CN100425878C - 无曲轴发动机的肘杆棘轮传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用连杆和滑套大摆臂构成的肘杆与棘轮组成的传动机构。它可将往复运动转变为旋转运动。其特征是：在气缸体中水平布置四个轴线相互平行的气缸。主轴及与其同轴线的滑套置于四个气缸之间，其轴线与气缸轴线垂直但不相交。在滑套上有两个大摆臂和两个小摆臂。活塞连杆通过销轴与大摆臂连接。活塞往复运动带动大摆臂左右摆转。小摆臂的销轴上装有正、反向棘爪。当大摆臂向左转时，反向棘爪拨动与主轴一体的棘轮带动主轴逆时针转动。当大摆臂向右转时，正向棘爪拨动齿轮棘轮组件顺时针转动，并通过介轮、传动轴齿轮及主轴大齿轮带动主轴逆时针转动。该机构可用于发动机及其它机械的传动系统。

Description

无曲轴发动机的肘杆棘轮传动机构

技术领域

本发明涉及一种用于无曲轴发动机及其它机械的肘杆棘轮传动机构。

背景技术

国内申请号为200510091222.X和国际申请号为PCT/CN2005/001968的发明专利，涉及一种用齿条、齿轮和棘轮传动，用计算机控制电磁铁开关气门的无曲轴发动机。其不足之处是：受加工精度的限制，齿条和齿轮之间的配合存在间隙。当齿条与齿轮相啮合并高速往复运动时，会产生振动。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于无曲轴发动机的肘杆棘轮传动机构，用以替代上述发明专利中的齿条齿轮棘轮传动机构。它能有效地减轻发动机运转时的振动，使上述无曲轴发动机的方案得以实现。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在发动机气缸体中，至少设置四个轴线相互平行的气缸。气缸呈水平布置，分上下两组。每组两个气缸的轴线相互平行，且错开一定距离。一个带有滑套的主轴置于两组气缸中间，其轴线与气缸的轴线相垂直，但不相交。在滑套上有两个对称布置的大摆臂和两个对称布置的小摆臂。大摆臂和小摆臂相互错开90度角。在两个大摆臂上均开有与气缸轴线相平行的槽，和与主轴轴线相平行的销钉孔。两个连杆的大头置于大摆臂的槽中，且用销轴与大摆臂相连接。两个连杆的小头分别与两个活塞相连接。位于主轴上端的大摆臂的销轴开有中心孔。在小摆臂的两侧，通过销轴固定有两个啮合方向相反的棘爪。它们分别与固定在主轴上的棘轮和与主轴转动配合的棘轮相啮合。在固定棘爪的销轴上开有与其轴线相垂直的小孔。一根与该小孔紧配合的弹簧钢丝插入小孔，并固定在销轴上。其悬臂端压在固定于棘爪的销钉上。其作用是将棘爪压靠在棘轮上。与主轴转动配合的棘轮与一小齿轮连成一体，称为齿轮棘轮组件。其齿轮与安装于气缸体的轴承座上悬臂轴上的介轮相啮合。介轮又与固定在与主轴平行的传动轴上的小齿轮相啮合。这三个齿轮模数相同。齿轮棘轮组件的齿轮与传动轴上的小齿轮节园相等。在传动轴的另一端固定一个大齿轮。它与固定在主轴上的大齿轮节圆相等、模数相同，且直接相啮合。当主轴上方的活塞从右向左运动时，活塞通过连杆推动滑套逆时针转动。滑套上的一对棘爪与固定在主轴上的棘轮相啮合，并带动主轴逆时针转动。另一对棘爪与齿轮棘轮组件的棘轮打滑空转。与此同时，滑套通过另一个大摆臂的销轴推动主轴下方的连杆和活塞从左向右运动。反之，当主轴上方的活塞从左向右运动时，连杆推动滑套顺时针转动。滑套上的一对棘爪与齿轮棘轮组件的棘轮相啮合，并带动齿轮棘轮组件上的小齿轮顺时针转动。它通过介轮、传动轴上的小齿轮和大齿轮，带动固定在主轴上的大齿轮逆时针转动。与此同时，滑套另一端的大摆臂带动主轴下方的连杆和活塞从右向左运动。在气缸体顶盖的下方，位于连杆与滑套两侧装有两块固定板。在固定板上对应活塞处于左右止点时，滑套上连杆销轴中心孔的位置，开有小孔，并装有两套光电传感器。当主轴上方左侧的活塞运行至左止点时，摆臂销轴的中心孔刚好与左侧的一组光电传感器的两个光电管同轴线。此时发射光电管发出的光被接收光电管接收，并将光信号转变成电信号传至集中电控器。集中电控器将该信号与其它传感器发来的信号，通过计算机综合处理后，确认该活塞处于压缩终了状态，并向该气缸的喷油器和火花塞发出喷油和点火指令。该缸开始燃烧行程。与此同时，集中电控器按即定程序向其它各缸的气门发出开启和关闭指令，使各缸进行相应的行程。当主轴上方右侧的活塞运行至右止点时，摆臂销轴的中心孔刚好与右侧的一组光电传感器的两个光电管同轴线。此时发射光电管发出的光被接收光电管接收，并将光信号转变成电信号传至集中电控器。集中电控器将该信号与其它传感器发来的信号，通过计算机综合处理后，确认位于主轴下方左侧的活塞处于压缩终了状态，并向该气缸的喷嘴和火花塞发出喷油和点火指令。该缸开始燃烧行程。与此同时，集中电控器按即定程序向其它各缸发出相应指令，使各缸进行相应的行程。各缸所进行四冲程循环情况与申请号为200510091222.X的发明专利所述相同，在此不再赘述。该肘杆棘轮传动机构各转动构件所用轴承均为滑动轴承。这与现有发动机相同，在此也不赘述。

本发明因为采用由连杆和滑套大摆臂组成的肘杆做传动机构，将活塞的往复运动转变为滑套的往复摆转，进而通过棘轮和齿轮机构转变为主轴的转动。连杆力的作用线与以滑套大摆臂为半径的圆的切线的最大偏离，只有1度左右。也就是说，活塞力的绝大部分转化为主轴的扭矩。而不象传统发动机那样，一部分力作用于曲轴轴线，使曲轴弯曲。特别是燃烧行程初期，轴向分力大于切向分力，使大部分有用功转变为使曲轴弯曲的破坏性能量。所以本发明的机械效率比传统发动机高得多。因为本发明活塞所受侧向力小，所以活塞环和缸体磨损少，寿命长。因为本发明的转动构件均采用滑动轴承，轴承受压面积大，且有压力油膜支撑，所以本发明的转动构件在往复力作用下缓冲效果好，不易产生振动，使用寿命长。因为本发明两组活塞运动方向相反，其往复惯性力相互抵消，所以本发明没有往复惯性力。往复惯性力会引起发动机振动。而传统发动机的往复惯性力较大，且难以平衡。因为本发明主轴和滑套的结构都是对称的，它们在转动时不产生离心惯性力。而离心惯性力会引起发动机振动和主轴颈的磨损。所以本发明的发动机在工作时几乎没有振动。主轴及轴承的寿命比传统发动机长得多。因为本发明的发动机一个活塞完成一个做功行程，主轴转大约1/6周。四个活塞都完成一个做功行程，主轴转2/3周。传统发动机一个活塞完成一个做功行程，曲轴转1/2周。四个活塞都完成一个做功行程，主轴转2周。假设这两种发动机的活塞直径和行程都相同，即四个活塞都完成一个做功行程时，它们所做的功相等。本发明的发动机与传统发动机在等功率时的转速比为1∶3。本发明的发动机转速慢，运动部件磨损慢，有利于延长发动机的寿命。变速器的减速比低了，其结构也可简化一些。因为本发明的发动机主轴转一周，活塞做功次数是传统发动机的3倍，其输出扭矩大而均匀，活塞无死点，所以本发明不需飞轮及传统发动机的曲轴配重，可减轻发动机重量，降低成本。

附图说明

本发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出：

图1是根据本发明提出的无曲轴发动机的肘杆棘轮传动机构的缸体部分剖视图。

图2是图1的M-A-B-C-N剖视图。

图3是图1的B-J-C剖视图。

图4是图2的K-K剖视图。

具体实施方式

下面结合图1至图4详细说明本发明提出的具体结构的细节和工作情况，它并不作为对本发明的限定。

本发明至少由气缸体1、气缸2、活塞3、连杆4、主轴25、滑套14、与主轴相连为一体的棘轮61、与主轴转动配合的齿轮棘轮组件27、固定在滑套大摆臂24上的销轴13、固定在滑套小摆臂34上的销轴32、安装于小摆臂上的棘爪29、固定在气缸体上轴承座46上的悬臂轴17、与其转动配合的介轮16、固定在传动轴23上的小齿轮21和大齿轮22、固定在主轴上的大齿轮39、及由发射光电管40和接收光电管44组成的光电传感器构成。

气缸体1用铸铁或铝合金铸成。其上至少加工出四个轴线相互平行的气缸2，它们两两对置，且相互错开一定距离。与主轴同轴线的滑套14安装在四个气缸中间。其轴线与气缸轴线垂直，但不相交。滑套14用碳钢或硬铝合金制成。在滑套上对称设置两个大摆臂24和两个小摆臂34。它们相互错开90度角。在大摆臂上沿气缸轴线方向开槽，沿主轴线方向开有销孔。销轴13与该孔过渡配合。活塞3和活塞销11与现有发动机的相同。连杆4用锻钢或硬铝合金制成，与现有连杆相似，只是大头小一些。连杆的大头为剖分结构，它与连杆盖7安装在滑套14的大摆臂24的销轴13上，并置于大摆臂24的槽中。在连杆大头与销轴1 3之间装有用锡基轴承合金制成的轴瓦8。在连杆体中开有润滑油孔60。连杆小头与活塞相连接。在连杆小头与活塞销11之间装有铜套10。两个连杆中心线间的距离与它们对应的气缸轴线间的距离相等。销轴13用40Cr钢制成，中心开有小孔12。在销轴伸出大摆臂的两端装有弹簧挡圈42，用以限定销轴的位置。在小摆臂34上固定有用40Cr钢制成的销轴32。该销轴轴线与主轴平行。销轴两端露出摆臂的部分，分别装有两个方向相反的棘爪29。棘爪用金属橡胶材料制成，或用碳钢制成并在棘爪齿面上钎焊一层金属橡胶材料，以便提高其减振性能。在销轴露出端装有弹簧挡圈33，用以限定棘爪的位置。在棘爪前端装有销钉30。在销轴露出端弹簧挡圈外侧与销轴垂直方向开一小孔。一根与该小孔紧配合的弹簧钢丝31一端固定于小孔中，另一端压在销钉30上。其作用是将棘爪压靠在棘轮上。滑套14与主轴25转动配合。在滑套与主轴之间装有用锡基轴承合金制成的轴承套15。主轴25用40Cr钢制成，调质处理。在主轴中心开有油腔64，在对应各轴承处开有油路47。在主轴前端的轴承座46上设有润滑油入口45。它通过管路与机油泵相连接。在主轴与前轴承座之间装有轴承套55。在主轴与齿轮棘轮组件之间装有轴承套26。在主轴与后轴承座37和65之间装有轴瓦36和67。在轴承套15与26之间、轴承座37和65与大齿轮39之间装有推力轴承环56。上述轴承套、轴瓦和推力轴承环均用锡基轴承合金制成。在主轴后部加工有挡油盘35。在主轴后端加工有花键69。在主轴后端油腔口处加工有内螺纹和螺钉窝，并用内六角螺钉70和紫铜垫圈71将油腔封住。在主轴前部装有挡油盘48和套管50。它们与主轴过渡配合。在主轴前端油腔口处加工有内螺纹，并用螺钉52、压盖51、紫铜垫圈53和54将油腔封住。在气缸体1的前端主轴伸出处装有橡胶密封圈49。在气缸体后端法兰66上主轴伸出处装有橡胶密封圈68。在主轴后部加工有逆时针棘轮61。在主轴后部装有用40Cr钢制成的大齿轮39。它通过键38与主轴固定连接。在主轴前部装有用40Cr钢制成的齿轮棘轮组件27。其棘轮方向为顺时针。与齿轮棘轮组件27的齿轮相啮合的介轮16用40Cr钢制成。它与固定于轴承座46上的介轮轴17转动配合。介轮轴根部截面为梯形，其一端带有两个带孔的耳子。在轴承座46上开有与介轮轴根部截面相配合的横向燕尾槽。介轮轴根部插入该槽中，槽底部留有间隙。用螺钉和销钉将介轮轴17固定在轴承座46上。在介轮轴的耳子与轴承座的配合面之间垫有调整垫片77。其作用是调整与介轮相关齿轮的配合间隙。在介轮与介轮轴之间装有轴承套72。在介轮轴端装有螺钉74和紫铜挡圈73。其用途是封住介轮轴油路75和油腔76、限定介轮16的位置。与介轮相啮合的小齿轮21用40Cr钢制成。它通过键19与传动轴23固定配合。齿轮棘轮组件的齿轮、介轮16和小齿轮21模数相同。齿轮棘轮组件的齿轮与小齿轮21节圆相等。传动轴23用40Cr钢制成。在其另一端通过键19固定配合一个用40Cr钢制成的大齿轮22。它与固定在主轴上用40Cr钢制成的大齿轮39模数相同，节圆相等，直接啮合。在传动轴两端装配有用锡基轴承合金制成的轴承套58和62。它们分别固定在用碳钢制成的轴承座57和63中。轴承座57和63截面为长方形，带有两个带孔的耳子。它们分别通过螺钉固定在轴承座46和65上与其相配合的纵向槽中。槽的底部留有间隙。在轴承座57和63的耳子与轴承座46和65的配合面之间垫有调整垫片77。其用途是调整相关齿轮之间的配合间隙。在用碳钢板制成的气缸体顶盖9的下面，固定有两块用碳钢板制成的固定板6。两块固定板分别置于滑套大摆臂的两侧。在两块固定板上对应大摆臂上销轴13的中心孔12的左右止点的垂直线位置，各钻两个深盲孔。在两块固定板上对应大摆臂上销轴13的中心孔12的左右止点的位置，各钻两个与中心孔12同轴线的小孔41和43。它们分别与其对应的深盲孔相连通。两个发射光电管40连同导线分别插入摆臂右侧固定板的两个深盲孔中。其发射光电管头部刚好处于小孔41的位置。其导线通过固定于深盲孔上端的接线端子5与集中电控器相连接。两个接收光电管44连同导线分别插入摆臂左侧固定板的两个深盲孔中。其接收光电管头部刚好处于小孔43的位置。其导线通过固定于深盲孔上端的接线端子5与集中电控器相连接。在气缸体底部装有油底壳20。集滤器59置于油底壳中，并通过管路与机油泵相连通。其作用是回收用过的机油。发动机的气缸盖及气门控制机构与申请号为200510091222.X的发明专利所述相同，不再赘述。

本发明的工作情况如下：为叙述方便，将四个气缸按从上到下，从左到右，逆时针排序，分别命名为：E、F、G、H。假设图1此时的状态是：气缸E处于压缩终了状态，气缸F处于吸气终了状态，气缸G处于排气终了状态，气缸H处于燃烧终了状态。此时滑套大摆臂销轴13的中心孔12刚好处于其左止点A的位置。此时销轴的中心孔12刚好与两个固定板上的小孔41和43同轴线。发射光电管40发出的光被接收光电管43接收，并转变成电信号传至集中电控器。经计算机处理后确认此时应为气缸E燃烧行程开始。于是向喷油和点火系统发出指令，使气缸E的喷嘴喷油，火花塞点火。同时按即定程序向其它气缸的相应机构发出指令，使气缸F气门全关。气缸G排气门关，进气门开。气缸H排气门开，进气门关。这时气缸E开始燃烧行程，气缸F开始压缩行程，气缸G开始吸气行程，气缸H开始排气行程。此时滑套在气缸E的连杆推动下顺时针转动，通过连杆推动气缸H的活塞向右运动。其另一端的大摆臂通过连杆推动气缸F的活塞向左运动，同时拉动气缸G的活塞向左运动。此时滑套的小摆臂34的两个顺时针的棘爪29与齿轮棘轮组件27的棘轮的棘齿28相啮合，带动齿轮棘轮组件顺时针转动。齿轮棘轮组件27的齿轮通过介轮16，带动传动轴23上的小齿轮21和大齿轮22顺时针转动。大齿轮22与固定子主轴的大齿轮39相啮合，带动主轴逆时针转动。当大摆臂销轴的中心孔12转至右止点D时，它与另一对光电管所对应的小孔41和43同轴线。发射光电管40发出的光被接收光电管44接收，并转变成电信号传至集中电控器。经计算机处理后确认此时应为气缸F燃烧行程开始。于是集中电控器向各缸发出相应指令，使F缸开始燃烧行程，推动滑套逆时针转动。通过连杆推动G缸活塞右行，开始压缩行程。通过另一摆臂和连杆推动E缸活塞左行进行排气行程，拉动H缸活塞左行开始吸气行程。与此同时，固定于小摆臂的另一对棘爪与固定于主轴的逆时针棘轮的棘齿相啮合，带动主轴逆时针转动。固定于主轴的大齿轮34通过传动轴上的齿轮及介轮，带动齿轮棘轮组件顺时针转动。因为此时齿轮棘轮组件与滑套的转向相反，所以其上的棘轮与其对应的棘爪空滑动。象上面的工作行程继续下去，可以排出各气缸的工作程序：从图1的状态开始，气缸E：燃烧、排气、吸气、压缩。气缸F：压缩、燃烧、排气、吸气。气缸G：吸气、压缩、燃烧、排气。气缸H：排气、吸气、压缩、燃烧。每个气缸都完成一次上述四冲程循环后，将继续重复上述循环。除滑套摆转外，全部齿轮始终向同一方向转动。正反向两套棘轮交替工作，均将动力传给主轴，使主轴始终沿同一方向转动。

Claims (3)

1、一种无曲轴发动机的肘杆棘轮传动机构，它至少由气缸体(1)、气缸(2)、活塞(3)、连杆(4)、主轴(25)、滑套(14)、与主轴相连为一体的棘轮(61)、与主轴转动配合的齿轮棘轮组件(27)、固定在滑套大摆臂(24)上的第一销轴(13)、固定在滑套小摆臂(34)上的第二销轴(32)、安装于小摆臂上的棘爪(29)、固定在第一轴承座(46)上的悬臂轴(17)、与悬臂轴转动配合的介轮(16)、固定在传动轴(23)上的小齿轮(21)和第一大齿轮(22)、固定在主轴上的第二大齿轮(39)、及由发射光电管(40)和接收光电管(44)组成的光电传感器构成，其特征是：在气缸体(1)中设置至少四个轴线相互平行的气缸(2)，它们呈水平布置，分上下两组，两两相对，且相互错开一定距离，一个带有滑套(14)的主轴(25)置于两组气缸之间，主轴轴线与气缸的轴线相垂直，但不相交，在滑套上有两个大摆臂(24)和两个小摆臂(34)，它们对称布置，且相互错开90度角，在大摆臂上开有与气缸轴线相平行的槽，和与主轴轴线相平行的销孔，第一销轴(13)与大摆臂上的销孔相配合，两个连杆的大头置于大摆臂的槽中，连杆的大头为剖分结构，连杆大头通过连杆盖(7)安装在第一销轴(13)上，在第一销轴露出端装有第一弹簧挡圈(42)，用以限定第一销轴的位置，连杆的小头与活塞相连接，在小摆臂(34)上固定有第二销轴(32)，第二销轴轴线与主轴平行，第二销轴两端露出小摆臂的部分，分别装有两个方向相反的棘爪(29)，在销轴露出端装有弹簧挡圈(33)，在棘爪前端装有销钉(30)，在第二销轴露出端第二弹簧挡圈外侧与第二销轴垂直方向开有第一小孔，一根与第一小孔紧配合的弹簧钢丝(31)一端固定于第一小孔中，另一端压在销钉(30)上，其作用是将棘爪压靠在棘轮上，滑套(14)与主轴(25)转动配合，在主轴后部加工有能够逆时针转动的棘轮(61)，当滑套逆时针转动时，与棘轮(61)相啮合的棘爪拨动棘轮(61)，并带动主轴逆时针转动，在主轴后部靠近棘轮(61)处固定有第二大齿轮(39)，它通过第三键(38)与主轴固定连接，在主轴前部装有齿轮棘轮组件(27)，与主轴转动配合，齿轮棘轮组件的棘轮啮合方向为顺时针，与齿轮棘轮组件(27)的齿轮相啮合的介轮(16)，与固定于第一轴承座(46)上的介轮轴(17)转动配合，介轮轴根部截面为梯形，其一端带有两个带孔的耳子，在第一轴承座(46)上开有与介轮轴根部截面相配合的横向燕尾槽，介轮轴根部插入该槽中，槽底部留有间隙，用螺钉和销钉将介轮轴(17)固定在第一轴承座(46)上，在介轮轴的耳子与轴承座的配合面之间垫有第一调整垫片(77)，其作用是调整介轮与相啮合齿轮的配合间隙，与介轮相啮合的小齿轮(21)通过第一键(19)与传动轴(23)固定配合，传动轴与主轴平行，固定在主轴下方，齿轮棘轮组件(27)的齿轮与介轮(16)和小齿轮(21)模数相同，齿轮棘轮组件(27)的齿轮与小齿轮(21)节圆相等，在传动轴的另一端通过第二键(19)固定配合一个第一大齿轮(22)，它与固定在主轴上的第二大齿轮(39)模数相同，节圆相等，直接啮合，当滑套顺时针摆转时，与齿轮棘轮组件相啮合的棘爪拨动齿轮棘轮组件顺时针转动，并通过介轮和传动轴上的小齿轮和第一大齿轮及主轴上的第二大齿轮，带动主轴逆时针转动，在传动轴两端装配有第五轴承套(58)和第六轴承套(62)，第五轴承套(58)固定在第二轴承座(57)中，第六轴承套(62)固定在第三轴承座(63)中，第二轴承座(57)和第三轴承座(63)截面均为长方形，带有两个带孔的耳子，第二轴承座(57)通过螺钉固定在第一轴承座(46)上与其相配合的纵向槽中，槽的底部留有间隙，第三轴承座(63)通过螺钉固定在第四轴承座(65)上与其相配合的纵向槽中，槽的底部留有间隙，在第二轴承座(57)和第三轴承座(63)的耳子与第一轴承座(46)和第四轴承座(65)的配合面之间垫有第二调整垫片(77)，其用途是调整相关齿轮之间的配合间隙，全部转动构件的轴承采用滑动轴承，压力润滑，在气缸体顶盖(9)的下面，固定有两块固定板(6)，两块固定板分别置于滑套的大摆臂两侧，在两块固定板上对应大摆臂上第一销轴(13)的中心孔(12)的左右止点的垂直线位置，各钻两个深盲孔，在两块固定板上相对于大摆臂上第一销轴(13)的中心孔(12)的左右止点的位置，各钻两个与第一销轴中心孔(12)同轴线的第二小孔(41)和第三小孔(43)，它们分别与其对应的深盲孔相连通，两个发射光电管(40)连同导线分别插入摆臂右侧固定板的两个深盲孔中，其发射光电管头部刚好处于第二小孔(41)的位置，其导线与集中电控器相连接，两个接收光电管(44)连同导线分别插入摆臂左侧固定板的两个深盲孔中，其接收光电管头部刚好处于第三小孔(43)的位置，其导线与集中电控器相连接。

2、根据权利要求1所述的肘杆棘轮传动机构，其特征是：棘爪是用金属橡胶材料制成的。

3、根据权利要求1所述的肘杆棘轮传动机构，其特征是：棘爪是用碳钢制成的，在棘爪齿面上钎焊一层金属橡胶材料。

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