CN107044342B - 两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机 - Google Patents

两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机 Download PDF

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Abstract

两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机，涉及燃气动力领域，属于多缸内燃机。本发明提供一种新型内燃机，活塞通过推杆、万向球组件作用于槽式两相摆盘凸轮激波器上，动力由槽式两相摆盘凸轮激波器经两相摆盘轴向推力传动机构传给与活齿架键联接的输出轴。钢球活齿与端齿轮、活齿架和槽式两相摆盘凸轮激波器均多齿啮合。槽式两相摆盘凸轮激波器将内燃机和减速器合二为一，使内燃机无需额外配备减速器。输出轴转速取决于两相摆盘轴向推力传动机构的传动比，可实现低速大扭矩输出。该内燃机无偏心质量，气缸沿轴向布置，结构简单紧凑、轴向及径向尺寸小，运转平稳、重合度大、承载力强，可广泛用于需大功率的工程机械、军事等领域，诸如挖掘机、装甲车等。

Description

两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机
技术领域
本发明涉及燃气动力领域，更具体地说，是一种两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机。
背景技术
目前使用较普遍的内燃机是往复式四冲程曲轴连杆型内燃机，这种内燃机的传动结构都采用曲轴连杆机构，通过连杆带动曲轴，从而将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动。由于这种内燃机是靠活塞的直线运动和连杆的平面运动来驱使曲轴作旋转运动，从而造成各运动副之间存在着较大的摩擦，导致内燃机传动效率低。曲轴连杆型内燃机还有如下主要缺陷：体积大；连杆、曲轴上的不平衡离心力较大；冲击大，振动大；并由此引起较大的机械磨损，使内燃机寿命缩短；结构复杂、加工、制造、装配等都比较困难。
另外，通常内燃机与变速装置是两个独立的机器，内燃机需另外安装减速器用于后续变速，造成体积庞大。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有往复式四冲程曲轴连杆型内燃机存在的上述缺陷，本发明提供一种结构简单紧凑、体积小、运转平稳、功率大、寿命长、效率高的低速大扭矩四冲程内燃机——两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机。
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机，主要由气缸盖(1)、进气门(2)、排气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、万向球组件(9)、槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、钢球活齿(11)、活齿架(12)、端齿轮(13)、输出轴(14)、密封圈(15)、输出端轴承盖(16)、第一深沟球轴承(17)、套筒(18)、键(19)、螺钉(20)、气缸端轴承盖(21)、第二深沟球轴承(22)、钢球(23)及起动系统、配气系统、冷却系统、供油系统、润滑系统组成，其特征在于：用两相摆盘凸轮机构取代现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，在槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的右边设置八个气缸(4)，八个气缸(4)的顶端位于垂直于输出轴(14)的轴线的同一平面内，所有气缸(4)的轴心线都平行于输出轴(14)的轴线，并与输出轴(14)的轴线等距周向均布，八个活塞(7)分别放入八个气缸(4)中，活塞(7)的轴向左右往复直线运动经两相摆盘凸轮机构转变为输出轴(14)的旋转运动，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)将内燃机和两相摆盘凸轮机构有机的融为一体，使内燃机无需再额外配备减速器。上述两相摆盘凸轮机构由万向球槽式四相凸轮机构和两相摆盘轴向推力传动机构有机的组合而成。其中，万向球槽式四相凸轮机构由槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、万向球组件(9)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、缸体(5)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端通过螺纹联接装有万向球组件(9)，万向球组件(9)使推杆(6)与槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的右端槽式凸轮之间的联接为滚动摩擦联接，去除了现有往复式内燃机中连杆与活塞及曲轴之间的铰链联接关系，从而可大大提高功率传递效率，弹簧(8)的一端与活塞(7)联接，另一端与缸体(5)的底部联接，弹簧(8)使推杆(6)上的万向球组件(9)始终与槽式两相摆盘凸轮激波器(10)右端槽式凸轮保持接触，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)通过第二深沟球轴承(22)支撑于输出轴(14)上。两相摆盘轴向推力传动机构由槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、钢球活齿(11)、活齿架(12)、端齿轮(13)、输出轴(14)组成，其中端齿轮(13)与内燃机的左边壳体做成一体，即在内燃机的左边壳体的右端直接加工出两相摆盘式活齿传动的端齿轮，并称带有此端齿轮的内燃机的左边壳体为端齿轮(13)，端齿轮(13)与缸体(5)通过螺钉(20)固定连接，活齿架(12)与输出轴(14)之间通过键(19)联接，输出轴(14)的两端通过一对第一深沟球轴承(17)分别支撑于缸体(5)和端齿轮(13)中；套筒(18)、第一深沟球轴承(17)、输出端轴承盖(16)和气缸端轴承盖(21)对端齿轮(13)及输出轴(14)进行了轴向固定，输出轴(14)、槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、活齿架(12)和端齿轮(13)四个零件的轴心线重合；活齿架(12)上开有Z11个与活齿架(12)的轴心线等距且周向均布的轴向通孔，Z11个钢球活齿(11)分别装在活齿架(12)的Z11个半径与钢球活齿(11)半径相同的轴向通孔内并可自由轴向运动，钢球活齿(11)的个数Z11和端齿轮(13)的齿数(或叫波数)Z13相差为2，钢球活齿(11)与端齿轮(13)、槽式两相摆盘凸轮激波器(10)和活齿架(12)同时保持啮合接触。在两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿(11)几何中心的轨迹是一圆柱面曲线，该曲线所在的圆柱面称为两相摆盘轴向推力传动机构的分度圆柱面，也是两相摆盘凸轮机构的分度圆柱面，也是槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的分度圆柱面和端齿轮(13)的分度圆柱面，这些圆柱面的轴心线都与输出轴(14)的轴线重合。八个气缸(4)的轴心线都在两相摆盘轴向推力传动机构的分度圆柱面上沿周向均布。槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的右端是轴心对称周向均匀分布的圆筒形槽式四相凸轮，该四相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是四个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为90°，该四相凸轮的导槽截面为半径与万向球组件(9)中的钢球(23)的半径相同的圆弧，可通过选取恰当的活塞(7)轴向运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线，以使内燃机得到最佳的动力性、经济性和排放指标；在端齿轮(13)的右端面上和槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的左端面上均沿周向开有轴心对称周向均匀分布的导槽，该两轴心对称周向均匀分布的导槽是钢球活齿(11)随活齿架(12)转动并在活齿架(12)的轴向通孔中运动时所处一系列位置的包络曲面，该两轴心对称周向均匀分布的导槽在轴截面内的形状都是圆弧，圆弧的半径与钢球活齿(11)的半径相同，该两轴心对称周向均匀分布的导槽的轨迹是余弦函数曲线沿圆柱面的分布，其中端齿轮(13)的导槽轨迹的余弦函数周期数等于端齿轮(13)的齿数Z13，而槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的左端导槽轨迹的余弦函数周期数等于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的波幅数，而且槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的波幅数为2，即是说槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的左端是槽式两相凸轮，该两相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是两个相同的轴向凸出部分，每个轴向凸出部分对应的圆心角为180°，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)既是万向球槽式四相凸轮机构中的凸轮，又是两相摆盘轴向推力传动机构中的激波器，使本发明内燃机结构紧凑。上述八个气缸(4)中任意两个相隔180°对称布置的活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个活塞(7)作为一组，四组活塞(7)依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸(4)相差一个冲程，对应于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)转角的相位差为45°。活塞(7)通过推杆(6)的轴向直线往复运动使得槽式两相摆盘凸轮激波器(10)旋转，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)将动力经两相摆盘轴向推力传动机构传给与活齿架(12)键联接的输出轴(14)，最后动力由输出轴(14)输出。
上述两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿(11)与端齿轮(13)、活齿架(12)和槽式两相摆盘凸轮激波器(10)均为多齿啮合，且接触面积大，故可实现大功率、大扭矩的传动。
本发明差速器其他未提及的地方均采用现有技术。
与已有技术相比本发明的主要发明点在于：
①用两相摆盘凸轮机构取代现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，将活齿传动技术引入内燃机技术领域，不但彻底去除了曲轴和连杆，而且活塞的轴向左右往复直线运动经两相摆盘凸轮机构转变为输出轴的旋转运动，槽式两相摆盘凸轮激波器将内燃机和两相摆盘凸轮机构有机的融为一体，使内燃机与变速装置(减速器)合二为一，得到了一种结构紧凑、小巧的新型大功率动力机器，气缸轴向布置的设计使内燃机径向尺寸大大减小。
②上述两相摆盘凸轮机构由万向球槽式四相凸轮机构和两相摆盘轴向推力传动机构有机的组合而成。其中，万向球槽式四相凸轮机构由槽式两相摆盘凸轮激波器、万向球组件、推杆、活塞、弹簧、缸体组成，推杆的一端与活塞固定联接，另一端通过螺纹联接装有万向球组件，万向球组件使推杆与槽式两相摆盘凸轮激波器的右端槽式凸轮之间的联接为滚动摩擦联接，去除了现有往复式内燃机中连杆与活塞及曲轴之间的铰链联接关系，从而可大大提高功率传递效率，弹簧的一端与活塞联接，另一端与缸体的底部联接，弹簧使推杆上的万向球组件始终与槽式两相摆盘凸轮激波器右端槽式凸轮保持接触，槽式两相摆盘凸轮激波器通过第二深沟球轴承支撑于输出轴上。两相摆盘轴向推力传动机构由槽式两相摆盘凸轮激波器、钢球活齿、活齿架、端齿轮、输出轴组成，其中端齿轮与内燃机的左边壳体做成一体，即在内燃机的左边壳体的右端直接加工出两相摆盘式活齿传动的端齿轮，并称带有此端齿轮的内燃机的左边壳体为端齿轮，端齿轮与缸体通过螺钉固定连接，活齿架与输出轴之间通过键联接，输出轴的两端通过一对第一深沟球轴承分别支撑于缸体和端齿轮中；套筒、第一深沟球轴承、输出端轴承盖和气缸端轴承盖对端齿轮及输出轴进行了轴向固定，输出轴、槽式两相摆盘凸轮激波器、活齿架和端齿轮四个零件的轴心线重合；活齿架上开有Z11个与活齿架的轴心线等距且周向均布的轴向通孔，Z11个钢球活齿分别装在活齿架的Z11个半径与钢球活齿半径相同的轴向通孔内并可自由轴向运动，钢球活齿的个数Z11和端齿轮的齿数(或叫波数)Z13相差为2，钢球活齿与端齿轮、槽式两相摆盘凸轮激波器和活齿架同时保持啮合接触。在两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿几何中心的轨迹是一圆柱面曲线，该曲线所在的圆柱面称为两相摆盘轴向推力传动机构的分度圆柱面，也是两相摆盘凸轮机构的分度圆柱面，也是槽式两相摆盘凸轮激波器的分度圆柱面和端齿轮的分度圆柱面，这些圆柱面的轴心线都与输出轴的轴线重合。八个气缸的轴心线都在两相摆盘轴向推力传动机构的分度圆柱面上沿周向均布。槽式两相摆盘凸轮激波器的右端是轴心对称周向均匀分布的圆筒形槽式四相凸轮，该四相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是四个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为90°，该四相凸轮的导槽截面为半径与万向球组件中的钢球的半径相同的圆弧，可通过选取恰当的活塞轴向运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线，以使内燃机得到最佳的动力性、经济性和排放指标；在端齿轮的右端面上和槽式两相摆盘凸轮激波器的左端面上均沿周向开有轴心对称周向均匀分布的导槽，该两轴心对称周向均匀分布的导槽是钢球活齿随活齿架转动并在活齿架的轴向通孔中运动时所处一系列位置的包络曲面，该两轴心对称周向均匀分布的导槽在轴截面内的形状都是圆弧，圆弧的半径与钢球活齿的半径相同，该两轴心对称周向均匀分布的导槽的轨迹是余弦函数曲线沿圆柱面的分布，其中端齿轮的导槽轨迹的余弦函数周期数等于端齿轮的齿数Z13，而槽式两相摆盘凸轮激波器的左端导槽轨迹的余弦函数周期数等于槽式两相摆盘凸轮激波器的波幅数，而且槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的波幅数为2，即是说槽式两相摆盘凸轮激波器的左端是槽式两相凸轮，该两相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是两个相同的轴向凸出部分，每个轴向凸出部分对应的圆心角为180°，槽式两相摆盘凸轮激波器既是万向球槽式四相凸轮机构中的凸轮，又是两相摆盘轴向推力传动机构中的激波器，使本发明内燃机结构紧凑。上述八个气缸中任意两个相隔180°对称布置的活塞工作状态同步，将工作状态同步的两个活塞作为一组，四组活塞依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸相差一个冲程，对应于槽式两相摆盘凸轮激波器转角的相位差为45°。活塞通过推杆的轴向直线往复运动使得槽式两相摆盘凸轮激波器旋转，槽式两相摆盘凸轮激波器将动力经两相摆盘轴向推力传动机构传给与活齿架键联接的输出轴，最后动力由输出轴输出。
③上述两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿与端齿轮、活齿架和槽式两相摆盘凸轮激波器均为多齿啮合，且接触面积大，故可实现大功率、大扭矩的传动。
本发明与现有往复式四冲程曲轴连杆型内燃机相比，具有以下有益的技术效果：
1.振动小、噪声小、运转平稳
由于本发明内燃机采用两相摆盘凸轮机构取代了现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，彻底取消了曲轴和连杆，万向球槽式四相凸轮机构和两相摆盘轴向推力传动机构都是轴对称及中心对称结构，没有偏心质量和不平衡力，消除了因曲轴质量偏心、连杆作平面运动引起的惯性力和倾覆力矩以及由此产生的冲击振动和噪声，消除了连杆偏摆导致活塞拍击气缸壁造成的振动和噪声，而且运转平稳。本发明内燃机的八个气缸均为轴向放置，沿周向均匀分布，其中任意两个相隔180°对称布置的活塞工作状态同步，即：或同时吸气、或同时压缩、或同时气体燃烧做功、或同时排气，因此，冲击力总是成对的出现，槽式两相摆盘凸轮激波器受力均衡，内燃机运转平稳。
2.结构紧凑、体积小、重量轻
本发明内燃机采用轴向布置气缸的设计，显著地减小了整机的径向尺寸；取消笨重复杂的曲轴连杆机构，代之以结构紧凑的两相摆盘凸轮机构，该机构将内燃机与变速装置(减速器)合二为一，无需另配减速装置，结构大幅缩减，并且两相摆盘轴向推力传动机构的轴向尺寸小。故本发明内燃机结构紧凑、体积小、重量轻。
3.大传动比、大扭矩输出
本发明内燃机的动力输出轴与活齿架固联，两相摆盘轴向推力传动机构以槽式两相摆盘凸轮激波器输入动力，端齿轮固定，活齿架输出，输出轴(14)转速取决于两相摆盘轴向推力传动机构的传动比，而适当选择两相摆盘轴向推力传动机构的配齿方案，可以实现较大的传动比，而且仍然保持结构紧凑、质量小、体积小等诸多优点。内燃机低速大扭矩输出动力，可广泛应用于需大功率机械传动的军事、工程机械等领域，诸如坦克、装甲车和挖掘机、推土机等。
4.摩擦磨损小、油耗低、效率高、寿命长
本发明内燃机中，万向球组件与槽式两相摆盘凸轮激波器之间、钢球活齿与端齿轮以及槽式两相摆盘凸轮激波器之间均为滚动摩擦联接，取消了磨损严重、摩擦功耗大的曲轴连杆机构，传动效率高。在两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿与端齿轮、活齿架和槽式两相摆盘凸轮激波器之间均为多齿啮合，且接触面积大，承载能力大，故可实现大功率、大扭矩的传动。同时两相摆盘凸轮机构可以实现两相激波并保证其自身及其内部活齿的受力自动平衡，在传动装置中不存在一齿差活齿传动中需偏心安装凸轮而存在的惯性力、激振力和倾覆力矩等，从传动原理上避免了传动装置的振动激励，从而有利于提高传动的效率，机械摩擦磨损也较小，油耗低，内燃机寿命较长。
4.摩擦磨损小、油耗低、效率高、寿命长
本发明内燃机中，万向球组件与槽式两相摆盘凸轮激波器之间、钢球活齿与端齿轮以及槽式两相摆盘凸轮激波器之间均为滚动摩擦联接，取消了磨损严重、摩擦功耗大的曲轴连杆机构，传动效率高。在两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿与端齿轮、活齿架和槽式两相摆盘凸轮激波器之间均为多齿啮合，且接触面积大，承载能力大，故可实现大功率、大扭矩的传动。同时两相摆盘凸轮机构可以实现两相激波并保证其自身及其内部活齿的受力自动平衡，在传动装置中不存在一齿差活齿传动中需偏心安装凸轮而存在的惯性力、激振力和倾覆力矩等，从传动原理上避免了传动装置的振动激励，从而有利于提高传动的效率，机械摩擦磨损也较小，油耗低，内燃机寿命较长。
5.可优化性强
槽式两相摆盘凸轮激波器左端的激波器和端齿轮上的导槽轨迹曲线方程均为余弦函数，且曲线方程形式简单一致，利于优化设计。由于活塞的运动规律完全取决于槽式两相摆盘凸轮激波器右端的导槽轨迹曲线，所以可通过选取恰当的活塞运动规律来设计凸轮轮廓，而恰当的活塞运动规律可使气缸中的气体燃烧充分、完善、燃料热能利用率高。
6.结构简单、工艺性好、生产成本低
本发明内燃机中的零件结构简单、工艺性好、生产成本低，彻底取消了结构复杂、加工制造困难的曲轴和连杆，多采用钢球活齿、万向球等通用性强、由专业厂商制造的标准零件，且万向球组件中的钢球的半径与活齿架中的钢球活齿的半径相同，故槽式两相摆盘凸轮激波器及端齿轮上的三处槽式凸轮结构的导槽截面圆弧半径均相同，可以共用一套加工工艺，方便制造且降低成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于下面实施例所描述的形式，所属领域的技术人员在不付出创造性劳动的情况下，还可很容易地设计出其他的具体实施方式，因此不应将下面给出的具体实施方式的实施例理解为本发明的保护范围，将本发明的保护范围限制在所给出的实施例。
图1是两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机的结构示意图
图2是图1的A-A剖视图
图3是槽式两相摆盘凸轮激波器的结构示意图
图4是端齿轮的结构示意图
图5是活齿架的结构示意图
图6是万向球组件的结构示意图
图7是两相摆盘凸轮机构的其分度圆柱面上的截面展开示意图
图8是槽式两相摆盘凸轮激波器的三维模型
图9是槽式两相摆盘凸轮激波器的在其分度圆柱面上的截面示意图
图10是端齿轮的三维模型及导槽轨迹曲线图
上述各附图中图识标号的标识对象是：1气缸盖；2进气门；3排气门；4气缸；5缸体；6推杆；7活塞；8弹簧；9万向球组件；10槽式两相摆盘凸轮激波器；11钢球活齿；12活齿架；13端齿轮；14输出轴；15密封圈；16输出端轴承盖；17第一深沟球轴承；18套筒；19键；20螺钉；21气缸端轴承盖；22第二深沟球轴承；23钢球。
具体实施例
图1～图10所示两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机，主要由气缸盖(1)、进气门(2)、排气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、万向球组件(9)、槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、钢球活齿(11)、活齿架(12)、端齿轮(13)、输出轴(14)、密封圈(15)、输出端轴承盖(16)、第一深沟球轴承(17)、套筒(18)、键(19)、螺钉(20)、气缸端轴承盖(21)、第二深沟球轴承(22)、钢球(23)等组成，其特征在于：用两相摆盘凸轮机构取代现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，在槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的右边设置八个气缸(4)，八个气缸(4)的顶端位于垂直于输出轴(14)的轴线的同一平面内，所有气缸(4)的轴心线都平行于输出轴(14)的轴线，并与输出轴(14)的轴线等距周向均布，八个活塞(7)分别放入八个气缸(4)中，活塞(7)的轴向左右往复直线运动经两相摆盘凸轮机构转变为输出轴(14)的旋转运动，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)将内燃机和两相摆盘凸轮机构有机的融为一体，使内燃机无需再额外配备减速器。上述两相摆盘凸轮机构由万向球槽式四相凸轮机构和两相摆盘轴向推力传动机构有机的组合而成。其中，万向球槽式四相凸轮机构由槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、万向球组件(9)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、缸体(5)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端通过螺纹联接装有万向球组件(9)，万向球组件(9)使推杆(6)与槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的右端槽式凸轮之间的联接为滚动摩擦联接，去除了现有往复式内燃机中连杆与活塞及曲轴之间的铰链联接关系，从而可大大提高功率传递效率，弹簧(8)的一端与活塞(7)联接，另一端与缸体(5)的底部联接，弹簧(8)使推杆(6)上的万向球组件(9)始终与槽式两相摆盘凸轮激波器(10)右端槽式凸轮保持接触，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)通过第二深沟球轴承(22)支撑于输出轴(14)上。两相摆盘轴向推力传动机构由槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、钢球活齿(11)、活齿架(12)、端齿轮(13)、输出轴(14)组成，其中端齿轮(13)与内燃机的左边壳体做成一体，即在内燃机的左边壳体的右端直接加工出两相摆盘式活齿传动的端齿轮，并称带有此端齿轮的内燃机的左边壳体为端齿轮(13)，端齿轮(13)与缸体(5)通过螺钉(20)固定连接，活齿架(12)与输出轴(14)之间通过键(19)联接，输出轴(14)的两端通过一对第一深沟球轴承(17)分别支撑于缸体(5)和端齿轮(13)中；套筒(18)、第一深沟球轴承(17)、输出端轴承盖(16)和气缸端轴承盖(21)对端齿轮(13)及输出轴(14)进行了轴向固定，输出轴(14)、槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、活齿架(12)和端齿轮(13)四个零件的轴心线重合；活齿架(12)上开有Z11个与活齿架(12)的轴心线等距且周向均布的轴向通孔，Z11个钢球活齿(11)分别装在活齿架(12)的Z11个半径与钢球活齿(11)半径相同的轴向通孔内并可自由轴向运动，钢球活齿(11)的个数Z11和端齿轮(13)的齿数(或叫波数)Z13相差为2，钢球活齿(11)与端齿轮(13)、槽式两相摆盘凸轮激波器(10)和活齿架(12)同时保持啮合接触。在两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿(11)几何中心的轨迹是一圆柱面曲线，该曲线所在的圆柱面称为两相摆盘轴向推力传动机构的分度圆柱面，也是两相摆盘凸轮机构的分度圆柱面，也是槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的分度圆柱面和端齿轮(13)的分度圆柱面，这些圆柱面的轴心线都与输出轴(14)的轴线重合。八个气缸(4)的轴心线都在两相摆盘轴向推力传动机构的分度圆柱面上沿周向均布。槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的右端是轴心对称周向均匀分布的圆筒形槽式四相凸轮，该四相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是四个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为90°，该四相凸轮的导槽截面为半径与万向球组件(9)中的钢球(23)的半径相同的圆弧，可通过选取恰当的活塞(7)轴向运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线，以使内燃机得到最佳的动力性、经济性和排放指标，本实施例按活塞(7)的位移为正弦曲线运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线；在端齿轮(13)的右端面上和槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的左端面上均沿周向开有轴心对称周向均匀分布的导槽，该两轴心对称周向均匀分布的导槽是钢球活齿(11)随活齿架(12)转动并在活齿架(12)的轴向通孔中运动时所处一系列位置的包络曲面，该两轴心对称周向均匀分布的导槽在轴截面内的形状都是圆弧，圆弧的半径与钢球活齿(11)的半径相同，该两轴心对称周向均匀分布的导槽的轨迹是余弦函数曲线沿圆柱面的分布，其中端齿轮(13)的导槽轨迹的余弦函数周期数等于端齿轮(13)的齿数Z13，而槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的左端导槽轨迹的余弦函数周期数等于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的波幅数，而且槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的波幅数为2，即是说槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的左端是槽式两相凸轮，该两相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是两个相同的轴向凸出部分，每个轴向凸出部分对应的圆心角为180°，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)既是万向球槽式四相凸轮机构中的凸轮，又是两相摆盘轴向推力传动机构中的激波器，使本发明内燃机结构紧凑。上述八个气缸(4)中任意两个相隔180°对称布置的活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个活塞(7)作为一组，四组活塞(7)依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸(4)相差一个冲程，对应于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)转角的相位差为45°。活塞(7)通过推杆(6)的轴向直线往复运动使得槽式两相摆盘凸轮激波器(10)旋转，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)将动力经两相摆盘轴向推力传动机构传给与活齿架(12)键联接的输出轴(14)，最后动力由输出轴(14)输出。
上述两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿(11)与端齿轮(13)、活齿架(12)和槽式两相摆盘凸轮激波器(10)均为多齿啮合，且接触面积大，故可实现大功率、大扭矩的传动。
图8左边图表示了槽式两相摆盘凸轮激波器(10)左端的槽式两相凸轮，图8右边图表示了槽式两相摆盘凸轮激波器(10)右端的槽式四相凸轮；图9是槽式两相摆盘凸轮激波器的在其分度圆柱面上的截面示意图，该图的上面部分显示了槽式两相摆盘凸轮激波器(10)在其分度圆柱面上的上面部分轮廓曲线是四段相同的轴向凸出曲线，每段凸出曲线对应的圆心角为90度，该图的下面部分显示了槽式两相摆盘凸轮激波器(10)在其分度圆柱面上的下面部分轮廓曲线是两段相同的轴向凸出曲线，每段凸出曲线对应的圆心角为180度。图10中的黑色曲线为钢球活齿(11)的几何中心在端齿轮(13)的分度圆柱面上的轨迹。
本发明所述内燃机的工作原理是：
当内燃机工作时，气体燃烧对气缸中的活塞(7)做功，其驱动力通过推杆(6)的直线往复运动作用于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)上，万向球组件(9)在槽式两相摆盘凸轮激波器(10)右端的槽式四相凸轮轮廓曲面上运动，推动槽式两相摆盘凸轮激波器(10)逆时针旋转，动力由槽式两相摆盘凸轮激波器(10)经两相摆盘轴向推力传动机构传给输出轴(14)输出；由于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的旋转，万向球组件(9)沿着槽式两相摆盘凸轮激波器(10)右端的槽式四相凸轮轮廓滚动从而通过推杆(6)使没有做功的活塞(7)在气缸(4)内滑动，完成吸气、压缩或排气的任务。
如图1、图2、图7所示，将八个气缸(4)及其各自对应的万向球组件(9)统一编号为a、b、c、d、e、f、g、h。在图1、图2、图7中，将气缸a和e、b和f、c和g、d和h各作为一组，则共有四组气缸。设气缸(4)a、e中的活塞(7)处于吸气冲程的开始位置，气缸(4)b、f中的活塞(7)处于压缩冲程的开始位置，气缸(4)c、g中的活塞(7)处于气体燃烧做功冲程的开始位置，气缸(4)d、h中的活塞(7)处于排气冲程的开始位置，相邻两组活塞(7)的冲程进程相差一个冲程，对应于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)转角的相位差为45°。则槽式两相摆盘凸轮激波器(10)逆时针转过45°以后，气缸(4)b、f又开始燃烧做功，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)再逆时针转过45°之后，气缸(4)a、e又开始燃烧做功，气缸(4)a、e燃烧做功完成以后接着是气缸(4)d、h开始燃烧做功，之后又轮到气缸(4)c、g燃烧做功，如此循环下去，使槽式两相摆盘凸轮激波器(10)连续平稳地运转，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)等角速度旋转时其左端的槽式两相凸轮会产生轴向机械波，推动钢球活齿(11)在活齿架(12)的轴向通孔中沿轴向运动，使钢球活齿(11)与固定的端齿轮(13)啮合，在端齿轮(13)的反推作用下钢球活齿(11)推动活齿架(12)转动，然后由与活齿架(12)键联接的输出轴(14)连续平稳地将动力和运动输出。
为说明本发明内燃机的变速特性，设钢球活齿(11)的个数Z11＝10，端齿轮(13)的波数Z13＝12，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的转速为n10＝2000r/min。端齿轮(13)与缸体(5)固联(n13＝0)，则两相摆盘轴向推力传动机构的传动比为：
故得n14＝n12＝-400r/min，可见，活齿架(12)、输出轴(14)的转向与槽式两相摆盘凸轮激波器(10)相反，但转速远低于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)，内燃机减速输出动力，可实现大扭矩低速输出。这种特性特别适合于大扭矩输出的场合，可广泛应用于需大功率机械传动的军事、工程机械等领域，诸如坦克、装甲车、挖掘机、推土机等。
本实施例的内燃机还设置有起动系统、配气系统、润滑系统、供油系统和冷却系统等。

Claims (2)

1.两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机，主要由气缸盖(1)、进气门(2)、排气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、万向球组件(9)、槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、钢球活齿(11)、活齿架(12)、端齿轮(13)、输出轴(14)、密封圈(15)、输出端轴承盖(16)、第一深沟球轴承(17)、套筒(18)、键(19)、螺钉(20)、气缸端轴承盖(21)、第二深沟球轴承(22)、钢球(23)及起动系统、配气系统、冷却系统、供油系统、润滑系统组成，其特征在于：在槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的右边设置八个气缸(4)，八个气缸(4)的顶端位于垂直于输出轴(14)的轴线的同一平面内，所有气缸(4)的轴心线都平行于输出轴(14)的轴线，并与输出轴(14)的轴线等距周向均布，八个活塞(7)分别放入八个气缸(4)中，活塞(7)的轴向左右往复直线运动经两相摆盘凸轮机构转变为输出轴(14)的旋转运动，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)将内燃机和两相摆盘凸轮机构有机的融为一体，使内燃机无需再额外配备减速器；上述两相摆盘凸轮机构由万向球槽式四相凸轮机构和两相摆盘轴向推力传动机构有机的组合而成；其中，万向球槽式四相凸轮机构由槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、万向球组件(9)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、缸体(5)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端通过螺纹联接装有万向球组件(9)，万向球组件(9)使推杆(6)与槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的右端槽式凸轮之间的联接为滚动摩擦联接，弹簧(8)的一端与活塞(7)联接，另一端与缸体(5)的底部联接，弹簧(8)使推杆(6)上的万向球组件(9)始终与槽式两相摆盘凸轮激波器(10)右端槽式凸轮保持接触，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)通过第二深沟球轴承(22)支撑于输出轴(14)上；两相摆盘轴向推力传动机构由槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、钢球活齿(11)、活齿架(12)、端齿轮(13)、输出轴(14)组成，其中端齿轮(13)与内燃机的左边壳体做成一体，即在内燃机的左边壳体的右端直接加工出两相摆盘式活齿传动的端齿轮，并称带有此端齿轮的内燃机的左边壳体为端齿轮(13)，端齿轮(13)与缸体(5)通过螺钉(20)固定连接，活齿架(12)与输出轴(14)之间通过键(19)联接，输出轴(14)的两端通过一对第一深沟球轴承(17)分别支撑于缸体(5)和端齿轮(13)中；套筒(18)、第一深沟球轴承(17)、输出端轴承盖(16)和气缸端轴承盖(21)对端齿轮(13)及输出轴(14)进行了轴向固定，输出轴(14)、槽式两相摆盘凸轮激波器(10)、活齿架(12)和端齿轮(13)四个零件的轴心线重合；活齿架(12)上开有Z11个与活齿架(12)的轴心线等距且周向均布的轴向通孔，Z11个钢球活齿(11)分别装在活齿架(12)的Z11个半径与钢球活齿(11)半径相同的轴向通孔内并可自由轴向运动，钢球活齿(11)的个数Z11和端齿轮(13)的齿数(或叫波数)Z13相差为2，钢球活齿(11)与端齿轮(13)、槽式两相摆盘凸轮激波器(10)和活齿架(12)同时保持啮合接触；在两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿(11)几何中心的轨迹是一圆柱面曲线，该曲线所在的圆柱面称为两相摆盘轴向推力传动机构的分度圆柱面，也是两相摆盘凸轮机构的分度圆柱面，也是槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的分度圆柱面和端齿轮(13)的分度圆柱面，这些圆柱面的轴心线都与输出轴(14)的轴线重合；八个气缸(4)的轴心线都在两相摆盘轴向推力传动机构的分度圆柱面上沿周向均布；槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的右端是轴心对称周向均匀分布的圆筒形槽式四相凸轮，该四相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是四个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为90°，该四相凸轮的导槽截面为半径与万向球组件(9)中的钢球(23)的半径相同的圆弧；在端齿轮(13)的右端面上和槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的左端面上均沿周向开有轴心对称周向均匀分布的导槽，该两轴心对称周向均匀分布的导槽是钢球活齿(11)随活齿架(12)转动并在活齿架(12)的轴向通孔中运动时所处一系列位置的包络曲面，该两轴心对称周向均匀分布的导槽在轴截面内的形状都是圆弧，圆弧的半径与钢球活齿(11)的半径相同，该两轴心对称周向均匀分布的导槽的轨迹是余弦函数曲线沿圆柱面的分布，其中端齿轮(13)的导槽轨迹的余弦函数周期数等于端齿轮(13)的齿数Z13，而槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的左端导槽轨迹的余弦函数周期数等于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的波幅数，而且槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的波幅数为2，即是说槽式两相摆盘凸轮激波器(10)的左端是槽式两相凸轮，该两相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是两个相同的轴向凸出部分，每个轴向凸出部分对应的圆心角为180°，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)既是万向球槽式四相凸轮机构中的凸轮，又是两相摆盘轴向推力传动机构中的激波器；上述八个气缸(4)中任意两个相隔180°对称布置的活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个活塞(7)作为一组，四组活塞(7)依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸(4)相差一个冲程，对应于槽式两相摆盘凸轮激波器(10)转角的相位差为45°；活塞(7)通过推杆(6)的轴向直线往复运动使得槽式两相摆盘凸轮激波器(10)旋转，槽式两相摆盘凸轮激波器(10)将动力经两相摆盘轴向推力传动机构传给与活齿架(12)键联接的输出轴(14)，最后动力由输出轴(14)输出。
2.根据权利要求1所述的两相摆盘凸轮活齿架输出式内燃机，其特征在于：上述两相摆盘轴向推力传动机构中，钢球活齿(11)与端齿轮(13)、活齿架(12)和槽式两相摆盘凸轮激波器(10)均为多齿啮合。
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