[发明专利]4×n轴摆振合成方向不变惯性合力式惯性推力驱动器

说明书

本发明公开了4×n轴摆振合成方向不变惯性合力式惯性推力驱动器，包括曲轴室箱体、旋转曲轴、曲柄销滑块、框架式往复滑块、连杆、连杆销轴、摆动曲轴、两级轴扩角传动机构、齿轮室摆动室箱体、摆动体，旋转曲轴带动框架式往复滑块在曲轴室箱体滑动腔内往复滑动；连杆带动摆动曲轴往复摆动，摆动曲轴带动两级轴扩角传动机构往复转动；两级轴扩角传动机构的从动轴带动摆动体作总摆动角为180°的往复摆动。本发明采用连杆摆动曲轴传动机构，采用两级摆动轴扩角圆柱齿轮传动机构把摆动曲轴120°摆动转化为二级摆动轴180°摆动，在摆动室内安装变径摆动的圆盘摆动体或简谐摆动的扇形摆动体，实现输出推进力的驱动器。

技术领域

本发明涉及用摆振合成方向不变惯性合力获得推进功能的机器，称为4×n轴摆振合成方向不变惯性合力式惯性推力驱动器。从机械学角度看，本发明属于机械强迫振动技术领域或机械动力学(惯性力振动器)技术领域。从力学或物理学角度看，本发明属于机械能转换技术领域，即由等角速旋转曲轴产生的摆动机构摆动动能转化为摆振机构载体直线运动动能的技术领域。

背景技术

从2000年开始提出获得专利授权的“制力器”至今，经历“制力器”三种方案的初步探讨，其探讨的顺序是变转动半径行星滚轮滚动振动器方案、变径圆盘形摆动体振动器方案及2014年提出的两级轴变摆式合成方向不变惯性合力振动器方案(申请号为201410415938.X)。

两级轴变摆式合成方向不变惯性合力振动器方案存在如下很难克服的缺点：

第一，现有从动非圆摆动齿轮节曲线设计只有椭圆齿轮或卵形齿轮节曲线方案，这类齿轮不是获得最佳制力效果的节曲线类型。最佳制力效果的节曲线类型存在一个无限探索的过程，而且要花大量时间进行对比试验。

第二，变摆很难获得摆动返回点切向加速度w_τy＝0，因而摆动返回点有惯性冲击出现，对提高摆振推力器转速极为不利。另外非圆摆动齿轮技术没有专业的齿轮厂家研究制造，难于找到现成匹配的高频摆动非圆齿轮。

第三，推动齿条齿轮往复运动的旋转曲轴半径要求是往复摆动齿轮半径的1.5708倍才能实现180°摆动，而往复摆动齿轮半径不能太小，因而造成旋转曲轴半径大、双滑块机构体积大。旋转曲轴转速选择受旋转曲轴半径限制。旋转曲轴半径大小与旋转曲轴转速大小成反比，即只有减小旋转曲轴半径才能提高旋转曲轴转速，这是内燃机设计的原则，也是摆振推力器设计原则。

第四，扇形摆动体分居在齿条两侧，与旋转曲轴双滑块机构共同占用曲轴室箱体，增大了曲轴室箱体厚度，另外不利于4轴机型采用轴向叠加布置方案。在专利申请号为201410415938.X的两级轴变摆式合成方向不变惯性合力方案中，记载的8(即4×2)轴机型是竖向叠加的。竖向叠加相对于轴向叠加缺点是机器高度大，不利于在车体中安装。

而且，在过去摆振推力器方案中，变径圆盘形摆动体方案同扇形摆动体两级轴变传动比变摆方案相比的缺点是在高转速时控制变摆动半径的凸轮机构滚轮滚动阻力大，机械效率降低。发明人认为其原因是高转速时滚轮滚动出现滑转(打滑)。凸轮槽滚轮是正反转高速滚动的零件。滚轮纯滚动即无滑转获得是由滚轮与轨道面之间的摩擦力大小决定。滚轮轨道表面光滑并且有滚轮轴轴承回油飞溅润滑，造成摩擦力降低，滚轮滑转严重，摩擦功损失增大，所以机械效率降低。解决这个问题最可靠的方法是安装由防滑滚动齿轮与固定曲线齿条组成的防滑机构，确保在任何转速均保证滚轮作纯滚动，这是保证凸轮机构不影响机械效率的有效方法。而提高凸轮机构机械效率还要做好以下设计：滚轮轴轴承要选用低摩擦系数的材料制造，轴承润滑要设计可靠的压力供油系统，轴承表面加工光洁度选用高标准。另外要开发用两级轴变摆传动提高整机的机械效率。

今后，摆振推力器研发目标是实现推重比达到或超过航空螺旋桨推进发动机或直升机发动机的推重比。推重比是推力与发动机重量的比值，是衡量航空发动机动力性能的指标。