[發明專利]一種齒輪-齒塊嚙合的往復直線運動與旋轉運動轉換裝置

有效

• 申請號: 201210037729.7
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102562998A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 安里千;劉慶;毛靈濤;安晶
• 申請（專利權）人: 安里千
• 主分類號: F16H37/12
• 分類號: F16H37/12
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 李云鵬;左明坤

技術領域

本發明涉及一種往復直線運動與旋轉運動轉換裝置，特別涉及一種直線往復運動與圓周運動相互轉換的齒輪-齒條嚙合的運動轉換裝置。

背景技術

在機械工程中，例如活塞式發動機、壓縮機及其他一些需要進行直線往復運動與圓周運動相互轉換的機械，目前普遍采用曲軸(曲柄)連桿機構。

傳統的曲軸(柄)連桿機構設計和制造已經十分完善，但是，無論從理論分析，還是在實際應用方面都存在明顯的缺點：

1、曲軸(柄)連桿機構轉換效率較低。以活塞-連桿-曲軸(柄)機構發動機為例，活塞的燃氣爆發壓力經連桿傳遞到曲軸(柄)上，曲軸(柄)將其轉換為扭矩輸出旋轉動力。曲軸(柄)連桿幾何機構及其運動和受力狀態較復雜，各個部件都處在復雜的三向應力狀態。由于曲軸連桿機構有上、下止點及連桿擺動，氣缸內燃氣點火必須設置點火提前角，此時作用在活塞上的燃氣壓力被分解為沿連桿軸線方向的作用力和垂直于汽缸軸線方向作用在缸壁的側壓力，沿連桿軸向作用力作用在曲軸上，又分解為垂直曲軸半徑方向切向力和沿半徑方向的法向力，燃氣壓力經過分解后得到的切向力已遠小于作用在活塞上的燃氣壓力。作用在缸壁的側壓力使活塞與缸壁產生很大的摩擦力，曲軸連桿機構的不平衡回轉質量回轉運動產生慣性力，活塞軸線方向總作用力等于作用在活塞上燃氣壓力與慣性力、摩擦力等代數和，而慣性力和摩擦力總是與燃氣壓力作用方向相反，活塞軸線方向總作用力小于作用在活塞上的燃氣壓力，則由活塞軸線方向總作用力產生曲軸切向作用力遠小于作用在活塞上的燃氣壓力。發動機輸出動力矩等于切向力與曲軸半徑之積，因此由曲軸切向作用力輸出的扭矩遠小于由作用在活塞上的燃氣壓力直接轉換的扭矩。上述分析表明曲軸連桿機構將直線往復運動轉換為勻速圓周運動的轉換效率較低，即燃氣壓力通過曲軸連桿機構輸出有用功功率較低。計算表明一臺發動機在點火提前角為10度時點火，此時活塞總作用力即最大作用力只有百分之二十一左右轉換為產生曲軸扭矩的切向作用力；

2、曲軸連桿機構中連桿擺動使作用在活塞上的燃氣壓力產生垂直作用于缸壁的側向壓力，增大了使活塞和缸壁之間側向摩擦力增大，加速汽缸壁磨損，不僅降低了活塞的做功效率，而且還會造成“卡缸”使活塞無法工作。曲軸連桿機構的不平衡回轉質量回轉運動產生慣性力不僅影響發動機的輸出功率，而且使發動機產生振動和噪聲；

3、由于曲軸上下止點與活塞上下止點一一對應，曲軸旋轉直徑等于活塞行程，需設置儲能飛輪，使曲軸越過上止點后點火，點火時刻缸體內燃氣壓縮比不是處于最大狀態，降低點火時刻燃氣爆發膨脹壓力，同時由于飛輪存在增加了啟動和變速的阻力。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種齒塊-齒輪嚙合交替驅動的旋轉運動與直線往復運動轉換裝置，從而實現了直線往復運動與圓周旋轉運動相互轉換，克服了曲柄連桿機構中存在的上述缺點。

本發明一種齒輪-齒塊嚙合的往復直線運動與旋轉運動轉換裝置，包括殼體和轉動地安裝在殼體上的傳動軸，該裝置還包括齒輪齒塊機構、齒塊升降機構、第一連桿和第一活塞，齒輪齒塊機構和齒塊升降機構均位于殼體內。齒輪齒塊機構包括齒輪、上齒塊排列、下齒塊排列、驅動架機構、左軌道板組和右軌道板組；齒輪固定安裝在傳動軸上，左軌道板組包括第一軌道板、第二軌道板、第三軌道板和第四軌道板，右軌道板組包括第五軌道板、第六軌道板、第七軌道板和第八軌道板，左軌道板組的每個軌道板的左端、右軌道板組的每個軌道板的右端均鉸接在殼體上，每個軌道板均為一長條形板，在每個軌道板上均設有一端開口的軌道槽，左軌道板組的每個軌道板的軌道槽的開口均位于軌道板的右端面上，右軌道板組的每個軌道板的軌道槽的開口均位于軌道板的左端面上，第一軌道板、第三軌道板、第五軌道板和第七軌道板位于齒輪的前側，第二軌道板、第四軌道板、第六軌道板和第八軌道板位于齒輪的后側，第一軌道板和第二軌道板的軌道槽相對設置，第三軌道板和第四軌道板的軌道槽相對設置，第五軌道板和第六軌道板的軌道槽相對設置，第七軌道板和第八軌道板的軌道槽相對設置；且第一、三、五、七軌道板與第二、四、六、八軌道板之間的間距等于或略大于所述齒輪的厚度。