CN2167238Y - 往复直线运动与圆周运动相互转换的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及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。

Description

本实用新型涉及一种用于内燃机的一种往复直线运动与园周运动相互转换的装置，可用于汽油发动机、柴油发动机中替代曲轴连杆机构，也可以用于活塞往复式压缩机，部份机床中替代曲轴连杆机构。

目前，在内燃机（汽油机、柴油机）、机床、活塞往复式压缩机等整机上均采用曲轴连杆机构，进行往复直线运动与园周运动的相互转换，这种机构使整机结构复杂，体积大、笨重、效率低，由于曲轴连杆机构摆动，摆幅大，润滑要求严格，运行的安全可靠性差。

本实用新型的目的在于：设计一种往复直线运动与园周运动相互转换的装置，以替代曲轴连杆机构，从而使内燃机整机结构更简单，紧凑，效率高，运行安全可靠。

本实用新型是这样来实现其目的的：它包括有能与作往复直线运动的部件（如活塞等）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园齿轮，支承非全园齿轮的传动轴，齿条和非全园齿轮的齿、齿槽呈一一对应设置，工作时相互啮合和平稳挂接、脱离。

本实用新型还可以这样来实现其目的：两条齿条两端分别有1－2颗齿比其上的其他标准齿短，其齿顶界于其他标准齿的齿顶线和分度线之间，且齿条每端的齿均比其他标准齿厚30－60％。

本实用新型的两齿条上设计有与整机上作往复直线运动的部件相装联的螺孔。

本实用新型的非全园齿轮的无齿部分的直径等于有齿部分的根园直径，其有齿部分的齿数比其相应全园齿轮的齿数的一半少1－2颗齿。

本实用新型的非全园齿轮两头的齿比其上的其他标准齿厚30－60％，且比其他标准齿短，其齿顶界于其他标准齿的齿顶园和分度园之间。

由于本实用新型具有上述结构，应用时，将结构相同的两齿条调头平行地配置，与内燃机（汽油发动机、柴油发动机等）的往复直线运动部件，如活塞等（当然活塞的结构要作相应的改变），通过螺钉联接机构紧固地相装联，在两齿条间装上相互啮合的非全园齿轮，非全园齿轮与齿条之间的齿、齿槽呈一一对应设置，齿条两端分别有1－2颗齿比其上的标准齿短，非全园齿轮两头的齿也比其上的其他标准齿短，且齿条两端和非全园齿轮两头的齿均比其上的其他标准齿加厚。齿条、非全园齿轮两头的齿起到可变凸轮的作用，使齿条和非全园齿轮互相推动，从而使齿条和非全园齿轮之间交替平稳挂接和脱离，即在运动部件活塞的每一行程运动过程中，只有其中一根齿条与非全园齿轮挂接，另一根齿条与非全园齿轮则处于脱离状态，在回复行程中，非全园齿轮与两根齿条挂接脱离的情况互易，这样就完成一个往复直线运动过程。当内燃机的燃气膨胀时，即作功冲程，齿条推动非全园齿轮，当吸气、压缩、排气冲程中，由非全园齿轮推动齿条，从而实现了运动部件如活塞的往复直线运动与非全园齿轮的园周运动的相互转换过程，替代了曲轴连杆机构的作用。因此，由于非全园齿轮、齿条可装于气缸内，省掉了与曲轴连杆相关连的部件和运动副，整机结构简化，紧凑，在同等情况下，体积只有原内燃机体积的 1/2 － 1/4 ，重量减为 1/3 。由于运动副和另部件减小，相互摩擦损耗也大大减少，齿轮齿条传递力效率高，与同等情况的原内燃机相比，效率可提高1－3％，功率要大1－10％。此时，由于运动过程的性质变化，不会出现摆移、不同心园周运动和松脱问题，对润滑也要求不严格，整机运行十分安全可靠。

下面结合附图和实施例加以进一步描述，但本实用新型的具体实施方案并不仅限于附图和本例中的具体描述。

图1是本实用新型的一种结构图（非全园齿轮与传动轴结合为一整体的结构）；

图2是本实用新型图1中的A－A视图；

图3是本实用新型的非全园齿轮与传动轴为独立部件时的结构；

图4是本实用新型用于内燃机上的使用状态图。

如图中所示，本实用新型由能与内燃机中作往复直线运动的部件，如活塞，相装联的调头平行配置的两齿条5、6，装于两齿条5、6之间的非全园齿轮3以及支承非全园齿轮3的传动轴4构成。非全园齿轮3和传动轴4既可以是分离部件，通过键13联接装配（如图3），也可是二者设计成一整体结构，即非全园连齿轴式的结构（图1和图2中）。齿条5、6的结构相同，其上设计有与作往复直线运动的活塞2、8相装联的螺孔12，采用螺钉式联接，当然也可以采用其他联接方式，如螺栓螺母结构，装联时，使齿条5、6应与活塞2、8紧固联接，不产生移位或松动。这里原内燃机上的往复运动部件活塞的结构作了相应的改变，把原两气缸的活塞制成一体，即将图中左、右活塞2、8通过活塞连接体7联接成整体部件，齿条5、6便与该活塞连接体7相装联，并且是呈平行配置。齿条5、6和非全园齿轮3的齿、齿槽是呈一一对应配置；即齿、齿槽大小形状长宽均使装配和工作时能保持相互可靠啮合。非全园齿轮3的大小根据作往复直线运动的部件的平动行程（即活塞的行程）决定，两齿条5、6间的距离又由非全园齿轮3的大小决定，总之这些结构参数由具体的内燃机设计要求，或其他机械的具体设计要求确定。例如，若内燃机往复直线运动的活塞行程为S，非全园齿轮3的分度园直径为D分，则相互关系可为S＝ 1/2 兀D分。本实用新型齿条5、6两端分别有1－2颗齿为非标准齿，即这1－2颗齿比其上的其他标准齿要短，其齿顶界于其他标准齿的齿顶线和分度线之间，使工作时，能与非全园齿轮3上的非标准齿保持可靠平稳地挂接和脱离，且每端的齿比其他标准齿加厚30－60％，以增强其抗冲击力和应力。非全园齿轮3一部分有齿，一部分无齿，无齿部分的直径等于有齿部分的根园直径，其有齿部分的齿数比其相应的全园齿轮的齿数的一半少1－2颗齿，非全园齿轮3的两头的齿也为非标准齿，比其上的其他标准齿厚30－60％，以保证承受更大的冲击力和应力，且比其他标准齿短，其齿顶界于其他标准齿的齿顶园和分度园之间，齿条5、6，非全园齿轮3上的这些非标准齿，其作用原理不能与其他标准齿的作用原理相提并论，只能将其看成一种可变凸轮机构，使二者互相推动，进行平稳、可靠地挂接和脱离，完成往复直线运动和园周运动的相互转换，达到传递动力，进行作功。下面再详细描述一下在内燃机中本实用新型的工作原理和给整机带来的优点，如图4中所示，由于齿条5、6和非全园齿轮3具有前述的结构设计，工作中，当一个活塞处于上止点，另一个活塞则处于下止点，假设左活塞2处于上止点，右活塞8则处于下止点，即处于右气缸9的端壁，此时，非全园齿轮3最前一颗齿正与齿条6最前一颗齿挂接，非全园齿轮3的最后一颗齿正脱离齿条5的最后一颗齿，由于非全园齿轮3始终按一个方向旋转，如图中箭头所示，这时把动力传给齿条6，带动齿条6向左移动，从而带动左、右活塞2、8在左、右气缸1、9中从右向左作直线平动，活塞2、8从一个止点向另一个止点移动。由于为非全园齿轮，所以此过程中，齿条5不与非全园齿轮3发生啮合，不会产生碰撞。当活塞2运动到左气缸1最左边壁时，活塞2、8分别达到另外两个止点，即互易其止点位置。此时，非全园齿轮3的最前一颗齿运动到另一位置，便与齿条5最前一颗齿挂接，其最后一颗齿便与齿条6的最后一颗齿脱离，非全园齿轮3又推动齿条5从左向右直线平动，带动与其相装联的活塞2、8开始回程平动，就这样气缸内的活塞周而复始地从右到左，从左到右作往复直线平动。当内燃机内燃气膨胀作功时，推动活塞2、8，再推动与其相联的齿条5、6平动，再由齿条5、6推动非全园齿轮3，动力传给非全园齿轮3，使其非全园齿轮3作园周旋转，再带动传动轴4对外作功，从而实现直线往复运动与园周运动的相互转换，对四冲程内燃机，则进气、压缩、排气冲程是由非全园齿轮3带动齿条5、6（依其飞轮和齿轮高速旋转的惯性），在作功冲程，则是由齿条5、6带动非全园齿轮3，再带动传动轴4。在一个冲程中，非全园齿轮3与齿条5、6中的一根啮合一次，两个冲程就使非全园齿轮旋转一周，从而实现替代曲轴连杆机构的作用。众所周知，一般曲轴连杆机构均需要一个曲轴箱，而采用本实用新型，则可把非全园齿轮3和齿条5、6同活塞2、8同设计在气缸内，所以整机结构简化，体积减小，重量减轻；此外，采用本实用新型不存在曲轴连杆机构的非同心园周运动和上下摆移，摆幅较大，活塞始终处于交变应力之中的问题，故活塞加长、增设活塞裙部和抵御部分侧压力的问题也不存在，活塞始终只有平稳的平动，无需活塞销，产生的侧压力小，且分布均匀，故活塞可大大缩短，一般只保证能装活塞环10即可。因此活塞可用耐磨耐热、膨胀系数小、强度高的廉价铁铸成。随着活塞的缩短，气缸套也缩短，气缸盖11也变小，从而导致整个内燃机体积缩小，结构紧凑，采用本实用新型的内燃机只有采用曲轴连杆机构的内燃机的体积的 1/2 － 1/4 ，重量仅为后者的 1/3 ；由于采用本实用新型，活塞2、8始终处于平稳的平动，长度缩短，气缸缩短，可减少活塞环10的个数，取销活塞销、轴颈轴瓦及其他运动副，故整机摩擦损耗大大减少，再者非全园齿轮3与齿条5、6的传递力是作用在切线上，省力，效率高，而采用曲轴连杆机构则输出的仅是其中的一个分力作的功，并该分力是一个变力，因此，对于同缸径、同行程、同燃烧室、同工质，同转速的内燃机，采用本实用新型的比采用曲轴连杆机构的内燃机的效率高1－3％，功率要大1－10％；另外，曲轴连杆机构不断作上下摆移、旋转，曲轴作非同心园周运动，一旦连杆、活塞、曲轴间松脱，或配合变化或润滑油缸少，就会出现烧坏轴颈，甚至折断，引起内燃机整机损坏或爆炸，而采用本实用新型，活塞2、8始终作平稳的平动，非全园齿轮3作同心园周运动，润滑要求不那么严，因此内燃机运行安全可靠。此外，对于偶数缸内燃机，采用本实用新型有更大的优势，一般为卧式，可大大降低占空高度和长度，对汽车，飞机工业都有着重要意义。

最后，值得说明的是：采用本实用新型，非全园齿轮3和齿条5、6是关键部件，设计时，应考虑材料选用耐磨、耐压、耐热的高强度合金材料，经适当的热处理获得。至于非全园齿轮3和齿条5、6的模数，可根据具体工作整机的设计要求而定，对于内燃机，则由缸径、行程、传动速度比决定，一般对转速超过2000转／分的非全园齿轮3，缸径超过100mm，行程超过100mm，模数可为5－10，其余短行程，小缸径、小功率的内燃机则模数可选1.5－5。此外在设计非全园齿轮3、齿条5、6时，要严格按设计要求计算和加工。

Claims (5)

1、一种用于内燃机的往复直线运动与园周运动相互转换的装置，其特征在于：它包括有能与整机上作往复直线运动的部件相装联的两根调头平行配置的结构相同的齿条(5)、(6)，装于两齿条(5)、(6)之间的非全园齿轮(3)，支承非全园齿轮(3)的传动轴(4)，齿条(5)、(6)和非全园齿轮(3)的齿、齿槽呈一一对应设置，工作时相互啮合和平稳挂接、脱离。

2、根据权利要求1所述的往复直线运动与园周运动相互转换的装置，其特征在于：齿条（5）、（6）两端分别有1－2颗齿比其上的其它标准齿短，其齿顶界于其他标准齿的齿顶线和分度线之间，且齿条（5）、（6）每端的齿均比其他标准齿厚30－60％。

3、根据权利要求1、2所述的往复直线运动与园周运动相互转换的装置，其特征在于：两齿条（5）、（6）上设计有与整机上往复直线运动部件相装联的螺孔（12）。

4、根据权利要求1所述的往复直线运动与园周运动相互转换的装置，其特征在于：非全园齿轮（3）的无齿部分的直径等于有齿部分的根园的直径，其有齿部分的齿数比其相应全园齿轮的齿数的一半少1－2颗齿。

5、根据权利要求1、2、4所述的往复直线运动与园周运动相互转换的装置，其特征在于：非全园齿轮（3）两头的齿比其上的其他标准齿短，其齿顶界于其他标准齿的齿顶园和分度园之间，且比其他标准齿厚30－60％。

Images