一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构的制作方法

1.本发明涉及一种将活塞的往复直线运动转换为曲轴的圆周运动的机械传动机构，特别涉及一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，以替代现有的曲轴(柄)-连杆传动机构。


背景技术：

2.目前，活塞式内燃机(发动机)普遍采用曲轴-连杆机构将活塞的往复直线运动转换为圆周运动，但是，曲轴-连杆机构还存在一些难以克服的缺陷，有待进一步改进和优化：
3.1、传统的曲轴连杆机构中，活塞上的作用力经过多次分解才能转化为驱动曲轴曲柄旋转的切向力，理论分析和实际应用测试表明，作用在活塞上的最大作用力只有百分之二十左右分解为驱动曲轴曲柄旋转的切向力，即只有约五分之一的最大作用力驱动曲轴输出最大扭矩，反之，曲轴的最大转动惯性力也只有五分之一左右转换为驱动活塞往复运动的作用力，因此，传统的曲轴连杆机构将活塞的往复直线运动转换为圆周运动的效率很低；
4.2、传统的曲轴(柄)连杆机构中，活塞上的作用力被分解为沿连杆轴线方向的作用力和作用在缸壁上的侧压力，作用在缸壁的侧压力增大了活塞与缸壁之间的侧向摩擦力，加速了汽缸壁侧向磨损，会造成“卡缸”使活塞无法工作，缩短了汽缸的使用寿命；
5.3、传统的曲轴连杆机构中连杆摆动产生的不平衡回转质量和回转运动，使传动机构产生交变冲击力，增大了各个部件间的不均匀摩擦和撞击，不仅影响发动机的输出功率，而且使发动机产生较大的振动和噪声。
6.为了克服传统曲轴-连杆机构上述的缺陷，本发明提供了一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构。


技术实现要素：

7.一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，曲轴总成的a主轴颈和b主轴颈以及传动轴分别安装在曲轴箱的两侧壁上，附加壳体设置在曲轴箱的一外侧壁上，传动轴延伸到附加壳体中，延长的传动轴的端部安装在附加壳体的侧壁上；在曲轴箱中的传动轴的柱面上安装主齿轮，主齿轮与主齿条啮合，在主齿条上设置有导向机构，曲轴总成的两个曲拐之间的连杆轴颈置于轴颈滑槽中，轴颈滑槽的两个长槽帮的一端部分别与短槽帮的两端部刚性连接，而两个长槽帮的另一端部分别与另一个短槽帮的两端部刚性连接，主齿条的一端部与轴颈滑槽的一个长槽帮外侧的中间段刚性连接，主齿条与轴颈滑槽的一个长槽帮正交或斜交；在附加壳体中的传动轴柱面上安装数个传动齿轮，各个传动齿轮分别与传动轴两侧的各根传动齿条啮合，在每根传动齿条上设置有限位机构；上述各个机件构成将主齿条和各个传动齿条的往复直线运动转换为曲拐的旋转运动以及将曲拐的旋转运动转换为主齿条和各个传动齿条的往复直线运动的转换机构。
8.本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，其中，轴颈滑槽的槽内宽度等于连杆轴颈的直径，轴颈滑槽的槽内长度至少等于连杆轴颈的直径和连杆轴颈的旋转直径之和。
9.本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，其中，轴颈滑槽的作用是将驱动主齿条
和各个传动齿条往复直线运动的作用力不需分解直接传递到连杆轴颈上并驱动两个曲拐进行旋转运动，同时也将驱动两个曲拐及连杆轴颈旋转运动的作用力传递轴颈滑槽的长槽帮上并带动主齿条和各个传动齿条进行往复直线运动。
10.本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，其中，若轴颈滑槽的长槽帮与主齿条斜交，发动机可减小点火或压燃的提前角，不仅可以减小提前点火或压燃时的燃气爆发力对向上止点运动的活塞所做的负功，增大活塞开始向下止点运动时汽缸与活塞之间混合燃气的压缩比，而且可以减小飞轮的质量，从而提高曲轴总成的输出扭矩。
11.本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，其中，主齿条和各个传动齿轮的有效长度至少等于连杆轴颈的旋转直径与主齿轮直径之和。
12.本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，其中，导向机构可有多种类型，其中的一种结构形式如下所述：在主齿条上设置燕尾槽，在燕尾槽中设置与其匹配的燕尾轨，燕尾轨的轨背与导向杆一端部刚性连接，导向杆的另一端部安装在曲轴箱的内壁上，导向机构中的燕尾轨借助燕尾槽约束主齿条进行往复直线运动。
13.本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，其中，限位机构可有多种类型，其中的一种结构形式如下所述：在每根传动齿条上设置限位滑槽，在限位滑槽中设置与其匹配的限位滑轨，限位滑轨的轨背与限位杆一端部刚性连接，每个传动齿条上的限位杆的另一端部安装在附加壳体的内壁上，限位机构中的限位滑轨借助限位滑槽约束各个传动齿条进行定向的往复直线运动。
14.本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，其中，若主齿条另一端部和各个传动齿条的一端部或两端部各自与汽油或柴油发动机的汽缸中的活塞连接，即可构成只有一付曲拐的多汽缸的汽油或柴油发动机组。
15.本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，其中，若延伸到曲轴箱外面的a主轴颈或b主轴颈与动力输出设备连接，例如，a主轴颈或b主轴颈与电动机连接，主齿条另一端部和各个传动齿条的一端部或两端部各自与压缩机或高压泵内的中的柱塞连接，即可构成多台往复式压缩机或多台高压泵的机械设备。
16.采用本发明提供的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，实现往复直线运动与圆周运动相互转换，动力的传递和运动转换的方式更为合理，克服了传统曲轴连杆机构中固有的缺点，具有以下主要优点：
17.1、本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，作用在活塞上的爆发力借助主齿条和各个传动齿条以及轴颈滑槽不需分解直接传递到连杆轴颈上并驱动曲轴旋转，曲轴输出的扭矩比传统曲轴-连杆机构输出的扭矩有所增大。
18.2、本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构，若轴颈滑槽的长槽帮与主齿条斜交，发动机可减小点火或压燃的提前角，不仅可以减小提前点火或压燃时的燃气爆发力对向上止点运动的活塞所做的负功，增大活塞开始向下止点运动时汽缸与活塞之间混合燃气的压缩比，而且可以减小飞轮的质量，从而提高曲轴总成的输出扭矩。
19.3、本发明的传动机构中，与活塞和轴颈滑槽连接的主齿条借助导向机构进行往复直线运动，彻底消除了传统曲轴-连杆机构中由于连杆摆动引起的活塞与缸壁之间产生的侧向压力以及由侧向压力引起的汽缸壁磨损，不仅可有效地延长汽缸的使用寿命，而且也进一步提高了传动机构的动力转换效率。
20.4、本发明的传动机构中，主齿条和各传动齿条皆进行往复直线运动，避免传统的曲轴连杆机构中连杆摆动引起的不平衡回转运动和交变冲击力，不仅消除了各个部件间的不均匀摩擦和撞击，也减小了发动机产生较大的振动和噪声，使发动机运行更平稳。
21.5、本发明的传动机构中，可在传动轴上设置多个传动齿轮，各个传动齿轮与各传动齿条啮合，各根传动齿条的一端部或两端部与各活塞连接，构成只有一付曲拐多汽缸的超大功率的发动机组，节省多付曲拐的制造材料，减小发动机组的体积，提高了发动机组的输出功率。
22.6、本发明的传动机构，亦可用于任何形式的将旋转运动转换为往复直线运动的机械设备，例如，柱塞式油、气、水泵及往复式压缩机等。
23.综上，本发明的传动机构是一种创新性的往复直线运动与圆周运动相互转换的机械机构，较传统曲轴-连杆机构结构紧凑，节省结构制造用材，其机械传动效率有较大提高，其满足专利法中授予专利权的条件，故提出专利申请。
附图说明
24.图1是本发明的传动机构曲轴箱a-a剖面正视示意图；
25.图2是本发明的传动机构b-b剖面示意图；
26.图3是本发明的传动机构c-c剖面左视示意图；
27.图4是本发明的传动机构d-d剖面俯视示意图；
28.图5(a)是本发明组合连杆正视示意图；
29.图5(b)是本发明组合连杆左视示意图；
30.图5(c)是本发明组合连杆俯视示意图；
31.图6是本发明活塞及组合连杆位于上止点时示意图；
32.图7是本发明活塞及组合连杆开始向下止点运动时示意图；
33.图8是本发明活塞及组合连杆位于下止点时示意图；
34.图9是本发明活塞及组合连杆开始向上止点运动时示意图；
35.图10是本发明的传动机构与动力装置连接示意图。
具体实施方式
36.下面参照说明书附图详细描述本发明提供的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构的具体实施方式。
37.如图1、2、3、4所示，本发明的传动机构的第一实施例如下：曲轴总成1的a主轴颈101和b主轴颈101'以及传动轴3分别安装在曲轴箱9的两侧壁上，在曲轴箱9一侧的外侧壁上设置附加壳体 10，传动轴3延伸到附加壳体10中，延长的传动轴3的端部安装在附加壳体10的侧壁上，在曲轴箱9中的传动轴3的柱面上安装主齿轮301，在附加壳体10中的传动轴3的柱面上依次安装三个传动齿轮302；曲轴总成1的两个曲拐102之间的连杆轴颈103置于轴颈滑槽2中，轴颈滑槽2的两个长槽帮202的一端部分别与短槽帮201的两端部刚性连接，轴颈滑槽2的两个长槽帮202的另一端部分别与另一个短槽帮201的两端部刚性连接；轴颈滑槽2的一个长槽帮202的外侧面中段与主齿条4的一端部刚性连接，主齿条4与主齿轮301啮合，三个传动齿轮302各自与传动齿条303啮合，其中，一根传动齿条303和主齿条4在传动轴
3的同一侧，另外的两根传动齿条303在传动轴3的另一侧，主齿条4和三个传动齿条303的有效长度等于连杆轴颈103的旋转直径与主齿轮301直径之和，在主齿条4上设置有导向机构5，每根传动齿条303上设置有限位机构6；主齿条4的另一端部和每根传动齿条303的一端部分别与汽油发动机的汽缸7中的活塞8连接，构成只有两个曲拐102的四个汽缸7的发动机组。
38.如图1、6、7、8、9所示，轴颈滑槽2的槽内宽度等于连杆轴颈 103的直径，轴颈滑槽2的槽内长度至少等于连杆轴颈103的直径和连杆轴颈103的旋转直径之和，轴颈滑槽2的作用是将驱动主齿条4 和三个传动齿条303往复直线运动的作用力不需分解直接传递到连杆轴颈103上并驱动两个曲拐102进行旋转运动，同时也将驱动两个曲拐102及连杆轴颈103旋转运动的作用力传递到轴颈滑槽2的长槽帮202上并带动主齿条4和三个传动齿条303进行往复直线运动。
39.如图6、7所示，轴颈滑槽2的长槽帮202与主齿条4斜交，发动机可减小点火提前角，减小了提前点火或压燃时的燃气爆发力对向上止点运动的活塞8所做的负功，增大了活塞8开始向下止点运动时汽缸7与活塞8之间混合燃气的压缩比，减小了飞轮的质量，从而提高曲轴总成1的输出扭矩。
40.如图1、5所示，导向机构5中的一种结构形式如下所述：在主齿条4的背面上设置燕尾槽501，在燕尾槽501中设置与其匹配的燕尾轨502，燕尾轨502的轨背与导向杆503一端部刚性连接，导向杆 503的另一端部安装在在曲轴箱9的内壁上。
41.如图2所示，限位机构6中的一种结构形式如下所述：在每根传动齿条303的背面上设置限位滑槽601，在限位滑槽601中设置与其匹配的限位滑轨602，限位滑轨602的轨背与限位杆603一端部刚性连接，每个传动齿条303的背面上的限位杆603的另一端部安装在附加壳体10的内壁上。
42.本发明第一实施例的运行过程如下：
43.第一步，如图6所示，当连杆轴颈103在轴颈滑槽2正中间位置时，两个活塞8在上止点处，另外两个活塞8在下止点处。
44.第二步，如图7所示，当燃气爆发后，作用在活塞8上的燃气爆发力借助轴颈滑槽2驱动连杆轴颈103顺时针旋转，在上止点的两个活塞8开始向下止点运动，而在下止点的两个活塞8开始向上止点运动。
45.第三步，如图8所示，当连杆轴颈103到达轴颈滑槽2正中间位置时，向下止点运动的两个活塞8到达下止点，向上止点运动的两个活塞8到达上止点。
46.第四步，如图9所示，在上止点的两个活塞8在燃气爆发力的作用下开始向下止点运动，同时借助传动齿条303、传动齿轮302、与传动齿轮同轴的主齿轮301、主齿条4和轴颈滑槽2驱动连杆轴颈103 继续顺时针旋转，而在下止点的两个活塞8开始向上止点运动。
47.第五步，如图6所示，当连杆轴颈103再次到达轴颈滑槽2正中间位置时，本发明的传动机构的各个运动机件周而复始重复上述运行过程将活塞8的往复直线运动转换为主轴颈101和b主轴颈101'的转动。
48.本发明的第二实施例与第一实施例不同之处在于：延伸到曲轴箱 9外面的a主轴颈101与电动机12连接，主齿条4另一端部和三个传动齿条303的一端部各自与往复式压缩机13或高压泵14内的柱塞 11连接，电动机12驱动曲轴总成1，通过连杆轴颈103驱动轴颈滑
槽2，将曲轴总成1的旋转运动转换为四个柱塞11的往复直线运动，即可构成由电动机12同时驱动四个往复式压缩机13或高压泵14的机械设备。
49.理论计算和模型机实验表明：本发明的一种轴颈滑槽-曲轴的传动机构较传统曲轴-连杆机构具有更大的转换扭矩和更高的机械转换效率。
50.以上本发明的传动机构的实施方式并非对本发明的传动机构的实用范围进行限定，在不脱离本发明设计的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。