曲柄轴 【发明领域】
本发明涉及一种曲柄轴，更确切地说，涉及一种能通过使用一种弹性构件提高旋转运动和直线运动之间的转换效率的曲柄轴。相关技术
通常，作为将旋转运动转换为往复运动的构件，曲柄轴广泛用于车辆引擎、压缩机之类的地方。
图1显示了传统曲柄轴的结构。
参照图1，传统曲柄轴包括：一根旋转轴30，连接在使旋转轴30旋转的旋转部件10上；一个曲柄臂40，其中心连接旋转轴30，并且其一侧通过曲柄销钉50连接在一根连杆上。在连杆60的一端，安装有一个往复构件20，该构件随连杆的往复运动进行运动。
更详细地说，旋转构件10使旋转轴30转动，其中旋转轴30的转动直接传输到同轴旋转的曲柄臂40。在这种情况下，曲柄销钉50从曲柄臂40的旋转中心偏离一个预定的距离，因旋转轴30的旋转绕一个预定半径的圆转动。
连杆60连接在曲柄销钉50上，将曲柄销钉50的圆周运动转化成垂直往复运动。连杆60的垂直运动使连接在它上面的往复构件20垂直运动。
在另一种情况中，上述操作可以反过来进行。换言之，往复构件20使得连接在它上面地连杆60作往复运动。连杆60循环移动曲柄臂40，因而使连接在旋转轴30上的旋转构件10转动，完成确定的操作。
曲柄轴是一种能够将旋转运动转换成往复运动的构件。这种曲柄轴广泛使用在现代社会中。例如，车辆引擎由于往复构件的往复运动而使旋转构件旋转。相反，在压缩机或者冷冻机中，旋转构件的转动使得往复构件作往复运动。
图2显示了使用传统曲柄轴的往复式压缩机的结构。
参照图2，传统往复式压缩机包括一个封闭的容器1，该容器确定了压缩机的机体；一个构架2，安装在封闭容器1的内部；一个驱动电机，由安装在构架下方的定子3和转子4构成；一个曲柄轴30，与驱动电机的转子4的内径配合，其一端装有偏心零件；一根连杆60，连接曲柄轴30上偏心零件和活塞22下端，用于将曲柄30的旋转效果转化成直线往复运动；一个圆柱体21，与构架2上端部分和活塞22配合，其中活塞22与和曲柄轴30的偏心零件配合的连杆60连接，在圆柱体21内作往复运动。
这里，曲柄轴30的一侧通过曲柄销钉与连杆60固定连接。
圆柱体21上安装有吸入阀和排出阀，为圆柱体21吸入和排出冷却剂气体，其中阀四周围有消声器8。
以上对往复式压缩机的配置进行了描述，驱动电机的操作主要是使曲柄轴30旋转，连杆60也相应地做圆周运动。由于连杆60和安装在圆柱体21内的活塞22连接在一起，连杆60的圆周运动使得活塞22作直线往复运动。活塞22的往复运动用作吸入、压缩和排出流体。
然而，由于传统的曲柄轴包含固定在连杆上的曲柄销钉，在压缩过程中当曲柄轴的旋转力原样传递到连杆上时，会因压力过大而导致损耗。而且，在吸入过程中，当通过连杆与曲柄轴连接的活塞所吸入的冷却剂少于最大吸入体积时，传统往复式压缩机的最大效率会降低。发明内容
因此，本发明被用来解决上述问题。本发明的目的是提供一种曲柄轴，通过使用具有导向槽并且在槽中安装有弹性构件的曲柄臂，能够提高压缩和吸入液体的性能。
为达到上述目的，本发明的一种优选方式提供一种用于将旋转运动转化为往复运动的曲柄轴，包括：一根用于引起旋转运动的旋转轴；以及一个中心连接在旋转轴上的曲柄臂，其一侧上具有导向槽，允许曲柄销钉自由移动。
在曲柄轴上，导向槽可以水平布置，从内圆上的第一点伸向外圆上的第二点。另外，曲柄轴还可以包括弹性装置作为弹性支撑，安装在水平导向槽内曲柄销钉的两边。
为达到上述目的，本发明的另一种优选方式提供一种用于将旋转运动转化为往复运动的曲柄轴，包括：一根用于引起旋转运动的旋转轴；一个中心连接在旋转轴上的曲柄臂，其一侧上具有导向槽；以及一个在导向槽中自由移动的曲柄销钉。
为达到上述目的，本发明的再一种优选方式提供一种用于将旋转运动转化为往复运动的曲柄轴，包括：一根用于引起旋转运动的旋转轴；一个中心连接在旋转轴上的曲柄臂，其一侧上具有导向槽，导向槽水平地从内圆上的第一点伸向外圆上的第二点；以及一个在导向槽中自由移动的曲柄销钉。
曲柄轴还可以包括用作弹性支撑的弹性装置，安装在水平导向槽中曲柄销钉的两侧。
为达到上述目的，本发明的再一种优选方式提供一种往复式压缩机，包括：一台产生旋转运动的电机；一个曲柄轴，具有固定在曲柄轴中心上并与电机连接的旋转轴，水平地从内圆伸向外圆并与中心有一定距离的导向槽，安装在导向槽内用作弹性支撑的弹性装置，和一个根据旋转方向在所述导向槽中自由移动的曲柄销钉；一个通过连杆连接在所述曲柄销钉上的活塞，与销钉之间有一定间隔，用来执行直线往复运动；以及一个圆柱体，其内部空间可随活塞的直线往复运动吸入并压缩液体。
在往复式压缩机内，弹性装置优选安装在曲柄销钉的两侧。
在往复式压缩机内，活塞从最低点向最高点移动时，导向槽中的曲柄销钉被向外推。
在往复式压缩机内，活塞从最高点向最低点移动时，导向槽中的曲柄销钉被向内推。附图简述
图1显示传统曲柄轴的结构；
图2显示使用传统曲柄轴的往复式压缩机的结构；
图3A和3B显示按照本发明第三种优选实施例的曲柄轴的结构；
图4用示意图显示采用本发明第三种优选实施例的曲柄轴的往复式压缩机的结构；
图5A至5D用示意图显示采用本发明第三种优选实施例的曲柄轴的往复式压缩机的操作情况；
图6显示由本发明第三种优选实施例的曲柄轴的旋转导致的活塞的操作；
图7显示传统曲柄轴中活塞的位置；
图8显示本发明第三种优选实施例的曲柄轴中活塞的位置。优选实施例
下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图3A和3B显示了本发明第三种优选实施例的曲柄轴的结构。
参照附图3A和3B，曲柄轴的中心连接在旋转轴30上，以产生旋转运动。而且，在曲柄臂40’的一侧开有径向导向槽44，和转动轴30相互分离，以便曲柄销钉50自由移动。在导向槽44中曲柄销钉50的两侧，安装有的弹性装置43，用来对曲柄销钉50进行弹性支撑。弹性装置43优选弹簧。
而且，导向槽44从半径为R1的内圆上的一点伸向半径为R2的外圆上的一点水平地形成。亦即，导向槽44沿一条直线向外延伸，从半径为R1的内圆上的一点伸向半径为R2的外圆上的一点。
优选情况下，曲柄销钉50作为能够在导向槽44中自由移动的构件，在弹性装置的作用下尽量向外偏离。如图3B所示，为了达到这个目的，弹性装置43分成两部分，其中优选情况下第一弹性装置43A较第二弹性装置43B长。更详细地说，第一弹性装置43A的长度为从导向槽44与半径为R1的内圆接触点到接触曲柄销钉50的点的距离。第二弹性装置43B的长度为从曲柄销钉50到导向槽44与半径为R2的外圆接触点的距离。所以，第一弹性装置43A较第二弹性装置43B长，这样曲柄销钉50可以向外偏移。
图4用示意图显示了采用本发明第三种优选实施例的曲柄轴的往复式压缩机的结构。
参照图4，往复式压缩机具有连接在曲柄轴55上曲柄销钉50的连杆60，和连接在连杆60末端的活塞22。活塞22吸入并压缩液体，同时在圆柱体21内做往复运动。
下面参照附图5A至5D进行描述往复式压缩机的操作。首先，当曲柄销钉50与圆柱体刚好相反放置，亦即，在最高点的位置，曲柄销钉50在导向槽44中弹性装置的弹性力作用下将向外移动，旋转时在离心力的作用下将进一步向外偏移。
这样，当曲柄轴进一步转动，导向槽确定的方向与活塞往复运动的方向垂直，进入圆柱体的液体受压推动曲柄销钉50。然后，导向槽44向外和向内方向交换，这样曲柄销钉50被推向导向槽44。更详细地说，导向槽44向外的方向指向活塞，而导向槽44向内的方向指向活塞相反的方向，这样曲柄销钉50在导向槽44中被液体施加在活塞上的压力向内推。然而，这种推动是通过在导向槽44中支撑曲柄销钉50的弹性装置而平缓发生的，所以使得在圆柱体中压缩和排出液体的过程很均匀。当然，考虑到压缩效率，需要事先有一个预处理，把圆柱体安装在曲柄轴的附近，这样当曲柄销钉完全推到内部时，活塞可以到达最低点。
当活塞位于最低点时，发生压缩和排出过程。当活塞经过最低点时，施加在曲柄销钉50上的压力减小，这样曲柄销钉由于弹性装置43和离心力的作用，会逐渐被向外推。这种现象发生在接近最高点时，曲柄销钉被迅速推向外方。这种现象意味着活塞将在圆柱体内迅速向后退，以便在圆柱体内吸入大量的流体。
在这种情况下，最低点表示曲柄销钉的位置在曲柄轴和圆柱体之间，而最高点表示曲柄销钉相对曲柄轴位于圆柱体的对面。
下面参照图6对由于曲柄轴的旋转而导致的活塞工作进行描述。可以看出，活塞的速度迅速到达中点然后当液体压缩时在排斥压力的作用下从最高点突然下降。这种现象将导致排出速率不稳定，引起过度压缩的损失。
在本发明第三种优选实施例的往复式压缩机中，压缩液体时弹性装置的操作使活塞的速度只发生平缓的变化，这样液体平稳压缩，避免了过度压缩的损失，这与现有技术是不一样的。
而且，弹性装置使活塞速度在最高点附近的变化比相关工艺更为迅速，因而提高了流体的吸入量。
下面对比现有技术描述本发明第三种优选实施例的曲柄轴中活塞的位置。
图7显示在传统曲柄轴上的活塞位置，图8显示本发明第三种优选实施例的曲柄轴上的活塞位置。
参照图7，可以看到，当曲柄销钉50在曲柄轴转动的带动下进行旋转时，活塞22作直线往复运动。在这种情况下，活塞22的位置P根据公式1确定：
X＝L1cosθ
Y＝L1sinθP=X+L22-Y2]]> …公式1，
其中X和Y是曲柄销钉的坐标，L1是旋转中心到曲柄销钉的距离，L2是曲柄销钉到活塞的距离，P是旋转中心到活塞的距离。
相反，如图8所示，本发明第三种优选实施例的曲柄轴上活塞的位置P′由公式2确定：P=L1cosθ+(L22-L12sinθ2)]]> …公式2，
其中L1是旋转中心到曲柄销钉的距离，L2是曲柄销钉到活塞的距离，P是旋转中心到活塞的距离。
如图8所示，L2具有不变的恒定长度，而L1则由于所施加的弹簧力而长度会发生改变。
距离L1按照公式3变化：
L1＝Y[F销钉]cos(ωt-) …公式3，
其中Y和φ是振幅和相位角，ω是该受阻尼的机构的角速率。
在上述本发明的曲柄轴中，除了传统活塞运动以外，还有由弹簧引起的微小往复运动会附加在活塞的运动上。
如上所述，本发明第三种优选实施例的曲柄轴上开有从内部指向外部的水平导向槽，以及在导向槽中支撑曲柄销钉的弹性装置。因此，能够获得平缓光滑地压缩流体，可以防止过度压缩造成的损失。在吸入液体时，通过使用弹性装置引起的附加回退量，使得吸入性能得到提高。
因此，本发明具有曲柄轴高效转换旋转运动和往复运动的优点。