本發(fā)明涉及燃?xì)鈩?dòng)力領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是一種端齒輪凸輪活齒架輸出式內(nèi)燃機(jī)。

背景技術(shù)：

目前使用較普遍的內(nèi)燃機(jī)是往復(fù)式四沖程曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)，這種內(nèi)燃機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)都采用曲軸連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸，從而將活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于這種內(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)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。曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)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(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。

另外，通常內(nèi)燃機(jī)與變速裝置是兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)器，內(nèi)燃機(jī)需另外安裝減速器用于后續(xù)變速，造成體積龐大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為克服現(xiàn)有往復(fù)式四沖程曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、功率大、壽命長(zhǎng)、效率高的四沖程內(nèi)燃機(jī)——端齒輪凸輪活齒架輸出式內(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：一種端齒輪凸輪活齒架輸出式內(nèi)燃機(jī)，主要由氣缸蓋(1)、進(jìn)氣門(mén)(2)、排氣門(mén)(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、萬(wàn)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(pán)激波器(13)、輸出軸(14)、密封圈(15)、輸出端軸承蓋(16)、深溝球軸承(17)、套筒(18)、鍵(19)、螺釘(20)、深溝球軸承(21)、氣缸端軸承蓋(22)、鋼球(23)及起動(dòng)系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)組成，其特征在于：用槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)取代現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)中的曲軸連桿機(jī)構(gòu)，在端齒輪凸輪(10)的右邊設(shè)置八個(gè)氣缸(4)，八個(gè)氣缸(4)的頂端位于垂直于輸出軸(14)的軸線的同一平面內(nèi)，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(gè)活塞(7)分別放入八個(gè)氣缸(4)中，活塞(7)的軸向左右往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S(14)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，端齒輪凸輪(10)將內(nèi)燃機(jī)和槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)有機(jī)的融為一體，使內(nèi)燃機(jī)無(wú)需再額外配備變速器。上述槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)由萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)和槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合而成。其中，萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)由端齒輪凸輪(10)、萬(wàn)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(lián)接，另一端通過(guò)螺紋聯(lián)接裝有萬(wàn)向球組件(9)，萬(wàn)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(lián)接為滾動(dòng)摩擦聯(lián)接，改變了現(xiàn)有往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中活塞與連桿、連桿與曲軸之間的鉸鏈聯(lián)接關(guān)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(lián)接，另一端與氣缸(4)的底部聯(lián)接，彈簧(8)使推桿(6)上的萬(wàn)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(guò)深溝球軸承(21)支撐于輸出軸(14)上。槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由端齒輪凸輪(10)、鋼球活齒(11)、活齒架(12)、槽式兩相擺盤(pán)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(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的端齒輪，活齒架(12)與輸出軸(14)之間通過(guò)鍵(19)周向固定聯(lián)接，槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)通過(guò)螺釘(20)與缸體(5)固聯(lián)，槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)的左邊是端齒輪凸輪活齒架輸出式內(nèi)燃機(jī)的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤(pán)激波器，即是說(shuō)槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)將內(nèi)燃機(jī)的左邊殼體和槽式兩相擺盤(pán)激波器合二為一，內(nèi)燃機(jī)的左邊殼體和槽式兩相擺盤(pán)激波器也可以分別制造后再剛性連接成一個(gè)整體，輸出軸(14)的兩端通過(guò)一對(duì)深溝球軸承(17)分別支撐于槽式兩相擺盤(pán)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(pán)激波器(13)四個(gè)零件的軸心線重合，輸出端軸承蓋(16)、一對(duì)深溝球軸承(17)、套筒(18)、氣缸端軸承蓋(22)對(duì)活齒架(12)及輸出軸(14)進(jìn)行了軸向固定；鋼球活齒(11)的個(gè)數(shù)Z₁₁和端齒輪凸輪(10)的齒數(shù)即波數(shù)Z₁₀相差為2；在活齒架(12)上開(kāi)有Z₁₁個(gè)軸向通孔，這Z₁₁個(gè)軸向通孔的軸線與活齒架(12)的軸線平行，且關(guān)于活齒架(12)的軸線等距并周向均布，Z₁₁個(gè)鋼球活齒(11)分別裝在活齒架(12)的Z₁₁個(gè)半徑與鋼球活齒(11)半徑相同的軸向通孔內(nèi)并可自由地軸向運(yùn)動(dòng)；鋼球活齒(11)與端齒輪凸輪(10)、槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)和活齒架(12)同時(shí)保持嚙合接觸。在槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(chēng)槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分度圓柱，也是槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)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(gè)氣缸(4)的軸心線都在槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)的分度圓柱面上。端齒輪凸輪(10)的右端是軸心對(duì)稱(chēng)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(duì)應(yīng)的圓心角為90°，該四相凸輪的導(dǎo)槽截面為半徑與萬(wàn)向球組件(9)中的鋼球(23)的半徑相同的圓弧，可通過(guò)選取恰當(dāng)?shù)幕钊?7)軸向運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內(nèi)燃機(jī)得到最佳的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)；在槽式兩相擺盤(pán)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(kāi)有軸心對(duì)稱(chēng)、周向均勻分布的導(dǎo)槽，該兩周向?qū)Р凼卿撉蚧铨X(11)隨活齒架(12)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)在活齒架(12)的軸向通孔中運(yùn)動(dòng)時(shí)所處一系列位置的包絡(luò)曲面，該兩周向?qū)Р墼谳S截面內(nèi)的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒(11)的半徑相同，該兩周向?qū)Р鄣能壽E都是余弦函數(shù)曲線沿圓柱面的分布，其中端齒輪凸輪(10)左端的周向?qū)Р圮壽E的余弦函數(shù)周期數(shù)等于端齒輪凸輪(10)的齒數(shù)Z₁₀，槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)右端的周向?qū)Р圮壽E的余弦函數(shù)周期數(shù)等于槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)的軸向波幅數(shù)2，即是說(shuō)槽式兩相擺盤(pán)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(gè)相同的軸向凸出部分，每個(gè)凸出部分對(duì)應(yīng)的圓心角為180°；端齒輪凸輪(10)既是萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的端齒輪，使本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。上述八個(gè)氣缸(4)中任意兩個(gè)相隔180°對(duì)稱(chēng)布置的活塞(7)工作狀態(tài)同步，將工作狀態(tài)同步的兩個(gè)活塞(7)作為一組，四組活塞(7)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(4)相差一個(gè)沖程，對(duì)應(yīng)于端齒輪凸輪(10)轉(zhuǎn)角的相位差為45°?；钊?7)通過(guò)推桿(6)的軸向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)使得端齒輪凸輪(10)旋轉(zhuǎn)，端齒輪凸輪(10)將動(dòng)力經(jīng)槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳給與活齒架(12)鍵聯(lián)接的輸出軸(14)，最后動(dòng)力由輸出軸(14)輸出。

上述槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，鋼球活齒(11)與槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)、活齒架(12)和端齒輪凸輪(10)均為多齒嚙合，且接觸面積大，故可實(shí)現(xiàn)大功率傳動(dòng)。

本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)其他未提及的地方均采用現(xiàn)有技術(shù)。

與已有技術(shù)相比本發(fā)明的主要發(fā)明點(diǎn)在于：

①用槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)取代現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)中的曲軸連桿機(jī)構(gòu)，不但徹底去除了曲軸和連桿，而且活塞的軸向左右往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)經(jīng)槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，端齒輪凸輪將內(nèi)燃機(jī)和槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)有機(jī)的融為一體，使內(nèi)燃機(jī)與變速裝置合二為一，得到了一種結(jié)構(gòu)緊湊、小巧的新型大功率動(dòng)力機(jī)器，氣缸軸向布置的設(shè)計(jì)使內(nèi)燃機(jī)徑向尺寸大大減小。上述槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)由萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)和槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合而成。其中，萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)由端齒輪凸輪、萬(wàn)向球組件、推桿、活塞、彈簧、缸體組成，推桿的一端與活塞固定聯(lián)接，另一端通過(guò)螺紋聯(lián)接裝有萬(wàn)向球組件，萬(wàn)向球組件使推桿與端齒輪凸輪的右端槽式四相凸輪之間的聯(lián)接為滾動(dòng)摩擦聯(lián)接，改變了現(xiàn)有往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中活塞與連桿、連桿與曲軸之間的鉸鏈聯(lián)接關(guān)系，從而可大大提高功率傳遞效率，彈簧的一端與活塞聯(lián)接，另一端與氣缸的底部聯(lián)接，彈簧使推桿上的萬(wàn)向球組件始終與端齒輪凸輪右端的槽式四相凸輪保持接觸，端齒輪凸輪通過(guò)深溝球軸承支撐于輸出軸上。

②槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由端齒輪凸輪、鋼球活齒、活齒架、槽式兩相擺盤(pán)激波器、輸出軸組成，其中端齒輪凸輪的左端是槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的端齒輪，活齒架與輸出軸之間通過(guò)鍵周向固定聯(lián)接，槽式兩相擺盤(pán)激波器通過(guò)螺釘與缸體固聯(lián)，槽式兩相擺盤(pán)激波器的左邊是端齒輪凸輪活齒架輸出式內(nèi)燃機(jī)的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤(pán)激波器，即是說(shuō)槽式兩相擺盤(pán)激波器將內(nèi)燃機(jī)的左邊殼體和槽式兩相擺盤(pán)激波器合二為一，內(nèi)燃機(jī)的左邊殼體和槽式兩相擺盤(pán)激波器也可以分別制造后再剛性連接成一個(gè)整體，輸出軸的兩端通過(guò)一對(duì)深溝球軸承分別支撐于槽式兩相擺盤(pán)激波器和缸體中，輸出軸、端齒輪凸輪、活齒架和槽式兩相擺盤(pán)激波器四個(gè)零件的軸心線重合，輸出端軸承蓋、一對(duì)深溝球軸承、套筒、氣缸端軸承蓋對(duì)活齒架及輸出軸進(jìn)行了軸向固定；鋼球活齒的個(gè)數(shù)Z₁₁和端齒輪凸輪的齒數(shù)即波數(shù)Z₁₀相差為2；在活齒架上開(kāi)有Z₁₁個(gè)軸向通孔，這Z₁₁個(gè)軸向通孔的軸線與活齒架的軸線平行，且關(guān)于活齒架的軸線等距并周向均布，Z₁₁個(gè)鋼球活齒分別裝在活齒架的Z₁₁個(gè)半徑與鋼球活齒半徑相同的軸向通孔內(nèi)并可自由地軸向運(yùn)動(dòng)；鋼球活齒與端齒輪凸輪、槽式兩相擺盤(pán)激波器和活齒架同時(shí)保持嚙合接觸。在槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，鋼球活齒的幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱稱(chēng)槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分度圓柱，也是槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)的分度圓柱，也是端齒輪凸輪的分度圓柱，該分度圓柱的軸線與輸出軸的軸線重合。上述八個(gè)氣缸的軸心線都在槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)的分度圓柱面上。端齒輪凸輪的右端是軸心對(duì)稱(chēng)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(duì)應(yīng)的圓心角為90°，該四相凸輪的導(dǎo)槽截面為半徑與萬(wàn)向球組件中的鋼球的半徑相同的圓弧，可通過(guò)選取恰當(dāng)?shù)幕钊S向運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內(nèi)燃機(jī)得到最佳的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)；在槽式兩相擺盤(pán)激波器的右端面上和端齒輪凸輪的左端面上均沿周向開(kāi)有軸心對(duì)稱(chēng)、周向均勻分布的導(dǎo)槽，該兩周向?qū)Р凼卿撉蚧铨X隨活齒架轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)在活齒架的軸向通孔中運(yùn)動(dòng)時(shí)所處一系列位置的包絡(luò)曲面，該兩周向?qū)Р墼谳S截面內(nèi)的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒的半徑相同，該兩周向?qū)Р鄣能壽E都是余弦函數(shù)曲線沿圓柱面的分布，其中端齒輪凸輪左端的周向?qū)Р圮壽E的余弦函數(shù)周期數(shù)等于端齒輪凸輪的齒數(shù)Z₁₀，槽式兩相擺盤(pán)激波器右端的周向?qū)Р圮壽E的余弦函數(shù)周期數(shù)等于槽式兩相擺盤(pán)激波器的軸向波幅數(shù)2，即是說(shuō)槽式兩相擺盤(pán)激波器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(gè)相同的軸向凸出部分，每個(gè)凸出部分對(duì)應(yīng)的圓心角為180°；端齒輪凸輪既是萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的端齒輪，使本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。

③上述八個(gè)氣缸中任意兩個(gè)相隔180°對(duì)稱(chēng)布置的活塞工作狀態(tài)同步，將工作狀態(tài)同步的兩個(gè)活塞作為一組，四組活塞依次進(jìn)行吸氣沖程、壓縮沖程、氣體燃燒做功沖程和排氣沖程，相鄰兩組氣缸相差一個(gè)沖程，對(duì)應(yīng)于端齒輪凸輪轉(zhuǎn)角的相位差為45°。活塞通過(guò)推桿的軸向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)使得端齒輪凸輪旋轉(zhuǎn)，端齒輪凸輪將動(dòng)力經(jīng)槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳給與活齒架鍵聯(lián)接的輸出軸，最后動(dòng)力由輸出軸輸出。

④本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)速取決于槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，而適當(dāng)選擇槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的配齒方案，可以實(shí)現(xiàn)速比微小的增(減)速傳動(dòng)，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)。

⑤上述槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，鋼球活齒與槽式兩相擺盤(pán)激波器、活齒架和端齒輪凸輪之間均為多齒嚙合，且接觸面積大，故可實(shí)現(xiàn)大功率傳動(dòng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有往復(fù)式四沖程曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)相比，具有以下有益的技術(shù)效果：

1.振動(dòng)小、噪聲小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)

由于本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)采用槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)取代了現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)中的曲軸連桿機(jī)構(gòu)，徹底取消了曲軸和連桿，萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)和槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都是軸對(duì)稱(chēng)及中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有偏心質(zhì)量和不平衡力，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，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的八個(gè)氣缸均為軸向放置，沿周向均勻分布，其中任意兩個(gè)相隔180°對(duì)稱(chēng)布置的活塞工作狀態(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)，內(nèi)燃機(jī)中的所有軸向力、徑向力等內(nèi)力都內(nèi)部自動(dòng)相互抵消平衡，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

2.結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕

本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)采用軸向布置氣缸的設(shè)計(jì)，顯著地減小了整機(jī)的徑向尺寸；取消笨重復(fù)雜的曲軸連桿機(jī)構(gòu)，代之以結(jié)構(gòu)緊湊的槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)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)大幅縮減，并且槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)的軸向尺寸小。故本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。

3.可增速或減速大功率輸出

本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出軸與活齒架固聯(lián)，槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以端齒輪凸輪輸入動(dòng)力，槽式兩相擺盤(pán)激波器固定，活齒架輸出，輸出軸的轉(zhuǎn)速取決于槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，而適當(dāng)選擇槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的配齒方案，可以實(shí)現(xiàn)速比微小的增(減)速傳動(dòng)，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)。鋼球活齒與槽式兩相擺盤(pán)激波器、活齒架和端齒輪凸輪之間均為多齒嚙合，且接觸面積大。故內(nèi)燃機(jī)可高速輸出動(dòng)力，或低速大扭矩輸出動(dòng)力，可廣泛應(yīng)用于需大功率的領(lǐng)域，諸如小型發(fā)電機(jī)、直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、挖掘機(jī)、裝甲車(chē)等。

4.摩擦磨損小、油耗低、效率高、壽命長(zhǎng)

本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)中，萬(wàn)向球組件與端齒輪凸輪之間、鋼球活齒與端齒輪凸輪以及活齒架和槽式兩相擺盤(pán)激波器之間均為滾動(dòng)摩擦聯(lián)接，取消了磨損嚴(yán)重、摩擦功耗大的曲軸連桿機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)效率高。槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)兩相激波并保證其自身及其內(nèi)部活齒的受力自動(dòng)平衡，在傳動(dòng)裝置中不存在一齒差活齒傳動(dòng)中存在的慣性力、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，機(jī)械摩擦磨損也較小，油耗低，內(nèi)燃機(jī)壽命較長(zhǎng)。

5.可優(yōu)化性強(qiáng)

槽式兩相擺盤(pán)激波器和端齒輪凸輪上的槽式凸輪的導(dǎo)槽軌跡曲線方程均為余弦函數(shù)，且曲線方程形式簡(jiǎn)單一致，利于優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于端齒輪凸輪的導(dǎo)槽軌跡曲線，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)律可使氣缸中的氣體燃燒充分、完善、燃料熱能利用率高。

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，多采用鋼球、萬(wàn)向球等通用性強(qiáng)、由專(zhuān)業(yè)廠商制造的標(biāo)準(zhǔn)零件，且萬(wàn)向球組件中的鋼球的半徑與活齒架中的鋼球活齒的半徑相同，故槽式兩相擺盤(pán)激波器與端齒輪凸輪上的共三處槽式凸輪結(jié)構(gòu)的導(dǎo)槽截面圓弧半徑均相同，可以共用一套加工工藝和刀具，方便制造降低成本。

附圖說(shuō)明

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1是端齒輪凸輪活齒架輸出式內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是圖1的A-A剖視圖

圖3是端齒輪凸輪的主視圖及左、右視圖

圖4是槽式兩相擺盤(pán)激波器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5是活齒架的結(jié)構(gòu)示意圖

圖6是萬(wàn)向球組件的結(jié)構(gòu)示意圖

圖7是端齒輪凸輪活齒架輸出式內(nèi)燃機(jī)的沿其槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)的分度圓柱面的截面展開(kāi)示意圖

圖8是端齒輪凸輪的三維模型

圖9是端齒輪凸輪的在其分度圓柱面上的截面示意圖

圖10是槽式兩相擺盤(pán)激波器的三維模型及導(dǎo)槽軌跡曲線圖

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進(jìn)氣門(mén)；3排氣門(mén)；4氣缸；5缸體；6推桿；7活塞；8彈簧；9萬(wàn)向球組件；10端齒輪凸輪；11鋼球活齒；12活齒架；13槽式兩相擺盤(pán)激波器；14輸出軸；15密封圈；16輸出端軸承蓋；17深溝球軸承；18套筒；19鍵；20螺釘；21深溝球軸承；22氣缸端軸承蓋；23鋼球。

具體實(shí)施例

圖1～圖10所示端齒輪凸輪活齒架輸出式內(nèi)燃機(jī)，主要由氣缸蓋(1)、進(jìn)氣門(mén)(2)、排氣門(mén)(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、萬(wàn)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(pán)激波器(13)、輸出軸(14)、密封圈(15)、輸出端軸承蓋(16)、深溝球軸承(17)、套筒(18)、鍵(19)、螺釘(20)、深溝球軸承(21)、氣缸端軸承蓋(22)、鋼球(23)等組成，其特征在于：用槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)取代現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機(jī)中的曲軸連桿機(jī)構(gòu)，在端齒輪凸輪(10)的右邊設(shè)置八個(gè)氣缸(4)，八個(gè)氣缸(4)的頂端位于垂直于輸出軸(14)的軸線的同一平面內(nèi)，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(gè)活塞(7)分別放入八個(gè)氣缸(4)中，活塞(7)的軸向左右往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S(14)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，端齒輪凸輪(10)將內(nèi)燃機(jī)和槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)有機(jī)的融為一體，使內(nèi)燃機(jī)無(wú)需再額外配備變速器。上述槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)由萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)和槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合而成。其中，萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)由端齒輪凸輪(10)、萬(wàn)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(lián)接，另一端通過(guò)螺紋聯(lián)接裝有萬(wàn)向球組件(9)，萬(wàn)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(lián)接為滾動(dòng)摩擦聯(lián)接，改變了現(xiàn)有往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中活塞與連桿、連桿與曲軸之間的鉸鏈聯(lián)接關(guān)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(lián)接，另一端與氣缸(4)的底部聯(lián)接，彈簧(8)使推桿(6)上的萬(wàn)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(guò)深溝球軸承(21)支撐于輸出軸(14)上。槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由端齒輪凸輪(10)、鋼球活齒(11)、活齒架(12)、槽式兩相擺盤(pán)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(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的端齒輪，活齒架(12)與輸出軸(14)之間通過(guò)鍵(19)周向固定聯(lián)接，槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)通過(guò)螺釘(20)與缸體(5)固聯(lián)，槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)的左邊是端齒輪凸輪活齒架輸出式內(nèi)燃機(jī)的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤(pán)激波器，即是說(shuō)槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)將內(nèi)燃機(jī)的左邊殼體和槽式兩相擺盤(pán)激波器合二為一，輸出軸(14)的兩端通過(guò)一對(duì)深溝球軸承(17)分別支撐于槽式兩相擺盤(pán)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(pán)激波器(13)四個(gè)零件的軸心線重合；輸出端軸承蓋(16)、一對(duì)深溝球軸承(17)、套筒(18)、氣缸端軸承蓋(22)對(duì)活齒架(12)及輸出軸(14)進(jìn)行了軸向固定；鋼球活齒(11)的個(gè)數(shù)Z₁₁和端齒輪凸輪(10)的齒數(shù)即波數(shù)Z₁₀相差為2；在活齒架(12)上開(kāi)有Z₁₁個(gè)軸向通孔，這Z₁₁個(gè)軸向通孔的軸線與活齒架(12)的軸線平行，且關(guān)于活齒架(12)的軸線等距并周向均布，Z₁₁個(gè)鋼球活齒(11)分別裝在活齒架(12)的Z₁₁個(gè)半徑與鋼球活齒(11)半徑相同的軸向通孔內(nèi)并可自由地軸向運(yùn)動(dòng)；鋼球活齒(11)與端齒輪凸輪(10)、槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)和活齒架(12)同時(shí)保持嚙合接觸。在槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(chēng)槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分度圓柱，也是槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)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(gè)氣缸(4)的軸心線都在槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)的分度圓柱面上。端齒輪凸輪(10)的右端是軸心對(duì)稱(chēng)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(duì)應(yīng)的圓心角為90°，該四相凸輪的導(dǎo)槽截面為半徑與萬(wàn)向球組件(9)中的鋼球(23)的半徑相同的圓弧，可通過(guò)選取恰當(dāng)?shù)幕钊?7)軸向運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內(nèi)燃機(jī)得到最佳的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)，本實(shí)施例按活塞(7)位移為正弦曲線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線；在槽式兩相擺盤(pán)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(kāi)有軸心對(duì)稱(chēng)、周向均勻分布的導(dǎo)槽，該兩周向?qū)Р凼卿撉蚧铨X(11)隨活齒架(12)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)在活齒架(12)的軸向通孔中運(yùn)動(dòng)時(shí)所處一系列位置的包絡(luò)曲面，該兩周向?qū)Р墼谳S截面內(nèi)的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒(11)的半徑相同，該兩周向?qū)Р鄣能壽E都是余弦函數(shù)曲線沿圓柱面的分布，其中端齒輪凸輪(10)左端的周向?qū)Р圮壽E的余弦函數(shù)周期數(shù)等于端齒輪凸輪(10)的齒數(shù)Z₁₀，槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)右端的周向?qū)Р圮壽E的余弦函數(shù)周期數(shù)等于槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)的軸向波幅數(shù)2，即是說(shuō)槽式兩相擺盤(pán)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(gè)相同的軸向凸出部分，每個(gè)凸出部分對(duì)應(yīng)的圓心角為180°；端齒輪凸輪(10)既是萬(wàn)向球槽式四相凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪，又是槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的端齒輪，使本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。上述八個(gè)氣缸(4)中任意兩個(gè)相隔180°對(duì)稱(chēng)布置的活塞(7)工作狀態(tài)同步，將工作狀態(tài)同步的兩個(gè)活塞(7)作為一組，四組活塞(7)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(4)相差一個(gè)沖程，對(duì)應(yīng)于端齒輪凸輪(10)轉(zhuǎn)角的相位差為45°?；钊?7)通過(guò)推桿(6)的軸向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)使得端齒輪凸輪(10)旋轉(zhuǎn)，端齒輪凸輪(10)將動(dòng)力經(jīng)槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳給與活齒架(12)鍵聯(lián)接的輸出軸(14)，最后動(dòng)力由輸出軸(14)輸出。

上述槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，鋼球活齒(11)與槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)、活齒架(12)和端齒輪凸輪(10)均為多齒嚙合，且接觸面積大，故可實(shí)現(xiàn)大功率傳動(dòng)。

圖8的左邊圖顯示了端齒輪凸輪(10)左端的端齒輪的形狀，圖8的右邊圖顯示了端齒輪凸輪(10)右端的圓筒形槽式四相凸輪的形狀；由圖9可見(jiàn)端齒輪凸輪(10)在其分度圓柱面上的形狀是：一邊(圖9中的上邊對(duì)應(yīng)端齒輪凸輪的右端)的輪廓曲線由相同的四段軸向凸出曲線組成，即是四相凸輪輪廓，每段凸出曲線對(duì)應(yīng)的圓心角為90度；另一邊(圖9中的下邊對(duì)應(yīng)端齒輪凸輪的左端)是端齒輪的輪廓曲線。圖10中的黑色曲線為鋼球活齒(11)的幾何中心在槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)的分度圓柱面上的軌跡。槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)的分度圓柱面與槽式兩相擺盤(pán)端齒輪凸輪機(jī)構(gòu)的分度圓柱面是重合的。

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)，氣體燃燒對(duì)氣缸中的活塞(7)做功，其驅(qū)動(dòng)力通過(guò)推桿(6)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)作用于端齒輪凸輪(10)上，萬(wàn)向球組件(9)的鋼球(23)在端齒輪凸輪(10)右端的槽式四相凸輪輪廓曲面上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)端齒輪凸輪(10)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力由端齒輪凸輪(10)經(jīng)槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳給輸出軸(14)輸出；由于端齒輪凸輪(10)的旋轉(zhuǎn)，萬(wàn)向球組件(9)的鋼球(23)沿著端齒輪凸輪(10)右端的槽式四相凸輪輪廓滾動(dòng)從而通過(guò)推桿(6)使沒(méi)有做功的活塞(7)在氣缸(4)內(nèi)滑動(dòng)，完成吸氣、壓縮或排氣的任務(wù)。

如圖1、圖2、圖7所示，將八個(gè)氣缸(4)及其各自對(duì)應(yīng)的萬(wàn)向球組件(9)統(tǒng)一編號(hào)為a、b、c、d、e、f、g、h。在圖1、圖2、圖7中，將氣缸a和e、b和f、c和g、d和h各作為一組，則共有四組氣缸。設(shè)氣缸(4)a、e中的活塞(7)處于吸氣沖程的開(kāi)始位置，氣缸(4)b、f中的活塞(7)處于壓縮沖程的開(kāi)始位置，氣缸(4)c、g中的活塞(7)處于氣體燃燒做功沖程的開(kāi)始位置，氣缸(4)d、h中的活塞(7)處于排氣沖程的開(kāi)始位置，相鄰兩組活塞(7)的沖程進(jìn)程相差一個(gè)沖程，對(duì)應(yīng)于端齒輪凸輪(10)轉(zhuǎn)角的相位差為45°。則端齒輪凸輪(10)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)45°以后，氣缸(4)b、f又開(kāi)始燃燒做功，端齒輪凸輪(10)再逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)45°之后，氣缸(4)a、e又開(kāi)始燃燒做功，氣缸(4)a、e燃燒做功完成以后接著是氣缸(4)d、h開(kāi)始燃燒做功，之后又輪到氣缸(4)c、g燃燒做功，如此循環(huán)下去，使端齒輪凸輪(10)連續(xù)平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)，端齒輪凸輪(10)等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)其左端的端齒輪會(huì)推動(dòng)鋼球活齒(11)在活齒架(12)的軸向通孔中沿軸向運(yùn)動(dòng)并與槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)嚙合，由于端齒輪凸輪(10)對(duì)鋼球活齒(11)的作用和槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)對(duì)鋼球活齒(11)的反作用，迫使鋼球活齒(11)推動(dòng)活齒架(12)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后由與活齒架(12)鍵聯(lián)接的輸出軸(14)連續(xù)平穩(wěn)地將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)輸出。

為說(shuō)明本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的變速特性，設(shè)活齒架(12)的轉(zhuǎn)速為n₁₂，鋼球活齒(11)的個(gè)數(shù)Z₁₁＝8，端齒輪凸輪(10)的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速分別為Z₁₀＝10、n₁₀＝1000r/min，槽式兩相擺盤(pán)激波器(13)固定(n₁₃＝0)，則槽式二齒差擺盤(pán)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為：

故得輸出軸(14)的轉(zhuǎn)速n₁₄＝n₁₂＝1250r/min，可見(jiàn)，活齒架(12)、輸出軸(14)的轉(zhuǎn)向與端齒輪凸輪(10)相同，但轉(zhuǎn)速高于端齒輪凸輪(10)，內(nèi)燃機(jī)增速輸出動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速輸出。這種特性適合于需要高轉(zhuǎn)速領(lǐng)域，諸如小型發(fā)電機(jī)、直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。

若鋼球活齒(11)的個(gè)數(shù)Z₁₁＝12，端齒輪凸輪(10)的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速都不變，則：

得輸出軸(14)的轉(zhuǎn)速n₁₄＝n₁₂＝833r/min，可見(jiàn)，活齒架(12)、輸出軸(14)的轉(zhuǎn)向與端齒輪凸輪(10)相同，但轉(zhuǎn)速小于端齒輪凸輪(10)，內(nèi)燃機(jī)減速輸出動(dòng)力，這種特性適合于大扭矩輸出的場(chǎng)合，可廣泛應(yīng)用于需大功率機(jī)械傳動(dòng)的軍事、工程機(jī)械等領(lǐng)域，諸如坦克、裝甲車(chē)、挖掘機(jī)、推土機(jī)等。

總之，當(dāng)端齒輪凸輪(10)的齒數(shù)大于鋼球活齒(11)的個(gè)數(shù)時(shí)，本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速輸出；反可實(shí)現(xiàn)低速大扭矩輸出。

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)等。