專利名稱：對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鈩?dòng)力領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是一種對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，一般的內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī))都由機(jī)體、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)等組成，工作過(guò)程分吸氣、壓縮、燃燒做功、排氣四個(gè)沖程。這類內(nèi)燃機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用的都是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)連桿將活塞的動(dòng)力傳遞給曲軸，并將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于這類內(nèi)燃機(jī)是靠活塞的直線運(yùn)動(dòng)和連桿的平面運(yùn)動(dòng)來(lái)壓迫驅(qū)使曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而造成各運(yùn)動(dòng)副之間存在著較大的摩擦，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)傳動(dòng)效率低。這些現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)還有如下主要缺點(diǎn)體積大；連桿、曲軸上 的不平衡離心力較大；沖擊大，振動(dòng)大；并由此引起較大的機(jī)械磨損，使內(nèi)燃機(jī)壽命縮短；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工、制造、裝配等都比較困難；此外，一般內(nèi)燃機(jī)與變速裝置是兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)器，通常內(nèi)燃機(jī)需另外安裝變速器用于后續(xù)變速，造成體積龐大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、沖擊振動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、功率大、壽命長(zhǎng)、效率高等特點(diǎn)的高速四沖程內(nèi)燃機(jī)一對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，主要由氣缸蓋(I)、排氣門(mén)(2)、進(jìn)氣門(mén)(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、滾輪(9)、外凸內(nèi)齒圈(10)、活齒(11)、活齒架(12)、對(duì)稱雙相凸輪(13)、活齒銷(14)、輸出軸(15)和供油系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)組成，其特征在于八個(gè)氣缸(4)環(huán)形對(duì)稱均勻布置在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍，外凸內(nèi)兩相激波擺動(dòng)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)——?dú)飧谆钊?7)通過(guò)推桿(6)直接作用于外凸內(nèi)齒圈(10)上,推動(dòng)外凸內(nèi)齒圈(10)旋轉(zhuǎn),夕卜凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)部齒形面推動(dòng)活齒(11)繞固定在活齒架(12)上的活齒銷(14)擺動(dòng)，而活齒架(12)與機(jī)架固定聯(lián)接，故在活齒架和活齒銷的共同約束作用下活齒(11)與對(duì)稱雙相凸輪(13)相嚙合，驅(qū)使對(duì)稱雙相凸輪(13)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將動(dòng)力傳給與對(duì)稱雙相凸輪(13)鍵聯(lián)接的輸出軸(15)輸出。在上述技術(shù)方案中，外凸內(nèi)兩相激波擺動(dòng)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合而成，其中的凸輪機(jī)構(gòu)由活塞(7)、彈簧(8)、推桿(6)、滾輪(9)、外凸內(nèi)齒圈(10)、缸體(5)組成,推桿(6)的一端與活塞(7)固定聯(lián)接,另一端安裝滾輪(9 )，滾輪(9 )使推桿(6 )與外凸內(nèi)齒圈(10 )之間為滾動(dòng)摩擦聯(lián)接，彈簧(8 )的一端固定在活塞(7)的底部，另一端固定在氣缸(4)下部的凸臺(tái)上，彈簧(8)使推桿(6)上的滾輪(9 )始終與外凸內(nèi)齒圈(10 )接觸，每個(gè)氣缸都配有活塞、帶滾輪的推桿及彈簧。對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由外凸內(nèi)齒圈(10)、活齒架(12)、對(duì)稱雙相凸輪(13)、輸出軸(15)、活齒(11)和活齒銷(14)組成，外凸內(nèi)齒圈(10)的外表面是四相凸輪輪廓，內(nèi)部是對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)中的內(nèi)齒圈齒形面，故外凸內(nèi)齒圈(10)既是凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈，外凸內(nèi)齒圈(10)將內(nèi)燃機(jī)和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)地合二為一，整個(gè)對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)置于外凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)部。對(duì)稱雙相凸輪(13)自身形狀呈180度中心對(duì)稱，自身質(zhì)量完全平衡，其輪廓曲線為標(biāo)準(zhǔn)橢圓曲線，或?yàn)殡p相余弦曲線，或?yàn)殡p偏心圓弧曲線。外凸內(nèi)齒圈(10)的外表面凸輪輪廓曲線可以根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要選定，以獲得最佳的動(dòng)力學(xué)性能，提高內(nèi)燃機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率。輸出軸(15)、外凸內(nèi)齒圈(10)、活齒架(12)和對(duì)稱雙相凸輪(13)等零件的軸心線重合并由機(jī)架軸承支承?；铨X數(shù)Z11和外凸內(nèi)齒圈(10)的波數(shù)Zltl相差為2，活齒架(12)與機(jī)架固聯(lián)，對(duì)稱雙相凸輪(13)與輸出軸(15)鍵聯(lián)接，活齒銷(14)周向均布并固定在活齒架(12)上,活齒(11)與活齒銷(14)組成轉(zhuǎn)動(dòng)副,活齒(11)同時(shí)還與外凸內(nèi)齒圈(10)、對(duì)稱雙相凸輪(13)分別相嚙合各形成一個(gè)高副。
在上述技術(shù)方案中，外凸內(nèi)齒圈(10)的外部為具有互成90°夾角且軸心對(duì)稱的四個(gè)凸出部分的四相凸輪，八個(gè)氣缸(4)環(huán)形對(duì)稱均布在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍，其中任意兩個(gè)相隔180°對(duì)稱布置的氣缸活塞(7)工作狀態(tài)同步，將相隔180°的兩個(gè)氣缸活塞作為一組，則氣缸可分為四組，四組氣缸活塞依次進(jìn)行吸氣沖程、壓縮沖程、氣體燃燒做功沖程和排氣沖程，相鄰兩組氣缸的活塞沖程進(jìn)程對(duì)應(yīng)于外凸內(nèi)齒圈(10)轉(zhuǎn)角的相位差為45°。輸出軸轉(zhuǎn)速取決于對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)比，而適當(dāng)選擇對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)的配齒方案，可獲得較小的傳動(dòng)比，可以實(shí)現(xiàn)高速輸出。與已有技術(shù)相比本發(fā)明的主要發(fā)明點(diǎn)在于。①八個(gè)氣缸環(huán)形對(duì)稱均布在外凸內(nèi)齒圈周圍，氣缸活塞通過(guò)推桿直接作用于外凸內(nèi)齒圈上，動(dòng)力由外凸內(nèi)齒圈經(jīng)對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)傳給輸出軸輸出。②外凸內(nèi)齒圈的外部為具有四個(gè)互成90°夾角凸出部分的四相凸輪，而內(nèi)部為內(nèi)齒圈齒形面的結(jié)構(gòu)，將對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)置于凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪中，使凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈合二為一，得到外凸內(nèi)兩相激波擺動(dòng)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并用該新機(jī)構(gòu)取代現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，將活齒傳動(dòng)技術(shù)引入內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，不但徹底去除了曲軸和連桿，而且將內(nèi)燃機(jī)與變速裝置(增速器)合二為一，得到了一種結(jié)構(gòu)緊湊、小巧的新型高轉(zhuǎn)速動(dòng)力機(jī)器，與曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)相比，本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)軸向尺寸大大減小，且在相同轉(zhuǎn)速要求下，有害氣體的排放大大減小。③內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出軸為與對(duì)稱雙相凸輪鍵聯(lián)接的輸出軸，對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)由外凸內(nèi)齒圈輸入動(dòng)力，活齒架固定，對(duì)稱雙相凸輪輸出，可以實(shí)現(xiàn)較小的傳動(dòng)t匕，內(nèi)燃機(jī)高速輸出動(dòng)力。④輸出軸轉(zhuǎn)速取決于外凸內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)t匕，而適當(dāng)選擇對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)的配齒方案，可獲得較小的傳動(dòng)比，且激波器為對(duì)稱雙相凸輪，活齒數(shù)Z11和外凸內(nèi)齒圈的波數(shù)Zltl相差為2，不需偏心安裝，整個(gè)內(nèi)燃機(jī)受力自平衡。⑤對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)中，外凸內(nèi)齒圈與活齒為多齒嚙合，故可實(shí)現(xiàn)較大功率、內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果。I.沖擊振動(dòng)小、噪聲小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)
由于本發(fā)明采用外凸內(nèi)兩相激波擺動(dòng)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)取代了現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，徹底取消了曲軸和連桿，外凸內(nèi)齒圈和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)都是軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，沒(méi)有偏心質(zhì)量和不平衡離心力，消除了因曲軸質(zhì)量偏心、連桿作平面運(yùn)動(dòng)引起的慣性力和傾覆力矩以及由此產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)和噪聲，消除了連桿偏擺導(dǎo)致活塞拍擊氣缸壁造成的振動(dòng)和噪聲；八個(gè)氣缸環(huán)形對(duì)稱均布在外凸內(nèi)齒圈周圍，其中任意兩個(gè)相隔180°對(duì)稱布置的氣缸活塞工作狀態(tài)同步，即或同時(shí)吸氣、或同時(shí)壓縮、或同時(shí)氣體燃燒做功、或同時(shí)排氣，因此，沖擊力總是成對(duì)的出現(xiàn)，可以相互抵消，使外凸內(nèi)齒圈受合力為零，故沖擊振動(dòng)較小，因而內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)。2.結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、軸向尺寸小
由于取消了笨重復(fù)雜的曲軸，各氣缸環(huán)形對(duì)稱均布在外凸內(nèi)齒圈周圍，而且對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)置于外凸內(nèi)齒圈中，外凸內(nèi)齒圈既是凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈，所以本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、軸向尺寸小、體積小、重量輕；本發(fā)明采用外凸內(nèi)兩相激波擺動(dòng)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出活塞產(chǎn)生的動(dòng)力，將內(nèi)燃機(jī)與變速裝置合二為一，無(wú)需另配變速裝置，結(jié)構(gòu)大大縮減，所以結(jié)構(gòu)緊湊、小巧。3.傳動(dòng)比較小，整機(jī)一體化增速，高轉(zhuǎn)速輸出
本內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出軸為與對(duì)稱雙相凸輪鍵聯(lián)接的輸出軸，對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)以外凸內(nèi)齒圈輸入動(dòng)力，活齒架固定，對(duì)稱雙相凸輪輸出，適當(dāng)選擇配齒方案，可以實(shí)現(xiàn)較小的傳動(dòng)比，而且仍然保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)燃機(jī)高速輸出動(dòng)力，可廣泛應(yīng)用于需高轉(zhuǎn)速的領(lǐng)域，諸如小型發(fā)電機(jī)、直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等。較高的轉(zhuǎn)速輸出，在需求轉(zhuǎn)速一定的時(shí)候，可大大減少有害氣體的排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的。4.摩擦磨損小、受力自平衡、油耗低、效率高、壽命長(zhǎng)
因?yàn)榛钊尿?qū)動(dòng)力通過(guò)推桿滾輪直接傳遞給外凸內(nèi)齒圈后經(jīng)對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)傳給輸出軸輸出。活塞推桿與外凸內(nèi)齒圈之間為滾動(dòng)摩擦聯(lián)接，傳動(dòng)效率高，取消了磨損嚴(yán)重、摩擦功耗大的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)為多齒嚙合、承載能力較大，傳動(dòng)效率高，因多齒同時(shí)嚙合，輸出剛度大，傳動(dòng)也更加平穩(wěn)可靠。同時(shí)對(duì)稱雙相凸輪可以實(shí)現(xiàn)激波并保證其自身及諸活齒的受力自動(dòng)平衡，在傳動(dòng)裝置中不存在一齒差活齒傳動(dòng)因偏心安裝激波器而存在的慣性力、激振力和傾覆力矩等，從傳動(dòng)原理上避免了傳動(dòng)裝置的振動(dòng)激勵(lì)，從而有利于提高傳動(dòng)的效率，其效率值可達(dá)0. 9以上。機(jī)械摩擦磨損也較小，油耗低，內(nèi)燃機(jī)壽命較長(zhǎng)。5.具有良好的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放指標(biāo)
由于活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于外凸內(nèi)齒圈的外部輪廓曲線，所以可通過(guò)選取恰當(dāng)?shù)幕钊\(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)凸輪輪廓，而恰當(dāng)?shù)幕钊\(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)當(dāng)使氣缸中的氣體燃燒充分、完善、燃料熱能利用率高，因此，本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)，可達(dá)到節(jié)能環(huán)保和提聞機(jī)器效率的目的。6.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、生產(chǎn)成本低
本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)中的零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、生產(chǎn)成本低，徹底取消了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造困難的曲軸和連桿。7.承載能力較大,轉(zhuǎn)速平穩(wěn)
對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)為多齒嚙合，傳動(dòng)平穩(wěn)，活齒可共同分擔(dān)載荷實(shí)現(xiàn)功率分流。故內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)，承載能力大。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。但要特別指出的是，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不限于下面實(shí)施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，還可很容易地設(shè)計(jì)出其他的具體實(shí)施方式
，因此不應(yīng)將下面給出的具體實(shí)施方式
的實(shí)施例理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍，將本發(fā)明的保護(hù)范圍限制在所給出的實(shí)施例。圖I是對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是外凸內(nèi)齒圈和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒機(jī)構(gòu)的示意圖。上述各附圖中圖識(shí)標(biāo)號(hào)的標(biāo)識(shí)對(duì)象是1氣缸蓋、2排氣門(mén)、3進(jìn)氣門(mén)、4氣缸、5缸體、6推桿、7活塞、8彈簧、9滾輪、10外凸內(nèi)齒圈、11活齒、12活齒架、13對(duì)稱雙相凸輪、14活齒銷、15輸出軸。
具體實(shí)施例圖1，圖2所示對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，由氣缸蓋(I)、排氣門(mén)(2)、進(jìn)氣門(mén)(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、滾輪(9)、外凸內(nèi)齒圈(10)、活齒
(11)、活齒架(12)、對(duì)稱雙相凸輪(13)、活齒銷(14)、輸出軸(15)等組成。八個(gè)氣缸(4)軸心對(duì)稱地環(huán)形均布在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍,相鄰兩個(gè)氣缸的夾角為45°。每個(gè)氣缸(4)中有一個(gè)活塞(7 )，推桿(6 )的一端與活塞(7 )固結(jié)在一起，另一端裝有滾輪(9 )，滾輪(9 )使推桿(6)與外凸內(nèi)齒圈(10)之間的聯(lián)接為滾動(dòng)摩擦聯(lián)接，彈簧(8)的一端固定在活塞(7)底部，另一端固定在氣缸(4)下部的凸臺(tái)上，彈簧(8)的作用是使推桿(6)上的滾輪(9)始終與外凸內(nèi)齒圈(10)接觸。外凸內(nèi)齒圈(10)的外部是具有互成90°夾角且軸心對(duì)稱的四個(gè)凸出部分的四相凸輪，內(nèi)部是內(nèi)齒圈齒形面。外凸內(nèi)齒圈(10)將凸輪機(jī)構(gòu)和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)的結(jié)合為一體。外凸內(nèi)齒圈(10)既是凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈，整個(gè)對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)嵌于外凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)部。對(duì)稱雙相凸輪(13)的輪廓曲線可為標(biāo)準(zhǔn)橢圓曲線或雙相余弦曲線或雙偏心園弧曲線，故對(duì)稱雙相凸輪(13)自身形狀呈180°中心對(duì)稱，自身質(zhì)量完全平衡，本實(shí)施例中選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓曲線為對(duì)稱雙相凸輪(13)的輪廓曲線。對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由外凸內(nèi)齒圈(10)、活齒(11)、活齒架(12)、對(duì)稱雙相凸輪(13)、活齒銷
(14)和與對(duì)稱雙相凸輪(13)鍵聯(lián)接的輸出軸(15)組成?；铨X架(12)與機(jī)架固聯(lián)，活齒銷
(14)周向均布并固定在活齒架(12)上，活齒(11)可繞活齒銷(14)做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，活齒與活齒銷(14)形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，活齒(11)同時(shí)還與外凸內(nèi)齒圈(10)、對(duì)稱雙相凸輪(13)分別相嚙合形成高副。輸出軸(15)、外凸內(nèi)齒圈(10)、活齒架(12)和對(duì)稱雙相凸輪(13)等零件的軸心線重合并由機(jī)架軸承支承。因此本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)不僅有對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)的一系列優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)非常緊湊。外凸內(nèi)齒圈(10)的外表面凸輪輪廓曲線可按需要選取不同的曲線。本實(shí)施例按活塞(7)作余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)確定凸輪輪廓曲線，即當(dāng)外凸內(nèi)齒圈(10)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞(7)按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)周期為外凸內(nèi)齒圈(10)旋轉(zhuǎn)周期的四分之一。本實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出軸為與對(duì)稱雙相凸輪鍵聯(lián)接的輸出軸(15)，對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)以外凸內(nèi)齒圈輸入動(dòng)力，活齒架固定，對(duì)稱雙相凸輪輸出，可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，內(nèi)燃機(jī)可高速輸出動(dòng)力。本發(fā)明所述內(nèi)燃機(jī)的工作原理是當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，氣體燃燒做功汽缸中的活塞
(7)，其驅(qū)動(dòng)力通過(guò)推桿(6)及滾輪(9)作用于外凸內(nèi)齒圈(10)上，推動(dòng)外凸內(nèi)齒圈(10)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力由外凸內(nèi)齒圈(10)經(jīng)對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳給輸出軸(15)輸出；由于外凸內(nèi)齒圈(10)的旋轉(zhuǎn)，滾輪(9)沿著外凸內(nèi)齒圈(10)輪廓滾動(dòng)而使推桿(6)和沒(méi)有做功的活塞(7)在氣缸(4)內(nèi)滑動(dòng)，完成吸氣、或壓縮氣體、或排氣的任務(wù)。在圖I中，將氣缸a和e、b和f、c和g、d和h各作為一組,則可分為四組氣缸。設(shè)氣缸a、e中的活塞處于吸氣沖程的開(kāi)始位置，氣缸b、f中的活塞處于壓縮沖程的開(kāi)始位置，氣缸c、g中的活塞處于氣體燃燒做功沖程的開(kāi)始位置，氣缸d、h中的活塞處于排氣沖程的開(kāi)始位置，相鄰兩組氣缸活塞的沖程進(jìn)程相差一個(gè)沖程，對(duì)應(yīng)于外凸內(nèi)齒圈(10)轉(zhuǎn)角的相位差為45°。則外 凸內(nèi)齒圈(10)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)45°以后，氣缸b、f又開(kāi)始燃燒做功，外凸內(nèi)齒圈再逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)45°之后，氣缸a、e又開(kāi)始燃燒做功，氣缸a、e燃燒做功完成以后接著是氣缸d、h開(kāi)始燃燒做功，之后又輪到氣缸c和g燃燒做功，如此循環(huán)下去，使外凸內(nèi)齒圈(10 )連續(xù)平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)，外凸內(nèi)齒圈的內(nèi)齒形面推動(dòng)活齒(11)繞活齒銷(14)擺動(dòng)，在活齒架(12)和活齒銷(14)的共同約束作用下迫使活齒(11)與對(duì)稱雙相凸輪(13)嚙合，驅(qū)動(dòng)對(duì)稱雙相凸輪(13)轉(zhuǎn)動(dòng)，并由與對(duì)稱雙相凸輪(13)鍵聯(lián)接的輸出軸(15)連續(xù)平穩(wěn)地將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)輸出。由于每組氣缸中的兩個(gè)氣缸相隔180°對(duì)稱布置，并且工作狀態(tài)隨時(shí)相同，所以八個(gè)活塞(7)對(duì)外凸內(nèi)齒圈(10)的綜合作用效果是外凸內(nèi)齒圈(10)只受純力偶的作用，而合力為零。由于外凸內(nèi)齒圈(10)和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅具有結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，而且受力也是對(duì)稱的，故它們所受合力為零，只受力偶作用。因此本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的沖擊振動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。為說(shuō)明本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的變速特性，設(shè)活齒(11)的齒數(shù)為
Zn =10 ;外凸內(nèi)齒圈(10)的波數(shù)為Zifl =12，外凸內(nèi)齒圈(10)的轉(zhuǎn)速為=400 r/min,
活齒架(12)與機(jī)架固定連接(活齒架的角速度= O )，則對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)比為
Ai zI0 zIl 12-10 I W_ Zm _ 12 _6
所以得n15= n13=2400r/min，可見(jiàn)對(duì)稱雙相凸輪(13)、輸出軸(15)的轉(zhuǎn)向與外凸內(nèi)齒圈(10)的相同，輸出軸(15)的轉(zhuǎn)速相對(duì)于外凸內(nèi)齒圈(10)的轉(zhuǎn)速有很大程度的提高，內(nèi)燃機(jī)不需要額外添加變速器就可實(shí)現(xiàn)高速輸出動(dòng)力。這種特性可廣泛應(yīng)用于需高轉(zhuǎn)速的領(lǐng)域，諸如直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、小型發(fā)電機(jī)等，輸出轉(zhuǎn)速一定時(shí)，可減少有害氣體的排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的。本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)還設(shè)置有起動(dòng)系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)
坐寸o
權(quán)利要求
1.對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，主要由氣缸蓋(I)、排氣門(mén)(2)、進(jìn)氣門(mén)(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、滾輪(9)、外凸內(nèi)齒圈(10)、活齒(11)、活齒架(12)、對(duì)稱雙相凸輪(13)、活齒銷(14)、輸出軸(15)和供油系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)組成，其特征在于八個(gè)氣缸(4)環(huán)形對(duì)稱均勻布置在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍，外凸內(nèi)兩相激波擺動(dòng)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)-氣缸活塞(7)通過(guò)推桿(6)直接作用于外凸內(nèi)齒圈(10)上,推動(dòng)外凸內(nèi)齒圈(10)旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力由外凸內(nèi)齒圈(10)經(jīng)對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)傳遞給與對(duì)稱雙相凸輪鍵聯(lián)接的輸出軸(15)輸出，外凸內(nèi)齒圈(10)將內(nèi)燃機(jī)和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)有機(jī)地融為一體，使內(nèi)燃機(jī)無(wú)需再配備變速器，高速輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于上述外凸內(nèi)兩相激波擺動(dòng)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合 而成，其中的凸輪機(jī)構(gòu)由活塞(7)、彈簧(8)、推桿(6)、滾輪(9)、外凸內(nèi)齒圈(10)、缸體(5)組成，推桿(6)的一端與活塞(7)固定聯(lián)接，另一端安裝滾輪(9)，滾輪(9)使推桿(6)與外凸內(nèi)齒圈(10)之間為滾動(dòng)摩擦聯(lián)接，彈簧(8)的一端固定在活塞(7)的底部，另一端固定在氣缸(4)下部的凸臺(tái)上，彈簧(8)使推桿(6)上的滾輪(9)始終與外凸內(nèi)齒圈(10)接觸；對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由外凸內(nèi)齒圈(10)、活齒架(12)、對(duì)稱雙相凸輪(13)、輸出軸(15)、活齒(11)和活齒銷(14)組成，且外凸內(nèi)齒圈(10)、活齒架(12)和對(duì)稱雙相凸輪(13)、輸出軸(15)的軸心線重合并由機(jī)架軸承支撐，活齒架(12)與機(jī)架固定，活齒數(shù)Zn和外凸內(nèi)齒圈(10)的波數(shù)Zltl相差為2，對(duì)稱雙相凸輪(13)與輸出軸(15)鍵聯(lián)接，活齒銷(14)周向均布并固定在活齒架(12)上，活齒(11)與活齒銷(14)組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，活齒(11)在繞活齒銷(14)擺動(dòng)的同時(shí)與外凸內(nèi)齒圈(10)、對(duì)稱雙相凸輪(13)分別相嚙合各形成一個(gè)聞苜1J。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于上述外凸內(nèi)齒圈(10)的外部是具有互成90°夾角且軸心對(duì)稱的四個(gè)凸出部分的四相凸輪，內(nèi)部是對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)中的內(nèi)齒圈齒形面，故外凸內(nèi)齒圈(10)既是凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈，整個(gè)對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)嵌于外凸內(nèi)齒圈(10)的內(nèi)部；對(duì)稱雙相凸輪(13)自身形狀呈180°中心對(duì)稱，自身質(zhì)量完全平衡，其輪廓曲線為標(biāo)準(zhǔn)橢圓曲線，或?yàn)殡p相余弦曲線，或?yàn)殡p偏心圓弧曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3所述的對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于輸出軸轉(zhuǎn)速取決于對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)比，而適當(dāng)選擇對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)的配齒方案，可獲得較小的傳動(dòng)比，可以實(shí)現(xiàn)高速輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4所述的對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于上述的內(nèi)燃機(jī)中八個(gè)氣缸(4)環(huán)形對(duì)稱均布在外凸內(nèi)齒圈(10)的周圍，其中任意兩個(gè)相隔180°對(duì)稱布置的氣缸活塞(7)工作狀態(tài)同步，將相隔180°的兩個(gè)氣缸活塞作為一組，則氣缸可分為四組，四組氣缸活塞依次進(jìn)行吸氣沖程、壓縮沖程、氣體燃燒做功沖程和排氣沖程，相鄰兩組氣缸的活塞沖程進(jìn)程對(duì)應(yīng)于外凸內(nèi)齒圈(10)轉(zhuǎn)角的相位差為45° ; 氣缸活塞(7)通過(guò)推桿(6)直接作用于外凸內(nèi)齒圈(10)上,推動(dòng)外凸內(nèi)齒圈(10)旋轉(zhuǎn)，外凸內(nèi)齒圈(10)的齒形面推動(dòng)活齒(11)繞固定在活齒架(12)上的活齒銷(14)擺動(dòng)，而活齒架(12)與機(jī)架固定聯(lián)接，故在活齒架和活齒銷的約束作用下活齒(11)與對(duì)稱雙相凸輪(13)相嚙合，驅(qū)使對(duì)稱雙相凸輪(13)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將動(dòng)力傳給與對(duì)稱雙相凸輪(13)鍵聯(lián)接的輸出軸(15)輸出，實(shí)現(xiàn)高速輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5所述的對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，其特征在于對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)中，外凸內(nèi)齒圈與活齒為多齒嚙合，故可實(shí)現(xiàn)較大功率，平穩(wěn)傳動(dòng)。
全文摘要
對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)，涉及燃?xì)鈩?dòng)力領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種新型內(nèi)燃機(jī)，八個(gè)氣缸環(huán)形對(duì)稱均布在外凸內(nèi)齒圈周圍，使外凸內(nèi)齒圈受合力為零，氣缸活塞通過(guò)推桿直接作用于外凸內(nèi)齒圈上，動(dòng)力由外凸內(nèi)齒圈經(jīng)對(duì)稱雙相凸輪擺動(dòng)式活齒傳動(dòng)傳給與對(duì)稱雙相凸輪鍵聯(lián)接的輸出軸。該內(nèi)燃機(jī)省去了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中的連桿和曲軸，其外凸內(nèi)兩相激波擺動(dòng)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)沒(méi)有偏心質(zhì)量、具有慣性力及工作載荷自平衡的優(yōu)點(diǎn)。輸出軸轉(zhuǎn)速取決于活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)比，若活齒架固定，則對(duì)稱雙相凸輪高速輸出，可廣泛應(yīng)用于需高速轉(zhuǎn)速的領(lǐng)域，諸如直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、小型發(fā)電機(jī)等，輸出轉(zhuǎn)速一定時(shí)，可減少有害氣體的排放。該內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，受力自平衡，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
文檔編號(hào)F02B75/40GK102828825SQ20121035553
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者梁尚明, 賀飛飛, 柳明輝 申請(qǐng)人:四川大學(xué)