[发明专利]直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，特别涉及一种直线往复运动与匀速圆周运动相互转换的齿条-齿轮及滑块-斜帮凹槽组合驱动转换机构。

背景技术

在机械工程中，例如活塞式发动机、压缩机及其他一些需要进行直线往复运动与圆周运动相互转换的机械，目前普遍采用曲轴(曲柄)连杆机构。

传统的曲轴(柄)连杆机构设计和制造已经十分完善，但是，无论从理论分析，还是在实际应用方面都存在以下明显的缺点：

1、曲轴(柄)连杆机构转换效率较低。以活塞-连杆-曲轴(柄)机构发动机为例，活塞的燃气爆发压力经连杆传递到曲轴(柄)上，曲轴(柄)将其转换为扭矩输出旋转动力。曲轴(柄)连杆几何机构及其运动和受力状态较复杂，各个部件都处在复杂的三向应力状态。由于曲轴连杆机构有上、下止点及连杆摆动，气缸内燃气点火必须设置点火提前角，此时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，沿连杆轴向作用力作用在曲轴上，又分解为垂直曲轴半径方向切向力和沿半径方向的法向力，燃气压力经过分解后得到的切向力已远小于作用在活塞上的燃气压力。作用在缸壁的侧压力使活塞与缸壁产生很大的摩擦力，曲轴连杆机构的不平衡回转质量回转运动产生惯性力，活塞轴线方向总作用力等于作用在活塞上燃气压力与惯性力、摩擦力等代数和，而惯性力和摩擦力总是与燃气压力作用方向相反，活塞轴线方向总作用力小于作用在活塞上的燃气压力，则由活塞轴线方向总作用力产生曲轴切向作用力远小于作用在活塞上的燃气压力。发动机输出动力矩等于切向力与曲轴半径之积，因此由曲轴切向作用力输出的扭矩远小于由作用在活塞上的燃气压力直接转换的扭矩。上述分析表明曲轴连杆机构将直线往复运动转换为匀速圆周运动的转换效率较低，即燃气压力通过曲轴连杆机构输出有用功功率较低。计算表明一台发动机在点火提前角为10°时点火，此时活塞总作用力即最大作用力只有21％左右转换为产生曲轴扭矩的切向作用力。

2、曲轴连杆机构中连杆摆动使作用在活塞上的燃气压力产生垂直作用于缸壁的侧向压力，增大了使活塞和缸壁之间侧向摩擦力增大，加速汽缸壁磨损，不仅降低了活塞的做功效率，而且还会造成“卡缸”使活塞无法工作。曲轴连杆机构的不平衡回转质量回转运动产生惯性力不仅影响发动机的输出功率，而且使发动机产生振动和噪声。

3、由于曲轴上下止点与活塞上下止点一一对应，曲轴旋转直径等于活塞行程，需设置储能飞轮，使曲轴越过上止点后点火，点火时刻缸体内燃气压缩比不是处于最大状态，降低点火时刻燃气爆发膨胀压力，同时由于飞轮存在增加了启动和变速的阻力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种直线往复运动与旋转运动相互转换的转换效率高、减小活塞与汽缸壁之间的侧向摩擦力、避免“卡缸”现象、无需使用飞轮克服“止点”、可替代曲轴-连杆机构的直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种直线往复运动与旋转运动的交替驱动转换机构，包括壳体、动力输出轴，动力输出轴安装在壳体上，动力输出轴上安装动力传动轮，第一齿轮、第二齿轮通过齿轮轴承、齿轮轴承分别安装在动力传动轮两侧的动力输出轴上，第一齿条从动力输出轴上方与第一齿轮啮合，第二齿条从动力输出轴下方与第二齿轮啮合，第一齿条和第二齿条的两端分别固定在齿条支架上，齿条支架与动力输入连杆连接，动力输入连杆另一端连接动力输入机构的活塞，第一、二齿轮的轮辐上分别设置贯穿第一、二齿轮轮辐的第一滑动销和第二滑动销，第一滑动销和第二滑动销的结构相同，第一滑动销和第二滑动销的长度大于第一、二齿轮的轮辐的厚度，第一滑动销和第二滑动销的顶部分别伸出第一、二齿轮的轮辐，动力传动轮的轮辐两侧分别对称设置能将第一滑动销、第二滑动销与动力传动轮结合的斜块，第一滑动销和第二滑动销能交替与动力传动轮结合或脱离。