[發明專利]端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機

有效

• 申請號: 201710120300.7
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN106884713B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 梁尚明;屈九洲;晏曉飛
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: F02B75/32
• 分類號: F02B75/32;F02B75/18;F02B75/26;F02B75/02;F16H49/00
• 代理公司: 暫無信息
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端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機，涉及燃氣動力領域，屬于多缸內燃機。本發明提供一種新型內燃機，活塞通過推桿和萬向球組件作用于端齒輪凸輪上，動力由端齒輪凸輪經槽式二齒差擺盤活齒傳動機構傳給與活齒架鍵聯接的輸出軸。端齒輪凸輪將內燃機和槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構合二為一，使內燃機無需另配變速裝置，并省去了曲軸連桿型內燃機中的曲軸連桿機構，內燃機中無偏心質量、各內力自動平衡，鋼球活齒與端齒輪凸輪、活齒架和槽式兩相擺盤激波器之間均為多齒嚙合，所有氣缸均軸向布置。故該內燃機結構簡單緊湊、體積小、重合度大、承載力強、效率高，可廣泛應用于需大功率的領域，諸如小型發電機、直升機發動機、挖掘機、裝甲車等。

技術領域

本發明涉及燃氣動力領域，更具體地說，是一種端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機。

背景技術

目前使用較普遍的內燃機是往復式四沖程曲軸連桿型內燃機，這種內燃機的傳動結構都采用曲軸連桿機構，通過連桿帶動曲軸，從而將活塞的直線運動轉化為曲軸的旋轉運動。由于這種內燃機是靠活塞的直線運動和連桿的平面運動來驅使曲軸作旋轉運動，從而造成各運動副之間存在著較大的摩擦，導致內燃機傳動效率低。曲軸連桿型內燃機還有如下主要缺陷：體積大；連桿、曲軸上的不平衡離心力較大；沖擊大，振動大；并由此引起較大的機械磨損，使內燃機壽命縮短；結構復雜、加工、制造、裝配等都比較困難。

另外，通常內燃機與變速裝置是兩個獨立的機器，內燃機需另外安裝減速器用于后續變速，造成體積龐大。

發明內容

本發明的目的是：為克服現有往復式四沖程曲軸連桿型內燃機存在的上述缺陷，本發明提供一種結構簡單緊湊、體積小、運轉平穩、功率大、壽命長、效率高的四沖程內燃機——端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機。

本發明為解決其技術問題所采取的技術方案是：一種端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機，主要由氣缸蓋(1)、進氣門(2)、排氣門(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、萬向球組件(9)、端齒輪凸輪(10)、鋼球活齒(11)、活齒架(12)、槽式兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)、密封圈(15)、輸出端軸承蓋(16)、第一深溝球軸承(17)、套筒(18)、鍵(19)、螺釘(20)、第二深溝球軸承(21)、氣缸端軸承蓋(22)、鋼球(23)及起動系統、配氣系統、冷卻系統、供油系統、潤滑系統組成，其特征在于：用槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構取代現有曲軸連桿型內燃機中的曲軸連桿機構，在端齒輪凸輪(10)的右邊設置八個氣缸(4)，八個氣缸(4)的頂端位于垂直于輸出軸(14)的軸線的同一平面內，所有氣缸(4)的軸心線都平行于輸出軸(14)的軸線，并與輸出軸(14)的軸線等距周向均布，八個活塞(7)分別放入八個氣缸(4)中，活塞(7)的軸向左右往復直線運動槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構轉變為輸出軸(14)的旋轉運動，端齒輪凸輪(10)將內燃機和槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構有機的融為一體，使內燃機無需再額外配備變速器。上述槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構由萬向球槽式四相凸輪機構和槽式二齒差擺盤活齒傳動機構有機的組合而成。其中，萬向球槽式四相凸輪機構由端齒輪凸輪(10)、萬向球組件(9)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、缸體(5)組成，推桿(6)的一端與活塞(7)固定聯接，另一端通過螺紋聯接裝有萬向球組件(9)，萬向球組件(9)使推桿(6)與端齒輪凸輪(10)的右端槽式四相凸輪之間的聯接為滾動摩擦聯接，改變了現有往復式內燃機中活塞與連桿、連桿與曲軸之間的鉸鏈聯接關系，從而可大大提高功率傳遞效率，彈簧(8)的一端與活塞(7)聯接，另一端與氣缸(4)的底部聯接，彈簧(8)使推桿(6)上的萬向球組件(9)始終與端齒輪凸輪(10)右端的槽式四相凸輪保持接觸，端齒輪凸輪(10)通過第二深溝球軸承(21)支撐于輸出軸(14)上。槽式二齒差擺盤活齒傳動機構主要由端齒輪凸輪(10)、鋼球活齒(11)、活齒架(12)、槽式兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)組成，其中端齒輪凸輪(10)的左端是槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的端齒輪，活齒架(12)與輸出軸(14)之間通過鍵(19)周向固定聯接，槽式兩相擺盤激波器(13)通過螺釘(20)與缸體(5)固聯，槽式兩相擺盤激波器(13)的左邊是端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤激波器，即是說槽式兩相擺盤激波器(13)將內燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤激波器合二為一，內燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤激波器也可以分別制造后再剛性連接成一個整體，輸出軸(14)的兩端通過一對第一深溝球軸承(17)分別支撐于槽式兩相擺盤激波器(13)和缸體(5)中，輸出軸(14)、端齒輪凸輪(10)、活齒架(12)和槽式兩相擺盤激波器(13)四個零件的軸心線重合，輸出端軸承蓋(16)、一對第一深溝球軸承(17)、套筒(18)、氣缸端軸承蓋(22)對活齒架(12)及輸出軸(14)進行了軸向固定；鋼球活齒(11)的個數Z₁₁和端齒輪凸輪(10)的齒數即波數Z₁₀相差為2；在活齒架(12)上開有Z₁₁個軸向通孔，這Z₁₁個軸向通孔的軸線與活齒架(12)的軸線平行，且關于活齒架(12)的軸線等距并周向均布，Z₁₁個鋼球活齒(11)分別裝在活齒架(12)的Z₁₁個半徑與鋼球活齒(11)半徑相同的軸向通孔內并可自由地軸向運動；鋼球活齒(11)與端齒輪凸輪(10)、槽式兩相擺盤激波器(13)和活齒架(12)同時保持嚙合接觸。在槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中，鋼球活齒(11)的幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱稱槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的分度圓柱，也是槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱，也是端齒輪凸輪(10)的分度圓柱，該分度圓柱的軸線與輸出軸(14)的軸線重合。上述八個氣缸(4)的軸心線都在槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱面上。端齒輪凸輪(10)的右端是軸心對稱周向均勻分布的圓筒形槽式四相凸輪，該四相凸輪在上述分度圓柱面上的輪廓形狀是四段相同的軸向凸出曲線，每段凸出曲線對應的圓心角為90°，該四相凸輪的導槽截面為半徑與萬向球組件(9)中的鋼球(23)的半徑相同的圓弧，可通過選取恰當的活塞(7)軸向運動規律來確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內燃機得到最佳的動力性、經濟性和排放指標；在槽式兩相擺盤激波器(13)的右端面上和端齒輪凸輪(10)的左端面上均沿周向開有軸心對稱、周向均勻分布的導槽，該兩軸心對稱、周向均勻分布的導槽是鋼球活齒(11)隨活齒架(12)轉動的同時在活齒架(12)的軸向通孔中運動時所處一系列位置的包絡曲面，該兩軸心對稱、周向均勻分布的導槽在軸截面內的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒(11)的半徑相同，該兩軸心對稱、周向均勻分布的導槽的軌跡都是余弦函數曲線沿圓柱面的分布，其中端齒輪凸輪(10)左端的周向導槽軌跡的余弦函數周期數等于端齒輪凸輪(10)的齒數Z₁₀，槽式兩相擺盤激波器(13)右端的周向導槽軌跡的余弦函數周期數等于槽式兩相擺盤激波器(13)的軸向波幅數，而且槽式兩相擺盤激波器(13)的軸向波幅數為2，即是說槽式兩相擺盤激波器(13)的右端是槽式兩相凸輪，該兩相凸輪的輪廓在上述分度圓柱面上的形狀是兩個相同的軸向凸出部分，每個凸出部分對應的圓心角為180°；端齒輪凸輪(10)既是萬向球槽式四相凸輪機構中的凸輪，又是槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中的端齒輪，使本發明內燃機結構緊湊。上述八個氣缸(4)中任意兩個相隔180°對稱布置的活塞(7)工作狀態同步，將工作狀態同步的兩個活塞(7)作為一組，四組活塞(7)依次進行吸氣沖程、壓縮沖程、氣體燃燒做功沖程和排氣沖程，相鄰兩組氣缸(4)相差一個沖程，對應于端齒輪凸輪(10)轉角的相位差為45°。活塞(7)通過推桿(6)的軸向直線往復運動使得端齒輪凸輪(10)旋轉，端齒輪凸輪(10)將動力經槽式二齒差擺盤活齒傳動機構傳給與活齒架(12)鍵聯接的輸出軸(14)，最后動力由輸出軸(14)輸出。