-2、以及由第二曲柄臂3-2远离第二主轴颈3-1的一端向外伸出的第二曲柄销3-3。所述第二曲柄销3-3与所述第二主轴颈3-1非共轴，且二者轴线距离为e。所述第二曲柄销3-3的自由端(即远离第二主轴颈3-1的一端)设置有所述锥端2-5相配合的锥孔3-5。在所述锥孔3-5与锥端的配合部分还可以设置定位结构，例如，在锥端2-5和锥孔3-5相对应位置设置两对半孔，通过两定位销与之配合；组合后，相对应位置的两对半孔相对准，构成完整定位孔，定位销置于所述定位孔中，完成主端和副端装配后的定位。此外，在所述锥孔3-5的底部还设置有螺纹孔3-7(如图9中所示)，所述螺纹孔3-7与前述固定螺栓相配合，用于在主端和副端装配后，将二者相固定。

组合时，主端20a的第一曲柄销2-3的锥端2-5插入副端20b的第二曲柄销3-3的锥孔3-5中，二者相配合，前述锥孔以及锥端的设置保证第一曲柄销2-3和第二曲柄销3-3完成配合后具有共同的轴线。此外，调整主端20a和副端20b沿周向的位置，使得第一主轴颈2-1和第二主轴颈3-1共轴，必要时，还可以设置通过定位结构完成上述的共轴设置。将固定螺栓(如图2中的固定螺栓80)由沉头孔2-4a一侧穿过通孔2-6，旋入螺纹孔3-7中，并旋紧。

此外，所述第一主轴颈2-1与第一曲柄臂2-2，第二主轴颈3-1与第二曲柄臂3-2之间也可以不是一体结构，而是分体式结构，通过连接结构或连接件固定连接为一体。

此外，为保证压缩机整体平衡，在前述组合曲轴的曲柄臂上还可以设置平衡配置，如图第一曲柄臂2-2上设置的平衡配重2-4，在第二曲柄臂3-2上设置的平衡配重3-4。

此外，组合曲轴还可以具有其他组合方式，例如曲柄销为一整体，其与其中任一曲柄臂为组合结构，通过螺栓将曲柄臂与曲柄销固连为一体。或者曲柄销与两端曲柄臂均为可拆分结构，在此不再一一赘述。

请参考图3、图4和图5，其分别为本申请实施例的偏心轴的结构示意图之一、之二及之一的剖视图。本实施例的偏心轴包括中空轴段4-1以及设置于所述中空轴段上的两偏心圆柱体4-2a和4-2b。所述中空轴段4-1沿轴向设置有中空通孔4-1a(请参见图5)，中空轴段4-1沿轴向长度不小于所述组合曲轴20曲柄销(前述第一曲柄销和第二曲柄销构成完整的曲柄销)的轴向长度。中空通孔4-1a的径向尺寸大于前述组合曲轴20曲柄销的径向尺寸。所述两偏心圆柱体径向及轴向尺寸均相同，且相位呈180度设置。二者轴线对称设置于中空轴段4-1的中心轴线两侧，并距中空轴段4-1中心轴线的距离均为e。所述两偏心圆柱图4-2a和4-2b与所述中空轴段4-1可以一体成型，也可以为组合结构。在为组合结构时，两偏心圆柱图4-2a和4-2b上设置偏心孔，中空轴段4-1穿过所述偏心孔并与偏心圆柱图固为一体。

在所述两偏心圆柱体4-2a和4-2b上还可以设置减重结构，例如各自的相对端面侧还可以设置减重槽4-6。

此外，在偏心圆柱体外周还可以套接滚动轴承，在一个具体实例中，所述偏心圆柱图外周构成滚动轴承的轴承内圈，滚针或滚珠直接与偏心圆柱图外周接触，轴承外圈4-5套接在滚针或滚珠外。具体结构如图5中所示。

所述偏心轴30的中空轴段4-1以可旋转方式套接于所述组合曲轴20的曲柄销。本实施例中，在组合曲轴20的两曲柄臂的相对端，沿曲柄销均开设有圆形凹槽，如图6的主端20a的曲柄臂2-2上开设支撑圆槽2-2a，在如图9所示的副端20b的曲柄臂3-2上开设支撑圆槽3-2a。曲柄臂穿过偏心轴30的中空轴段4-1的中空通孔4-1a，通过设置于中空轴段4-1两端外侧的滚动轴承4-7(如图4和图5中所示)支撑于所述支撑圆槽2-2a和3-2a中。所述滚动轴承4-7设置方式可以与偏心圆柱图外轴承设置方式相同，即仅在中空轴段外侧设置滚动元件和轴承外圈。偏心轴上设置的滚动轴承可满足偏心轴与组合曲轴之间，以及与下述的活塞之间的相对运动无需润滑油润滑。在轴承中填充润滑脂即可保证长时间相对运动，从而使得采用本结构的空压机在一定意义上可称之为无油空压机。由于无需润滑油，故维护及维修成本大大降低，有效运转时间增长。

此外，偏心轴与组合曲轴还可以具有其它方式实现可旋转连接，例如，在偏心轴的中空轴承与组合曲轴的曲柄销之间设置滚动轴承。在此不再展开论述。

此外，需要说明的是，偏心轴与组合曲轴之间的可旋转连接并非必须采用上述的滚动轴承，其也可以为滑动轴承或其它方式的减模套，或者在与组合曲轴相对运动的结合面上设置减磨层。偏心圆柱体外侧也可以设置滑动轴承或其它方式的减模套，或者在与活塞的相对运动面上设置减磨层等，在此不再展开论述。

本实施例中，组合曲柄销穿过偏心轴的中空轴段的结构，使得曲柄销具有同步轴的作用，而无需再单独设置同步轴。充分利用设计空间，使得本申请实施例装置的空压机具有更小的体积。

请参考图10、图11和图12，其分别为本申请实施例的双作用往复运动活塞的结构示意图，本实施例中，双作用往复运动活塞包括活塞头5a和5b，活塞座为分体式结构，包括第一部分5-2a和第二部分5-5b，两部分通过设置于外侧边缘的连接结构固定为一体，如图12中的连接孔5-5。活塞座中间设置偏心圆柱体容置孔5-3。活塞座小头部分设置有销孔5-4，通过销孔5-4与活塞销将活塞座与活塞头相连接。

本实施例中，每一旋转往复运动转换装置均包括两个双作用往复运动活塞。在与组合曲轴和偏心轴装配后，每一双作用往复运动活塞对应一偏心圆柱体，偏心圆柱体可旋转置于双作用往复运动活塞的容置孔中。两偏心圆柱体外设置的双作用活塞往复运动方向呈90度布置。

上述旋转往复运动装置可用于空气式压缩机，构成无连杆活塞式空气压缩机。图13示出了本实施例的活塞式空气压缩机的结构示意图。本实施例为8缸双十字型结构(或称为双x型结构)的活塞式空气压缩机。本实施例中，主要结合其布置形式对本实施例的活塞式压缩机进行说明，对于压缩机的机体、驱动装置及附配件不做过多描述，相关之处可参考现有的活塞式压缩机。

请参考图13，本实施例的8缸双十字型结构包括八个压缩气缸200，分置于压缩机两侧，一侧四个气缸且单侧四个气缸呈十字型布置，中间设置驱动装置，本实施例中驱动装置为驱动电机100。整个机器设置于底座300上。

本实施例的活塞式空气压缩机除包括机体、驱动装置外，还包括两旋转往复运动转换装置，分别称为第一旋转往复运动转换装置和第二旋转往复运动转换装置。本实施例中，两旋转往复运动转换装置结构可以相同，对称设置于机体相对侧，通过驱动装置的驱动轴相连接。当然两侧旋转往复运动转换机构也可以非对称设置。所述第一旋转往复运动转换装置和第二旋转往复运动转换装置均可采用前述实施例所描述的旋转往复运动转换装置，在此不再展开描述。

装配后的所述第一旋转往复运动转换装置和第二旋转往复运动转换装置均设于所述机体上，且所述两旋转往复运动转换装置的曲轴均与所述驱动装置驱动轴相连接，装配后的结构如图13所示。

在一个具体的实例中，位于驱动装置10两侧的旋转往复运动转换装置的气缸相对应布置，位于整机外侧(两侧远离驱动装置的)两往复运动活塞往复运动方向相同，位于靠近驱动装置的两往复运动活塞的往复运动方向相同，且运动方向相同的两活塞同时到达同一方向的上止点。即，往复运动方向相同的往复运动活塞同步运动。该种布置结构可进一步降低整机的力矩，使得本机的平衡性能大大提高。

本申请实施例的空气压缩机布置方式的结构平衡性能大大增强，使得整机具有优异的平衡性能。上述的两旋转往复运动转换结构相同，可对称设置于机体两侧，通过电机驱动轴相连接，例如，可以共轴连接。

进一步的，相对于现有的两个2v结构的活塞式空气压缩机，本结构的活塞式空气压缩机在不增大机体体积的情况下，还使得排量提高一倍。

此外，前述实施例中的旋转往复运动转换装置还可以在单侧设置一组旋转往复运动转换装置，构成4缸十字型结构活塞式空气压缩机。旋转往复运动转换装置可以采用上述实施例一的结构，本实施例活塞式空气压缩机的其它方面可以与上述实施例相同，这里不再展开论述。

本申请还提供一种无连杆旋转往复运动转换设备，所述设备可以是内燃机、压缩机、水泵、泥浆泵中的一种。该设备采用前述实施例的旋转往复运动转换装置。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。