CN105065601B - 半曲轴桃圆轮合并装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半曲轴桃圆轮合并装置，包括底板，水平推杆和偏心轮，水平推杆安装在固定架上，其特征在于：所述偏心轮上设有桃圆轮，所述水平运动的推杆上设有零克轮，零克轮与桃圆轮紧贴；所述水平推杆通过动力轴与偏心轮一端连接，偏心轮另一端通过转动轴与支撑架可转动连接。本发明的动力传递是由两个惯性轮之间的动力轴穿过推杆中心的圆通孔形成全包围接触优点是：能承受大负荷及冲击。

Description

半曲轴桃圆轮合并装置

技术领域

本发明涉及将往复直线运动转换为圆周运动的传动机构，特别是涉及一种半曲轴桃圆轮合并装置。

背景技术

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圆周运动做功，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（45度角）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。

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：

1、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：一种无曲轴活塞式发动机，由移动齿轮、与活塞固接的齿条以及固接在直型输出主轴上的驱动齿轮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；所述的移动齿轮可以在“接合”位置与“非接合”位置之间移动，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。

2、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：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。

3、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：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。

4、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：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，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。

本发明人莫春浩于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，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。以后本发明人对上述的取代内燃机曲轴系统的装置又进行了改进，申请了新的专利：申请号：200810073509.3 申请日：2008.03.26 名称：以往复直线运动方式取代汽缸曲轴系统的机构 公开(公告) 号：CN101251177 申请(专利权)人：莫春浩地址：广西壮族自治区灵山县武利镇青云路4号 发明(设计)人：莫春浩;莫长城;莫长健;莫长创，摘要：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，包括活塞推杆、支撑活塞推杆的支承座、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。它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，输出动力稳定，提高了功效，可以在高速下运转，设备运转寿命增长。

本发明人将安装有活塞推杆支承轴承活塞推杆运行了一段时间，并在动力输出方面进行了试验，证明比申请号02229156．3有了较大的进步，输出平稳，功效提高，但是动力轴可不能加长，缸数受限，由于在活塞推杆上设置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。这些弧形的零克片制作比较麻烦，实施起来不容易批量生产。之后本发明人对上述发明以往复直线运动方式取代汽缸曲轴系统的机构进行了改进，申请了新的专利：申请号：200910114434.3 申请日：2009.9.27，名称：往复直线运动转换为圆周运动的传动机构，公开（公告）号CN 101660593 A，发明(设计)人：莫春浩;莫长城;莫长健;莫长创，摘要：一种往复直线运动转换为圆周运动的传动机构,包括与输入动力水平运动连接的活塞推杆、支承座和大飞轮,在活塞推杆的中间部位设有零克轴,零克轴上装有零克轮,其特征在于:大飞轮上固定有一个中间空心的桃圆轮,零克轮边紧贴桃圆轮边,动力轴中心穿过大飞轮的中心并成为一体,动力轴安装在动力轴承上,该机构能够减少活塞对气缸的磨损,能长时间保证气缸在不失圆的状态下持续工作,降低摩擦产生的温度,这样发动机的就可以在密封和润滑的状态下工作,进而提高发动机的输出功率。

本发明在对往复直线运动转换为圆周运动的传动机构的发明创造过程中，在提出桃圆轮的概念，并根据试验得出：运用桃圆轮配合直线运动推杆可以输出平稳，有效的将直线运动转换成为圆周运动。然而，通过实际试验，本发明人也发现专利往复直线运动转换为圆周运动的传动机构的一些缺点，例如，由于零克轮设置在桃圆轮的两侧，无形中增加了推柄点的长度，使得整个机构体积变长；由于零克轮是与桃圆轮外边紧贴，这就需要桃圆轮要有较宽的轮宽，才能使得保证其与零克轮接触时运行更平稳。

随后，发明人为了缩小现有往复直线运动转换为圆周运动的传动机构体积，申请了专利“一种往复直线运动与圆周运动转换发动机”，提供了一种圆周运动转换成为直线运动的小型体积的设备，但是其存在以下缺点：动力传递是由两个高副与四个来回副通过线性接触来完成的，缺点是：不能承受大负荷及冲击。优点是：可以不按比例随意增长和缩短行程及力臂。更重要一点是，推角只有85度左右，因此，无法满足高强度高速度的发动机或内燃机的要求。

发明内容

本发明的目的是提供半曲轴桃圆轮合并装置以解决现有技术中的桃圆轮直线运动机构中强度差的问题。

本发明的方案是通过这样实现的：一种半曲轴桃圆轮合并装置，包括底板，水平推杆和偏心轮，水平推杆安装在固定架上，所述偏心轮上设有桃圆轮，所述水平运动的推杆上设有零克轮，零克轮与桃圆轮紧贴；所述水平推杆通过动力轴与偏心轮一端连接，偏心轮另一端通过转动轴与支撑架可转动连接。

本发明的原理是：在现有的桃圆轮和零克轮的结构下，通过在水平推杆中设置一个与偏心轮连接的动力轴，使得水平推杆能够在直线运动过程中，将强大的推角力，推动可以达到90度。

本发明中，作为进一步的方案，所述动力轴为半曲轴。通过采用半曲轴的传动方式可以提高传动的可靠性。

本发明中，作为进一步的方案，所述桃圆轮内空心结构，这样便于减轻重量。

本发明中，作为进一步的方案，所述桃圆轮为整圆或桃圆轮为周长的五十分之一以上结构。

采用本装置的传动方式，桃圆轮可以减少圆弧度，只要在半圆以上的结构即可使得零克轮通过惯性能带动桃圆轮转动。

本发明中，作为进一步的方案，所述偏心轮上的桃圆轮，可以替换为沿桃圆轮轨迹布置的支撑件。同样的，只要将支撑件按照桃圆轮的轨迹进行布局，也可以达到直线运动与圆周运动转换的功能。

本发明中，作为进一步的方案，水平推杆所安装的固定架中设有导向轮，导向轮使得水平推杆能够直线运动。

本发明中，作为进一步的方案，所述偏心轮与桃圆轮为一体结构，偏心轮内设有桃圆轮轨迹。通过在偏心轮中，勾勒设计出桃圆轮轨迹，使得零克轮可以在桃圆轮轨迹中运动，同样可以实现直线运动与圆周运动转换的功能。

桃圆轮是本发明人莫春浩的提出的发明，最初概念在申请号“200810073509在专利说明书中已详细说明”，而零克轮在上述发明中也进行了详细的描述。

本发人随后对根据先前的发明的不足进行改进，并在申请号为“200910114434.3”的发明中提出对桃圆轮不同的设计，以及对零克轮进行简化，该发明专利与2008年3月26日申请的“申请号为200810073509的发明不同之处，是在大飞轮上取消大轴承凹槽轴，使大飞轮上的动力轴穿过空心桃圆轮，同时穿过活塞推杆，使动力轴可以任意加长，缸数不限。空心桃圆轮是固定死在大飞轮上，它是由活塞推动推杆，推杆上设有零克轴，零克轴上装有零克轮，零克轮推动了桃圆轮，桃圆轮带动了大飞轮动力输出轴。由于在设计中是可以变换零克轴轮与桃圆轮的位置。在本发明中，与申请号为200910114434.3的发明结构不同之处在于，取消了大飞轮，在桃圆轮的边缘上增加凸缘，桃圆轮内凸缘与零克轮边缘贴紧，零克轮推动桃圆轮的内側转动作功，新改良的桃圆轮比专利号:200910114369.4的优点在于：在先发明中，零克轮是推桃圆轮的外边，现在的零克轮是装在桃圆轮的凸缘内边；本发明取消了大飞轮，使其结构的体积比原来的桃圆轮缩小一倍，节省了材料，传输功率比原来的桃圆轮更好，又能使桃圆轮的寿命增长。

本发明人为了制造桃圆轮，经过深入研究，发现桃圆轮周长其遵循以下的计算公式：

md=周长

式中d为直径，m为常数，经过本发明人长期的计算和实验，求得，m =3.2323...。

桃圆轮特点是：桃圆轮在直线运动转换圆周运动时，它的推柄点（即零克轴与桃圆轮的接触点）可以无限增长，而推杆的往复行程不会改变，时间也不改变。关于桃圆轮的详细特性，在本发明人在申请号为“200810073509在专利说明书中已详细说明”。

而本发明中，利用的桃圆轮和零克轴的工作原理，利用水平推杆中设置的半曲轴，实现助力带动偏心轮转动，并加强稳固的效果。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.现有技术的的动力传递是由两个高副与四个来回副通过线性接触来完成的，缺点是：不能承受大负荷及冲击。本发明的动力传递是由两个惯性轮之间的动力轴（半轴）穿过推杆中心的圆通孔形成全包围接触(跟传统的曲臂连杆的连杆与曲臂连接方式一样）优点是：能承受大负荷及冲击。

2. 本发明中，推角可达到90度，可以有效的提高机构的推力。

3.本发明动力传递更可靠；转速更高更稳；通过减少桃圆轮的周长面积，采用点式安装方式，可以有效的减少设备重量。。

附图说明

图1是本发明中实施例1的整体结构示意图；

图2是本发明中实施例1的拆分结构示意图；

图3是本发明中实施例2的拆分结构示意图；

图中零部件名称：

偏心轮1、桃圆轮2、零克轮3、水平推杆4、固定架5、导向轮6、底板7、转动轴8，支撑架9、半曲轴10、支撑件11。

具体实施方式

以下结合附图及实施例描述本发明半曲轴桃圆轮合并装置：

实施例1：

如图1-2所示，本发明半曲轴桃圆轮合并装置，包括底板7，在底板7上设有固定架5和支撑架9，水平推杆4安装在固定架5上，并通过导向轮6对水平推杆4进行水平导向，还包括偏心轮1（惯性轮），所述偏心轮1上设有桃圆轮2，在水平推杆4上设有零克轮3，零克轮3与桃圆轮2紧贴，水平推杆4通过半曲轴10与偏心轮1一端连接，偏心轮1另一端通过转动轴8与支撑架9可转动连接。本实施例中，桃圆轮1内为空心结构。

操作时，通过偏心轮1转动即可带动水平推杆4的直线运动，或者水平推杆4可以带动偏心轮1的圆周运动。

实施例2：

如图3所示，本实施例中，桃圆轮1可以换成支撑件11，而支撑件11的安装位置，应该如同图1中的桃圆轮2轨迹构成的位置。经过实验得知，通过减少桃圆轮轨迹的面积，可以有效的减少装置的重量，并且同样可以实现整圆桃圆轮的功能。

Claims (3)

1.一种半曲轴桃圆轮合并装置，包括底板，水平推杆和偏心轮，水平推杆安装在固定架上，其特征在于：所述偏心轮上设有桃圆轮，水平运动的水平推杆上设有零克轮，零克轮与桃圆轮紧贴；所述水平推杆通过动力轴与偏心轮一端连接，偏心轮另一端通过转动轴与支撑架可转动连接，

所述动力轴为半曲轴，

所述桃圆轮为整圆，

所述偏心轮与桃圆轮为一体结构，偏心轮内设有桃圆轮轨迹, 所述偏心轮上的桃圆轮可以替换为沿桃圆轮轨迹布置的支撑件。

2.根据权利要求1所述的半曲轴桃圆轮合并装置，其特征在于：所述桃圆轮内为空心结构。

3.根据权利要求1所述的半曲轴桃圆轮合并装置，其特征在于：水平推杆所安装的固定架中设有导向轮，导向轮使得水平推杆能够直线运动。

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