CN100543343C - 以往复直线运动方式取代汽缸曲轴系统的机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽缸(包括内燃机和压缩机)活塞的传动机构，特别是对现有曲轴传动机构的改进，它包括活塞推杆、支撑活塞推杆的支撑座、大飞轮和偏心轴，活塞推杆的一端与汽缸的活塞连接，大飞轮上固定有动力输出轴，接运转机械，其特点是：活塞推杆的两端安装有活塞推杆支承轴承，活塞推杆的中间部位设有中间轴，与大飞轮圆心重叠，大飞轮的体内镶嵌有小于大飞轮的偏心凹槽轴，大飞轮的一面与活塞推杆配合，另一面固定有动力输出轴；在活塞推杆上设置2个以上或多个推动零角度的零克轴，在大飞轮上面，凹槽轴两边固定有两片或多片弧形的零克片。

Description

以往复直线运动方式取代汽缸曲轴系统的机构

技术领域

本发明涉及一种汽缸(包括内燃机和压缩机)活塞的传动机构，特别是对现有曲轴传动机构的改进。

背景技术

内燃机设计者都知道，内燃机功率大小与传递装置有很大关系，目前所见的内燃发动机的动力输出是通过活塞往复运动带动曲轴连杆机构实现做功，带动机器运转。内燃发动机的动力输出与曲轴推角有关，推角大，输出功率大，推角小则输出功率小，一般曲轴最大的推角只能达到45度，所以传统曲轴存在着以下许多缺点：1、力臂处于上下死点时，连杆往复作导向运动，会造成强烈震动，使机器寿命缩短；2、曲轴摆动时，活塞与缸体强烈摩擦使得润滑油温度升高，缸体容易失圆；3、曲轴转动时，摆动的如果弧度过大，平行性能就越差，马力相应下降，震动也相应强烈，造成机器寿命缩短；4、曲轴摆动的弧度过小，活塞行程缩短，马力也相应变小，此时，内燃机燃烧率差，油耗增加，排出的污染物也加大。5、当曲轴。

近年来一些公开文献报道了一些取代内燃机曲轴的机构，例如：

中国专利，申请号：200310101163.0申请日：2003.10.21名称：活塞式无曲轴发动机公开(公告)号：CN1529045申请(专利权)人：程远，地址：福建省福州市鼓楼区湖滨路城边曹28号3号楼902室，发明(设计)人：程远，摘要本发明公开了一种无曲轴活塞式发动机，由移动齿轮1、与活塞固接的齿条2以及固接在直型输出主轴上的驱动齿轮3构成的动力转换机构，取代了传统的曲轴连杆机构，并克服了现有无曲轴发动机的不足之处；所述的移动齿轮1可以在“接合”位置11与“非接合”位置12之间移动，使齿条与驱动齿轮间的动力传输链处于通、断两种状态；在活塞的爆发行程，可以通过该动力传输链向直型主轴输出动力；而活塞的返向运动则不会影响输出主轴的运动；随着移动齿轮周期性地“接合”移动，在其他辅助系统和机构的配合下，活塞的往复直线运动就可以转换成发动机主轴的持续单向旋转动力输出。该转换机构可应用于汽油、柴油、燃气等内燃机，以及活塞式蒸汽机等。

中国专利，申请号：200510102408.0，申请日：2005.09.09名称：无曲轴圆盘形复合内燃机，公开(公告)号：CN1776207，申请(专利权)人：曾庆仁；曾繁星，地址：辽宁省葫芦岛市绥中县前所镇洪家村，发明(设计)人：曾庆仁，摘要：本发明无曲轴圆盘形复合内燃机取消了曲轴；活塞从传统的直线运动改为圆周运动。因为摒弃了曲柄连杆机构和进排气门和相应的凸轮机构，使机械能损减少了5.85％，又因采用了利用废气推动涡轮机的复合机构，还可回收32％废气损失中的30％，即9.6％，这样就可提高效率大约15.45％，可节省能源34％。本发明因为是圆盘形缸体，如果加大直径就可设置多个活塞同时工作，从而提高输出功率，为它在航空领域特别是在直升飞机上应用开辟较大的空间。

中国专利，申请号：93239165.6申请日：1993.08.19名称：往复直线运动与圆周运动相互转换的装置，公开(公告)号：CN2167238申请(专利权)人：张翅，地址：四川省万源县罗文中学发明(设计)人：张翅，摘要：本实用新型涉及一种用于内燃机的往复直线运动与圆周运动相互转换的装置，它包括有能与作往复直线运动的部件(活塞)相装联的两根调头平行配置的结构相同的齿条，装于两齿条之间的非全圆齿轮，支承非全圆齿轮的传动轴，齿条和非全圆齿轮的齿、齿槽呈一一对应设置，能相互啮合和平稳挂接、脱离。使用这种结构可替代曲轴连杆机构，使整机结构简化、紧凑，效率提高1—3％，运行安全可靠。

申请号：02114648.9申请日：2002.06.26名称：一种实现直线/旋转运动互换的方法与装置，公开(公告)号：CN1464209申请(专利权)人：马德民，地址：陕西省西安市友谊西路127号，发明(设计)人：马德民；张璎，摘要：本发明是一种实现直线/旋转运动互换的方法和装置。为克服现有技术中此类装置效率低、成本高、工艺复杂的缺点，本发明设计了一种两面带齿的齿条与一种仅在部分圆周上有齿的半齿轮，通过半齿轮轮齿与双面齿条不同面上齿牙的交替啮合，实现往复直线运动与持续同向旋转运动的相互转换。本发明适用于需将直线与旋转运动进行互换的各类装置(如取代汽车、轮船、活塞式飞机发动机中的连杆与曲轴)，具有效率高，成本低、传动可靠的特点。

从上述公开的专利中了解到，为了克服现有内燃机曲轴运动带来的功耗，人们设计了齿条、齿轮、通过动力传输链向直型主轴输出动力，或者改进了内燃机的结构，但是这些设计仍然存在着一些缺点：1、齿条、齿轮损耗无用功的现象；2、齿条、齿轮在高速状态不能运行；3、当齿条、齿轮运行时间长久磨损以后，将会使输出轴产生位移，影响机器的工作，甚至产生噪声大等问题。确切地说，齿条、齿轮除了在低速、负荷不大的情况下勉强可以使用，在高速和负荷大的机械中还不如曲轴系统的特性。

为了克服现有技术的不足，本发明人于2002年04月20日向国家知识产权局申请了“一种取代内燃机曲轴系统的装置”的专利，申请号02229156.3，专利权人莫春浩，该装置由大飞轮和小飞轮构成，小飞轮镶嵌状装在大飞轮凹槽的轴上，再通过小飞轮的偏心轴与连接内燃机活塞的活塞推杆连接。通过活塞推动活塞推杆往复运动，带动小飞轮自转和绕大飞轮圆心转动，并带动大飞轮及与之连接的动力轴沿其圆心转动，实现做功。但是本发明人公开的这个专利还存在着以下几个问题，1、小飞轮直径小，带动大飞轮转动时候受力大，小飞轮容易损坏，2、当大飞轮的轴与活塞推杆中心重合的时候，不能转动，只能够依靠惯性运动，这样做功就不能连续，也就是说，直线运动的活塞推杆变成圆周运动时候的零角度(上死点、下死点、中间死点重合的情况)存在，使其做功在零角度的时候消失；3、原始起动的时候需要用人工或机械将大飞轮拨动才能够进行，操作起来比较麻烦。

发明内容

本发明的目的是提供能够克服曲轴连杆机构的曲轴摆动时容易损害活塞与缸体，以及存在曲轴传递力出现的死点问题，并在本发明人2002年的申请的专利中存在的小飞轮容易损坏以及直线运动的活塞推杆变成圆周运动时候的中间零角度时做功消失的不足之处，提供一种转动平行性能好、使运转中间无死点、做功效率高、机构设计合理的以往复直线运动方式取代内燃机曲轴系统的机构。

本发明以下面方式实现：

汽缸活塞的传动机构包括活塞推杆、支撑座、大飞轮和偏心轴，大飞轮、活塞推杆和支轴承安装在机体内，活塞推杆的一端与汽缸的活塞连接，大飞轮上固定有动力输出轴，接运转机械，其特点是：

1、活塞推杆两端安装有活塞推杆支承轴承，给活塞推杆定点定位，使之始终保持与活塞作同一直线的往复运动，活塞推杆的中间部位设有中间轴，与大飞轮圆心重叠，大飞轮的体内镶嵌有小于大飞轮的偏心凹槽轴，大飞轮的一面与活塞推杆配合，另一面固定有动力输出轴，接运转机械。本发明与2002年04月20日申请的“申请号02229156.3”不同之处是取消小飞轮，将原来的小飞轮改为大轴，克服了小飞轮中间的轴直径较小，推动力欠缺的情况，可以大大提高输出动力。

2、在活塞推杆上设置2个以上或多个推动中间零角度的惯性轴(本发明人命名为零克轴)，在大飞轮上面，凹槽轴两边固定有两片或多片弧形的零克片，主要作用是使活塞推杆变成圆周运动时候零角度的时候，零克轴上推动大飞轮做功，避免了运转中间死点重合，做功在零角度的时候消失的情况发生。这样大飞轮输出就可以连续做功，解决了原来存在的问题。在设计中，也可以变换零克轴与零克片的位置，即零克轴安装在大飞轮上面，零克片固定在活塞推杆上。

以上所述的活塞推杆可以是非圆柱体，例如是方体，半圆柱体。

以上所述的零克轴零克轴为滚动式结构(例如装入滚动轴承中间)。

以上所述的大飞轮动力输出轴也同时作为输入轴，当作为输出轴时，汽缸是内燃机，活塞推杆将动力传递到大飞轮，接运转机械，当作为输入轴时，将电动机轴与大飞轮轴连接，活塞推杆可以连接到压缩机，或者其他的直线运动的机械上，给汽缸做功。

本发明与现有技术与和传统曲轴机构以及自己在2002年的专利(申请号02229156.3)相比，其突出的实质性特点和显著的进步是：

1、克服了传统曲轴机构运动不平稳，汽缸寿命短以及输出功耗大的缺点，根据本发明人进行测试，输出动力比曲轴输出的动力增加30％以上，将小飞轮改为大轴，克服了小飞轮中间的轴直径较小，推动力欠缺的情况，输出动力稳定。

2、设置2个以上或多个推动零角度的零克轴，和相对应的弧形的零克片，避免了中间死点重合，做功在零角度的时候消失的情况发生，使大飞轮输出可以连续做功，提高了功效。

3、将活塞推杆的定位点(支撑座)改为支承轴承，活塞推杆直线运动更为平稳和可靠。

4、可以在高速下运转，对汽缸损害程度低，设备运转寿命长。

5、本发明的活塞传动机构结构简单，体积小，采用圆盘式飞轮结构，发动机马力大小不限，并克服了传统曲轴不能加大推角的限制。采用该装置还可降低耗油，提高燃烧率，延长机械的寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A—A剖视图。

图3是图1的B—B剖视图。

图中部件名称：

1、活塞推杆支承轴承；2、大飞轮；3、大轴承；4、凹槽轴；5、凹槽轴的偏心轴；6、活塞推杆；7、零克轴；8、零克轴活动套；9、零克片；10、偏心轴轴承；11、大飞轮偏心孔；12、主轴轴承；13、动力输出轴

具体实施方式

如图所示，(以内燃机为例)，活塞推杆6的一端与内燃机的活塞连接，两端安装有活塞推杆支承轴承1，给活塞推杆定点定位，使之始终保持与活塞作同一直线的往复运动，活塞推杆6的中间部位设有中间轴5，与大飞轮2圆心重叠，大飞轮2的体内镶嵌有小于大飞轮2的偏心凹槽轴4，大飞轮2的一面与活塞推杆6配合，另一面固定有动力输出轴13，接运转机械。

为了克服现有技术的活塞推杆变成圆周运动，做功在中间零角度消失的不足，在大飞轮2上面，凹槽轴4两边固定有两片或多片弧形的零克片9，在活塞推杆6的两端设有与零克片9配合的零克轴7，零克轴7外面设有零克轴活动套8，零克轴7可以安装轴承，当活塞推杆6运动到大飞轮2的零度角度的时候，零克轴7通过推动弧形的零克片9，将大飞轮2拨动推过零度角度，维持了大飞轮2连续运转，使动力输出轴13输出功率实现了连续和稳定。

以上本发明的大飞轮2的动力输出轴13是作为输出轴时，汽缸是内燃机，活塞推杆6将动力传递到大飞轮2，接运转机械。

大飞轮2的动力输出轴13当作为输入轴时，将电动机轴与大飞轮2的动力输出轴13连接，活塞推杆6可以连接到压缩机，或者其他的直线运动的机械上，给汽缸做功，其结构也可以套用。

Claims (4)

1、一种汽缸活塞的传动机构，包括活塞推杆(6)、支撑活塞推杆(6)的支承座、大飞轮和偏心轴，活塞推杆(6)的一端与汽缸的活塞连接，大飞轮(2)上固定有动力输出轴(13)，接运转机械，其特征在于：活塞推杆(6)的两端安装有活塞推杆支承轴承(1)，活塞推杆(6)的中间部位设有中间轴(5)，与大飞轮(2)圆心重叠，大飞轮(2)的体内镶嵌有小于大飞轮的偏心凹槽轴(4)，大飞轮(2)的一面与活塞推杆(6)配合，另一面固定有动力输出轴(13)；在活塞推杆(6)上设置2个以上或多个推动零角度的零克轴(7)，在大飞轮上面，凹槽轴两边固定有两片或多片弧形的零克片(9)，所述的零克轴(7)为滚动式结构。

2、根据权利要求1所述的汽缸活塞的传动机构，其特征在于：所述的活塞推杆(6)为方体或半圆柱体。

3、根据权利要求1所述的汽缸活塞的传动机构，其特征在于：所述的大飞轮动力输出轴(13)同时作为输入轴，当作为输出轴时，汽缸是内燃机，活塞推杆(6)将动力传递到大飞轮(2)，接运转机械，当作为输入轴时，将电动机轴与大飞轮轴(13)连接，活塞推杆连接到压缩机，或者其他的直线运动的机械上，给汽缸做功。

4、根据权利要求1所述的汽缸活塞的传动机构，其特征在于：零克轴(7)和零克片(9)可以变换位置，即零克轴(7)安装在大飞轮(2)上面，零克片(9)固定在活塞推杆(6)上。

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