CN102748446B - 直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，动力输出轴上固定安装动力传动轮，动力输出轴上在动力传动轮的两侧分别安装第一齿轮、第二齿轮，第一齿条从动力输出轴上方与第一齿轮啮合，第二齿条从动力输出轴下方与第二齿轮啮合，第一齿条和第二齿条的两端分别固定在齿条支架上，齿条支架与动力输入连杆连接，第一齿轮和第二齿轮能交替与动力传动轮结合或脱离，使动力传动轮按同一方向转动。本发明交替驱动转换机构可替代曲轴-连杆机构进行直线往复运动与圆周运动相互转换，提高了活塞作用力与输出扭矩之间的转换效率，减小了活塞与汽缸壁之间的侧向摩擦力及机械振动，避免了“卡缸”现象，且无需使用飞轮克服“止点”，可有效地节省能源。

Description

直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构

技术领域

本发明涉及一种直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，特别涉及一种直线往复运动与匀速圆周运动相互转换的齿条—齿轮及滑块-斜帮凹槽组合驱动转换机构。

背景技术

在机械工程中，例如活塞式发动机、压缩机及其他一些需要进行直线往复运动与圆周运动相互转换的机械，目前普遍采用曲轴(曲柄)连杆机构。

传统的曲轴(柄)连杆机构设计和制造已经十分完善，但是，无论从理论分析，还是在实际应用方面都存在以下明显的缺点：

1、曲轴(柄)连杆机构转换效率较低。以活塞—连杆—曲轴(柄)机构发动机为例，活塞的燃气爆发压力经连杆传递到曲轴(柄)上，曲轴(柄)将其转换为扭矩输出旋转动力。曲轴(柄)连杆几何机构及其运动和受力状态较复杂，各个部件都处在复杂的三向应力状态。由于曲轴连杆机构有上、下止点及连杆摆动，气缸内燃气点火必须设置点火提前角，此时作用在活塞上的燃气压力被分解为沿连杆轴线方向的作用力和垂直于汽缸轴线方向作用在缸壁的侧压力，沿连杆轴向作用力作用在曲轴上，又分解为垂直曲轴半径方向切向力和沿半径方向的法向力，燃气压力经过分解后得到的切向力已远小于作用在活塞上的燃气压力。作用在缸壁的侧压力使活塞与缸壁产生很大的摩擦力，曲轴连杆机构的不平衡回转质量回转运动产生惯性力，活塞轴线方向总作用力等于作用在活塞上燃气压力与惯性力、摩擦力等代数和，而惯性力和摩擦力总是与燃气压力作用方向相反，活塞轴线方向总作用力小于作用在活塞上的燃气压力，则由活塞轴线方向总作用力产生曲轴切向作用力远小于作用在活塞上的燃气压力。发动机输出动力矩等于切向力与曲轴半径之积，因此由曲轴切向作用力输出的扭矩远小于由作用在活塞上的燃气压力直接转换的扭矩。上述分析表明曲轴连杆机构将直线往复运动转换为匀速圆周运动的转换效率较低，即燃气压力通过曲轴连杆机构输出有用功功率较低。计算表明一台发动机在点火提前角为10°时点火，此时活塞总作用力即最大作用力只有21％左右转换为产生曲轴扭矩的切向作用力。

2、曲轴连杆机构中连杆摆动使作用在活塞上的燃气压力产生垂直作用于缸壁的侧向压力，增大了使活塞和缸壁之间侧向摩擦力增大，加速汽缸壁磨损，不仅降低了活塞的做功效率，而且还会造成“卡缸”使活塞无法工作。曲轴连杆机构的不平衡回转质量回转运动产生惯性力不仅影响发动机的输出功率，而且使发动机产生振动和噪声。

3、由于曲轴上下止点与活塞上下止点一一对应，曲轴旋转直径等于活塞行程，需设置储能飞轮，使曲轴越过上止点后点火，点火时刻缸体内燃气压缩比不是处于最大状态，降低点火时刻燃气爆发膨胀压力，同时由于飞轮存在增加了启动和变速的阻力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种直线往复运动与旋转运动相互转换的转换效率高、减小活塞与汽缸壁之间的侧向摩擦力、避免“卡缸”现象、无需使用飞轮克服“止点”、可替代曲轴-连杆机构的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，包括壳体、动力输出轴，动力输出轴安装在壳体上，动力输出轴上安装动力传动轮，第一齿轮、第二齿轮通过齿轮轴承、分别安装在动力传动轮两侧的动力输出轴上，第一齿条从动力输出轴上方与第一齿轮啮合，第二齿条从动力输出轴下方与第二齿轮啮合，第一齿条和第二齿条的两端分别固定在齿条支架上，齿条支架与动力输入连杆一端连接，动力输入连杆另一端连接动力输入机构的活塞，第一、二齿轮的轮辐上分别设置贯穿第一、二齿轮轮辐的第一滑动销和第二滑动销，第一滑动销和第二滑动销的结构相同，第一滑动销和第二滑动销的长度大于第一、二齿轮的轮辐的厚度，第一滑动销和第二滑动销的顶部分别伸出第一、二齿轮的轮辐，动力传动轮的轮辐两侧分别对称设置能将第一滑动销、第二滑动销与动力传动轮结合的斜块，第一滑动销和第二滑动销能交替与动力传动轮结合或脱离。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述斜块包括分别对称设置在动力传动轮的轮辐两侧的两个第一斜块和两个第二斜块，两个第一斜块和两个第二斜块通过其底面分别对称固定在动力传动轮两侧的轮辐上，两个第一斜块和两个第二斜块的垂直面相对应，垂直面之间的距离略大于第一、第二滑动销的直径，则两个第一斜块和两个第二斜块之间分别形成第一、二斜帮凹槽，所述两个第一斜块中其中一个斜块的斜面高度略高于另一个斜块的斜面高度，两个第二斜块中其中一个斜块的斜面高度略高于另一个斜块的斜面高度,第一滑动销可沿两个第一斜块中斜面高度较低的斜面滑动落入第一斜帮凹槽内，将第一齿轮与动力传动轮相结合，第二滑动销可沿两个第二斜块中斜面高度较低的斜面滑动落入第二斜帮凹槽内，将第二齿轮与动力传动轮相结合。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述第一滑动销和第二滑动销为圆柱或长方体，当为圆柱时，第一、二滑动销的底面为球面；当为长方体时，第一、二滑动销的底面为柱面，所述第一、二滑动销的顶部分别固定第一、二销块，所述壳体上固定第一拨杆、第二拨杆，所述第一、二拨杆分别由第一、二竖向固定杆和第一、二凸块组成，第一竖向固定杆一端与壳体固定，另一端与第一凸块固定，当第一齿轮转动至一个止点位置时，第一凸块拨动第一销块，使第一滑动销向第一齿轮轮辐外侧滑动从而与动力传动轮脱离；第二竖向固定杆一端与壳体固定，另一端与第二凸块固定，当第二齿轮转动至另一个止点位置时，第二凸块拨动第二销块，使第二滑动销向第二齿轮轮辐外侧滑动从而与动力传动轮脱离，所述的第一拨杆和第二拨杆的第一、二凸块可分别交替拨动第一、二销块。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述第一拨杆固定在第一齿轮外侧的壳体内壁上，第二拨杆固定在第二齿轮外侧的壳体内壁上，第一拨杆、第二拨杆的第一、二凸块能分别拨动第一滑动销、第二滑动销顶部的第一销块、第二销块，使第一滑动销、第二滑动销分别滑出第一、二斜帮凹槽，第一、二滑动销上分别滑动连接第一、二弹簧片，第一、二弹簧片可分别将第一滑动销、第二滑动销的底部压入第一、二斜帮凹槽，从而使第一齿轮、第二齿轮交替与动力传动轮结合或脱离。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述第一、二弹簧片分别安装在第一、二齿轮轮辐外侧面上，第一、二弹簧片一端分别固定在第一、二齿轮轮辐外侧面上，另一端分别与第一滑动销、第二滑动销滑动连接。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述第一、二滑动销上在靠近第一、二齿轮轮辐外侧面的两侧分别开有平行通槽，第一、二弹簧片与第一、二滑动销连接的一端分别开有第一、二长方形卡槽，第一、二长方形卡槽分别以第一、二弹簧片的中心线对称设置，第一、二长方形卡槽的两侧边可分别插入第一、二滑动销两侧的平行通槽内，使第一、二弹簧片分别与第一、二滑动销滑动连接。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述斜块还包括分别设置在动力传动轮轮辐两侧的两个第三斜块和两个第四斜块，第三斜块、第四斜块分别与第一斜块和第二斜块对称设置在动力传动轮两侧的轮辐上，，两个第三斜块之间形成第三斜帮凹槽，两个第四斜块之间形成第四斜帮凹槽。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述斜块包括分别对称设置在动力传动轮的轮辐两侧的第一斜块和第二斜块，第一斜块和第二斜块分别对称设置，第一斜块和第二斜块具有与动力传动轮的轮辐面相垂直的垂直面。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述齿条支架包括第一支撑板和第二支撑板，第一齿条和第二齿条的两端分别固定在第一支撑板和第二支撑板上，第一支撑板和第二支撑板各连接一个动力输入连杆，或者第一支撑板或第二支撑板连接一个动力输入连杆。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述第一齿轮和第二齿轮为半圆形、扇形或圆形。

本发明的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其中所述第一、二滑动销的底面与动力传动轮的轮辐侧面之间具有间隙。

本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，采用齿条-齿轮组合机构进行直线往复运动与圆周运动相互转换，燃气压力传递和转换更为合理,制造方便,齿条与活塞轴线平行，活塞的总作用力通过齿条直接转换为齿轮输出扭矩的切向力，提高了活塞作用力与输出扭矩之间的转换效率，可节省能源。由于不需飞轮惯性力克服止点和设置点火提前角，可在活塞运行的上止点，即燃气压缩比最大时点火，以产生最大燃气压力。在输出力矩一定的情况下，可任意设计活塞行程，即直线往复运动的行程，例如活塞行程可减小，增大活塞直径以增加作用在活塞上的燃气压力，以输出更大的扭矩。由于可不设置飞轮，避免了启动和刹车时需克服的飞轮惯性力。本发明的两齿轮互为反向旋转可抵消惯性力，有效地减小了发动机产生的振动和噪声。本发明的齿条、动力输入连杆与活塞轴线平行，作用在动力输入连杆上的活塞总作用力不会产生侧压力，有效地减少气缸壁与活塞之间的磨损，避免了“卡缸”现象。本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，亦可将旋转运动转换为直线往复运动，因此降低了发动机启动时需要的外部工作动力。

附图说明

图1a为本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构第一种实施方式的结构示意图；

图1a’为图1a的后视图；

图1b为图1a的右视剖视图；

图1c是图1b中动力传动轮的A-A剖视图；

图1d是图1c的B-B剖视图；

图1e是第一滑动销的结构示意图；

图1f是图1a中第一拨杆的C向视图；

图2a为本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构第二种实施方式的结构剖视图；

图2b是图2a中第一齿轮的D-D剖视图；

图2c是图2b中第二齿轮的C-C剖视图；

图3a为本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构第三种实施方式的结构示意图；

图3b为图3a的结构剖视图；

图3c是图3b中动力传动轮的A-A剖视图；

图3d是图3c的B-B剖视图；

图3e为图3c的C-C剖视图；

图4a为本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构第四种实施方式的结构示意图；

图4b为图4a的结构剖视图；

图4c是图4b中动力传动轮的A-A剖视图；

图4d是图4c的B-B剖视图；

图5a是本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构的动力输入连杆对置连接两台二冲程内燃机活塞的示意图；

图5b是本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构的动力输入连杆对置连接四台四冲程内燃机活塞的示意图；

图5c是本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构的动力输出轴连接电动机的示意图。

具体实施方式

如图1a、图1b所示，本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构的第一种实施方式，包括壳体9、动力输出轴6，动力输出轴6通过轴承安装在壳体9上，动力输出轴6上通过平键13安装动力传动轮14，动力输出轴6上在动力传动轮14的两侧分别通过第一齿轮轴承8A、第二齿轮轴承8B安装第一齿轮10A、第二齿轮10B，第一齿条2A从动力输出轴6的上方与第一齿轮10A啮合，第二齿条2B从动力输出轴6的下方与第二齿轮10B啮合，第一齿条2A和第二齿条2B的两端分别固定在第一支撑板1A与第二支撑板1B上，第一支撑板1A、第二支撑板1B位于壳体内，第一支撑板1A或/和第二支撑板1B与动力输入连杆15连接，图中所示为第二支撑板1B与动力输入连杆15连接，动力输入连杆15另一端连接动力输入机构的活塞16。本实施方式中，第一、二齿轮10A、10B为圆形齿轮。

结合图1e所示，第一、二齿轮10A、10B的轮辐上分别设置贯穿第一、二齿轮10A、10B轮辐的第一、二通孔，第一、二通孔内分别放置第一滑动销7A和第二滑动销7B，第一滑动销7A和第二滑动销7B的结构相同，第一滑动销7A和第二滑动销7B的长度大于第一、二齿轮10A、10B的轮辐的厚度，第一滑动销7A和第二滑动销7B的顶部分别伸出第一、二齿轮10A、10B的轮辐，第一、二滑动销7A、7B上在靠近第一、二齿轮10A、10B轮辐外侧面的两侧分别开有平行通槽71，第一、二滑动销7A、7B的顶部分别固定第一、二销块20A、20B。第一、二滑动销7A、7B的底面与动力传动轮14的轮辐侧面之间预设适当间隙,避免第一、二滑动销7A、7B的底面与动力传动轮14的轮辐侧表面之间产生摩擦。结合图1a’所示，第一、二齿轮10A、10B轮辐外侧面上分别安装第一、二弹簧片3A、3B，第一、二弹簧片3A、3B一端分别通过螺钉4固定在第一、二齿轮10A、10B轮辐外侧面上，另一端分别开有第一、二长方形卡槽19A、19B，第一、二长方形卡槽19A、19B的两帮分别关于第一、二弹簧片3A、3B的中心线对称，第一、二长方形卡槽19A、19B的两帮可分别插入第一、二滑动销7A、7B两侧的平行通槽71内，使第一、二弹簧片3A、3B分别与第一、二滑动销7A、7B滑动连接。

结合图1c、1d所示，动力传动轮14的轮辐两侧分别对称设置两个第一斜块171A和两个第二斜块171B，两个第一斜块171A和两个第二斜块171B通过其底面分别对称固定在动力传动轮14两侧的轮辐上，两个第一斜块171A和两个第二斜块171B的垂直面相对应，垂直面之间的距离略大于第一、第二滑动销7A、7B的直径，则两个第一斜块171A和两个第二斜块171B之间分别形成第一、二斜帮凹槽17A、17B，两个第一斜块171A中其中一个斜块的斜面高度略高于另一个斜块的斜面高度，两个第二斜块171B中其中一个斜块的斜面高度略高于另一个斜块的斜面高度,第一滑动销7A可沿两个第一斜块171A中斜面高度较低的斜面滑动落入第一斜帮凹槽17A内，将第一齿轮10A与动力传动轮14相结合，第二滑动销7B可沿两个第二斜块171B中斜面高度较低的斜面滑动落入第二斜帮凹槽17B内，将第二齿轮10B与动力传动轮14相结合，从而保证第一、二滑动销7A、7B能顺利落入第一、二斜帮凹槽17A、17B内。在本实施方式中，第一滑动销7A自图1d中右侧的第一斜块171A滑入第一斜帮凹槽17A内，第二滑动销7B自图1d中右侧的第二斜块171B滑入第二斜帮凹槽17B内，因此图1d中左侧的第一斜块高度略高于右侧的第一斜块高度，左侧的第二斜块高度略高于右侧的第二斜块高度。

第一通孔和第二通孔为圆柱形或长方体形通孔，相应第一滑动销7A和第二滑动销7B为圆柱或长方体，当为圆柱时，第一、二滑动销7A、7B的底面为球面；当为长方体时，第一、二滑动销7A、7B的底面为柱面。将第一、二滑动销7A、7B底面设置为球面或柱面，利于第一、二滑动销7A、7B的底部滑入第一、二斜帮凹槽17A、17B内。

壳体9底面上在第一齿轮10A的外侧固定第一拨杆18A，壳体9顶面上在第二齿轮10B的外侧固定第二拨杆18B，第一拨杆18A可拨动第一销块20A，使第一滑动销7A底部移出第一斜帮凹槽17A，从而使第一齿轮10A与动力传动轮14脱离，第二拨杆18B可拨动第二销块20B，使第二滑动销7B底部移出第二斜帮凹槽17B，从而使第二齿轮10B与动力传动轮14脱离。结合图1f所示，第一、二拨杆18A、18B分别由第一、二竖向固定杆181A、181B和第一、二凸块182A、182B组成，第一竖向固定杆181A底端与壳体9底面固定，顶端与第一凸块181B固定，当第一齿轮10A顺时针转动至一个止点位置时，第一凸块181B能拨动第一销块20A，使第一滑动销7A底部向第一齿轮10A轮辐外侧滑动移出第一斜帮凹槽17A，从而使第一齿轮10A与动力传动轮14脱离，第一齿轮10A由顺时针变为逆时针旋转。第二竖向固定杆181B顶端与壳体9顶面固定，底端与第二凸块182B固定，当第二齿轮10B顺时针转动至一个止点位置时，第二凸块182B能拨动第二销块20B，使第二滑动销10B底部向第二齿轮10B轮辐外侧滑动移出第二斜帮凹槽17B，从而使第二齿轮10A与动力传动轮14脱离，第二齿轮10A由顺时针变为逆时针旋转。

本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构的第一种实施方式转换过程为：

如图1a-1d所示，动力输入连杆15一端与活塞16连接，活塞16带动动力输入连杆15从而带动第一支撑板1A、第二支撑板1B、第一、二齿条2A、2B做往复直线运动，第一、二齿条2A、2B分别带动第一、二齿轮10A、10B绕动力输出轴6顺时针或逆时针转动。以图1a中活塞16运动至最右侧位置为上止点，运动至最左侧位置为下止点，活塞16运动至上止点时，第二滑动销7B在第二弹簧片3B的作用下沿两个第二斜块171B中斜面高度较低的斜面滑入第二斜帮凹槽17B内，第二齿轮10B与动力传动轮14结合在一起，同时第一滑动销7A的底部在第一拨杆18A的第一凸块182A拨动下移出第一斜帮凹槽17A，第一齿轮10A与动力传动轮14脱离，活塞16带动第一、二齿条2A、2B从上止点向下止点运动，第一齿条2A带动第一齿轮20A逆时针转动，第二齿条2B带动第二齿轮20B顺时针转动，第二齿轮20B驱动动力传动轮顺时针转动。当活塞16运动至下止点时，如图1a所示位置，第二滑动销7B的底部在第二拨杆18B的第二凸块182B拨动下移出第二斜帮凹槽17B，第二齿轮10B与动力传动轮14脱离，同时第一滑动销7A在第一弹簧片3A的作用下沿两个第一斜块171A中斜面高度较低的斜面滑入第一斜帮凹槽17A内，第一齿轮10A与动力传动轮14结合在一起，活塞16带动第一、二齿条2A、2B从下止点向上止点反向运动，第一齿条2A带动第一齿轮10A由逆时针变为顺时针转动，第一齿轮10A驱动动力传动轮14继续顺时针转动。此时第二齿条2B带动第二齿轮10B由顺时针变为逆时针转动。当活塞16从下止点运动至上止点时，一个直线运动行程结束，活塞16再重复上述直线运动，第一滑动销7A、第二滑动销7B交替落入第一斜帮凹槽17A、第二斜帮凹槽17B内，使第一齿轮10A与第二齿轮10B交替与动力传动轮14结合或脱离，从而驱动动力传动轮14和动力输出轴6连续顺时针转动，将活塞16的直线往复运动转换为动力传动轮14和动力输出轴6的单方向旋转运动。

本发明上述第一实施方式是使动力传动轮14顺时针旋转的实施方式，当需要使动力传动轮14逆时针旋转时，可将第一拨杆18A设置在壳体9的顶部，将第二拨杆18B设置在壳体9的底部，当第一齿轮10A逆时针转动时，第一齿轮10A与动力传动轮14相结合带动动力传动轮14逆时针转动，当第一齿轮10A转动至一个止点时，第一拨杆18A的第一凸块182A能拨动第一销块20A，使第一滑动销7A的底部向第一齿轮10A轮辐外侧滑动移出第一斜帮凹槽17A，从而使第一齿轮10A与动力传动轮14脱离，第一齿轮10A由逆时针变为顺时针转动。当第二齿轮10B逆时针转动时，第二齿轮10B与动力传动轮14相结合带动动力传动轮14逆时针转动，当第二齿轮10B转动至一个止点时，第二拨杆18B的第二凸块182B能拨动第二销块20B，使第二滑动销10B的底部向第二齿轮10B轮辐外侧滑动移出第二斜帮凹槽17B，从而使第二齿轮10B与动力传动轮14脱离，第二齿轮10B由逆时针变为顺时针转动。即本发明中第一、二拨杆18A、18B的位置可根据实际需要而设置。

如图2a、2b、2c所示，本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构的第二种实施方式，与第一种实施方式的区别是：第一齿轮10A’和第二齿轮10B’制作成半圆形，也可做成扇形，半圆形或扇形第一齿轮10A’和第二齿轮10B’的齿弧长度可分别根据第一齿条2A和第二齿条2B直线往复运动的行程设定。滑动销7A、7B可如图所示分别设置在半圆形或扇形第一、二齿轮的靠近边缘部位，但最好设置在半圆形或扇形齿轮的中心线上，齿轮转动会更加稳定。第二种实施方式其他部分的结构及运动过程与第一种实施方式相同，不再赘述。

如图3a、3b、3c、3d、3e所示，本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构的第三种实施方式，与第一种实施方式的区别是：动力传动轮14’轮辐的两侧还分别对称设置两个第三斜块171C和两个第四斜块171D，第三斜块171C、第四斜块171D分别与第一斜块171A和第二斜块171B对称设置在动力传动轮14两侧的轮辐上。两个第三斜块171C之间形成第三斜帮凹槽17C，两个第四斜块171D之间形成第四斜帮凹槽17D。两个第三斜块171C中其中一个斜块的斜面高度略高于另一个斜块的斜面高度，两个第四斜块171D中其中一个斜块的斜面高度略高于另一个斜块的斜面高度。第一拨杆18A’固定在壳体的底部，第一拨杆18A’由竖向固定杆181A’、凸块182A’构成，竖向固定杆181A’下端与壳体9底部固定，上端与凸块182A’固定，当第一齿轮10A顺时针转动至一个止点位置时，凸块182A’能拨动第一销块20A，使第一滑动销7A的底部向第一齿轮10A轮辐外侧滑动移出第一斜帮凹槽17A。

第三种实施方式的转换过程为：以图3a中活塞16运动至最右侧位置为上止点，运动至最左侧位置为下止点，当活塞16运动至下止点时即图3a所示位置，第一滑动销7A滑入第一斜帮凹槽17A内，第一齿轮10A与动力传动轮14”结合在一起，同时第二滑动销7B的底部在第二拨杆18B的第二凸块182B拨动下移出第二斜帮凹槽17B，第二齿轮10B与动力传动轮14’脱离，活塞带动第一、二齿条2A、2B从下止点向上止点运动，第一齿条2A带动第一齿轮10A顺时针转动，第一齿轮10A驱动动力传动轮14”顺时针转动，此时第二齿条2B带动第二齿轮10B逆时针转动。当活塞16运动至上止点时，第二滑动销7B滑入第四斜帮凹槽17D内，第二齿轮10B与动力传动轮14’结合在一起，同时第一滑动销7A的底部在第一拨杆18A’的凸块182A’拨动下移出第一斜帮凹槽17A，第一齿轮2A与动力传动轮14’脱离，活塞16带动第一、二齿条2A、2B从上止点向下止点运动，第一齿条2A带动第一齿轮10A逆时针转动，第二齿条2B带动第二齿轮10B顺时针转动，第二齿轮10B驱动动力传动轮14’继续顺时针转动。当活塞16运动至下止点时，一个直线运动行程结束，此时动力传动轮14’旋转了180°。

此时第一滑动销7A滑入第三斜帮凹槽17C内，第一齿轮10A与动力传动轮14’结合在一起，同时第二滑动销7B的底部在第二拨杆18B的第二凸块182B拨动下移出第四斜帮凹槽17B，第二齿轮10B与动力传动轮14’脱离，活塞16带动第一、二齿条2A、2B从下止点向上止点运动，第一齿条2A带动第一齿轮10A顺时针转动，第一齿轮10A驱动动力传动轮14’顺时针转动，此时第二齿条2B带动第二齿轮10B逆时针转动。当活塞16运动至上止点时，第二滑动销7B的底部滑入第二斜帮凹槽17B内，第二齿轮10B与动力传动轮14’结合在一起，同时第一滑动销7A在第一拨杆18A’的凸块182A’拨动下移出第三斜帮凹槽17C，第一齿轮10A与动力传动轮14’脱离，活塞16带动第一、二齿条2A、2B从上止点向下止点运动，第一齿条2A带动第一齿轮10A逆时针转动，第二齿条2B带动第二齿轮10B顺时针转动，第二齿轮10B驱动动力传动轮14’继续顺时针转动。当活塞16运动至下止点时，第二个直线运动行程结束，此时动力传动轮14’旋转360°。即实施方式三中，活塞16运动两个直线运动行程，动力传动轮14’旋转360°。活塞16再重复上述直线运动，第一滑动销7A、第二滑动销7B交替落入第一斜帮凹槽17A、第二斜帮凹槽17B、第三斜帮凹槽17C、第四斜帮凹槽17D内，使第一齿轮10A与第二齿轮10B交替与动力传动轮14’结合或脱离，从而驱动动力传动轮14’和动力输出轴6连续顺时针转动，将活塞16的直线往复运动转换为动力传动轮14’和动力输出轴6的单方向旋转运动。

如图4a、4b、4c、4d所示，本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构的第四种实施方式，与第一种实施方式的区别是：第一斜块171A’和第二斜块171B’均仅设置一个，第一斜块171A’和第二斜块171B’在动力传动轮14”轮辐的两侧相对称，第一斜块171A’和第二斜块171B’具有与动力传动轮14”的轮辐面相垂直的垂直面17E、17F，壳体9上无需设置第一拨杆18A和第二拨杆18B。其他部分的结构及运动过程与第一种实施方式相同。当第一齿轮10A上的第一滑动销7A抵在第一斜块171A’的垂直面17E上时，第一齿轮10A与动力传动轮14”结合，第一齿轮10A带动动力传动轮14”顺时针转动，此时第二齿轮10B上的第二滑动销7B处于空置状态，第二齿轮10B及第二滑动销7B逆时针转动；当第一齿条2A、第二齿条2B移动至往复运动的下一止点时，第一齿轮10A上的第一滑动销7A停止驱动动力传动轮14”的第一斜块171A’，第一齿轮10A与动力传动轮14”脱离并开始逆时针旋转，与此同时动力传动轮14”另一侧的第二齿轮10B的第二滑动销7B底面从第二斜块171B’的斜面上滑过，使第二滑动销7B底面抵在第二斜块17B的垂直面上，第二齿轮10B与动力传动轮14”结合，并开始顺时针转动，驱动动力传动轮14”继续顺时针转动，当第一齿条2A和第二齿条2B运动到往复直线行程的另一止点时，一个直线往复运动行程结束。第一齿轮10A再次与动力传动轮14”结合，第二齿轮10B与动力传动轮14”脱离，重复上述运动行程，驱动动力传动轮14”一直按顺时针方向转动。

本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构使用方式如下：

动力连接杆一端与第一支撑板或第二支撑板连接，另一端可连接内燃机及其他任何形式的直线往复运动的动力输入机构的活塞，将活塞的往复直线运动转换为动力输出轴的旋转运动。

如图5a所示，以对置连接两台内燃机为例，直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构21A的第一支撑板与动力连接杆15A相连，第二支撑板与动力连接杆15B的一端相连，动力连接杆15A、15B可分别对置连接两台二冲程内燃机的动力活塞16A和活塞16B，此转换机构可不设置飞轮。

如图5b所示，可将两套本发明的转换机构21B、21C的动力输出轴6、6A连接为一体，动力连接杆15A.、15B.、15C.、15B.对置连接四台四冲程内燃机的活塞16A.、16B.、16C.、16D.，此转换机构亦可不必设置飞轮。

如图5c所示，动力输出轴6B可连接旋转运动机械,例如电动机22，对本发明的转换机构21D输入扭矩，即可将圆周运动转换为活塞16C、16D的直线往复运动。

本发明直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构可替代活塞式发动机的曲轴(曲柄)连杆转换机构，亦可用于各类旋转运动转换为直线往复运动的活塞式机械，例如活塞式油、气、水泵及活塞式压缩机等。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其特征在于：包括壳体(9)、动力输出轴(6)，所述的动力输出轴(6)安装在壳体(9)上，动力输出轴(6)上安装动力传动轮(14)，第一齿轮(10A)、第二齿轮(10B)通过齿轮轴承(8A、8B)分别安装在动力传动轮(14)两侧的动力输出轴(6)上，第一齿条(2A)从动力输出轴(6)上方与第一齿轮(10A)啮合，第二齿条(2B)从动力输出轴(6)下方与第二齿轮(10B)啮合，第一齿条(2A)和第二齿条(2B)的两端分别固定在齿条支架(1A、1B)上，齿条支架(1A、1B)与动力输入连杆(15)一端连接，动力输入连杆(15)另一端连接动力输入机构的活塞(16),第一、二齿轮(10A、10B)的轮辐上分别设置贯穿第一、二齿轮(10A、10B)轮辐的第一滑动销(7A)和第二滑动销(7B)，第一滑动销(7A)和第二滑动销(7B)的结构相同，第一滑动销(7A)和第二滑动销(7B)的长度大于第一、二齿轮(10A、10B)的轮辐的厚度，第一滑动销(7A)和第二滑动销(7B)的顶部分别伸出第一、二齿轮(10A、10B)的轮辐，动力传动轮(14)的轮辐两侧分别对称设置能将第一滑动销(7A)、第二滑动销(7B)与动力传动轮(14)结合的斜块，第一滑动销(7A)和第二滑动销(7B)能交替与动力传动轮(14)结合或脱离；

所述斜块包括分别对称设置在动力传动轮(14)的轮辐两侧的两个第一斜块(171A)和两个第二斜块(171B)，两个第一斜块(171A)和两个第二斜块(171B)通过其底面分别对称固定在动力传动轮(14)两侧的轮辐上，两个第一斜块(171A)和两个第二斜块(171B)的垂直面相对应，垂直面之间的距离略大于第一、第二滑动销(7A、7B)的直径，则两个第一斜块(171A)和两个第二斜块(171B)之间分别形成第一、二斜帮凹槽(17A、17B)，所述两个第一斜块(171A)中其中一个斜块的斜面高度略高于另一个斜块的斜面高度，两个第二斜块(171B)中其中一个斜块的斜面高度略高于另一个斜块的斜面高度,第一滑动销(7A)可沿两个第一斜块(171A)中斜面高度较低的斜面滑动落入第一斜帮凹槽(17A)内，使第一齿轮(10A)与动力传动轮(14)相结合，第二滑动销(7B)可沿两个第二斜块(171B)中斜面高度较低的斜面滑动落入第二斜帮凹槽(17B)内，使第二齿轮(10B)与动力传动轮(14)相结合；

所述第一滑动销(7A)和第二滑动销(7B)为圆柱或长方体，当为圆柱时，第一、二滑动销(7A、7B)的底面为球面；当为长方体时，第一、二滑动销(7A、7B)的底面为柱面，所述第一、二滑动销(7A、7B)的顶部分别固定第一、二销块(20A、20B)，所述壳体上固定第一拨杆(18A)、第二拨杆(18B)，所述的第一拨杆(18A)和第二拨杆(18B)可分别交替拨动第一、二销块(20A、20B)；

所述第一拨杆(18A)固定在第一齿轮(10A)外侧的壳体(9)内壁上，第二拨杆(18B)固定在第二齿轮(10B)外侧的壳体(9)内壁上，第一拨杆(18A)、第二拨杆(18B)能分别拨动第一滑动销(7A)、第二滑动销(7B)顶部的第一销块(20A)、第二销块(20B)，使第一滑动销(7A)、第二滑动销(7B)分别滑出第一、二斜帮凹槽(17A、17B)，第一、二滑动销(7A、7B)上分别滑动连接第一、二弹簧片(3A、3B)，第一、二弹簧片(3A、3B)可分别将第一滑动销(7A)、第二滑动销(7B)的底部压入第一、二斜帮凹槽(17A、17B)，从而使第一齿轮(10A)、第二齿轮(10B)交替与动力传动轮(14)结合或脱离；

所述第一、二弹簧片(3A、3B)分别安装在第一、二齿轮(10A、10B)轮辐外侧面上，第一、二弹簧片(3A、3B)一端分别固定在第一、二齿轮(10A、10B)轮辐外侧面上，另一端分别与第一滑动销(7A)、第二滑动销(7B)滑动连接；

所述第一、二滑动销(7A、7B)上在靠近第一、二齿轮(10A、10B)轮辐外侧面的两侧分别开有平行通槽(71)，第一、二弹簧片(3A、3B)与第一、二滑动销(7A、7B)连接的一端分别开有第一、二长方形卡槽(19A、19B)，第一、二长方形卡槽(19A、19B)的两帮分别关于第一、二弹簧片(3A、3B)的中心线对称，第一、二长方形卡槽(19A、19B)的两帮可分别插入第一、二滑动销(7A、7B)两侧的平行通槽(71)内，使第一、二弹簧片(3A、3B)分别与第一、二滑动销(7A、7B)滑动相连接；

所述第一、二拨杆(18A、18B)分别由第一、二竖向固定杆(181A、181B)和第一、二凸块(182A、182B)组成，第一竖向固定杆(181A)一端与壳体(9)固定，另一端与第一凸块(181B)固定，当第一齿轮(10A)转动至一个止点位置时，第一凸块(181B)拨动第一销块(20A)，使第一滑动销(7A)向第一齿轮(10A)轮辐外侧滑动从而与动力传动轮(14)脱离；第二竖向固定杆(181B)一端与壳体(9)固定，另一端与第二凸块(182B)固定，当第二齿轮(10B)转动至另一个止点位置时，第二凸块(182B)拨动第二销块(20B)，使第二滑动销(7B)向第二齿轮(10B)轮辐外侧滑动从而与动力传动轮(14)脱离。

2.根据权利要求1所述的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其特征在于：所述斜块还包括分别设置在动力传动轮(14’)轮辐两侧的两个第三斜块(171C)和两个第四斜块(171D)，第三斜块(171C)、第四斜块(171D)分别与第一斜块(171A)和第二斜块(171B)对称设置在动力传动轮(14)两侧的轮辐上，两个第三斜块(171C)之间形成第三斜帮凹槽(17C)，两个第四斜块(171D)之间形成第四斜帮凹槽(17D)。

3.根据权利要求1所述的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其特征在于：所述斜块包括分别对称设置在动力传动轮(14)的轮辐两侧的第一斜块(171A’)和第二斜块(171B’)，第一斜块(171A’)和第二斜块(171B’)具有与动力传动轮(14”)的轮辐面相垂直的垂直面(17E、17F)。

4.根据权利要求1或3任一所述的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其特征在于：所述齿条支架包括第一支撑板(1A)和第二支撑板(1B)，第一齿条(2A)和第二齿条(2B)的两端分别固定在第一支撑板(1A)和第二支撑板(1B)上，第一支撑板(1A)和第二支撑板(1B)各连接一个动力输入连杆，或者第一支撑板(1A)或第二支撑板(1B)连接一个动力输入连杆。

5.根据权利要求1或3任一所述的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其特征在于：所述第一齿轮(10A)和第二齿轮(10B)为半圆形、扇形或圆形。

6.根据权利要求1或3任一所述的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，其特征在于：所述第一、二滑动销(7A、7B)的底面与动力传动轮(14)的轮辐侧面之间具有间隙。