CN103590900B

CN103590900B - 强载荷齿条式发动机

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Publication number: CN103590900B
Application number: CN201310628138.1A
Authority: CN
Inventors: 周为民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: CN103590900A

Abstract

本发明强载荷齿条式发动机包括两双面齿条，第一、第二输出机构传动轴的一端分别固定有第一、第二超越离合器，第一、第二超越离合器的外圈均为齿圈，第一输出机构传动轴中部固定有第一齿轮、另一端固定有第二齿轮，输出轴上固定有输出齿轮，第二输出机构传动轴上固定有第三齿轮，第一起动机构传动轴上依次固定有第六、第七齿轮，第二起动机构传动轴上依次固定有第四、第五齿轮，起动机构凸轮轴上设有起动齿条，第一、第二超越离合器的外齿圈均与输出齿轮相啮合，第一连杆齿条两侧分别与第一、第三齿轮啮合，第二连杆齿条两侧分别与第三、第六齿轮啮合，起动齿条两侧分别与第七、第五齿轮啮合，第四齿轮与第二齿轮啮合。本发明强载荷齿条式发动机运行平稳、可靠，承载强度高。

Description

强载荷齿条式发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，具体说涉及一种齿条式发动机。

背景技术

现在使用的发动机，其功率传输结构大多采用的是曲柄连杆机构，而这种传动结构传动效率低下，燃料不能充分做功，机械磨损大、结构不紧凑。为了让发动机能够符合现代社会的需要，进一步提高其动力性、经济性，使其更高效、节能、环保，业界都在寻找一种最佳的发动机功率传输机构。在机械传动机构中，齿轮传动效率最高，圆柱齿轮传动所能传递的功率最大，应用范围也十分广泛，然而齿轮传动未能在发动机中得到大规模的应用，主要是仍存在如承载强度、齿侧冲击、工作可靠性等问题未能解决。

本发明要解决的技术问题是，现有的齿条式发动机传动机构承载强度低、往复运行时存在齿侧冲击等问题，为此提供一种承载强度高、运行平稳可靠、无齿侧冲击的齿条齿轮轴式发动机。

发明内容

本发明的目的是提供一种强载荷齿条式发动机，其运行过程平稳、可靠，无齿侧冲击，并且承载强度高。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种强载荷齿条式发动机，包括偶数个连杆齿条，所述连杆齿条为两个，即第一、第二连杆齿条，所述第一、第二连杆齿条均为双面齿条，所述第一、第二连杆齿条分别通过柱销与发动机两个气缸的活塞相连，所述发动机支架上通过轴承依次设有第一输出机构传动轴、输出轴、第二输出机构传动轴及第一起动机构传动轴，在第一起动机构传动轴和第一输出机构传动轴之间依次设有起动机构凸轮轴、第二起动机构传动轴，所述各轴相互平行，所述第一、第二输出机构传动轴的相同方向的一端分别固定有第一、第二超越离合器，所述第一、第二超越离合器的外圈均为齿圈，所述第一输出机构传动轴中部固定有第一齿轮、另一端固定有第二齿轮，所述输出轴上固定有输出齿轮，所述第二输出机构传动轴上固定有第三齿轮，所述第一起动机构传动轴上依次固定有第六、第七齿轮，所述第二起动机构传动轴上依次固定有第四、第五齿轮，所述起动机构凸轮轴上设有起动齿条，第一、第二超越离合器的外齿圈均与输出齿轮相啮合，所述第一连杆齿条两侧分别与第一、第三齿轮啮合，第二连杆齿条两侧分别与第三、第六齿轮啮合，所述起动齿条两侧分别与第七、第五齿轮啮合，所述第四齿轮与第二齿轮啮合。

本发明强载荷齿条式发动机，其中，所述连杆齿条为四个，即第三、第四、第五、第六连杆齿条，所述四个连杆齿条均为双面齿条，所述四个连杆齿条分别通过柱销与发动机四个气缸的活塞相连，所述发动机支架上通过轴承依次设有第三输出机构传动轴、发动机输出轴、第四输出机构传动轴及第三起动机构传动轴，在第三起动机构传动轴和第三输出机构传动轴之间设有第四起动机构传动轴，所述各轴相互平行，所述第三、第四输出机构传动轴的相同方向的一端分别固定有第三、第四超越离合器，所述第三、第四超越离合器的外圈均为齿圈，所述第三输出机构传动轴中部固定有第十一齿轮、另一端固定有第十二齿轮，所述发动机输出轴上固定有发动机输出齿轮，所述第四输出机构传动轴上固定有第十三齿轮，所述第三起动机构传动轴上依次固定有第十六、第十七齿轮，所述第四起动机构传动轴上固定有第十四齿轮，第三、第四超越离合器的外齿圈均与发动机输出齿轮相啮合，所述第三连杆齿条两侧分别与第十一、十三齿轮啮合，第四连杆齿条两侧分别与第十三、十六齿轮啮合，第六连杆齿条两侧分别与第十七、十四齿轮啮合，第五连杆齿条两侧分别与第十四、十二齿轮啮合。

采用上述方案后，由于本发明包括两双面齿条，第一、第二输出机构传动轴的一端分别固定有第一、第二超越离合器，第一、第二超越离合器的外圈均为齿圈，第一输出机构传动轴中部固定有第一齿轮、另一端固定有第二齿轮，输出轴上固定有输出齿轮，第二输出机构传动轴上固定有第三齿轮，第一起动机构传动轴上依次固定有第六、第七齿轮，第二起动机构传动轴上依次固定有第四、第五齿轮，起动机构凸轮轴上连接有起动齿条，第一、第二超越离合器的外齿圈均与输出齿轮相啮合，第一连杆齿条两侧分别与第一、第三齿轮啮合，第二连杆齿条两侧分别与第三、第六齿轮啮合，起动齿条两侧分别与第七、第五齿轮啮合，第四齿轮与第二齿轮啮合，因此在工作过程中当连杆齿条中的任一连杆齿条作为主动件向下运动时，都会带动其他连杆齿条作为从动件运动，在发动机的任一行程，各连杆齿条和与之啮合的齿轮的啮合面从未发生分离，始终紧紧挤压在一起，相互啮合的构件之间没有入啮、脱啮过程，因此相互啮合的构件之间不会产生齿侧间隙、不会产生冲击载荷，在不同的工作行程，只是连杆齿条和与之啮合的齿轮的主从动关系发生变化，无论发动机活塞的往复换向频率多高，发动机始终都能平稳、可靠运行，另外，双面连杆齿条的承载强度大大高于单面齿条，并且双面连杆齿条的与齿轮啮合时，重叠系数大，工作时有多对齿同时承载，进一步提高承载强度，使发动机工作时更安全、平稳。

附图说明

图1是本发明强载荷齿条式发动机实施例一的结构示意图；

图2是本发明强载荷齿条式发动机实施例二的结构示意图；

图3是本发明强载荷齿条式发动机中第一连杆齿条的结构图；

图4是本发明强载荷齿条式发动机中第一超越离合器的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明强载荷齿条式发动机，为双缸发动机，包括两个连杆齿条，第一、第二连杆齿条111、112，第一、第二连杆齿条均为双面齿条，其中第一连杆齿条111的结构如图3所示，第一、第二连杆齿条111、112分别通过柱销与发动机两个气缸的活塞相连，发动机支架上通过轴承依次设有第一输出机构传动轴13、输出轴20、第二输出机构传动轴15及第一起动机构传动轴31，在第一起动机构传动轴31和第一输出机构传动轴13之间依次设有起动机构凸轮轴33、第二起动机构传动轴32，上述各轴相互平行，第一、第二输出机构传动轴13、15的相同方向的一端分别固定有第一、第二超越离合器17、19，第一、第二超越离合器17、19结构相同，其中第一超越离合器17的结构如图4所示，第一、第二超越离合器17、19的外圈均为齿圈，第一输出机构传动轴13中部固定有第一齿轮131、另一端固定有第二齿轮132，输出轴20上固定有输出齿轮201，第二输出机构传动轴15上固定有第三齿轮151，第一起动机构传动轴31上依次固定有第六、第七齿轮311、313，第二起动机构传动轴32上依次固定有第四、第五齿轮321、323，起动齿条331上设有凸轮槽，并且起动齿条331为双面齿条，起动机构凸轮轴33上的凸轮滚柱设于起动齿条331上的凸轮槽内，上述各齿轮均键连接于上述各轴上，第一、第二超越离合器17、19的外齿圈均与输出齿轮201相啮合，第一连杆齿条111两侧分别与第一、第三齿轮131、151啮合，第二连杆齿条112两侧分别与第三、第六齿轮151、311啮合，起动齿条331两侧分别与第七、第五齿轮313、323啮合，第四齿轮321与第二齿轮132啮合。

发动机第一气缸内的燃料燃烧膨胀作功推动活塞，活塞推动第一连杆齿条111向下运动，第一连杆齿条111作为主动件带动第一齿轮131逆时针转动，从而带动第一输出机构传动轴13逆时针转动，此时第一输出机构传动轴13端部的第一超越离合器17处于接合状态，通过其外齿圈171带动输出齿轮201转动，从而带动输出轴20转动，输出功率，而第二超越离合器19处于分离状态，这时第二齿轮132也逆时针转动，带动第四齿轮321顺时针转动，第五齿轮323也顺时针转动带动起动齿条331向上运动，从而带动第七、第六齿轮313、311逆时针转动，从而使第二连杆齿条112作为从动件向上运动，同时在第三齿轮151也带动第二连杆齿条112作为从动件向上运动，形成联动，与第二连杆齿条相连的第二气缸做排气或压缩行程，而当第一气缸作功完毕进入下一行程时，第二连杆齿条112作为主动件向下运动，第二超越离合器19处于接合状态，第二超越离合器19的外齿圈带动输出轴20转动，同时带动第一连杆齿条11作为从动件向下运动，第一超越离合器17处于分离状态，在两个气缸由一个行程进入另一行程的过程中，第一连杆齿条111和第一、第三齿轮的啮合面未发生分离，始终紧紧挤压在一起，第二连杆齿条112和第三、第六齿轮的啮合面也同样未发生分离，因此相互啮合的构件之间没有脱啮、入啮过程，第一、第二连杆齿条和与之啮合的齿轮之间没有冲击载荷，无论发动机活塞的往复换向频率多高，发动机始终都能平稳、可靠运行。

如图2所示实施例2，本发明强载荷齿条式发动机为四缸发动机，连杆齿条为四个，即第三、第四、第五、第六连杆齿条113、114、115、116，上述四个连杆齿条均为与上述第一连杆齿条111结构相同的双面齿条，四个连杆齿条分别通过柱销与发动机四个气缸的活塞相连，发动机支架上通过轴承依次设有第三输出机构传动轴13’、发动机输出轴20’、第四输出机构传动轴15’及第三起动机构传动轴31’，在第三起动机构传动轴31’和第三输出机构传动轴13’之间依次设有第二起动机构凸轮轴33’、第四起动机构传动轴32’，上述各轴相互平行，第三、第四输出机构传动轴13’、15’的相同方向的一端分别固定有第三、第四超越离合器17’、19’，第三、第四超越离合器17’、19’的结构均与第一超越离合器17的结构相同，第三、第四超越离合器17’、19’的外圈均为齿圈，第三输出机构传动轴13’中部固定有第十一齿轮131’、另一端固定有第十二齿轮132’，发动机输出轴20’上固定有发动机输出齿轮201’，所述第四输出机构传动轴15’上固定有第十三齿轮151’，第三起动机构传动轴31’上依次固定有第十六、第十七齿轮311’、313’，第四起动机构传动轴32’上依次固定有第十四、第十五齿轮321’、323’，第二起动机构凸轮轴33’上设有起动齿条331’，上述各齿轮、起动齿条均键连接于所述各轴上，第三、第四超越离合器17’、19’的外齿圈均与发动机输出齿轮201’相啮合，第三连杆齿条113两侧分别与第十一、十三齿轮131’、151’啮合，第四连杆齿条114两侧分别与第十三、十六齿轮151’311’啮合，第六连杆齿条116两侧分别与第十七、十四齿轮313’、321’啮合，第五连杆齿条115两侧分别与第十四、十二齿轮321’、132’啮合，第十五齿轮323’与第二起动机构凸轮轴上的起动齿条331’一侧相啮合。

当第四连杆齿条114受气缸内的气体膨胀压力推动，作为主动件向下运动作功时，其一侧推动第十三齿轮151’逆时针转动，并通过第四输出机构传动轴15’带动第四超越离合器19’的齿圈逆时针转动，从而带动发动机输出轴20’转动，输出功率，第四连杆齿条114的另一侧推动第十六齿轮311’顺时针转动，第十七齿轮313’也顺时针转动，推动第六连杆齿条116向下运动，经过第十四齿轮321’的传动，第五连杆齿条115向上运动，经第十二齿轮132’、第十一齿轮131’的传动，第三连杆齿条113也作为从动件向上运动。

当发动机燃烧气体所产生的压力推动第三连杆齿条113向下运动时，第三连杆齿条113作为主动件，其一侧推动第十一齿轮131’逆时针转动，并通过第三输出机构传动轴13’带动第三超越离合器17’的齿圈逆时针转动，同时带动发动机输出齿轮201’顺时针转动，向外输出功率，第三连杆齿条113的另一侧推动第十三齿轮151’顺时针转动，并推动第四连杆齿条114向上运动，第四连杆齿条114所连接的气缸压缩或排气，此时第四连杆齿条114为被动件，在第十六、十七齿轮311’、313’的带动下，第六连杆齿条116向上运动，经第十四齿轮321’传动，第五连杆齿条115向下运动。

在发动机工作过程中，由于四个连杆齿条和与之啮合的齿轮形成封闭环形结构，因而形成多缸联动效应，当上述四个连杆齿条中的任一连杆齿条作为主动件向下运动时，都会带动其他三个连杆齿条作为从动件运动，在发动机的任一行程，各连杆齿条和与之啮合的齿轮的啮合面从未发生分离，始终紧紧挤压在一起，相互啮合的构件之间没有入啮、脱啮过程，因此相互啮合的构件之间不会产生齿侧间隙、不会产生冲击载荷，在不同的工作行程，只是连杆齿条和与之啮合的齿轮的主从动关系发生变化，无论发动机活塞的往复换向频率多高，发动机始终都能平稳、可靠运行。

另外，上述各连杆齿条均为双面连杆齿条，双面连杆齿条的模数、齿宽是随其工作载荷和发动机的缸径而定，例如：缸径为100mm时，连杆齿条的齿宽最大可取70mm,而双面连杆齿条的齿宽就相当于140mm，双面连杆齿条承载强度估算如下：

据现有资料记载，发动机最大爆发力Pz,汽油机Pz:30-80kgf/cm²

柴油机Pz:45-180kgf/cm²

选用爆发力最大的柴油机作为双面连杆齿条的承载强度进行核算，当柴油机缸径等于100mm，最大爆发力Pz为45-180kgf/cm²时，其产生的最大载荷为：Pz×R²×π,代入数值为：

180×5²×3.14，得数约为13.5吨力，当缸径为100时，柴油机所产生的最大载荷约为约13.5吨力，双面连杆齿条若选其模数m﹦6,齿宽B﹦70mm，齿宽，选用通用40Cr钢做一般调质处理，其应力σ_b﹦70kgf/mm²，其承载力为F﹦σ_b×(mπ／2)×B×2，代入数值得数约为88.2吨力，即当双面连杆齿条在气缸内允许齿宽最大的情况下，其承载力可达88.2吨力，齿条承载强度与工作载荷的比值88.2：13.5﹦6.5，即齿条的承载强度是发动机工作载荷的6.5倍，承载强度大大高于单面齿条，另外，双面连杆齿条的与齿轮啮合时，重叠系数大，工作时有多对齿同时承载，进一步提高承载强度，使发动机工作时更安全、平稳。

以上所述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，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种强载荷齿条式发动机，包括偶数个连杆齿条，其特征在于：所述连杆齿条为两个，即第一、第二连杆齿条(111、112)，所述第一、第二连杆齿条(111、112)均为双面齿条，所述第一、第二连杆齿条(111、112)分别通过柱销与发动机两个气缸的活塞相连，所述发动机支架上通过轴承依次设有第一输出机构传动轴(13)、输出轴(20)、第二输出机构传动轴(15)及第一起动机构传动轴(31)，在第一起动机构传动轴(31)和第一输出机构传动轴(13)之间依次设有起动机构凸轮轴(33)、第二起动机构传动轴(32)，所述各轴相互平行，所述第一、第二输出机构传动轴(13、15)的相同方向的一端分别固定有第一、第二超越离合器(17、19)，所述第一、第二超越离合器(17、19)的外圈均为齿圈，所述第一输出机构传动轴(13)中部固定有第一齿轮(131)、另一端固定有第二齿轮(132)，所述输出轴(20)上固定有输出齿轮(201)，所述第二输出机构传动轴(15)上固定有第三齿轮(151)，所述第一起动机构传动轴(31)上依次固定有第六、第七齿轮(311、313)，所述第二起动机构传动轴(32)上依次固定有第四、第五齿轮(321、323)，所述起动机构凸轮轴(33)上连接有起动齿条(331)，第一、第二超越离合器(17、19)的外齿圈均与输出齿轮(201)相啮合，所述第一连杆齿条(111)两侧分别与第一、第三齿轮(131、151)啮合，第二连杆齿条(112)两侧分别与第三、第六齿轮(151、311)啮合，所述起动齿条(331)两侧分别与第七、第五齿轮(313、323)啮合，所述第四齿轮(321)与第二齿轮(132)啮合。

2.一种强载荷齿条式发动机，包括偶数个连杆齿条，其特征在于：所述连杆齿条为四个，即第三、第四、第五、第六连杆齿条(113、114、115、116)，所述四个连杆齿条均为双面齿条，所述四个连杆齿条分别通过柱销与发动机四个气缸的活塞相连，所述发动机支架上通过轴承依次设有第三输出机构传动轴(13’)、发动机输出轴(20’)、第四输出机构传动轴(15’)及第三起动机构传动轴(31’)，在第三起动机构传动轴(31’)和第三输出机构传动轴(13’)之间设有第四起动机构传动轴(32’)，所述各轴相互平行，所述第三、第四输出机构传动轴(13’、15’)的相同方向的一端分别固定有第三、第四超越离合器(17’、19’)，所述第三、第四超越离合器(17’、19’)的外圈均为齿圈，所述第三输出机构传动轴(13’)中部固定有第十一齿轮(131’)、另一端固定有第十二齿轮(132’)，所述发动机输出轴(20’)上固定有发动机输出齿轮(201’)，所述第四输出机构传动轴(15’)上固定有第十三齿轮(151’)，所述第三起动机构传动轴(31’)上依次固定有第十六、第十七齿轮(311’、313’)，所述第四起动机构传动轴(32’)上固定有第十四齿轮(321’)，第三、第四超越离合器(17’、19’)的外齿圈均与发动机输出齿轮(201’)相啮合，所述第三连杆齿条(113’)两侧分别与第十一、十三齿轮(131’、151’)啮合，第四连杆齿条(114’)两侧分别与第十三、十六齿轮(151’311’)啮合，第六连杆齿条(116’)两侧分别与第十七、十四齿轮(313’、321’)啮合，第五连杆齿条(115’)两侧分别与第十四、十二齿轮(321’、132’)啮合。