【壓縮機(jī)網(wǎng)】前言
　　轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)是一種用于活塞式壓縮機(jī)或發(fā)動機(jī)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)z*大的優(yōu)勢是在壓縮氣體過程中，通過逐步縮短力臂距離，來克服活塞受到的反壓力。

　　技術(shù)背景
　　一百多年來，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用非常廣泛，但還存在很多缺陷，在壓縮機(jī)領(lǐng)域的使用逐步被旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)與螺桿壓縮機(jī)所替代。曲柄連桿機(jī)構(gòu)z*大的缺陷，是曲軸旋轉(zhuǎn)的力臂長度是恒定的，無法適應(yīng)活塞在壓縮氣體過程中不斷增大的氣體反壓力，目前還沒有發(fā)現(xiàn)或提出通過改變力臂距離來適應(yīng)壓縮氣體過程中活塞受到不斷增強(qiáng)的反壓力。
　　壓縮機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)在恒定功率輸入條件下，W=P/t，P=FS，活塞行程 = 2r（偏心距也就是力臂長度）曲柄的扭矩 P=2πrF。
　　曲柄連桿機(jī)構(gòu)的力臂長度是不變的，曲軸旋轉(zhuǎn)的扭矩是恒定的，一個恒定的力去克服壓縮氣體不斷增強(qiáng)的反壓力，功率能效不足是必然的。
　　本人提出了兩個方案，一種是轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)，改變力臂長度工作；另一種是轉(zhuǎn)輪傳動活塞變速機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)；改變力臂長度的同時對活塞運(yùn)動的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)公式W=FV（活塞運(yùn)動速度）。
　　本文介紹的是轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)與曲柄連桿機(jī)構(gòu)非常近似，以曲柄連桿機(jī)構(gòu)作為對比，就很容易了解該技術(shù)了。

　　技術(shù)介紹
　　如下圖所示，轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)1由轉(zhuǎn)輪7、傳動軸8、連桿5與活塞4組成，轉(zhuǎn)輪7上開有滾動圓槽13，連桿大頭17安裝在轉(zhuǎn)輪7的滾動圓槽13中，連桿大頭17的中心到轉(zhuǎn)輪的中心為偏心距離，活塞4受到氣體壓力通過連桿大頭17的接觸點(diǎn)21傳導(dǎo)到轉(zhuǎn)輪7的滾動圓槽13內(nèi)壁受力點(diǎn)22上，該滾動圓槽13內(nèi)壁受力點(diǎn)22與轉(zhuǎn)輪圓心的距離（力臂長度），在轉(zhuǎn)輪7旋轉(zhuǎn)過程中不斷變化，活塞4由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動壓縮氣體，連桿受到活塞的反壓力作用在轉(zhuǎn)輪7內(nèi)壁受力點(diǎn)22，該受力點(diǎn)與轉(zhuǎn)輪7圓心的距離逐步縮短，力臂長度變短，在一個等值功率輸入條件下，轉(zhuǎn)輪7作用在連桿大頭上的作用力增大，該受力點(diǎn)22與轉(zhuǎn)輪圓心距離越近，作用力就越大，用來抗拒壓縮氣體時的反壓力。

　　從上圖可以看出，轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)與曲柄連桿機(jī)構(gòu)的區(qū)別不大，同樣的偏心距離，同樣的連桿長度，連桿推動活塞的運(yùn)動特征是一樣的，轉(zhuǎn)輪帶動連桿的旋轉(zhuǎn)半徑與曲軸帶動連桿的旋轉(zhuǎn)半徑是一樣的，唯獨(dú)不一樣的是連桿的受力點(diǎn)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)連桿的受力點(diǎn)與曲軸的力臂長度是一個定值，無論曲軸旋轉(zhuǎn)角度怎么變化，該力臂長度是不變的，而轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)的連桿大頭傳導(dǎo)的垂直力是作用在轉(zhuǎn)輪的滾動圓槽內(nèi)壁上的，內(nèi)壁受力點(diǎn)與轉(zhuǎn)輪圓心距離（力臂長度）是一個變化值，該變化值是受到滾動圓槽與轉(zhuǎn)輪圓心的偏心距離L1（活塞行程=2L1），與滾動圓槽的直徑?jīng)Q定的。
 

        上圖的轉(zhuǎn)輪滾動圓槽的半徑R，與轉(zhuǎn)輪的圓心O1到轉(zhuǎn)輪滾動圓槽的偏心距離L1相等，H1是力臂長度，該力臂長度是一個變化值，
　　如活塞在下止點(diǎn)時，B1到O1的力臂長度H1 = 2R=2L1 ，力臂長度H1是偏心距L1的兩倍；活塞在上止點(diǎn)時，H1=0 ，B1與轉(zhuǎn)輪圓心O1重疊，活塞靜止?；钊麖南轮裹c(diǎn)運(yùn)動到上止點(diǎn)，力臂長度H1由2L1逐步縮短至0。
 

　　從上圖可以看出，活塞在下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，力臂長度H1由2L1逐步縮短，運(yùn)動到轉(zhuǎn)輪圓心時力臂長度為零。
　　轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)與曲柄連桿機(jī)構(gòu)對比分析
　　下圖為曲柄連桿機(jī)構(gòu)的原理圖。
 

　　曲柄的回旋半徑r等于偏心距，力臂長度r等于O1到O2的距離，該力臂長度為定值；F1是連桿臂傳導(dǎo)到軸頸圓心（受力點(diǎn)）的作用力，曲柄旋轉(zhuǎn)的扭矩P=2πrF1。
　　假設(shè)轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)與曲柄連桿機(jī)構(gòu)的偏心距r相等，連桿的長度相等，活塞的受力面積相等，工作壓力相等，來進(jìn)行對比。
　　轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)回旋半徑r1等于偏心距， 轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)的力臂長度L1為一個變化值， 轉(zhuǎn)輪受到的扭矩P=2πL1F1  

　　計算實(shí)例
　　以壓縮比10:1相同的轉(zhuǎn)輪連桿壓縮機(jī)與為例，活塞受力面積相等，回旋偏心距30mm，活塞行程60mm，連桿長度12cm，轉(zhuǎn)輪滾動圓槽的直徑為60mm。
　　曲柄連桿機(jī)構(gòu)的活塞運(yùn)動到距離上止點(diǎn)6mm處，曲柄受到的扭矩為
　　P1=2πrF1=2π*30mm*F1
　　轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)的活塞運(yùn)動到距離上止點(diǎn)6mm處，測量到L1的長度為15mm，此時轉(zhuǎn)輪受到的扭矩為
　　P2=2πL1F1=2π*15mm*F1
　　P1：P2=2：1
　　轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)在完成壓縮沖程進(jìn)入排氣沖程時轉(zhuǎn)輪受到的扭矩是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的二分之一，耗用功率是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的一半。
　　轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)特征與曲柄連桿機(jī)構(gòu)非常相似，同樣偏心距離，同樣活塞行程與連桿長度；z*大的區(qū)別是轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)以改變力臂長度的工作方式，在活塞壓縮氣體沖程中，根據(jù)氣體反壓力逐步提高活塞的推力，增大活塞對抗壓縮氣體的反壓力。
　　轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)在不改變曲柄連桿機(jī)構(gòu)固有特征的前提下，通過改變力臂長度，實(shí)現(xiàn)增加作用力提高工作能效，該技術(shù)優(yōu)勢足以淘汰目前的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。
　　轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)的理論依托是扭矩P = FS = 2πrF。力臂長度與作用力的關(guān)系，是該技術(shù)的z*大優(yōu)勢。
 

　　上圖是轉(zhuǎn)輪與連桿安裝剖視圖，該結(jié)構(gòu)與曲柄連桿機(jī)構(gòu)的曲軸與連桿安裝相近似。由此可見，轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)十分簡單，在壓縮機(jī)與發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域可以直接替代曲柄連桿機(jī)構(gòu)。
　　該技術(shù)運(yùn)用杠桿原理，實(shí)現(xiàn)氣體壓縮過程中的“以柔克剛”。以上技術(shù)的焦點(diǎn)是：連桿傳導(dǎo)作用力的變化與受力點(diǎn)的力臂長度變化。
　　“以不變應(yīng)萬變”，該技術(shù)用于壓縮機(jī)只需將曲軸連桿更換成轉(zhuǎn)輪連桿，不會改變整體結(jié)構(gòu)，簡單實(shí)用效率高。
 

來源：文/周覺明