[发明专利]端齿轮凸轮活齿架输出式内燃机

说明书

端齿轮凸轮活齿架输出式内燃机，涉及燃气动力领域，属于多缸内燃机。本发明提供一种新型内燃机，活塞通过推杆和万向球组件作用于端齿轮凸轮上，动力由端齿轮凸轮经槽式二齿差摆盘活齿传动机构传给与活齿架键联接的输出轴。端齿轮凸轮将内燃机和槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构合二为一，使内燃机无需另配变速装置，并省去了曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，内燃机中无偏心质量、各内力自动平衡，钢球活齿与端齿轮凸轮、活齿架和槽式两相摆盘激波器之间均为多齿啮合，所有气缸均轴向布置。故该内燃机结构简单紧凑、体积小、重合度大、承载力强、效率高，可广泛应用于需大功率的领域，诸如小型发电机、直升机发动机、挖掘机、装甲车等。

技术领域

本发明涉及燃气动力领域，更具体地说，是一种端齿轮凸轮活齿架输出式内燃机。

背景技术

目前使用较普遍的内燃机是往复式四冲程曲轴连杆型内燃机，这种内燃机的传动结构都采用曲轴连杆机构，通过连杆带动曲轴，从而将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动。由于这种内燃机是靠活塞的直线运动和连杆的平面运动来驱使曲轴作旋转运动，从而造成各运动副之间存在着较大的摩擦，导致内燃机传动效率低。曲轴连杆型内燃机还有如下主要缺陷：体积大；连杆、曲轴上的不平衡离心力较大；冲击大，振动大；并由此引起较大的机械磨损，使内燃机寿命缩短；结构复杂、加工、制造、装配等都比较困难。

另外，通常内燃机与变速装置是两个独立的机器，内燃机需另外安装减速器用于后续变速，造成体积庞大。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有往复式四冲程曲轴连杆型内燃机存在的上述缺陷，本发明提供一种结构简单紧凑、体积小、运转平稳、功率大、寿命长、效率高的四冲程内燃机——端齿轮凸轮活齿架输出式内燃机。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种端齿轮凸轮活齿架输出式内燃机，主要由气缸盖(1)、进气门(2)、排气门(3)、气缸(4)、缸体(5)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、万向球组件(9)、端齿轮凸轮(10)、钢球活齿(11)、活齿架(12)、槽式两相摆盘激波器(13)、输出轴(14)、密封圈(15)、输出端轴承盖(16)、第一深沟球轴承(17)、套筒(18)、键(19)、螺钉(20)、第二深沟球轴承(21)、气缸端轴承盖(22)、钢球(23)及起动系统、配气系统、冷却系统、供油系统、润滑系统组成，其特征在于：用槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构取代现有曲轴连杆型内燃机中的曲轴连杆机构，在端齿轮凸轮(10)的右边设置八个气缸(4)，八个气缸(4)的顶端位于垂直于输出轴(14)的轴线的同一平面内，所有气缸(4)的轴心线都平行于输出轴(14)的轴线，并与输出轴(14)的轴线等距周向均布，八个活塞(7)分别放入八个气缸(4)中，活塞(7)的轴向左右往复直线运动槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构转变为输出轴(14)的旋转运动，端齿轮凸轮(10)将内燃机和槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构有机的融为一体，使内燃机无需再额外配备变速器。上述槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构由万向球槽式四相凸轮机构和槽式二齿差摆盘活齿传动机构有机的组合而成。其中，万向球槽式四相凸轮机构由端齿轮凸轮(10)、万向球组件(9)、推杆(6)、活塞(7)、弹簧(8)、缸体(5)组成，推杆(6)的一端与活塞(7)固定联接，另一端通过螺纹联接装有万向球组件(9)，万向球组件(9)使推杆(6)与端齿轮凸轮(10)的右端槽式四相凸轮之间的联接为滚动摩擦联接，改变了现有往复式内燃机中活塞与连杆、连杆与曲轴之间的铰链联接关系，从而可大大提高功率传递效率，弹簧(8)的一端与活塞(7)联接，另一端与气缸(4)的底部联接，弹簧(8)使推杆(6)上的万向球组件(9)始终与端齿轮凸轮(10)右端的槽式四相凸轮保持接触，端齿轮凸轮(10)通过第二深沟球轴承(21)支撑于输出轴(14)上。槽式二齿差摆盘活齿传动机构主要由端齿轮凸轮(10)、钢球活齿(11)、活齿架(12)、槽式两相摆盘激波器(13)、输出轴(14)组成，其中端齿轮凸轮(10)的左端是槽式二齿差摆盘活齿传动机构的端齿轮，活齿架(12)与输出轴(14)之间通过键(19)周向固定联接，槽式两相摆盘激波器(13)通过螺钉(20)与缸体(5)固联，槽式两相摆盘激波器(13)的左边是端齿轮凸轮活齿架输出式内燃机的左边壳体，右端是槽式两相摆盘激波器，即是说槽式两相摆盘激波器(13)将内燃机的左边壳体和槽式两相摆盘激波器合二为一，内燃机的左边壳体和槽式两相摆盘激波器也可以分别制造后再刚性连接成一个整体，输出轴(14)的两端通过一对第一深沟球轴承(17)分别支撑于槽式两相摆盘激波器(13)和缸体(5)中，输出轴(14)、端齿轮凸轮(10)、活齿架(12)和槽式两相摆盘激波器(13)四个零件的轴心线重合，输出端轴承盖(16)、一对第一深沟球轴承(17)、套筒(18)、气缸端轴承盖(22)对活齿架(12)及输出轴(14)进行了轴向固定；钢球活齿(11)的个数Z₁₁和端齿轮凸轮(10)的齿数即波数Z₁₀相差为2；在活齿架(12)上开有Z₁₁个轴向通孔，这Z₁₁个轴向通孔的轴线与活齿架(12)的轴线平行，且关于活齿架(12)的轴线等距并周向均布，Z₁₁个钢球活齿(11)分别装在活齿架(12)的Z₁₁个半径与钢球活齿(11)半径相同的轴向通孔内并可自由地轴向运动；钢球活齿(11)与端齿轮凸轮(10)、槽式两相摆盘激波器(13)和活齿架(12)同时保持啮合接触。在槽式二齿差摆盘活齿传动机构中，钢球活齿(11)的几何中心的轨迹是一圆柱面曲线，该曲线所在的圆柱称槽式二齿差摆盘活齿传动机构的分度圆柱，也是槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱，也是端齿轮凸轮(10)的分度圆柱，该分度圆柱的轴线与输出轴(14)的轴线重合。上述八个气缸(4)的轴心线都在槽式两相摆盘端齿轮凸轮机构的分度圆柱面上。端齿轮凸轮(10)的右端是轴心对称周向均匀分布的圆筒形槽式四相凸轮，该四相凸轮在上述分度圆柱面上的轮廓形状是四段相同的轴向凸出曲线，每段凸出曲线对应的圆心角为90°，该四相凸轮的导槽截面为半径与万向球组件(9)中的钢球(23)的半径相同的圆弧，可通过选取恰当的活塞(7)轴向运动规律来确定该四相凸轮的轴向轮廓曲线，以使内燃机得到最佳的动力性、经济性和排放指标；在槽式两相摆盘激波器(13)的右端面上和端齿轮凸轮(10)的左端面上均沿周向开有轴心对称、周向均匀分布的导槽，该两轴心对称、周向均匀分布的导槽是钢球活齿(11)随活齿架(12)转动的同时在活齿架(12)的轴向通孔中运动时所处一系列位置的包络曲面，该两轴心对称、周向均匀分布的导槽在轴截面内的形状都是圆弧，圆弧的半径与钢球活齿(11)的半径相同，该两轴心对称、周向均匀分布的导槽的轨迹都是余弦函数曲线沿圆柱面的分布，其中端齿轮凸轮(10)左端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于端齿轮凸轮(10)的齿数Z₁₀，槽式两相摆盘激波器(13)右端的周向导槽轨迹的余弦函数周期数等于槽式两相摆盘激波器(13)的轴向波幅数，而且槽式两相摆盘激波器(13)的轴向波幅数为2，即是说槽式两相摆盘激波器(13)的右端是槽式两相凸轮，该两相凸轮的轮廓在上述分度圆柱面上的形状是两个相同的轴向凸出部分，每个凸出部分对应的圆心角为180°；端齿轮凸轮(10)既是万向球槽式四相凸轮机构中的凸轮，又是槽式二齿差摆盘活齿传动机构中的端齿轮，使本发明内燃机结构紧凑。上述八个气缸(4)中任意两个相隔180°对称布置的活塞(7)工作状态同步，将工作状态同步的两个活塞(7)作为一组，四组活塞(7)依次进行吸气冲程、压缩冲程、气体燃烧做功冲程和排气冲程，相邻两组气缸(4)相差一个冲程，对应于端齿轮凸轮(10)转角的相位差为45°。活塞(7)通过推杆(6)的轴向直线往复运动使得端齿轮凸轮(10)旋转，端齿轮凸轮(10)将动力经槽式二齿差摆盘活齿传动机构传给与活齿架(12)键联接的输出轴(14)，最后动力由输出轴(14)输出。