CN1142365C

CN1142365C - 滚动螺旋发动机

Info

Publication number: CN1142365C
Application number: CNB021134553A
Authority: CN
Inventors: 梁锡昌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2004-03-17
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: CN1369630A

Abstract

一种滚动螺旋发动机，其特征是：包括螺旋转换机构和连续步进旋转机构：螺旋转换机构由滚动花键副及滚动螺旋副串行排列组成；滚动花键副和滚动螺旋副的内套成整体；其一端或两端与一个或多个活塞杆串接；连续步进旋转机构包括两套旋向相反滚动螺旋副和输出齿轮，由两个螺旋套(6、12)分别通过离合器与输出齿轮(10)连接。本发明利用滚动螺旋转换机构代替曲柄连杆机构，使活塞的往复直线运动转换为连续旋转运动，由于整个动力转换过程是在全滚动环境下完成，可显著提高发动机的效率。由于滚动螺旋机构输出的旋转运动速度与活塞移动速度成正比，活塞不受侧向力，没有死点，输出平稳，是一种振动噪声较小的环保型发动机。

Description

滚动螺旋发动机

(一)、技术领域

本发明涉及机械工程领域中的内燃机型发动机，具体是一种滚动螺旋发动机。

(二)、背景技术

内燃机是广泛应用于各种需要移动的机械或运输机械，目前的内燃机主要采用曲柄连杆机构将活塞的移动转换为转动，这种往复式机构存在着活塞有侧压力，传动力矩变化很大，径向推力很大，有死点，存在很大的滑动摩擦损耗等问题，因此，效率只有0.3～0.4。国内外在五六十年代曾研究过旋转活塞发动机，但由于密封和材料问题不能解决，现已停止研究。故迄今仍广泛应用曲柄连杆发动机。

(三)、发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于滚动螺旋付实现将活塞的直线运动转换为旋转运动的发动机。通过螺旋转换机构能够将直线运动成比例地转换为旋转运动，因此，输出的转动速度远较曲柄连杆机构平稳，故发动机的振动、噪声小；滚动螺旋机构的所有相对运动面均为滚动接触，滚动摩擦系数仅0.001，故滚动螺旋机构的传动效率远较曲柄连杆机构高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案包括：

(1)螺旋转换机构：它由滚动花键付及滚动螺旋付串行排列组成；其中，滚动花键付由外套、中套、内套、钢球组成；滚动螺旋付由螺旋套、中套、内套、钢球组成；滚动花键付内套和螺旋付的的中径相等，内套为一整体；花键付与螺旋付各钢球的直径相等；所述内套的一端或两端与一个或多个汽缸体内的活塞杆串接；这样，当内套被活塞带动作直线运动时，螺旋套就在纯滚动的环境中转动；当活塞带动内套由左向右移动一个冲程时，螺旋套将沿逆时针方向转过一个角度；当内套由右向左移动一个冲程复位时，螺旋套再沿顺时针方向转回一个角度；本机构实现了活塞、内套的往复直线运动到螺旋套往复旋转运动的转换。

(2)连续步进旋转机构：包括两套旋向相反滚动螺旋付和输出齿轮，由两个螺旋套分别通过离合器与输出齿轮连接；两套螺旋付的内套为一整体，两个螺旋套装在两个止推轴承中间，只能转动；这样，当内套由左向右移动一个冲程时，左螺旋套逆时针转动一个角度，经左离合器带动齿轮转过同样的角度；而当内套由右向左移动回一个冲程时，右螺旋套通过其上的右离合器又带动齿轮再转一个角度，形成齿轮的连续步进转动；本机构实现了两个螺旋套摆动到齿轮连续同向转动的转换。所述左、右离合器为超越离合器或电磁离合器。

本发明由于所述结构而产生的技术效果是明显的，即由于旋转转换机构为纯滚动传动，其传动效率可达0.95，因此，本发动机较现有发动机，可节能10个百分点以上；当输出功率相同时，本机构所占体积比曲柄连杆机构小20倍，重量小15倍。由于转换机构的输出旋转与活塞直线运动成正比，并且，在同样的输出转速时，活塞往复远动速度慢3倍，因此，输出转动运动平稳，振动小，动力性能好，噪声小，能改善环境。由于发动机空转功率很小，因此，起动机功率很小；由于输出的功率平稳，因此，可以将飞轮作得很小。总起来讲，本发动机的体积可下降40％，重量可下降50％。

(四)、附图说明

图1，螺旋转换机构结构剖视图；

图2，图1的A-A截面；

图3，图1的B-B截面；

图4，连续步进旋转机构的剖面示意图；

图5，图4的C-C截面；

图6，本发明4冲程机构的结构示意图；

图7，4冲程机构旋转角度示意图；

图8，本发明4冲程发动机的结构剖视图。

附图1～8中：1-内套、2-外套、3-螺钉、4-中套、5-钢球、6-左螺旋套、7-左止推轴承、8-螺旋中套、9-滚柱、10-齿轮、11-滚柱、12-右螺旋套、13-右止推轴承、14-堵头、15-堵头、16～19-活塞、20-凸轮轴、21-左盖、22-左缸、23-外壳、24-右缸、25-右盖。

(五)、具体实施方式

下面通过附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1为将直线运动转换为旋转运动的机构，它由滚动花键付和滚动螺旋付串行排列组成；滚动花键付又由外套2、中套4、内套1、钢球5组成，它的目的是限制内套1只能轴向移动；滚动螺旋付又由螺旋套6、中套8、内套1、钢球5组成，它的功能是当内套1轴向移动时，带动螺旋套6转动。内套1上分布有直槽和螺旋槽。滚动花键付的外套2通过外圆柱、法兰、螺钉3紧固在汽缸体上；止推轴承7限制螺旋套6不能轴向移动，只能转动；中套4、8规范钢球5的运动。这样，当活塞(见图6)带动内套1移动时，通过螺旋付带动螺旋套6转动。而螺旋套6所受的反作用力矩，通过内套1传给花键外套2、汽缸体。由图看出，所有的受力相对运动面均为滚动传动。本机构实现了将活塞、内套1的往复直线运动转换为螺旋套6的往复旋转运动。

图4为将两个螺旋套的正反旋转运动转换为齿轮10的连续步进旋转运动的机构，由左螺旋付1、5、6与由左螺旋套6、左滚柱9、齿轮10构成的左超越离合器沿端面DD作镜像，得到与之成对称配置的右螺旋付1、2和右超越离合器12、11、10，形成本机构；整个新机构的内套1作成整体。左螺旋付为右旋，右螺旋付为左旋；故当内套1由I号活塞(见图6)带动向右移动时，螺旋套6逆时针转动经超越离合器滚柱9带动齿轮10逆时针转动；而当II号活塞带动内套1向左移动时，螺旋套12逆时针转动，经第2超越离合器的滚柱11带动齿轮10逆时针转动；此时，左螺旋付的螺旋套6与滚柱9打滑，同时，螺旋套6复位。

在附图4、5给出的实施例中，左、右超越离合器为簧片限位式多滚柱超越离合器，由带单向内齿的输出齿轮10、位于螺旋套6或12之间的滚柱9或11及安装在输出齿轮10每个单向内齿上的滚柱限位簧片构成。附图的实施例中每个超越离合器中采用了18个滚柱，增加了可靠性。

图6所示的为四冲程机构，在内套1的左边串行布置有I号活塞16、III号活塞18，在内套1的右边串行布置有II号活塞17、IV号活塞19，它们排成一条直线，图7为齿轮10输出转角θ图；这样，第1冲程，设I号汽缸内的气体爆炸，带动活塞16、内套1右移，通过第1螺旋付带动螺旋套6、齿轮10逆时针转过一个角度θ，如90°；第2冲程，II号汽缸内的气体爆炸，活塞17、内套1左移，经第2螺旋付带动螺旋套11、齿轮10再转过一个角度θ，如90°～180°；第3冲程，III号汽缸内的气体爆炸，带动活塞18、内套1右移，齿轮再转过一个角度θ，如180°～270°；第4冲程，IV号汽缸内的气体爆炸，带动活塞19左移，齿轮10再转过一个角度，如270°～360°……，从而达到齿轮10的连续转动。

I号汽缸在0～90°完成爆炸后，在以后的各象限(90°)内依次完成排气、进气、压缩共4个循环，如表1所示；其它各汽缸的4个冲程，依次移过一个象限，从而实现发动机的连续工作。表1

由附图中看出，由于内套1带动活塞动作的终点不是严格的，因此，起爆相位要求不像曲柄连杆机构时高。由于输出力矩连续均匀，因此，对飞轮的要求亦不高。

图8示发动机的总体布局，发动机的直线旋转转换机构及连续步进机构布置在中部长方形壳体23中，轴线为卧式，左右各安排两个汽缸，最左边为左盖21，接着为包含二缸一盖的左缸22，左盖21和左缸22由六个螺钉固定在中箱体23上；右边为对称布置；下部为凸轮轴，由它带动各配汽阀及分电器；整个缸体呈长方形，在两边的两个大平面上很好安排发电机、起动机、变速箱、冷却箱、进排气管、化油器。

本发明除上述四缸结构外，可根据需要制作成单缸或多缸。例如，单缸结构的发动机实施方式是在螺旋转换机构的左端连接汽缸体，由于左螺旋付为右旋，右螺旋付为左旋；故当内套1由活塞带动向右移动时，螺旋套6逆时针转动经超越离合器或电磁离合器带动齿轮10逆时针转动；而内套在惯性或其它飞轮机构的作用下退回原来的位置，从而达到齿轮10的连续转动。

本发明所包含的其它机构，如配气机构，冷却机构，润滑机构等可以采用现有技术实现。

Claims

1.一种滚动螺旋发动机，包括汽缸体、汽缸盖，配气机构，能量转换机构，冷却机构，润滑机构；其特征在于：能量转换机构包括螺旋转换机构和连续步进旋转机构：其中，螺旋转换机构由滚动花键付及滚动螺旋付串行排列组成，滚动花键付由外套(2)、中套(4)、内套(1)、钢球(5)组成，滚动螺旋付由螺旋套(6、12)、中套(8)、内套(1)、钢球(5)组成，滚动花键付和滚动螺旋付的内套(1)为一整体；内套的一端或两端与一个或多个汽缸体内的活塞杆串接；连续步进旋转机构包括螺旋转换机构中的两套旋向相反滚动螺旋付和输出齿轮(10)，由两个螺旋套(6、12)分别通过离合器与输出齿轮(10)连接；两套螺旋付的内套(1)为一整体，两个螺旋套装在两个止推轴承(7、13)中间。

2.根据权利要求1所述的滚动螺旋发动机，其特征在于：滚动花键付与滚动螺旋付的中径相等；各钢球(5)直径相等。

3.根据权利要求1所述的滚动螺旋发动机，其特征在于：所述离合器为超越离合器或电磁离合器。

4.根据权利要求1或3所述的滚动螺旋发动机，其特征在于：超越离合器为簧片限位式多滚柱超越离合器，由带单向内齿的输出齿轮(10)、位于螺旋套(6或12)之间的滚柱(9或11)及安装在输出齿轮(10)每个单向内齿上的滚柱限位簧片构成。

5.根据权利要求1所述的滚动螺旋发动机，其特征在于：由螺旋转换的内套(1)左边串行布置活塞(16、18)，右边串行布置的活塞(17、19)组成四冲程机构。

6.根据权利要求1或5所述的滚动螺旋发动机，其特征在于：发动机的螺旋转换机构布置在中部，轴线卧式配置，左边两个汽缸(I、III)，右边两个汽缸(II、IV)，下部为凸轮轴(20)，整个发动机机体分为5个方箱体，由螺钉从两边将其固定在中心体上，发动机由中间齿轮(10)输出。