具有往复式滑块曲柄机构的机器以及用于设计具有往复式滑块曲柄机构的机器的方法技术

一种具有往复式滑块曲柄机构的机器，其中曲轴的轴线、第一平衡器轴的轴线和第二平衡器轴的轴线没有布置在同一平面上，其中振动得到高度控制。该机器包括被构造成满足以下设定公式的往复式滑块曲柄机构：UCr＝UP×0.5αCr＝180°UB(Fr)＝{U1B(Fr)

Machine with reciprocating slider crank mechanism and method for designing a machine with reciprocating slider crank mechanism

A machine with a reciprocating slider crank mechanism in which the axis of the crankshaft, the axis of the first balancer shaft and the axis of the second balancer shaft are not arranged on the same plane, in which the vibration is highly controlled. The machine includes a reciprocating slider crank mechanism configured to meet the following set formula: UCr = UP x 0.5, alpha Cr = 180 degree UB (Fr) = {U1B (Fr)

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有往复式滑块曲柄机构的机器以及用于设计具有往复式滑块曲柄机构的机器的方法
本专利技术涉及具有往复式滑块曲柄机构的诸如内燃机、往复式泵或往复式气体压缩机等的机器(以下称为“往复式机器”)以及用于设计往复式机器的方法。
技术介绍
在诸如内燃机等的往复式机器中，通过诸如活塞等的往复运动部的运动产生惯性力。照惯例，在往复式机器中，诸如曲轴等的旋转运动部和平衡器轴被给予不平衡，从而产生与往复运动部的惯性力平衡的离心力，从而控制振动。图11是示意性地示出包括所谓的双轴主平衡器的常规往复式发动机的图。发动机包括往复运动部570和旋转运动部530，其中，往复运动部570包括在气缸(未示出)中往复运动的活塞550、活塞销555和通过活塞销555连接到活塞550的连杆小端部560，并且旋转运动部530包括可旋转曲轴500和连接到曲轴500的曲柄销部556的连杆大端部565。发动机还包括布置在曲轴500前方的第一平衡器轴510和布置在曲轴500后方的第二平衡器轴520。第一平衡器轴510和第二平衡器轴520被构造成以与曲轴500相同的旋转速度并且在与曲轴500的旋转方向相反的旋转方向上旋转。曲轴500的轴线500c、第一平衡器轴510的轴线510c和第二平衡器轴520的轴线520c布置在同一平面P上。现在，假定从曲轴500的轴向观察时，曲轴500的轴线500c是原点，从原点沿着气缸的中心线向活塞550延伸的轴线为Y轴，与Y轴垂直的轴线为X轴，并且从曲轴500的轴向观察时，曲轴500的旋转方向为正转方向，与曲轴500的旋转方向相反的方向是反转方向，并且假定：LxB(Fr)：第一平衡器轴510的轴线510c的X坐标值LyB(Fr)：第一平衡器轴510的轴线510c的Y坐标值LxB(Rr)：第二平衡器轴520的轴线520c的X坐标值LyB(Rr)：第二平衡器轴520的轴线520c的Y坐标值γB(Fr)：从曲轴500的轴向观察时连接在第一平衡器轴510的轴线510c与曲轴500的轴线500c之间的直线在正转方向上与Y轴的角度＝90°+arctan(LyB(Fr)/LxB(Fr))γB(Rr)：从曲轴500的轴向观察时连接在第二平衡器轴520的轴线520c与曲轴500的轴线500c之间的直线在正转方向上与Y轴的角度(＝γB(Fr))θCr：曲轴500在正转方向上的旋转角度(其中，假定当曲轴500的曲柄销部556在Y轴上时θCr为0°)，UP：往复运动部570的不平衡量＝mP×R(其中，mP是往复运动部570的质量，并且R是曲柄半径)UCr：旋转运动部530的不平衡量＝mCr×rCr(其中，mCr是旋转运动部530的质量，并且rCr是曲轴500的轴线500c与旋转运动部530的重心之间的距离)αCr：当θCr＝0°时，旋转运动部530的不平衡方向(在正转方向上与Y轴的角度)UB(Fr)：第一平衡器轴510的不平衡量＝mB(Fr)×rB(Fr)(其中，mB(Fr)是第一平衡器轴510的质量，并且rB(Fr)是第一平衡器轴510的轴线510c与第一平衡器轴510的重心之间的距离)αB(Fr)：当θCr＝0°时，第一平衡器轴510的不平衡方向(在正转方向上与Y轴的角度)UB(Rr)：第二平衡器轴520的不平衡量＝mB(Rr)×rB(Rr)(其中，mB(Rr)是第二平衡器轴520的质量，并且rB(Rr)是第二平衡器轴520的轴线520c与第二平衡器轴520的重心之间的距离)αB(Rr)：当θCr＝0°时，第二平衡器轴520的不平衡方向(在正转方向上与Y轴的角度)。在常规的往复式机器设计方法中，UCr、αCr、UB(Fr)、UB(Rr)、αB(Fr)和αB(Rr)设定为满足以下设定公式：UCr＝UP×0.5αCr＝180°UB(Fr)＝UP×0.5×(LxB(Rr)/sinγB(Rr))/{(LxB(Rr)/sinγB(Rr))-(LxB(Fr)/sinγB(Fr))}αB(Fr)＝180°UB(Rr)＝UP×0.5×(LxB(Fr)/sinγB(Fr))/{(LxB(Fr)/sinγB(Fr))-(LxB(Rr)/sinγB(Rr))}αB(Rr)＝180°。根据上述往复式机器和设计方法，往复运动部570的主惯性力、由旋转运动部530产生的离心力、由第一平衡器轴510产生的离心力以及由第二平衡器轴520产生的离心力相互平衡，这些力是由往复式机器的运转产生的。此外，由于主惯性力和离心力的作用线之间的差异产生的力矩相互平衡。因此，能够高度控制由往复式机器的主惯性力和离心力引起的平移振动以及由力矩引起的旋转振动。由于往复式机器的布局的限制等，在一些情况下难以将曲轴500的轴线500c、第一平衡器轴510的轴线510c和第二平衡器轴520的轴线520c布置在同一平面P上。例如，专利文献1公开了一种发动机，其中曲轴的轴线、第一平衡器轴的轴线和第二平衡器轴的轴线没有布置在同一平面上。引用列表专利文献[专利文献1]日本专利文献特开3-28544号公报
技术实现思路
然而，没有用于设计往复式机器的第一平衡器轴和第二平衡器轴的常规方法，其中曲轴的轴线、第一平衡器轴的轴线和第二平衡器轴的轴线没有布置在同一平面上，并且其中能够高度控制振动。利用常规的设计过程，往复运动部的主惯性力、旋转运动部的离心力、第一平衡器轴的离心力和第二平衡器轴的离心力相互平衡，并且能够控制平移振动。然而，由于曲轴的轴线、第一平衡器轴的轴线和第二平衡器轴的轴线没有布置在同一平面上，往复运动部的主惯性力、旋转运动部的离心力、第一平衡器轴的离心力和第二平衡器轴的离心力在曲轴周围新产生力矩。利用常规的设计过程，无法控制力矩产生的旋转振动。也就是说，尽管能够控制平移振动，但是由于无法控制旋转振动，因此无法高度控制往复式机器的振动。为了解决上述问题而作出本专利技术，本专利技术的目的在于提供一种往复式机器，其中曲轴的轴线、第一平衡器轴的轴线和第二平衡器轴的轴线没有布置在同一平面上，并且其中能够高度控制平移振动和旋转振动。根据本专利技术的往复式机器包括往复运动部、旋转运动部、第一平衡器轴和第二平衡器轴。往复运动部包括被构造成在气缸中往复运动的活塞、活塞销以及通过活塞销连接到活塞的连杆的小端部。旋转运动部包括具有曲柄销部的可旋转曲轴和连接到曲轴的曲柄销部的连杆的大端部。第一平衡器轴被构造成在与曲轴的旋转方向相反的旋转方向上以与曲轴的旋转速度相同的旋转速度与曲轴的旋转一起旋转。第二平衡器轴在从曲轴的轴向观察时相对于气缸的中心线布置在第一平衡器轴的相反侧，并且被构造成在与曲轴的旋转方向相反的旋转方向上以与曲轴的旋转速度相同的旋转速度与曲轴的旋转一起旋转。曲轴的轴线、第一平衡器轴的轴线和第二平衡器轴的轴线没有布置在同一平面上。根据本专利技术的用于设计往复式机器的方法是用于设计上述往复式机器的方法。假定从曲轴的轴向观察时，曲轴的轴线是原点，从原点沿着气缸的中心线向活塞延伸的轴线为Y轴，与Y轴垂直的轴线为X轴，并且从曲轴的轴向观察时，曲轴的旋转方向为正转方向，与曲轴的旋转方向相反的方向是反转方向，并且假定：LxB(Fr)：第一平衡器轴的轴线的X坐标值LyB(Fr)：第一平衡器轴的轴线的Y坐标值LxB(Rr)：第二平衡器轴的轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有往复式滑块曲柄机构的机器，所述机器包括：往复运动部，其包括被构造成在气缸中往复运动的活塞、活塞销以及通过所述活塞销连接到所述活塞的连杆的小端部；旋转运动部，其包括具有曲柄销部的可旋转曲轴和连接到所述曲轴的曲柄销部的所述连杆的大端部；第一平衡器轴，其被构造成在与所述曲轴的旋转方向相反的旋转方向上以与所述曲轴的旋转速度相同的旋转速度与所述曲轴的旋转一起旋转；以及第二平衡器轴，其在从所述曲轴的轴向观察时相对于所述气缸的中心线布置在所述第一平衡器轴的相反侧，并且被构造成在与所述曲轴的旋转方向相反的旋转方向上以与所述曲轴的旋转速度相同的旋转速度与所述曲轴的旋转一起旋转，其中：所述曲轴的轴线、所述第一平衡器轴的轴线和所述第二平衡器轴的轴线没有布置在同一平面上；并且所述往复式滑块曲柄机构被构造成满足以下设定公式：UCr＝UP×0.5αCr＝180°UB(Fr)＝{U1B(Fr)

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.19 JP 2016-0298241.一种具有往复式滑块曲柄机构的机器，所述机器包括：往复运动部，其包括被构造成在气缸中往复运动的活塞、活塞销以及通过所述活塞销连接到所述活塞的连杆的小端部；旋转运动部，其包括具有曲柄销部的可旋转曲轴和连接到所述曲轴的曲柄销部的所述连杆的大端部；第一平衡器轴，其被构造成在与所述曲轴的旋转方向相反的旋转方向上以与所述曲轴的旋转速度相同的旋转速度与所述曲轴的旋转一起旋转；以及第二平衡器轴，其在从所述曲轴的轴向观察时相对于所述气缸的中心线布置在所述第一平衡器轴的相反侧，并且被构造成在与所述曲轴的旋转方向相反的旋转方向上以与所述曲轴的旋转速度相同的旋转速度与所述曲轴的旋转一起旋转，其中：所述曲轴的轴线、所述第一平衡器轴的轴线和所述第二平衡器轴的轴线没有布置在同一平面上；并且所述往复式滑块曲柄机构被构造成满足以下设定公式：UCr＝UP×0.5αCr＝180°UB(Fr)＝{U1B(Fr)2+U2B(Fr)2}1/2U1B(Fr)＝-UP×0.5×{Lx'B(Rr)/(Lx'B(Rr)-Lx'B(Fr))}U2B(Fr)＝-UP×0.5×{Ly'B/(Lx'B(Rr)-Lx'B(Fr))}αB(Fr)＝180°-arctan(U2B(Fr)/U1B(Fr))UB(Rr)＝{U1B(Rr)2+U2B(Rr)2}1/2U1B(Rr)＝-UP×0.5×{Lx'B(Fr)/(Lx'B(Fr)-Lx'B(Rr))}U2B(Rr)＝-U2B(Fr)αB(Rr)＝180°-arctan(U2B(Rr)/U1B(Rr))其中从所述曲轴的轴向观察时，所述曲轴的轴线为原点，从所述原点沿着所述气缸的中心线向所述活塞延伸的轴线是Y轴，并且与所述Y轴垂直的轴线是X轴，从所述曲轴的轴向观察时，所述曲轴的旋转方向是正转方向，并且与所述曲轴的旋转方向相反的方向是反转方向，LxB(Fr)：所述第一平衡器轴的轴线的X坐标值LyB(Fr)：所述第一平衡器轴的轴线的Y坐标值LxB(Rr)：所述第二平衡器轴的轴线的X坐标值LyB(Rr)：所述第二平衡器轴的轴线的Y坐标值β：从所述曲轴的轴向观察时连接在所述第一平衡器轴的轴线与所述第二平衡器轴的轴线之间的直线在所述正转方向上与所述Y轴的角度＝90°+arctan{(LyB(Rr)-LyB(Fr))/(LxB(Rr)-LxB(Fr))}γB(Fr)：从所述曲轴的轴向观察时连接在所述第一平衡器轴的轴线与所述曲轴的轴线之间的直线在所述正转方向上与所述Y轴的角度＝90°+arctan(LyB(Fr)/LxB(Fr))γB(Rr)：从所述曲轴的轴向观察时连接在所述第二平衡器轴的轴线与所述曲轴的轴线之间的直线在所述正转方向上与所述Y轴的角度＝90°+arctan(LyB(Rr)/LxB(Rr))X'轴：在所述正转方向上从所述X轴倾斜β-90°的轴线Y'轴：在所述正转方向上从所述Y轴倾斜β-90°的轴线Lx'B(Fr)：所述第一平衡器轴的轴线的X'坐标值＝(LxB(Fr)-LyB(Fr)/tanβ)×sinβLy'B：所述第一平衡器轴和所述第二平衡器轴的轴线的Y'坐标值＝(LxB(Fr)+LyB(Fr)×tanβ)×cosβLx'B(Rr)：所述第二平衡器轴的轴线的X'坐标值＝(LxB(Rr)-LyB(Rr)/tanβ)×sinβθCr：所述曲轴在所述正转方向上的旋转角度(其中，假定当所述曲轴的曲柄销部在所述Y轴上时θCr为0°)UP：所述往复运动部的不平衡量＝mP×R(其中，mP是往复运动部的质量，并且R是曲柄半径)UCr：所述旋转运动部的不平衡量＝mCr×rCr(其中，mCr是所述旋转运动部的质量，并且rCr是所述曲轴的轴线与所述旋转运动部的重心之间的距离)αCr：当θCr＝0°时，所述旋转运动部的不平衡方向(在所述正转方向上与所述Y轴的角度)UB(Fr)：所述第一平衡器轴的不平衡量＝mB(Fr)×rB(Fr)(其中，mB(Fr)是所述第一平衡器轴的质量，并且rB(Fr)是所述第一平衡器轴的轴线与所述第一平衡器轴的重心之间的距离)U1B(Fr)：当θCr＝0°时，所述第一平衡器轴的不平衡量(＝UB(Fr))的Y轴方向分量U2B(Fr)：当θCr＝0°时，所述第一平衡器轴的不平衡量(＝UB(Fr))的X轴方向分量αB(Fr)：当θCr＝0°时，所述第一平衡器轴的不平衡方向(在所述正转方向上与所述Y轴的角度)UB(Rr)：所述第二平衡器轴的不平衡量＝mB(Rr)×rB(Rr)(其中，mB(Rr)是所述第二平衡器轴的质量，并且rB(Rr)是所述第二平衡器轴的轴线与所述第二平衡器轴的重心之间的距离)U1B(Rr)：当θCr＝0°时，所述第二平衡器轴的不平衡量(＝UB(Rr))的Y轴方向分量U2B(Rr)：当θCr＝0°时，所述第二平衡器轴的不平衡量(＝UB(Rr))的X轴方向分量αB(Rr)：当θCr＝0°时，所述第二平衡器轴的不平衡方向(在所述正转方向上与所述Y轴的角度)。2.一种具有往复式滑块曲柄机构的机器，所述机器包括：往复运动部，其包括被构造成在气缸中往复运动的活塞、活塞销以及通过所述活塞销连接到所述活塞的连杆的小端部；旋转运动部，其包括具有曲柄销部的可旋转曲轴和连接到所述曲轴的曲柄销部的连杆的大端部；第一平衡器轴，其被构造成在与所述曲轴的旋转方向相反的旋转方向上以与所述曲轴的旋转速度相同的旋转速度与所述曲轴的旋转一起旋转；以及第二平衡器轴，其在从所述曲轴的轴向观察时相对于所述气缸的中心线布置在所述第一平衡器轴的相反侧，并且被构造成在与所述曲轴的旋转方向相反的旋转方向上以与所述曲轴的旋转速度相同的旋转速度与所述曲轴的旋转一起旋转，其中：所述曲轴的轴线、所述第一平衡器轴的轴线和所述第二平衡器轴的轴线没有布置在同一平面上；并且从所述曲轴的轴向观察时，所述气缸的中心线偏离所述曲轴的轴线；并且所述往复式滑块曲柄机构被构造成满足以下设定公式：UCr＝UP×0.5×{1+(δ/l)2}1/2αCr＝180°-arctan(δ/l)UB(Fr)＝{(U1B(Fr)+U3B(Fr))2+(U2B(Fr)+U4B(Fr))2}1/2U1B(Fr)＝-UP×0.5×{Lx'B(Rr)/(Lx'B(Rr)-Lx'B(Fr))}×{1+(δ/l)2}1/2U2B(Fr)＝-UP×0.5×{Ly'B/(Lx'B(Rr)-Lx'B(Fr))}×{1+(δ/l)2}1/2U3B(Fr)＝-UP×{δ/(Lx'B(Rr)-Lx'B(Fr))}×sinβ×{1+(δ/l)2}1/2U4B(Fr)＝-UP×{δ/(Lx'B(Rr)-Lx'B(Fr))}×cosβ×{1+(δ/l)2}1/2αB(Fr)＝180°-arctan{(U2B(Fr)+U4B(Fr))/(U1B(Fr)+U3B(Fr))}+arctan(δ/l)UB(Rr)＝{(U1B(Rr)+U3B(Rr))2+(U2B(Rr)+U4B(Rr))2}1/2U1B(Rr)＝-UP×0.5×{Lx'B(Fr)/(Lx'B(Fr)-Lx'B(Rr))}×{1+(δ/l)2}1/2U2B(Rr)＝-U2B(Fr)U3B(Rr)＝-U3B(Fr)U4B(Rr)＝-U4B(Fr)αB(Rr)＝180°-arctan{(U2B(Rr)+U4B(Rr))/(U1B(Rr)+U3B(Rr))}+arctan(δ/l)其中从所述曲轴的轴向观察时，所述曲轴的轴线为原点，从所述原点平行于所述气缸的中心线向所述活塞延伸的轴线是Y轴，并且与所述Y轴垂直的轴线是X轴，从所述曲轴的轴向观察时，所述曲轴的旋转方向是正转方向，并且与所述曲轴的旋转方向相反的方向是反转方向，LxB(Fr)：所述第一平衡器轴的轴线的X坐标值LyB(Fr)：所述第一平衡器轴的轴线的Y坐标值LxB(Rr)：所述第二平衡器轴的轴线的X坐标值LyB(Rr)：所述第二平衡器轴的轴线的Y坐标值l：所述活塞销的中心与所述曲柄销部的中心之间的距离δ：所述气缸的偏移量β：从所述曲轴的轴向观察时连接在所述第一平衡器轴的轴线与所述第二平衡器轴的轴线之间的直线在所述正转方向上与所述Y轴的角度＝90°+arctan{(LyB(Rr)-LyB(Fr))/(LxB(Rr)-LxB(Fr))}γB(Fr)：从所述曲轴的轴向观察时连接在所述第一平衡器轴的轴线与所述曲轴的轴线之间的直线在所述正转方向上与所述Y轴的角度＝90°+arctan(LyB(Fr)/LxB(Fr))γB(Rr)：从所述曲轴的轴向观察时连接在所述第二平衡器轴的轴线与所述曲轴的轴线之间的直线在所述正转方向上与所述Y轴的角度＝90°+arctan(LyB(Rr)/LxB(Rr))X'轴：在所述正转方向上从所述X轴倾斜β-90°的轴线Y'轴：在所述正转方向上从所述Y轴倾斜β-90°的轴线Lx'B(Fr)：所述第一平衡器轴的轴线的X'坐标值＝(LxB(Fr)-LyB(Fr)/tanβ)×sinβLy'B：所述第一平衡器轴和所述第二平衡器轴的轴线的Y'坐标值＝(LxB(Fr)+LyB(Fr)×tanβ)×cosβLx'B(Rr)：所述第二平衡器轴的轴线的X'坐标值＝(LxB(Rr)-LyB(Rr)/tanβ)×sinβθCr：所述曲轴在所述正转方向上的旋转角度(其中，假定当所述曲轴的曲柄销部在所述Y轴上时θCr为0°)UP：所述往复运动部的不平衡量＝mP×R(其中，mP是所述往复运动部的质量，并且R是曲柄半径)UCr：所述旋转运动部的不平衡量＝mCr×rCr(其中，mCr是所述旋转运动部的质量，并且rCr是所述曲轴的轴线与所述旋转运动部的重心之间的距离)αCr：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述旋转运动部的不平衡方向(在所述正转方向上与所述Y轴的角度)UB(Fr)：所述第一平衡器轴的不平衡量＝mB(Fr)×rB(Fr)(其中，mB(Fr)是所述第一平衡器轴的质量，并且rB(Fr)是所述第一平衡器轴的轴线与所述第一平衡器轴的重心之间的距离)U1B(Fr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第一平衡器轴的不平衡量(＝UB(Fr))的Y轴方向分量1U2B(Fr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第一平衡器轴的不平衡量(＝UB(Fr))的X轴方向分量1U3B(Fr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第一平衡器轴的不平衡量(＝UB(Fr))的Y轴方向分量2U4B(Fr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第一平衡器轴的不平衡量(＝UB(Fr))的X轴方向分量2αB(Fr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第一平衡器轴的不平衡方向(在所述正转方向上与所述Y轴的角度)UB(Rr)：所述第二平衡器轴的不平衡量＝mB(Rr)×rB(Rr)(其中，mB(Rr)是所述第二平衡器轴的质量，并且rB(Rr)是所述第二平衡器轴的轴线与所述第二平衡器轴的重心之间的距离)U1B(Rr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第二平衡器轴的不平衡量(＝UB(Rr))的Y轴方向分量1U2B(Rr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第二平衡器轴的不平衡量(＝UB(Rr))的X轴方向分量1U3B(Rr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第二平衡器轴的不平衡量(＝UB(Rr))的Y轴方向分量2U4B(Rr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第二平衡器轴的不平衡量(＝UB(Rr))的X轴方向分量2αB(Rr)：当θCr＝arctan(δ/l)°时，所述第二平衡器轴的不平衡方向(在所述正转方向上与所述Y轴的角度)。3.根据权利要求1或2所述的具有往复式滑块曲柄机构的机器，其中：所述机器是多缸内燃机；并且每个气缸被构造成满足所述设定公式。4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有往复式滑块曲柄机构的机器，其中，所述机器是安装在摩托车上的内燃机。5.根据权利要求4所述的具有往复式滑块曲柄机构的机器，其中：所述曲轴、所述第一平衡器轴和所述第二平衡器轴均在所述摩托车的车宽方向上延伸；所述第一平衡器轴设置在所述曲轴的前方；并且所述第二平衡器轴设置在所述曲轴的后方。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：前田和之，小野寺正洋，
申请(专利权)人：雅马哈发动机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP