專利名稱：往復(fù)直線運(yùn)動與圓周運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的一種往復(fù)直線運(yùn)動與園周運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，可用于汽油發(fā)動機(jī)、柴油發(fā)動機(jī)中替代曲軸連桿機(jī)構(gòu)，也可以用于活塞往復(fù)式壓縮機(jī)，部份機(jī)床中替代曲軸連桿機(jī)構(gòu)。
目前，在內(nèi)燃機(jī)(汽油機(jī)、柴油機(jī))、機(jī)床、活塞往復(fù)式壓縮機(jī)等整機(jī)上均采用曲軸連桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動與園周運(yùn)動的相互轉(zhuǎn)換，這種機(jī)構(gòu)使整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大、笨重、效率低，由于曲軸連桿機(jī)構(gòu)擺動，擺幅大，潤滑要求嚴(yán)格，運(yùn)行的安全可靠性差。
本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種往復(fù)直線運(yùn)動與園周運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，以替代曲軸連桿機(jī)構(gòu)，從而使內(nèi)燃機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)更簡單，緊湊，效率高，運(yùn)行安全可靠。
本實(shí)用新型是這樣來實(shí)現(xiàn)其目的的它包括有能與作往復(fù)直線運(yùn)動的部件(如活塞等)相裝聯(lián)的兩根調(diào)頭平行配置的結(jié)構(gòu)相同的齒條，裝于兩齒條之間的非全園齒輪，支承非全園齒輪的傳動軸，齒條和非全園齒輪的齒、齒槽呈一一對應(yīng)設(shè)置，工作時相互嚙合和平穩(wěn)掛接、脫離。
本實(shí)用新型還可以這樣來實(shí)現(xiàn)其目的兩條齒條兩端分別有1－2顆齒比其上的其他標(biāo)準(zhǔn)齒短，其齒頂界于其他標(biāo)準(zhǔn)齒的齒頂線和分度線之間，且齒條每端的齒均比其他標(biāo)準(zhǔn)齒厚30－60％。
本實(shí)用新型的兩齒條上設(shè)計(jì)有與整機(jī)上作往復(fù)直線運(yùn)動的部件相裝聯(lián)的螺孔。
本實(shí)用新型的非全園齒輪的無齒部分的直徑等于有齒部分的根園直徑，其有齒部分的齒數(shù)比其相應(yīng)全園齒輪的齒數(shù)的一半少1－2顆齒。
本實(shí)用新型的非全園齒輪兩頭的齒比其上的其他標(biāo)準(zhǔn)齒厚30－60％，且比其他標(biāo)準(zhǔn)齒短，其齒頂界于其他標(biāo)準(zhǔn)齒的齒頂園和分度園之間。
由于本實(shí)用新型具有上述結(jié)構(gòu)，應(yīng)用時，將結(jié)構(gòu)相同的兩齒條調(diào)頭平行地配置，與內(nèi)燃機(jī)(汽油發(fā)動機(jī)、柴油發(fā)動機(jī)等)的往復(fù)直線運(yùn)動部件，如活塞等(當(dāng)然活塞的結(jié)構(gòu)要作相應(yīng)的改變)，通過螺釘聯(lián)接機(jī)構(gòu)緊固地相裝聯(lián)，在兩齒條間裝上相互嚙合的非全園齒輪，非全園齒輪與齒條之間的齒、齒槽呈一一對應(yīng)設(shè)置，齒條兩端分別有1－2顆齒比其上的標(biāo)準(zhǔn)齒短，非全園齒輪兩頭的齒也比其上的其他標(biāo)準(zhǔn)齒短，且齒條兩端和非全園齒輪兩頭的齒均比其上的其他標(biāo)準(zhǔn)齒加厚。齒條、非全園齒輪兩頭的齒起到可變凸輪的作用，使齒條和非全園齒輪互相推動，從而使齒條和非全園齒輪之間交替平穩(wěn)掛接和脫離，即在運(yùn)動部件活塞的每一行程運(yùn)動過程中，只有其中一根齒條與非全園齒輪掛接，另一根齒條與非全園齒輪則處于脫離狀態(tài)，在回復(fù)行程中，非全園齒輪與兩根齒條掛接脫離的情況互易，這樣就完成一個往復(fù)直線運(yùn)動過程。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的燃?xì)馀蛎洉r，即作功沖程，齒條推動非全園齒輪，當(dāng)吸氣、壓縮、排氣沖程中，由非全園齒輪推動齒條，從而實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動部件如活塞的往復(fù)直線運(yùn)動與非全園齒輪的園周運(yùn)動的相互轉(zhuǎn)換過程，替代了曲軸連桿機(jī)構(gòu)的作用。因此，由于非全園齒輪、齒條可裝于氣缸內(nèi)，省掉了與曲軸連桿相關(guān)連的部件和運(yùn)動副，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡化，緊湊，在同等情況下，體積只有原內(nèi)燃機(jī)體積的 1/2 － 1/4 ，重量減為 1/3 。由于運(yùn)動副和另部件減小，相互摩擦損耗也大大減少，齒輪齒條傳遞力效率高，與同等情況的原內(nèi)燃機(jī)相比，效率可提高1－3％，功率要大1－10％。此時，由于運(yùn)動過程的性質(zhì)變化，不會出現(xiàn)擺移、不同心園周運(yùn)動和松脫問題，對潤滑也要求不嚴(yán)格，整機(jī)運(yùn)行十分安全可靠。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例加以進(jìn)一步描述，但本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案并不僅限于附圖和本例中的具體描述。


圖1是本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)圖(非全園齒輪與傳動軸結(jié)合為一整體的結(jié)構(gòu))；圖2是本實(shí)用新型
圖1中的A－A視圖；圖3是本實(shí)用新型的非全園齒輪與傳動軸為獨(dú)立部件時的結(jié)構(gòu)；圖4是本實(shí)用新型用于內(nèi)燃機(jī)上的使用狀態(tài)圖。
如圖中所示，本實(shí)用新型由能與內(nèi)燃機(jī)中作往復(fù)直線運(yùn)動的部件，如活塞，相裝聯(lián)的調(diào)頭平行配置的兩齒條5、6，裝于兩齒條5、6之間的非全園齒輪3以及支承非全園齒輪3的傳動軸4構(gòu)成。非全園齒輪3和傳動軸4既可以是分離部件，通過鍵13聯(lián)接裝配(如圖3)，也可是二者設(shè)計(jì)成一整體結(jié)構(gòu)，即非全園連齒軸式的結(jié)構(gòu)(
圖1和圖2中)。齒條5、6的結(jié)構(gòu)相同，其上設(shè)計(jì)有與作往復(fù)直線運(yùn)動的活塞2、8相裝聯(lián)的螺孔12，采用螺釘式聯(lián)接，當(dāng)然也可以采用其他聯(lián)接方式，如螺栓螺母結(jié)構(gòu)，裝聯(lián)時，使齒條5、6應(yīng)與活塞2、8緊固聯(lián)接，不產(chǎn)生移位或松動。這里原內(nèi)燃機(jī)上的往復(fù)運(yùn)動部件活塞的結(jié)構(gòu)作了相應(yīng)的改變，把原兩氣缸的活塞制成一體，即將圖中左、右活塞2、8通過活塞連接體7聯(lián)接成整體部件，齒條5、6便與該活塞連接體7相裝聯(lián)，并且是呈平行配置。齒條5、6和非全園齒輪3的齒、齒槽是呈一一對應(yīng)配置；即齒、齒槽大小形狀長寬均使裝配和工作時能保持相互可靠嚙合。非全園齒輪3的大小根據(jù)作往復(fù)直線運(yùn)動的部件的平動行程(即活塞的行程)決定，兩齒條5、6間的距離又由非全園齒輪3的大小決定，總之這些結(jié)構(gòu)參數(shù)由具體的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)要求，或其他機(jī)械的具體設(shè)計(jì)要求確定。例如，若內(nèi)燃機(jī)往復(fù)直線運(yùn)動的活塞行程為S，非全園齒輪3的分度園直徑為D分，則相互關(guān)系可為S＝ 1/2 兀D分。本實(shí)用新型齒條5、6兩端分別有1－2顆齒為非標(biāo)準(zhǔn)齒，即這1－2顆齒比其上的其他標(biāo)準(zhǔn)齒要短，其齒頂界于其他標(biāo)準(zhǔn)齒的齒頂線和分度線之間，使工作時，能與非全園齒輪3上的非標(biāo)準(zhǔn)齒保持可靠平穩(wěn)地掛接和脫離，且每端的齒比其他標(biāo)準(zhǔn)齒加厚30－60％，以增強(qiáng)其抗沖擊力和應(yīng)力。非全園齒輪3一部分有齒，一部分無齒，無齒部分的直徑等于有齒部分的根園直徑，其有齒部分的齒數(shù)比其相應(yīng)的全園齒輪的齒數(shù)的一半少1－2顆齒，非全園齒輪3的兩頭的齒也為非標(biāo)準(zhǔn)齒，比其上的其他標(biāo)準(zhǔn)齒厚30－60％，以保證承受更大的沖擊力和應(yīng)力，且比其他標(biāo)準(zhǔn)齒短，其齒頂界于其他標(biāo)準(zhǔn)齒的齒頂園和分度園之間，齒條5、6，非全園齒輪3上的這些非標(biāo)準(zhǔn)齒，其作用原理不能與其他標(biāo)準(zhǔn)齒的作用原理相提并論，只能將其看成一種可變凸輪機(jī)構(gòu)，使二者互相推動，進(jìn)行平穩(wěn)、可靠地掛接和脫離，完成往復(fù)直線運(yùn)動和園周運(yùn)動的相互轉(zhuǎn)換，達(dá)到傳遞動力，進(jìn)行作功。下面再詳細(xì)描述一下在內(nèi)燃機(jī)中本實(shí)用新型的工作原理和給整機(jī)帶來的優(yōu)點(diǎn)，如圖4中所示，由于齒條5、6和非全園齒輪3具有前述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工作中，當(dāng)一個活塞處于上止點(diǎn)，另一個活塞則處于下止點(diǎn)，假設(shè)左活塞2處于上止點(diǎn)，右活塞8則處于下止點(diǎn)，即處于右氣缸9的端壁，此時，非全園齒輪3最前一顆齒正與齒條6最前一顆齒掛接，非全園齒輪3的最后一顆齒正脫離齒條5的最后一顆齒，由于非全園齒輪3始終按一個方向旋轉(zhuǎn)，如圖中箭頭所示，這時把動力傳給齒條6，帶動齒條6向左移動，從而帶動左、右活塞2、8在左、右氣缸1、9中從右向左作直線平動，活塞2、8從一個止點(diǎn)向另一個止點(diǎn)移動。由于為非全園齒輪，所以此過程中，齒條5不與非全園齒輪3發(fā)生嚙合，不會產(chǎn)生碰撞。當(dāng)活塞2運(yùn)動到左氣缸1最左邊壁時，活塞2、8分別達(dá)到另外兩個止點(diǎn)，即互易其止點(diǎn)位置。此時，非全園齒輪3的最前一顆齒運(yùn)動到另一位置，便與齒條5最前一顆齒掛接，其最后一顆齒便與齒條6的最后一顆齒脫離，非全園齒輪3又推動齒條5從左向右直線平動，帶動與其相裝聯(lián)的活塞2、8開始回程平動，就這樣氣缸內(nèi)的活塞周而復(fù)始地從右到左，從左到右作往復(fù)直線平動。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃?xì)馀蛎涀鞴r，推動活塞2、8，再推動與其相聯(lián)的齒條5、6平動，再由齒條5、6推動非全園齒輪3，動力傳給非全園齒輪3，使其非全園齒輪3作園周旋轉(zhuǎn)，再帶動傳動軸4對外作功，從而實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動與園周運(yùn)動的相互轉(zhuǎn)換，對四沖程內(nèi)燃機(jī)，則進(jìn)氣、壓縮、排氣沖程是由非全園齒輪3帶動齒條5、6(依其飛輪和齒輪高速旋轉(zhuǎn)的慣性)，在作功沖程，則是由齒條5、6帶動非全園齒輪3，再帶動傳動軸4。在一個沖程中，非全園齒輪3與齒條5、6中的一根嚙合一次，兩個沖程就使非全園齒輪旋轉(zhuǎn)一周，從而實(shí)現(xiàn)替代曲軸連桿機(jī)構(gòu)的作用。眾所周知，一般曲軸連桿機(jī)構(gòu)均需要一個曲軸箱，而采用本實(shí)用新型，則可把非全園齒輪3和齒條5、6同活塞2、8同設(shè)計(jì)在氣缸內(nèi)，所以整機(jī)結(jié)構(gòu)簡化，體積減小，重量減輕；此外，采用本實(shí)用新型不存在曲軸連桿機(jī)構(gòu)的非同心園周運(yùn)動和上下擺移，擺幅較大，活塞始終處于交變應(yīng)力之中的問題，故活塞加長、增設(shè)活塞裙部和抵御部分側(cè)壓力的問題也不存在，活塞始終只有平穩(wěn)的平動，無需活塞銷，產(chǎn)生的側(cè)壓力小，且分布均勻，故活塞可大大縮短，一般只保證能裝活塞環(huán)10即可。因此活塞可用耐磨耐熱、膨脹系數(shù)小、強(qiáng)度高的廉價鐵鑄成。隨著活塞的縮短，氣缸套也縮短，氣缸蓋11也變小，從而導(dǎo)致整個內(nèi)燃機(jī)體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，采用本實(shí)用新型的內(nèi)燃機(jī)只有采用曲軸連桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的體積的 1/2 － 1/4 ，重量僅為后者的 1/3 ；由于采用本實(shí)用新型，活塞2、8始終處于平穩(wěn)的平動，長度縮短，氣缸縮短，可減少活塞環(huán)10的個數(shù)，取銷活塞銷、軸頸軸瓦及其他運(yùn)動副，故整機(jī)摩擦損耗大大減少，再者非全園齒輪3與齒條5、6的傳遞力是作用在切線上，省力，效率高，而采用曲軸連桿機(jī)構(gòu)則輸出的僅是其中的一個分力作的功，并該分力是一個變力，因此，對于同缸徑、同行程、同燃燒室、同工質(zhì)，同轉(zhuǎn)速的內(nèi)燃機(jī)，采用本實(shí)用新型的比采用曲軸連桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的效率高1－3％，功率要大1－10％；另外，曲軸連桿機(jī)構(gòu)不斷作上下擺移、旋轉(zhuǎn)，曲軸作非同心園周運(yùn)動，一旦連桿、活塞、曲軸間松脫，或配合變化或潤滑油缸少，就會出現(xiàn)燒壞軸頸，甚至折斷，引起內(nèi)燃機(jī)整機(jī)損壞或爆炸，而采用本實(shí)用新型，活塞2、8始終作平穩(wěn)的平動，非全園齒輪3作同心園周運(yùn)動，潤滑要求不那么嚴(yán)，因此內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行安全可靠。此外，對于偶數(shù)缸內(nèi)燃機(jī)，采用本實(shí)用新型有更大的優(yōu)勢，一般為臥式，可大大降低占空高度和長度，對汽車，飛機(jī)工業(yè)都有著重要意義。
最后，值得說明的是采用本實(shí)用新型，非全園齒輪3和齒條5、6是關(guān)鍵部件，設(shè)計(jì)時，應(yīng)考慮材料選用耐磨、耐壓、耐熱的高強(qiáng)度合金材料，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚慝@得。至于非全園齒輪3和齒條5、6的模數(shù)，可根據(jù)具體工作整機(jī)的設(shè)計(jì)要求而定，對于內(nèi)燃機(jī)，則由缸徑、行程、傳動速度比決定，一般對轉(zhuǎn)速超過2000轉(zhuǎn)／分的非全園齒輪3，缸徑超過100mm，行程超過100mm，模數(shù)可為5－10，其余短行程，小缸徑、小功率的內(nèi)燃機(jī)則模數(shù)可選1.5－5。此外在設(shè)計(jì)非全園齒輪3、齒條5、6時，要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求計(jì)算和加工。
權(quán)利要求1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的往復(fù)直線運(yùn)動與園周運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于它包括有能與整機(jī)上作往復(fù)直線運(yùn)動的部件相裝聯(lián)的兩根調(diào)頭平行配置的結(jié)構(gòu)相同的齒條(5)、(6)，裝于兩齒條(5)、(6)之間的非全園齒輪(3)，支承非全園齒輪(3)的傳動軸(4)，齒條(5)、(6)和非全園齒輪(3)的齒、齒槽呈一一對應(yīng)設(shè)置，工作時相互嚙合和平穩(wěn)掛接、脫離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)直線運(yùn)動與園周運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于齒條(5)、(6)兩端分別有1－2顆齒比其上的其它標(biāo)準(zhǔn)齒短，其齒頂界于其他標(biāo)準(zhǔn)齒的齒頂線和分度線之間，且齒條(5)、(6)每端的齒均比其他標(biāo)準(zhǔn)齒厚30－60％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的往復(fù)直線運(yùn)動與園周運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于兩齒條(5)、(6)上設(shè)計(jì)有與整機(jī)上往復(fù)直線運(yùn)動部件相裝聯(lián)的螺孔(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)直線運(yùn)動與園周運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于非全園齒輪(3)的無齒部分的直徑等于有齒部分的根園的直徑，其有齒部分的齒數(shù)比其相應(yīng)全園齒輪的齒數(shù)的一半少1－2顆齒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4所述的往復(fù)直線運(yùn)動與園周運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于非全園齒輪(3)兩頭的齒比其上的其他標(biāo)準(zhǔn)齒短，其齒頂界于其他標(biāo)準(zhǔn)齒的齒頂園和分度園之間，且比其他標(biāo)準(zhǔn)齒厚30－60％。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的往復(fù)直線運(yùn)動與圓周運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的裝置，它包括有能與作往復(fù)直線運(yùn)動的部件(活塞)相裝聯(lián)的兩根調(diào)頭平行配置的結(jié)構(gòu)相同的齒條，裝于兩齒條之間的非全圓齒輪，支承非全圓齒輪的傳動軸，齒條和非全圓齒輪的齒、齒槽呈一一對應(yīng)設(shè)置，能相互嚙合和平穩(wěn)掛接、脫離。使用這種結(jié)構(gòu)可替代曲軸連桿機(jī)構(gòu)，使整機(jī)結(jié)構(gòu)簡化、緊湊，效率提高1—3％，運(yùn)行安全可靠。
文檔編號F16H19/00GK2167238SQ9323916
公開日1994年6月1日 申請日期1993年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月19日
發(fā)明者張翅 申請人:張翅