CN110864094A - 一种导向齿条-曲轴转换机构 - Google Patents

Abstract

本发明的转换机构包括：曲轴的主轴颈和每对传动轴安装在曲轴箱两侧壁上，每对的两根传动轴上各安装传动齿轮，安装在曲柄臂的连杆轴颈上的每对齿面朝向相反的两根传动齿条各自与对称的两根传动轴上的传动齿轮交替啮合，每根传动齿条上或每个导向槽中的限位杆安装在能与传动齿条啮合的传动齿轮的传动轴上；对称的两根传动轴的两个驱动齿轮各自与双面齿条的正齿面和反齿面啮合，其余的各驱动齿轮分别与各驱动齿条啮合，在每根双面齿条及每根驱动齿条上的定位杆各自安装在能与双面齿条和驱动齿条啮合的各驱动齿轮的传动轴上，每根驱动齿条和双面齿条分别与各活塞铰接，构成只有一付曲轴的多个汽缸的发动机组。

Description

一种导向齿条-曲轴转换机构

技术领域

本发明涉及一种发动机的活塞往复直线运动转换为曲轴圆周运动的机械装置，特别涉及一种齿条与曲轴联动转换机构，替代现有的曲轴（柄）-连杆转换机构。

背景技术

目前，活塞式发动机普遍采用曲轴（曲拐）连杆机构进行直线往复运动与圆周运动相互转换的机械，曲轴连杆机构设计和制造已经十分完善，但是，由于曲轴（柄）连杆几何机构及其受力状态十分复杂，各个部件都处在复杂的三向应力状态，在实际应用中还存在明显的缺陷，有待进一步改进和优化：

1、理论分析和实际应用测试表明，有的曲轴连杆机构中，汽缸内燃气点火后，活塞上的最大燃气爆发力经过两次分解只有百分之二十左右转换为曲轴输出的扭矩的切向力，因此，极大的降低了发动机的输出功率；

2、在曲轴（柄）连杆机构中，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，增大了活塞与缸壁之间的侧向摩擦力，加速了汽缸壁侧向磨损，会造成“卡缸”使活塞无法工作，缩短了汽缸的使用寿命；

3、曲轴连杆机构中连杆摆动产生的不平衡回转质量和回转运动引起惯性力，使活塞与汽缸壁及转动接触面产生交变冲击力，增大了各个部件间的不均匀摩擦和撞击，不仅影响发动机的输出功率，而且使发动机产生较大的振动和噪声。

为了克服传统曲轴-连杆机构上述的缺陷，本发明提供了一种导向齿条-曲轴转换机构。

发明内容

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构由曲轴、传动轴及其柱面上的传动齿轮和驱动齿轮、导向齿条及驱动齿条和双面齿条等主要的部件构成的，其结构如下所述：曲轴的主轴颈及各根传动轴成对地安装在曲轴箱的两侧壁上，每对的两根传动轴关于主轴颈对称，每根传动轴的柱面上安装与其同轴的传动齿轮；各根导向齿条包括传动齿条及与其一端部相连接的导向槽，各根传动齿条另一端部的齿条圆环成对地安装在曲柄臂端部的连杆轴颈上，每对导向齿条的两根传动齿条的齿面朝向相反，在每根传动齿条无齿的背面上或导向槽中放置有限位杆，该限位杆借助其两端部的限位扁杆上的限位圆环安装在能与每根传动齿条交替啮合的传动齿轮两侧的传动轴上，若每对传动齿条的一根传动齿条与对称的一根传动轴上的传动齿轮啮合时，安装在该传动轴上的限位杆在这根传动齿条的背面上，而对称的另一根传动轴上的传动齿轮与这对传动齿条的另一根传动齿条脱离，安装在另一根传动轴上的限位杆在与这对传动齿条的另一根传动齿条相连接的导向槽中；若每对传动齿条的一根传动齿条与对称的一根传动轴上的传动齿轮脱离时，这根传动轴上的限位杆在与这根传动齿条相连接的导向槽中，而对称的另一根传动轴上的传动齿轮与这对传动齿条的另一根传动齿条啮合，安装在对称的另一根传动轴上的限位杆在这对传动齿条的另一根传动齿条的背面上；延伸到曲轴箱外面的每对对称的两根传动轴的柱面上分别安装与其同轴的各个驱动齿轮，其中的一根传动轴上的一个驱动齿轮与双面齿条的正齿面啮合，而另一根传动轴上的一个驱动齿轮与双面齿条的反齿面啮合，该双面齿条的正齿面与反齿面的朝向相反，每对对称的两根传动轴上其余的各驱动齿轮分别与各驱动齿条啮合，各正齿面和反齿面的长度与各驱动齿条的齿面的长度相等，在每根驱动齿条无齿背面上的定位杆两端部的定位扁杆的定位圆环分别安装在与驱动齿条啮合的驱动齿轮两侧的传动轴上，在每根双面齿条的正背面上的定位杆两端部的定位扁杆分别安装在与双面齿条的正齿面啮合的驱动齿轮两侧的传动轴上，在每根双面齿条的反背面上的定位杆两端部的定位扁杆分别安装在与双面齿条的反齿面啮合的驱动齿轮两侧的传动轴上。

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，其中，在曲轴箱的外侧设置带有数个相同的汽缸的附加缸体，延伸到曲轴箱外面的每对传动轴皆在附加缸体内，每对传动轴的另一端部安装在附加缸体的侧壁上，与每对传动轴上的各驱动齿轮啮合的各驱动齿条和双面齿条的一端部或两端部分别与各个汽缸中的活塞铰接，构成只有一付曲轴的多个汽缸的发动机组。

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，其中，齿条圆环设置在传动齿条另一端部，传动齿条的齿条圆环的直径等于连杆轴颈的直径，每个齿条圆环的中心线与连杆轴颈的轴线共线。

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，其中，每个导向槽的槽帮一端部为开口端部，每个槽帮的另一端部为封闭端部，每根传动齿条的一端部与导向槽开口端部的一个槽帮端部刚性连接，每根传动齿条的背面与该槽帮的内壁共面，每个导向槽的两个槽帮的宽度小于每根传动齿条的宽度，每个导向槽的槽内宽度等于或略大于限位杆的直径，在每根传动齿条的背面上的限位杆能进入传动齿条端部的导向槽中，各个导向槽的槽内长度相等，各根传动齿条的有效长度相等。

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，其中，每个限位杆的两端部分别转动地安装在限位扁杆的一端部，每对限位扁杆上的限位圆环安装在与传动齿条啮合的传动齿轮两侧的传动轴上，每个限位圆环的直径等于传动轴的直径，每根传动齿条的无齿背面上的限位杆到与传动齿条啮合的传动齿轮的分度圆之间的间隔等于传动齿条的分度线到无齿背面之间的距离。

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，其中，每个定位杆的两端部分别转动地安装在一对定位扁杆的一端部，每对定位扁杆内侧面之间的距离略大于驱动齿条和双面齿条及与其分别啮合的驱动齿轮的宽度，每根驱动齿条的背面上的定位杆到与驱动齿条啮合的驱动齿轮的分度圆之间的间隔等于驱动齿条的分度线到背面之间的距离，每根双面齿条的正背面和反背面上的定位杆到与其正齿面和反齿面分别啮合的驱动齿轮的分度圆之间的间隔等于双面齿条的正分度线和反分度线分别到其正背面和反背面之间的距离。

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，其中，每根传动齿条能与传动齿轮啮合的长度为传动齿条的有效长度，每根传动齿条的有效长度与每个导向槽的槽内长度之和大于每个活塞的行程，每根传动齿条的有效长度和每根导向槽的槽内长度以及对称的两根传动轴的轴线之间距离和主轴颈的轴线到连杆轴颈的轴线之间的距离满足下述条件：设定过主轴颈的轴线和连杆轴颈的轴线的平面为曲柄臂的中分平面，当曲柄臂的中分平面与过对称的两根传动轴的轴线的平面垂直时，成对的一根传动齿条一端部的端齿与对称的一根传动轴上的传动齿轮开始脱离，这根传动齿条一端部的导向槽的内壁开始在限位杆下面滑动，而成对的另一根传动齿条一端部的端齿恰好与对称的另一根传动轴上的传动齿轮开始啮合，与传动齿轮啮合的传动齿条的背面开始在限位杆下面滑动；当与这根传动齿条啮合的传动齿轮的分度圆与曲柄臂的中分平面相切时，成对的一根传动齿条一端部的导向槽的内壁上的限位杆在这个导向槽的封闭端，而另一根传动齿条的背面上的限位杆在这根传动齿条的另一端部，此时，与每个传动齿轮同轴的各驱动齿轮分别驱动的驱动齿条和每根双面齿条及其端部的活塞在各自的上止点或下止点，每根传动齿条的有效长度与每个导向槽的槽内长度之和大于每个活塞的行程。

当曲柄臂的中分平面与过对称的两根传动轴的轴线的平面垂直时，每对导向齿条的一根传动齿条一端部的端齿与对称的一根传动轴上的传动齿轮开始啮合，而另一根传动齿条一端部的端齿恰好与对称的另一根传动轴上的传动齿轮开始脱离；当曲柄臂的中分平面与对称的一根传动轴上的传动齿轮的分度圆相切时，一根传动齿条的另一端齿恰好与对称的一根传动轴上的传动齿轮啮合，对称的另一根传动轴上的限位杆在与另一根传动齿条相连的导向槽的封闭端口，此时，与每个传动齿轮同轴的各驱动齿轮驱动的驱动齿条及其端部的活塞到达上止点或下止点。

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，其中，每一根传动轴的轴线到主轴颈的轴线的距离等于或稍大于主轴颈的轴线与连杆轴颈的轴线之间的距离和传动齿轮的分度圆的半径之和再加上每根传动齿条上的齿条圆环的中心线到传动齿条的分度线的垂直线段的长度；通过调整每根传动轴与主轴颈之间的距离，可使与每个传动齿轮同轴的各驱动齿轮驱动的驱动齿条或双面齿条端部在上止点的活塞开始向下止点运动时，与每个传动齿轮啮合的传动齿条的分度线与曲柄臂的中分平面的夹角接近90度，即与每个传动齿轮啮合的传动齿条与曲柄臂的夹角接近90度，此时，若这个活塞的气缸中的燃气爆发，作用在这个活塞上的燃气爆发力借助与驱动齿条啮合的驱动齿轮及其同轴的传动齿轮几乎等值传递到与传动齿条正交的曲柄臂的连杆轴颈上，曲轴输出最大的扭矩比传统曲轴-连杆机构中输出的最大扭矩至少增大2倍以上。

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，其中，每根传动轴上的各个驱动齿轮的轴线与传动轴的轴线共线，各个驱动齿轮也可为扇形齿轮。

本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，其中，与曲轴箱外面的每一对传动轴的每个驱动齿轮啮合的驱动齿条和双面齿条的一端部或两端部分别与各个缸体中往复运动的柱塞铰接，曲轴箱另一侧的曲轴的主轴颈与动力设备的转动轴联接，将该转动轴的输出扭矩转换为各个柱塞的往复直线运动。

采用本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构，实现直线往复运动与旋转圆周运动相互转换，动力传递和运动方式转换更为合理,克服了曲拐连杆机构中固有的缺点，具有以下主要优点：

1.本发明的导向齿条-曲轴转换机构中，当与每个传动齿轮同轴的各驱动齿轮带动驱动齿条及其在上止点的活塞开始向下止点运动时，与每个传动齿轮啮合的导向齿条与曲柄臂的夹角接近90度，此时，若气缸中的燃气爆发，作用在活塞上最大燃气爆发力借助每根传动轴上的各驱动齿条和各驱动齿轮、传动齿轮和导向齿条及其导向槽等几乎等值转换为做旋转运动的连杆轴颈上的切向力，理论计算表明该转换结构的曲轴输出最大的扭矩比传统曲轴-连杆机构中输出的最大扭矩增大2倍以上，单缸模型机实验表明本发明的转换机构中的曲轴输出最大的扭矩比传统曲轴-连杆机构中输出的最大扭矩至少矩增大1倍以上，因此，本发明的转换机构的转换效率较传统的曲轴-连杆机构的转换效率可大幅度提高；

2.本发明的转换机构中，各个活塞的往复直线运动借助各驱动齿条和各驱动齿轮及传动齿轮和导向齿条直接转换为曲柄臂旋转的切向力，彻底消除了传统曲轴-连杆机构中连杆传动引起的活塞与气缸缸壁之间的侧向压力及由侧向压力引起的汽缸壁的磨损，可延长汽缸的使用寿命；

3.本发明转换机构中，关于主轴颈对称的每对传动轴上可分别设置多个驱动齿轮和驱动齿条及气缸构成多气缸的超大功率的发动机组，由于多个气缸的活塞共用一付曲柄（曲拐），不仅节省了多付曲柄（曲拐），而且也提高了转换效率；

4.本发明转换机构中，传动齿轮半径和驱动齿轮半径可根据设计要求改变其大小，曲轴的转动直径即可小于或大于活塞的行程，以便更为合理的利用气缸中燃气的爆发力，以提高转换机构的机械效率；

5.本发明的曲轴和导向齿条及传动齿轮等在单独的曲轴箱内，不受气缸中燃气爆发产生高温的影响，提高了转换机构的主要部件的使用寿命；

6. 本发明结构亦可用于任何形式的旋转运动转换为往复直线运动的机械，例如，活塞式油、气、水泵及活塞式压缩机等。

附图说明

图1是本发明的的转换机构第一实施例正视示意图；

图2是本发明的转换机构的第一实施例A-A剖面的示意图；

图3是本发明的转换机构的第一实施例B-B剖面的示意图；

图4是本发明的转换机构中的导向齿条的传动齿条和导向槽及限位杆和限位扁杆的示意图；

图5是本发明第一实施例中，双面齿条及定位杆和定位扁杆的示意图；

图6是本发明第一实施例中，驱动齿条及定位杆和定位扁杆的示意图；

图7是本发明第一实施例中，传动轴的轴线与主轴颈轴线之间的距离关系示意图；

图8是本发明第一实施例中，与一根传动轴的驱动齿轮啮合的双面齿条或驱动齿条所连接的活塞处于上止点位置时，转换机构中相关部件所在位置的示意图；

图9是本发明第一实施例中，与传动齿条端部啮合的传动齿轮开始逆时针转动时，与一个传动齿轮啮合的一根导向齿条近似垂直于曲柄臂的示意图；

图10是本发明第一实施例中，一个传动齿轮与一根传动齿条一端部的端齿脱离，另一个传动齿轮恰好与另一根传动齿条一端部的端齿啮合时的示意图；

图11是本发明第一实施例中，与另一根传动轴的驱动齿轮啮合的双面齿条或驱动齿条所连接的活塞处于上止点位置时，转换机构中相关部件所在位置的示意图；

图12是本发明第一实施例中，与另一根传动齿条端部啮合的另一个传动齿轮开始逆时针转动时，与另一个传动齿轮啮合的一根导向齿条近似垂直于曲柄臂的示意图；

图13是本发明第一实施例中，当一个传动齿轮与一根导向齿条的端齿啮合，而另一个传动齿轮恰好与另一根导向齿条的端齿开始脱离时的示意图；

图14是本发明的第二实施例的结构剖视示意图；

图15是本发明的转换机构与转动装置连接示意图。

具体实施方案

下面参照说明书附图详细描述本发明提供的一种导向齿条-曲轴转换机构的具体实施方式。

如图1、2、3所示，本发明第一实施例如下：

在曲轴箱14的两侧壁上安装曲轴1的主轴颈101和两根传动轴4，两根传动轴4关于主轴颈101对称，两根传动轴4的柱面上各自安装与其同轴线的传动齿轮3；两根导向齿条2的传动齿条201一端部的齿条圆环200安装在曲柄臂102端部的连杆轴颈103上，两根传动齿条201的另一端部各设置导向槽203，两根传动轴4上的传动齿轮3各自与两根传动齿条201交替啮合，在一根传动齿条201的无齿背面202上和在另一根传动齿条201的导向槽203中放置限位杆10，限位杆10借助其两端部的限位扁杆11上的限位圆环111安装在能与每根传动齿条201交替啮合的传动齿轮3两侧的传动轴4上，若一根传动齿条201与对称的一根传动轴4上的传动齿轮3啮合，安装在一根传动轴4上的限位扁杆11端部的限位杆10在传动齿条201的无齿背面202上，而另一根传动轴4上的传动齿轮3与另一根传动齿条201脱离，安装在另一根传动轴4上的限位扁杆11端部的限位杆10在与另一根传动齿条201相连接的导向槽203中；若一根传动齿条201与对称的一根传动轴4上的传动齿轮3脱离，这根传动轴4上的限位扁杆11端部的限位杆10在与传动齿条201相连接的导向槽203中，而另一根传动轴4上的传动齿轮3与每对的另一根传动齿条201啮合，安装在另一根传动轴4上的限位扁杆11端部的限位杆10在另一根传动齿条201的无齿背面202上；在曲轴箱14一侧的附加缸体15上设置四个汽缸9，两根传动轴4从曲轴箱14内延伸到附加缸体15中，在附加缸体15内的每对对称的两根传动轴4的柱面上分别安装与其同轴的各个驱动齿轮5，其中的一根传动轴4上的一个驱动齿轮5与双面齿条7的正齿面701啮合，而另一根传动轴4上的一个驱动齿轮5与双面齿条7的反齿面702啮合，对称的两根传动轴4上其余的各驱动齿轮5分别与各驱动齿条6啮合，双面齿条7的正齿面701与反齿面702的朝向相反，正齿面701和反齿面702的长度与各驱动齿条6的有效长度相等，在每根驱动齿条6无齿背面上的定位杆12两端部的定位扁杆13的定位圆环131分别安装在与驱动齿条6啮合的驱动齿轮5两侧的传动轴4上，在带有正齿面701的双面齿条7无齿背面上的定位杆12两端部的定位扁杆13的定位圆环131分别安装在与双面齿条7的正齿面701啮合的驱动齿轮5两侧的传动轴4上，在带有反齿面702的双面齿条7无齿背面上的定位杆12两端部的定位扁杆13的定位圆环131分别安装在与双面齿条7的反齿面702啮合的驱动齿轮5两侧的传动轴4上，附加缸体15中的每根驱动齿条6的一端部和双面齿条7的两端部分别与各个汽缸9中的活塞8铰接，构成只有一付曲轴1的四个汽缸9的发动机组。

如图4（a）、4（b）、图4（c）所示，每个导向齿条2包括传动齿条201和导向槽203，每个导向槽203的一端部为开口端部，两个槽帮204的另一端部为封闭端部，每根传动齿条201的一端部与导向槽203开口端部的一个槽帮204端部刚性连接，刚性连接在传动齿条201的一端部的槽帮204的内壁205与这根传动齿条201的无齿背面202共面，每个导向槽203的两个槽帮204的宽度小于每根传动齿条201的宽度，每个导向槽203的槽内宽度等于或略大于限位杆10的直径，在每根传动齿条201的无齿背面202上的限位杆10能进入传动齿条201端部的导向槽203中，两个导向槽203的槽内长度相等，两根传动齿条201的有效长度相等。

如图2、4（a）、4（b）所示，齿条圆环200设置在传动齿条201另一端部，每个传动齿条201的齿条圆环200的直径等于连杆轴颈103的直径，每个齿条圆环200的中心线208与连杆轴颈103的轴线105共线。

如图1、图4（a）、图4（c）所示，每个限位杆10的两端部分别转动地安装在限位扁杆11的一端部，限位扁杆11的另一端部为限位圆环111，每个限位杆10上的两个限位扁杆11上的限位圆环111安装在能与每根传动齿条201啮合的传动齿轮3两侧的传动轴4上，每个限位圆环111的直径等于传动轴4的直径，每对限位扁杆11内侧面之间的距离略大于传动齿条201及与其啮合的传动齿轮3的宽度，每根传动齿条201的无齿背面202上的限位杆10到与传动齿条201啮合的传动齿轮3的分度圆301之间的间隔等于所述传动齿条201的分度线203到无齿背面202之间的距离。

如图6所示，每个定位杆12的两端部分别转动地安装在一对定位扁杆13的一端部，定位扁杆13的另一端部为定位圆环131，每对定位扁杆13内侧面之间的距离略大于驱动齿条6和双面齿条7及与其分别啮合的驱动齿轮5的宽度，每根驱动齿条6的背面602上的定位杆12到与驱动齿条6啮合的驱动齿轮5的分度圆501之间的间隔等于驱动齿条6的分度线601到其背面602之间的距离，每根双面齿条7的正背面703和反背面704上的定位杆12到与双面齿条7的正齿面701和反齿面702分别啮合的驱动齿轮5的分度圆501之间的间隔等于双面齿条7的正分度线705和反分度线706分别到正背面703和反背面704之间的距离。

每根传动齿条201及导向槽203的长度可采用下述方法确定：如图10所示，设定过主轴颈101的轴线104和连杆轴颈103的轴线105的平面为曲柄臂102的中分平面107，每根传动齿条201的有效长度和每根导向槽203的槽内长度以及对称的两根传动轴4的轴线401之间距离和主轴颈101的轴线104到连杆轴颈103的轴线105之间的距离满足下述条件：每根传动齿条201的有效长度和每根导向槽203的槽内长度满足下述条件：当曲柄臂102的中分平面107与过两根传动轴4的轴线401的平面垂直时，一根传动齿条201一端部的端齿206与一根传动轴4上的传动齿轮3开始脱离，同时这根传动齿条201该端部的导向槽203的内壁205开始在限位杆10下面滑动，而另一根传动齿条201一端部的端齿206恰好与另一根传动轴4上的传动齿轮3开始啮合，同时这根传动齿条201的无齿背面202开始在限位杆10下面滑动。

如图8所示，当曲柄臂102的中分平面107与一根传动轴4上的传动齿轮3的分度圆301相切时，一根传动齿条201一端部的导向槽203的内壁205上的限位杆10在导向槽203的封闭端口，而另一传动齿条201的分度线207与传动齿轮3的分度圆301的相切点在曲柄臂102的中分平面107上，此时，与每个传动齿轮3同轴的各驱动齿轮5分别驱动的驱动齿条6和双面齿条7及其端部的活塞8在各自的上止点或下止点，每根传动齿条201能与传动齿轮3啮合的长度为传动齿条201的有效长度，每根传动齿条201的有效长度与每个导向槽203的槽内长度之和大于每个活塞8的行程。

如图4、图7所示，每根传动轴4的轴线401到主轴颈101的轴线104的距离等于或大于主轴颈101的轴线104与连杆轴颈103的轴线105之间的距离和每根传动轴4的传动齿轮3的分度圆301的半径之和再加上传动齿条201上的齿条圆环200的中心线208到传动齿条201的分度线207的垂直线段209的长度。

如图9所示，通过调整每根传动轴4与主轴颈101之间的距离，可使与每个传动齿轮3同轴的各驱动齿轮5驱动的驱动齿条6或双面齿条7端部在上止点的活塞8开始向下止点运动时，与每个传动齿轮3啮合的传动齿条201的分度线207与曲柄臂102的中分平面107之间的夹角接近90度，即与每个传动齿轮3啮合的传动齿条201与曲柄臂102的夹角接近90度，此时，若这个活塞8的气缸9中的燃气爆发，作用在这个活塞8上的燃气爆发力借助与驱动齿条6啮合的驱动齿轮5及其同轴的传动轮3几乎等值传递到与传动齿条201的正交的曲柄臂102的连杆轴颈103上，曲轴1输出最大的扭矩比传统曲轴-连杆机构中输出的最大扭矩至少增大2倍以上。

如图1、4所示，各个传动轮3的形状相同，每个传动齿轮3的轴线与其传动轴4的轴线401重合。

如图1、2所示，每根传动轴4上的各个驱动齿轮5的轴线与传动轴4的轴线401共线，各个驱动齿轮5的形状相同。

如图2所示，各根驱动齿条6的形状相同，各驱动齿条6的有效长度等于或略大于活塞8的行程。

如图2、5（c）、5（d）所示，各根双面齿条的正齿面701和反齿面702的朝向相反并且平行，各正齿面701和反齿面702的长度等于驱动齿条6的有效长度。

如图2所示，附加缸体15紧贴在曲轴箱14的一侧或两侧，附加缸体15的深度稍大于每个活塞8的行程，在附加缸体15上的各个气缸9皆相同。

本发明第一实施例的运行过程如下：

第一步：如图1、2所示，顺时针旋转的连杆轴颈103带动两根传动齿条201平动和摆动，一根传动齿条201驱动与其啮合的一根传动轴4上的传动齿轮3及与其同轴的两个驱动齿轮5顺时针转动，顺时针转动的一个驱动齿轮5驱动驱动齿条6及其端部的活塞8向上止点运动，顺时针转动的另一个驱动齿轮5驱动与其啮合的双面齿条7的正齿面701及其端部的活塞8向上止点运动，此时，安装在这根传动轴4上的限位扁杆11端部的限位杆10 在这根传动齿条201无齿背面202上滚动，与此同时，双面齿条7的反齿面702驱动与其啮合的另一根传动轴4上的一个驱动齿轮5并带动与其同轴的另一个驱动齿轮5和传动齿轮3同步逆时针转动，与逆时针转动的驱动齿轮5啮合的双面齿条7的反齿面702及其端部的活塞8向下止点运动，与逆时针转动的另一个驱动齿轮5驱动的驱动齿条6及其端部的活塞8同步向下止点运动，此时，安装在这根传动轴4上的限位扁杆端部的限位杆10在与这根传动齿条201一端部的导向槽203中。

第二步：如图8所示，参照第一步运行过程所述，当与顺时针转动的两个驱动齿轮5分别啮合的双面齿条7的正齿面701和驱动齿条6端部的活塞8各自到达上止点时，与传动齿条201啮合的顺时针转动的传动齿轮3到达传动齿条201的一端部，安装在这根传动轴4上的限位扁杆11端部的限位杆10 在这根传动齿条201无齿背面202的同一端部，与此同时，与另一根传动轴4的两个逆时针转动的驱动齿轮5分别啮合的双面齿条7的反齿面702及其端部活塞8和驱动齿条6端部的活塞8各自到达下止点，安装在这根传动轴4上的限位扁杆11端部的限位杆10在与另一根传动齿条201相连接的导向槽203封闭端。

第三步：如图9所示，参照第二步运行过程所述，顺时针旋转的连杆轴颈103带动两根传动齿条201平动和摆动，传动齿条201驱动传动轮3并带动与其同轴的两个驱动齿轮5开始逆时针转动，与两个驱动齿轮5分别啮合的双面齿条7上的正齿面701和驱动齿条6 一端部的两个活塞8开始向下止点运动，与逆时针转动的传动轮3啮合的传动齿条201的无齿背面202上的限位杆10开始在无齿背面202上滚动，此时，与逆时针转动的传动齿轮3啮合的传动齿条201的分度线207与曲柄臂102的中分平面107之间的夹角接近90度，即与逆时针转动的传动齿轮3啮合的传动齿条201与曲柄臂102的夹角接近90度，若其中的一个活塞8的气缸9中的燃气爆发，作用在这个活塞8上的燃气爆发力借助与驱动齿条6或双面齿条7啮合的驱动齿轮5及其同轴的传动轮3几乎等值传递到与传动齿条201的正交的曲柄臂102的连杆轴颈103上，曲轴1输出最大的扭矩比传统曲轴-连杆机构中输出的最大扭矩至少增大2倍以上，与此同时，与双面齿条7上的反齿面702啮合的驱动齿轮5带动与其同轴的另一驱动齿轮5和传动轮3同步顺时针转动，顺时针转动的驱动齿轮5分别驱动双面齿条7上的反齿面702和驱动齿条6 一端部的两个活塞8向上止点运动，在导向槽203封闭端的限位杆10开始在这个导向槽203滚动。

第四步：如图10所示，参照第三步运行过程所述，继续向下止点运动的两个活塞8分别借助双面齿条7的正齿面701和驱动齿条6驱动两个驱动齿轮5继续逆时针转动，当逆时针转动的传动轮3开始与传动齿条201的端齿206脱离时，限位杆10从这根传动齿条201的无齿背面202开始进入导向槽203中滚动，与此同时，顺时针转动的传动齿轮3开始与另一根传动齿条201的端齿206啮合，两个顺时针转动的驱动齿轮5分别驱动双面齿条7的反齿面702一端部的活塞8和驱动齿条6及其一端部的活塞8继续向上止点运动，导向槽203中的限位杆10开始在这根传动齿条201的无齿背面202上滚动。

第五步：如图11所示，参照第四步运行过程所述，当逆时针转动的两个驱动齿轮5分别驱动双面齿条7的正齿面701和驱动齿条6一个端部的活塞8到达各自的下止点时，传动齿条201端部的导向槽203中的限位杆10到达这个导向槽203的封闭端，与此同时，与顺时针转动的传动齿轮3同轴的两个驱动齿轮5分别驱动双面齿条7的反齿面702和驱动齿条6一端部的活塞8到达各自的上止点，与传动齿条201啮合的顺时针转动的传动齿轮3恰好到达这根传动齿条201的一端部。

第六步：如图12所示，参照第五步运行过程所述，顺时针旋转的连杆轴颈103带动两根传动齿条201平动和摆动，与双面齿条7上的正齿面701啮合的驱动齿轮5带动与其同轴的另一驱动齿轮5和传动轮3同步顺时针转动，顺时针转动的驱动齿轮5分别驱动双面齿条7上的正齿面701和驱动齿条6一端部的两个活塞8向上止点运动，在导向槽203封闭端的限位杆10开始在这个导向槽203滚动，此同时，与传动齿条201啮合的传动轮3带动与其同轴的两个驱动齿轮5逆时针转动，与两个驱动齿轮5分别啮合的双面齿条7上的反齿面702和驱动齿条6 一端部的两个活塞8向下止点运动，与逆时针转动的传动轮3啮合的传动齿条201的无齿背面202上的限位杆10在无齿背面202上滚动，此时，与逆时针转动的传动齿轮3啮合的传动齿条201的分度线207与曲柄臂102的中分平面107之间的夹角接近90度，即与逆时针转动的传动齿轮3啮合的传动齿条201与曲柄臂102的夹角接近90度，若其中的一个活塞8的气缸9中的燃气爆发，作用在这个活塞8上的燃气爆发力借助与驱动齿条6或双面齿条7啮合的驱动齿轮5及其同轴的传动轮3几乎等值传递到与传动齿条201的正交的曲柄臂102的连杆轴颈103上，曲轴1输出最大的扭矩比传统曲轴-连杆机构中输出的最大扭矩至少增大2倍以上。

第七步：如图13所示，参照第六步运行过程所述，当顺时针转动的传动轮3与传动齿条201的端齿206开始啮合时，与顺时针转动的传动轮3同轴的驱动齿轮5带动驱动齿条6及其端部的活塞8 继续向上止点运动，另一逆时针转动的驱动齿轮5带动双面齿条7的正齿面701一端部的活塞8继续向上止点运动，导向槽203中的限位杆10开始在这根传动齿条201的无齿背面202上滑动，与此同时，逆时针转动的传动齿轮3与另一根传动齿条201的端齿206开始脱离，继续向下止点运动的两个活塞8借助双面齿条7的反齿面702和驱动齿条6分别驱动两个驱动齿轮5继续逆时针转动，限位杆10从这根传动齿条201的无齿背面202开始进入导向槽203中滚动。

第八步：如图1所示，参照第七步运行过程所述，与顺时针转动的传动轮3同轴的驱动齿轮5带动驱动齿条6及其端部的活塞8 继续向上止点运动，另一逆时针转动的驱动齿轮5带动双面齿条7的正齿面701一端部的活塞8继续向上止点运动，导向槽203中的限位杆10继续在这根传动齿条201的无齿背面202上滑动，而与逆时针转动的传动齿轮3同轴的驱动齿轮5带动双面齿条7的反齿面702一端部的活塞8继续向下止点运动，另一逆时针转动的驱动齿轮5带动驱动齿条6及其端部的活塞8 继续向下止点运动，本发明的转换机构中的相关各个部件将周而复始地重复第一步到第七步运行过程，将四个活塞8的往复直线运动借助一根曲轴1转换为圆周运动。

在上述运动过程中，每个定位杆12始终在各根驱动齿条6的背面602及双面齿条7的正背面703和反背面704上滚动，以使每根驱动齿条6及双面齿条7与每个驱动齿轮5保持啮合状态。

如图14所示，本发明的第二实施例与第一实施例的不同之处在于：在曲轴箱14的两侧壁上再安装一对传动轴4，这对传动轴4的安装方式和与其相关的各个部件皆与第一实施例中所叙述的安装方式和与其相关的各个部件相同，在曲轴1的曲柄臂102端部的连杆轴颈103上再重叠安装一对传动齿条201，这对传动齿条201的安装方式和与其相关连的各个部件皆与第一实施例中所叙述的安装方式和与其相关的各个部件相同，在曲轴箱14一侧的附加缸体15上再设置四个汽缸9，这四个汽缸9中的活塞8分别与增设的一对传动轴4上的各个驱动齿轮5带动的两根驱动齿条6的一端部和双面齿条7的两端部铰接，构成仅有一付曲轴1的八个气缸8的发动机组。

本发明的第二实施例的运行过程：

如图14所示，参照第一实施例的运行过程，逆时针旋转的连杆轴颈103上的增设的两根传动齿条201驱动增设的一对传动轴4和与其相连的各个部件的运行过程与第一实施例的运行过程相同。

本发明的第三实施例：

如图15所示，与曲轴箱14外面的每一对传动轴4的每个驱动齿轮5啮合的驱动齿条6的一端部和双面齿条7两端部分别与四个缸体16中往复运动的柱塞17铰接，曲轴箱14另一侧的曲轴1的主轴颈101借助连接装置19与动力设备20的转动轴18连接，将转动轴18的输出扭矩转换为各个柱塞17的往复直线运动，如果四个缸体16为水泵缸体，四个柱塞17为水泵缸体中的抽水柱塞，动力设备20为电动机构成一台电动机同时带动四个水泵的抽水设备。

本发明的第三实施例的运行过程与本发明的第一实施例的运行过程相反。

以上实施例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的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种导向齿条-曲轴转换机构的主要构件包括曲轴（1）、传动轴（4）及其传动齿轮（3）和驱动齿轮（5）、导向齿条（2）、驱动齿条（6）及汽缸（9）中的活塞（8），其特征在于：曲轴（1）的主轴颈（101）及各根传动轴（4）成对地安装在曲轴箱（14）的两侧壁上，每对的两根传动轴（4）关于主轴颈（101）对称，每对传动轴（4）的柱面上各自安装与其同轴的传动齿轮（3）；各对导向齿条（2）的传动齿条（201）一端部的齿条圆环（200）成对地安装在曲柄臂（102）端部的连杆轴颈（103）上，每根传动齿条（201）的另一端部设置有导向槽（203），每对对称的两根传动轴（4）上的传动齿轮（3）各自与成对的导向齿条（2）的两根传动齿条（201）交替啮合，在成对的一根传动齿条（201）的无齿背面（202）上和在成对的另一根传动齿条（201）另一端部的导向槽（203）中各设置有限位杆（10），每个限位杆（10）的两端部的限位扁杆（11）的限位圆环（111）安装在能与传动齿条（201）交替啮合的传动齿轮（3）两侧的传动轴（4）上；延伸到曲轴箱（14）外面的每对对称的两根传动轴（4）的柱面上分别安装与其同轴的各个驱动齿轮（5），其中的一根传动轴（4）上的一个驱动齿轮（5）与双面齿条（7）的正齿面（701）啮合，而另一根传动轴（4）上的一个驱动齿轮（5）与双面齿条（7）的反齿面（702）啮合，所述双面齿条（7）的正齿面（701）与反齿面（702）的朝向相反，每对对称的两根传动轴（4）上其余的各驱动齿轮（5）分别与各驱动齿条（6）啮合，所述各正齿面（701）和反齿面（702）的长度与所述各驱动齿条（6）的有效长度相等，在每根驱动齿条（6）的背面（602）上设置定位杆（12），所述定位杆（12）两端部的定位扁杆（13）借助定位圆环（131）分别安装在与驱动齿条（6）啮合的驱动齿轮（5）两侧的传动轴（4）上，在每根双面齿条（7）的正背面（703）和反背面（704）上分别设置定位杆（12），每个定位杆（12）两端部的定位扁杆（13）借助定位圆环（131）分别安装在与双面齿条（7）的正齿面（701）和反齿面（702）啮合的驱动齿轮（5）两侧的传动轴（4）上。

2.根据权利要求1所述的一种导向齿条-曲轴转换机构，其特征在于：在曲轴箱（14）的外侧设置带有数个相同的汽缸（9）的附加缸体（15），延伸到曲轴箱（14）外面的每对对称传动轴（4）安装在附加缸体（15）的侧壁上，与每对传动轴（4）上的各驱动齿轮（5）啮合的各驱动齿条（6）和双面齿条（7）的一端部或两端部分别与各个汽缸（9）中的活塞（8）铰接，构成只有一付曲轴（1）的多个汽缸（9）的发动机组。

3.根据权利要求1所述的一种导向齿条-曲轴转换机构，其特征在于：一种导向齿条的结构如下所述：每根导向齿条（2）包括传动齿条（201）和导向槽（203），每个导向槽（203）的两端部分别为开口端部和封闭端部，每根传动齿条（201）的另一端部与导向槽（203）开口端部的一个槽帮（204）端部刚性连接，每根传动齿条（201）无齿背面（202）与所述一个槽帮（204）的内壁（205）共面，每个导向槽（203）的两个槽帮（204）的宽度小于每根传动齿条（201）的宽度，每个导向槽（203）的槽内宽度等于或略大于所述限位杆（10）的直径，各个导向槽（203）的槽内长度相等，各根传动齿条（201）的有效长度相等。

4.根据权利要求1所述的一种导向齿条-曲轴转换机构，其特征在于：所述齿条圆环（200）设置在传动齿条（201）一端部，所述传动齿条（201）的齿条圆环（200）的直径等于连杆轴颈（103）的直径，安装在连杆轴颈（103）上的每个齿条圆环（200）的中心线（208）与连杆轴颈（103）的轴线（105）共线。

5.根据权利要求1所述的一种导向齿条-曲轴转换机构，其特征在于：所述每个限位杆（10）的两端部分别转动地安装在限位扁杆（11）的一端部，每个限位杆（10）上的两个限位扁杆（11）上的限位圆环（111）安装在能与每根传动齿条（201）啮合的传动齿轮（3）两侧的传动轴（4）上，每对限位扁杆（11）内侧面之间的距离略大于传动齿条（201）及与其啮合的传动齿轮（3）的宽度，每个限位圆环（111）的直径等于传动轴（4）的直径，每根传动齿条（201）的无齿背面（202）上的限位杆（10）到与传动齿条（201）啮合的传动齿轮（3）的分度圆（301）之间的间隔等于所述传动齿条（201）的分度线（203）到无齿背面（202）之间的距离。

6.根据权利要求1所述的一种导向齿条-曲轴转换机构，其特征在于：每个定位杆（12）的两端部分别转动地安装在一对定位扁杆（13）的一端部，每对定位扁杆（13）的另一端部为定位圆环（131），每对定位扁杆（13）内侧面之间的距离略大于驱动齿条（6）和双面齿条（7）及与其分别啮合的驱动齿轮（5）的宽度，每根驱动齿条（6）的背面（602）上的定位杆（12）到与驱动齿条（6）啮合的驱动齿轮（5）的分度圆（501）之间的间隔等于所述驱动齿条（6）的分度线（601）到其背面（602）之间的距离，每根双面齿条（7）的正背面（703）和反背面（704）上的定位杆（12）到与其正齿面（701）和反齿面（702）分别啮合的驱动齿轮（5）的分度圆（501）之间的间隔等于双面齿条（7）的正分度线（705）和反分度线（706）分别到正背面（703）和反背面（704）之间的距离。

7.根据权利要求1所述的一种导向齿条-曲轴转换机构，其特征在于：设定过主轴颈（101）的轴线（104）和连杆轴颈（103）的轴线（105）的平面为曲柄臂（102）的中分平面（107），每根传动齿条（201）的有效长度和每根导向槽（203）的槽内长度以及对称的两根传动轴（4）的轴线（401）之间距离和主轴颈（101）的轴线（104）到连杆轴颈（103）的轴线（105）之间的距离满足下述条件：当曲柄臂（102）的中分平面（107）与过对称的两根传动轴（4）的轴线（401）的平面垂直时，成对的一根传动齿条（201）一端部的端齿（206）与对称的一根传动轴（4）上的传动齿轮（3）开始脱离，所述传动齿条（201）的无齿背面（202）上的限位杆（10）在传动齿条（201）一端部的导向槽（203）的开口端，而成对的另一根传动齿条（201）一端部的端齿（206）恰好与对称的另一根传动轴（4）上的传动齿轮（3）开始啮合，在所述传动齿条（201）一端部的导向槽（203）中的限位杆（10）在与所述传动齿轮（3）啮合的所述传动齿条（201）的无齿背面（202）端部；当成对的一根传动齿条（201）一端部的导向槽（203）中的限位杆（10）在所述导向槽（203）的封闭端口时，对称的另一根传动轴（4）上的传动齿轮（3）与另一根传动齿条（201）另一端部的端齿（206）啮合，另一根传动齿条（201）的无齿背面（202）上的限位杆（10）在所述另一根传动齿条（201）的另一端部，与所述传动齿条（201）啮合的传动齿轮（3）的分度圆（301）与曲柄臂（102）的中分平面（107）相切。

8.根据权利要求2所述的一种导向齿条-曲轴转换机构，其特征在于：每一根传动轴（4）的轴线（401）到主轴颈（101）的轴线（104）的距离等于或稍大于主轴颈（101）的轴线（104）与连杆轴颈（103）的轴线（105）之间的距离和传动齿轮（3）的分度圆（301）的半径之和再加上传动齿条（201）上的齿条圆环（200）的中心线（208）到所述传动齿条（201）的分度线（207）的垂直线段（209）的长度；通过调整每根传动轴（4）与主轴颈（101）之间的距离，可使与每个传动齿轮（3）同轴的各驱动齿轮（5）驱动的驱动齿条（6）或双面齿条（7）端部在上止点的活塞（8）开始向下止点运动时，与每个传动齿轮（3）啮合的传动齿条（201）的分度线（207）与曲柄臂（102）的中分平面（107）接近正交，即与每个传动齿轮（3）啮合的传动齿条（201）与曲柄臂（102）的夹角接近90度。

9.根据权利要求1所述的一种导向齿条-曲轴转换机构，其特征在于：与曲轴箱（14）外面的每一对传动轴（4）的每个驱动齿轮（5）啮合的驱动齿条（6）和双面齿条（7）的一端部或两端部分别与各个缸体（16）中往复运动的柱塞（17）铰接，所述曲轴箱（14）另一侧的曲轴（1）的主轴颈（101）借助连接装置（19）与动力设备（20）的转动轴（18）联接，将所述转动轴（18）的输出扭矩转换为各个柱塞（17）的往复直线运动。

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