CN1349038A - 瞬时变容角差式转子发动机 - Google Patents

Abstract

本发明设置了能使二个相互叉装并带有扇形叶片的转子(11)都做周期性正弦函数状变速旋转运动的非圆形齿轮传动装置和同时转动的拨轮机构、密封冷却装置(9)等,利用二个转子(11)的具有设定相位差的变速运动,使工作腔实现“进气、压缩、爆发、排气”的工作循环,并使各运动构件的惯性力相抵,因此,本发明具有结构简单、体积小、重量轻,效率高,制造方便,密封性好,运动平稳,噪音低等特点,为动力机械小型化开辟了新途径。

Description

瞬时变容角差式转子发动机

本发明属于动力机械，具体地说是一种利用旋转角速度差实现瞬时变容的转子发动机。

一般常见的发动机(如柴油机等)为活塞曲柄连杆机构，活塞在汽缸内要用四个冲程才能完成“进气、压缩、爆发、排气”一个工作循环过程，其结构复杂，体积大，重量重，效率低。目前世界上不少工业发达国家都在开发特种发动机，主要有三角活塞式发动机、差速式转子发动机等。三角活塞式发动机，其结构简单，转动平稳，并能适合高速，但其汽缸内腔线复杂，加工难度很大，难以提高精度，造成密封困难，因而不能批量生产，很难推广使用。另，“猫赶老鼠”式的差速式转子发动机，其二个叉装的带有扇形块的转子，其中一个转子作匀速转动，另一个转子作周期性的变速转动，使工作腔的容积发生变化，来实现“进气、压缩、爆发、排气”工作循环，其优点是加工容易，精度高，密封性能好，但由于只有一个转子作变速转动，产生的惯性力、冲击力较大，因而震动和噪音大。

为了克服上述缺点，本发明的目的就是提供一种结构简单，效率高，便于制造，密封性好，运动平稳，噪音低的瞬时变容的角差式转子发动机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：使二个相互叉装的带有扇形叶片的转子都做周期性变速旋转运动，并具一定的相位差，即当一个转子加速时，另一个转子减速，使工作腔实现压缩和膨涨，来完成进气、压缩、爆发、排气的工作循环；同时使作周期性变速运动的各构件的惯性力、冲击力相抵，减少震动和噪音。为使二个转子都做周期性变速旋转运动，本发明设置了非园形齿轮传动装置和同时工作的拨轮机构。这样，当二个转子做周期性变速成旋转运动时，通过非园形齿轮传动装置、拨轮机构，使转轴做匀速转动，并输出动力。

下面结合附图详细介绍本发明。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明转子结构示意图；

图3为图2的A向视图；

图4为本发明非园形齿轮传动装置工作原理图；

图5为本发明拨轮机构工作原理图；

图6为本发明转子的扇形叶片在水平、垂直位置时的工作原理图；

图7为本发明转子在进气、压缩终了时的工作原理图。

本发明是由机体、二个相互叉装的转子11、转轴2，并设置了能使二个转子11都做周期性变速旋转运动的非园形齿轮传动装置、与非园形齿轮传动装置同时转动的拨轮机构、密封冷却装置9、心轴6等组成。

机体由机壳10、左端盖14、右端盖8等组成。左、右端盖14、8固定在机壳10的左、右侧，在机壳10的适当位置上设有进气装置17、排气装置18、火花塞19。

心轴6固定在机体的左、右端盖14、8上，转子安装在机体内、心轴6的中部并能在心轴6上灵活转动，如：高精度动配合，或通过轴承、滚针、滚柱等安装在心轴6上，确保灵活转动。转子11上设有扇形叶片(见图2)。密封冷却装置9设在叉装后转子11扇形叶片的左右两侧。这样，二个转子11的扇形叶片、密封冷却装置9、机体的机壳10之间形成的空腔即为工作腔。在转子11的轴上，密封冷却装置9与左、右端盖14、8之间装有非园形齿轮传动装置、拨轮机构，转子11通过非园形齿轮传动装置、拨轮机构与转轴2联接。转轴2安装在左、右端盖14、8上，并能灵活转动，如，可通过轴承等安装在左、右端盖14、8上。这样，当转子11转动时，同时通过非园形齿轮传动装置、拨轮机构带动转轴2转动。同样，当转轴2转动时，也同时通过非园形齿轮传动装置、拨轮机构带动转子11转动。

非园形齿轮传动装置可由四个非园形的齿轮16、22、7、3等组成，并形成二对非园形齿轮副，每对非园形齿轮副的传动比为正弦函数变化规律。齿轮16安装在左边转子11的轴上，齿轮7安装在右边转子11的轴上，齿轮22、齿轮3安装在转轴2上，齿轮22与齿轮16啮合，形成一对非园形齿轮副；齿轮3与齿轮7啮合，形成一对非园形齿轮副；齿轮16、齿轮7与转子11的联接、齿轮22、齿轮3与转轴2的联接可采用花键联接。齿轮16与齿轮7、齿轮16与齿轮22、齿轮7与齿轮3的长轴成相互垂直。

为了使非园形齿轮传动装置能可靠的工作，本发明特设置了拨轮机构，与非园形齿轮传动装置一同工作，起保证非园形齿轮传动装置的啮合作用。拨轮机构由上拨轮15、下拨轮21、上拨轮5、下拨轮4等组成。上拨轮15安装在左边转子11的轴上；下拨轮21安装在转轴2上，并与上拨轮15啮合。上拨轮5安装在右边转子11的轴上，下拨轮4安装在转轴2上，并与上拨轮5啮合。上拨轮15、上拨轮5与转子11轴的联接，下拨轮21、下拨轮4与转轴2的联接也可采用花键联接。上拨轮15与齿轮16、上拨轮5与齿轮7的长轴线应相互垂直。这样，当主动的齿轮15带动齿轮22运转到因齿轮压力角过大发生啮合困难时，拨轮机构便可改善这种不良情况。

密封冷却装置9中通有冷却水，以冷却转子11工作时产生的高温。

本发明的工作原理：

见图4，齿轮22与齿轮16为一对非园形齿轮啮合，根据齿轮啮合原理，其传动比：

i＝w₂/w₁₆＝1/1+asin2θ₂

其中a为参数，(0＜a＜1)w₂为转轴2和齿轮22的角速度(θ₂为转轴2和齿轮22的转角，θ₂＝w₂t)，W₁₆为齿轮(16)的角速度，W₁₆＝W₂(1+asin2θ₂)。齿轮7、齿轮16都做正弦函数的变速运动，具有相同的运动规律，其相位差为π/2，也就是说二个转子11的周期变速旋转运动为正弦函数的变速运动，其相位差为π/2，既当一个转子11在加速时，另一个转子11在减速，当一个转子11在最大角速度时，而另一个转子11在最慢角速度。

齿轮22的节线按V₂₂＝A(1+asin2θ₂)/2+asin2θ₂设计，式中0≤θ≤2π，A为齿轮中心距，与齿轮22啮合的齿轮16的节线按： ${\{}_{{\mathrm{\θ}}_{16}={\∫}_0^{{\mathrm{\θ}}_2}(1+a\sin 2{\mathrm{\θ}}_2)d{\mathrm{\θ}}_2(0\≤{\mathrm{\θ}}_2\≤2\mathrm{\π})}^{V_{16}=A/2+A\sin 2{\mathrm{\θ}}_2}$

同样，齿轮7的节线与齿轮16相同，齿轮3的节线与齿轮22相同。这样，主动的齿轮16作正弦函数的变速运动，则带动齿轮22同转轴2一起作匀速运动；同样，齿轮7与齿轮3的工作情况也是如此。

由此可见，当本发明在连续运动时，心轴6上的各运动构件都在以正弦函数运动规律作变速成运动，以左、右转子11为对称的各运动构件在任何位置所产生的各惯性力矩相互抵消，惯性矩的总和始终为零。因此，本发明机构在任何位置，任何时间都可平衡，无需平衡机构，可使结构轻量化、简单化。

见图6、图7，当本发明机构运转时，由非园形齿轮传动装置的正弦运动规律可知，转子11在其扇形叶片运转至某一设定位置，如水平位置时，都具有最小速成度，在竖直位置时，都具有最大转速，这时工作腔I正在进气，工作腔II正在压缩，工作腔III正在爆发工作，工作腔IV正在排气，当工作腔II中的燃汽被压缩至设定的最小容积时，工作腔II正好转至火花塞19处，火花塞19点燃被压缩的燃汽，爆发工作，爆发产生的力作用在前面的(按旋转方向，以下同)扇形叶片11²上，产生加速旋转，该扇形叶片11²对前面的工作腔III(即已爆发后)正好压缩排气，扇形叶片11²与扇形叶片11⁴是同一转子11上的，扇形叶片11⁴也加速，爆发产生的力作用在工作腔II后面的扇形叶片11¹正是向后的作用力，使该扇形叶片11¹减速，在扇形叶片11¹和扇形叶片11⁴作用下，对后一个工作腔即工作腔I来说正好是压缩，而对工作腔IV来说正好是膨胀进气(即处于图5中工作腔I的位置)。

也就是说，转子11旋转一周，发动机完成了四个“进气、压缩、爆发、排气”工作循环过程，相当于一个八缸四冲程曲柄连杆机构的发动机，从而大大缩小了发动机体积，大大减轻发动机重量，功率、效率大大提高。由于在连续爆发的作用下，转子11呈正弦函数状旋转运动，通过非园形齿轮传动装置，使转轴2呈匀速旋转，并输出动力。

综上所述，本发明具有结构简单、体积小、重量轻，效率高，制造方便，密封性好，运动平稳，噪音低等特点，为动力机械向小型化、轻量化的发展，开辟了新的途径。

Claims (4)

1、一种有机体、二个相互叉装的转子(11)、转轴(2)组成的瞬时变容角差式转子发动机，其特征在于二个相互叉装的带有扇形叶片的转子(11)都做周期性变速旋转运动，并设置了能使二个转子(11)都做周期性变速旋转运动的非园形齿轮传动装置、与非园形齿轮传动装置同时转动的拨轮机构、密封冷却装置(9)、心轴(6)；心轴(6)固定在机体的左、右端盖(14)、(8)上；转子(11)安装在机体内、心轴(6)的中部，并能灵活转动；密封冷却装置(9)设在叉装后转子(11)扇形叶片的左右两侧；在转子(11)的轴上、密封冷却装置(9)与左右端盖(14)、(8)之间装有非园形齿轮传动装置、拨轮机构，转子(11)通过非园形齿轮传动装置、拨轮机构与转轴(2)联接；转轴(2)安装在左、右端盖(14)、(8)上，并能灵活转动。

2、根据权利要求1所说的瞬时变容角差式转子发动机，其特征在于所说的非园形齿轮传动装置包含有四个非园形的齿轮(16)、(22)、(7)、(3)，形成二对非园形齿轮副；非园形齿轮副的传动比应为正弦函数变化规律，齿轮(16)安装在左边转子(11)的轴上，齿轮(7)安装在右边转子(11)的轴上，齿轮(22)、齿轮(3)安装在转轴(2)上，齿轮(16)与齿轮(22)啮合，形成一对非园形齿轮副，齿轮(7)与齿轮(3)啮合，形成一对非园形齿轮副；齿轮(16)与齿轮(7)、齿轮(16)与齿轮(22)、齿轮(7)与齿轮(3)的长轴线相互垂直。

3、根据权利要求1所说的瞬时变容角差式转子发动机，其特征在于所说的拨轮机构包含有上拨轮(15)、下拨轮(21)、上拨轮(5)、下拨轮(4)；上拨轮(15)安装在左边转子(11)的轴上，下拨轮(21)安装在转轴(2)上、并与上拨轮(15)啮合，上拨轮(5)安装在右边转子(11)的轴上，下拨轮(4)安装在转轴(2)上、并与上拨轮(5)啮合；上拨轮(15)与齿轮(16)、上拨轮(5)与齿轮(7)的长轴线相互垂直。

4、根据权利要求1所说的瞬时变容角差式转子发动机，其特征在于所说的二个转子(11)做的周期性变速旋转运动为正弦函数的变速运动，其相位差为π/2。

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