專利名稱：齒輪齒條系統(tǒng)傳動(dòng)方法
一、本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是直線往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸連桿結(jié)構(gòu)。
二、目前大量生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)除日本馬自達(dá)公司生產(chǎn)轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)外，其它大都是直線往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是曲軸連桿結(jié)構(gòu)，還有部分壓縮機(jī)也都采用這種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是1、由于結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)造成扭距小，效率低；2、為保證活塞的正常運(yùn)動(dòng)，活塞裙部過(guò)大，導(dǎo)致活塞質(zhì)量增加，克服慣性損失的能量大；3、曲軸連桿結(jié)構(gòu)零部件工藝復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)要求高，制造困難；4、由于各活塞都在同一曲軸上，所有活塞都必須同時(shí)運(yùn)動(dòng)，不能根據(jù)所需功率部分地開(kāi)啟或關(guān)閉活塞，使活塞的運(yùn)行速度穩(wěn)定維持較高的熱效率，從而進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。是否能有一種方式，不通過(guò)曲軸和連桿而能直接產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力？提供一種全新的發(fā)動(dòng)機(jī)固然好，但是技術(shù)不成熟，重建生產(chǎn)線要耗費(fèi)巨額資金和浪費(fèi)大量的時(shí)間。
三、目的提供一種能夠較為直接推動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方法即齒輪齒條系統(tǒng)傳動(dòng)方法代替曲軸連桿這種不合理的方式，解決曲軸連桿結(jié)構(gòu)的以上四個(gè)缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)的能量轉(zhuǎn)換率，節(jié)省能源；此方法只需改變活塞的形狀和發(fā)動(dòng)機(jī)底殼即可，因此可最大限度的支持現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。
四、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的如附圖-1，齒輪齒條系統(tǒng)傳動(dòng)方法使用一根工字結(jié)構(gòu)的雙面齒條(標(biāo)號(hào)為①)，兩個(gè)齒輪組，每組兩個(gè)同軸齒輪共四個(gè)齒輪(標(biāo)號(hào)為②、③、④、⑤)，一個(gè)傳動(dòng)鏈條或傳動(dòng)齒輪(標(biāo)號(hào)為⑥這里以傳動(dòng)鏈條進(jìn)行說(shuō)明)。齒條①兩個(gè)面上的齒均分為主齒和副齒，主齒的大小和數(shù)目均與齒輪②和⑤上的齒相同；副齒則大于主齒位于主齒前方(順運(yùn)轉(zhuǎn)方向)一定距離。齒條①通過(guò)兩個(gè)側(cè)面的中間滑槽被固定于機(jī)體，只能順槽做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，一端可與活塞底部中心固定連接。四個(gè)齒輪其中③和④為同軸齒輪，此軸為主動(dòng)軸，一端與飛輪聯(lián)接向外輸送動(dòng)力；齒輪②和⑤為同軸齒輪，兩組齒輪分列于齒條①兩側(cè)，通過(guò)齒輪②與③與齒條①聯(lián)系并推動(dòng)齒條①上下運(yùn)動(dòng)；齒輪④和⑤為完全相同的全齒齒輪，通過(guò)鏈條⑥聯(lián)系使兩組齒輪等速運(yùn)轉(zhuǎn)。齒輪②和③是兩個(gè)完全相同的特殊形狀齒輪，不但只在特定部分有一定數(shù)量的齒其它部分的齒均被去掉，而且在齒的前方(順運(yùn)轉(zhuǎn)方向)一定距離的齒輪內(nèi)圓部分被去掉形成一個(gè)刀形的副齒囁合槽。其中齒輪②和③與齒條①聯(lián)動(dòng)的主齒數(shù)剛剛可以使其運(yùn)行半周時(shí)與齒條①離合；而副齒則是在結(jié)合之初主齒尚未完全吻合時(shí)，由齒輪②和③的內(nèi)圓囁合槽推動(dòng)副齒而使齒條①換向。副齒和齒輪內(nèi)圓囁合槽的位置應(yīng)是在齒條換向時(shí)能夠產(chǎn)生最大作用力的地方，也就是齒條在上下止點(diǎn)時(shí)通過(guò)該齒輪中心作齒條的垂線所經(jīng)之處，這是副齒和齒輪內(nèi)圓囁合槽所在的最佳位置；副齒和齒輪內(nèi)圓囁合槽對(duì)齒條①?zèng)]有雙向控制作用，只協(xié)助主齒換向。本傳動(dòng)系統(tǒng)的原理是當(dāng)兩組齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)時(shí)齒輪③推動(dòng)齒條①剛好運(yùn)轉(zhuǎn)半周并與齒條①分離，同時(shí)齒條②在空轉(zhuǎn)半周后與齒條①相結(jié)合，在齒輪②運(yùn)轉(zhuǎn)半周推動(dòng)齒條①向上運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)并與齒條①分離時(shí)，齒輪③在空轉(zhuǎn)半周后同時(shí)與齒條①結(jié)合，如此循環(huán)，并傳輸動(dòng)力。如何實(shí)現(xiàn)齒輪②、③在上止點(diǎn)和下止點(diǎn)時(shí)與齒條①完成離合轉(zhuǎn)換是本系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。要完成齒條①和齒輪②、③的離合轉(zhuǎn)換應(yīng)具備以下幾個(gè)條件一是兩個(gè)齒輪組必須同步運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪②、③須是兩個(gè)完全相同的齒輪；二是齒輪②、③的齒數(shù)一定，使其所具有的齒數(shù)剛好可以在其運(yùn)轉(zhuǎn)半周的過(guò)程中推動(dòng)齒條①?gòu)纳现裹c(diǎn)到下止點(diǎn)或從下止點(diǎn)到上止點(diǎn)并與之離合；三是齒條①和齒輪②、③必須有特殊的的形狀和結(jié)構(gòu)；四是在齒輪②、③同步轉(zhuǎn)動(dòng)，齒條兩面的齒位置相同的基礎(chǔ)上通過(guò)在一個(gè)齒距之內(nèi)移動(dòng)齒條兩面的齒位或者齒輪②、③的位置或者齒輪②、③上齒的位置，對(duì)齒輪②、③和齒條①的離合轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)節(jié)，使一個(gè)齒輪和齒條①分離的同時(shí)，另一個(gè)齒輪的第一個(gè)齒能夠避開(kāi)齒條的第二個(gè)主齒，并位于主齒的第一、二個(gè)齒之間。這里提供一種確定離合齒輪M數(shù)和齒數(shù)的辦法。
如附圖-2作圓O，使圓O等于齒輪②、③所在的圓。作直徑BC，過(guò)B點(diǎn)作一直線交圓上一點(diǎn)A，選擇合適M數(shù)使A點(diǎn)滿足兩個(gè)條件，使AB所在的直線剛好為齒輪上的齒和齒條相交的切線；AC確定的弧長(zhǎng)剛好為該M數(shù)齒齒距的整倍數(shù)，也就是A、C分別為該齒輪兩個(gè)齒的頂點(diǎn)，A、C間該M數(shù)的齒數(shù)(包括A、C所在的齒)即為我們要求的齒數(shù)。[注(1)齒輪頂點(diǎn)不可能非常尖銳；(2)為了更好的實(shí)現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)換而不至于使齒輪和齒條在轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)空檔，實(shí)際當(dāng)中在一個(gè)齒輪的最后一個(gè)齒和齒條分離時(shí)，另一個(gè)齒輪的第一個(gè)齒要嵌入齒條的第一和第二個(gè)主齒之間，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒條的控制。鑒于以上兩點(diǎn)，兩個(gè)離合齒輪上的齒的頂點(diǎn)所確定的弧長(zhǎng)要略大于AC所在弧長(zhǎng)；切線AB應(yīng)在齒輪的內(nèi)圓切線外。]另由上圖可知L＝弧長(zhǎng)AC+線段AB，由此式我們可以確定齒輪②、③的周長(zhǎng)，直徑。(L為齒條在上下止點(diǎn)的運(yùn)行距離)五、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1、由于齒條①與齒輪②、③在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中作用力較為直接的推動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因而熱效率更高。2、齒條被固定在活塞中心部分并與活塞運(yùn)動(dòng)方向一致，活塞不用很大的裙部，質(zhì)量大大降低，克服慣性損失的能量小也能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。3、本發(fā)明所需要的零部件的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)制造容易。4、由于齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)只是曲軸連桿的的替代品，因此能最大限度的支持目前大量生產(chǎn)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)。5、本發(fā)明對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)質(zhì)量和體積均有所降低。6、本發(fā)明在多活塞運(yùn)行的情況下，各活塞在保持高效運(yùn)行速度的前提下，可以根據(jù)所需功率使部分活塞靈活的關(guān)閉或開(kāi)啟成為現(xiàn)實(shí)，這也就進(jìn)一步提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
六

附圖-1①為工字結(jié)構(gòu)雙面齒輪，頂端可以與活塞底部中心部位固定連接；②、③為兩個(gè)完全相同的特殊結(jié)構(gòu)齒輪，與齒條聯(lián)接，將來(lái)自齒條的力量通過(guò)主動(dòng)軸傳遞到飛輪，并輪流推動(dòng)上下做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；④和⑤為兩個(gè)形狀完全相同的全齒齒輪；⑥為傳動(dòng)鏈條，用來(lái)聯(lián)接齒輪④、⑤；⑦為齒條①上的副齒；⑧為齒輪②、③內(nèi)圓上的副齒囁合槽，推動(dòng)副齒完成齒條的方向轉(zhuǎn)換；⑨為齒條①上的中間滑槽，用來(lái)固定齒條，使齒條只能順槽上下滑動(dòng)；⑩為主傳動(dòng)軸，其外端可與飛輪聯(lián)接。此圖中齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)，圖中為齒條到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)齒輪②與齒條分離，齒輪③與齒條結(jié)合時(shí)的狀況。
附圖-2圓O為以兩個(gè)特殊齒輪的外圓，BC為圓O的直徑，以AB為特殊齒輪和齒條的相交線段，使弧長(zhǎng)AC為該M數(shù)齒齒距的整倍數(shù)，那么弧長(zhǎng)AC間該M數(shù)的齒數(shù)(含以A、C為頂點(diǎn)的兩個(gè)邊齒)即為我們所求的該M數(shù)齒的齒數(shù)。
實(shí)施例如附圖-1，齒條①為一長(zhǎng)13cm的工字結(jié)構(gòu)雙面齒條，其左齒面下行齒低于右齒面上行齒約3/5齒距(此例是通過(guò)移動(dòng)齒條上齒的位置來(lái)調(diào)節(jié)齒輪和齒條的離合轉(zhuǎn)換)，其兩個(gè)面均有8個(gè)主齒M數(shù)為3，一個(gè)副齒高1.3cm，距離最近主齒1.6cm；其通過(guò)兩個(gè)側(cè)面的中間滑槽被固定于機(jī)體而只能順槽滑動(dòng)。齒輪②、③為直徑7.37cm具有8個(gè)齒、M數(shù)為3、其他部分被去掉具有一個(gè)內(nèi)圓囁合槽的一對(duì)同步等速轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪；齒輪③、④為同軸齒輪，此軸為主動(dòng)軸，可以連接飛輪，齒輪②、⑤為同軸齒輪，齒輪④和⑤為一對(duì)完全相同的同步等速轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，通過(guò)鏈條⑥傳動(dòng)，使兩組齒輪實(shí)現(xiàn)順時(shí)針同步等速旋轉(zhuǎn)。齒條①在齒輪②、③的轉(zhuǎn)換推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)約11.4cm。
權(quán)利要求
1.發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)齒輪齒條系統(tǒng)傳動(dòng)方法，包括使用一根齒條、兩個(gè)齒輪組和一個(gè)傳動(dòng)齒輪或傳動(dòng)鏈條。其特征為齒條為一根工字結(jié)構(gòu)的兩面齒條，齒條通過(guò)兩個(gè)側(cè)面的中間滑槽被固定于機(jī)體，一端可與活塞底部中心固定連接；兩個(gè)相同的齒輪組分別由一個(gè)全齒齒輪和一個(gè)部分有齒的特殊齒輪組成，其中一組的軸為主傳動(dòng)軸可與飛輪連接。兩個(gè)全齒齒輪通過(guò)傳動(dòng)鏈條或傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)使兩個(gè)齒輪組作同向等速轉(zhuǎn)動(dòng)；兩組齒輪分列于齒條兩側(cè)，通過(guò)兩個(gè)部分有齒的特殊齒輪與齒條聯(lián)系并通過(guò)離合轉(zhuǎn)換輪流推動(dòng)齒條轉(zhuǎn)動(dòng)半周，使齒條作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，齒條則通過(guò)兩個(gè)齒輪組向外輸送動(dòng)力。齒條兩個(gè)面上的齒均分為主齒和副齒，主齒的大小和數(shù)目均與兩個(gè)特殊齒輪上的齒相同；副齒則大于主齒位于主齒前方一定距離。兩個(gè)完全相同的特殊形狀齒輪，不但只在特定部分有一定數(shù)量的齒其它部分的齒均被去掉，而且在齒的前方(順運(yùn)轉(zhuǎn)方向)一定距離的齒輪內(nèi)圓部分被去掉形成一個(gè)刀形的副齒囁合槽。齒輪與齒條連動(dòng)的主齒數(shù)剛剛可以使其運(yùn)行半周時(shí)與齒條離合。而副齒則是在結(jié)合之初主齒尚未完全吻合時(shí)，由特殊齒輪的內(nèi)圓囁合槽推動(dòng)副齒而使齒條換向；由此可見(jiàn)副齒和齒輪內(nèi)圓囁合槽的位置應(yīng)是在齒條換向時(shí)能夠產(chǎn)生最大作用力的地方，也就是齒條在上下止點(diǎn)時(shí)通過(guò)該齒輪中心作齒條的垂線所經(jīng)之處，這是副齒和齒輪內(nèi)圓囁合槽所在的最佳位置；副齒和齒輪內(nèi)圓囁合槽對(duì)齒條沒(méi)有雙向控制作用，只協(xié)助主齒換向。
2.如權(quán)利要求1所述的齒輪齒條系統(tǒng)傳動(dòng)方法的離合轉(zhuǎn)換，其特征在于必須對(duì)齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)的離合轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)節(jié)，在保持兩個(gè)特殊齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，齒條兩面的齒位置相同的基礎(chǔ)上，通過(guò)這兩個(gè)齒輪的位置或齒輪上齒的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，其調(diào)節(jié)距離應(yīng)當(dāng)控制在一個(gè)齒距內(nèi)，使一個(gè)齒輪和齒條①分離的同時(shí)，另一個(gè)齒輪的第一個(gè)齒能夠避開(kāi)齒條的第二個(gè)主齒，并位于主齒的第一、二個(gè)齒之間。
3.如權(quán)利要求2所述的齒輪齒條系統(tǒng)傳動(dòng)方法的兩個(gè)與齒條相接的齒輪，確定離合齒輪M數(shù)和齒數(shù)的辦法為作圓O，使圓O等于兩特殊齒輪所在的圓。作直徑BC，過(guò)B點(diǎn)作一直線交圓上一點(diǎn)A，選擇合適M數(shù)使A點(diǎn)滿足兩個(gè)條件，使AB所在的直線剛好為齒輪和齒條相接的切線；AC確定的弧長(zhǎng)剛好為該M數(shù)齒齒距的整倍數(shù)，也就是A、C分別為該齒輪兩個(gè)齒的頂點(diǎn)，A、C間該M數(shù)的齒數(shù)(包括A、C所在的齒)即為我們要求的齒數(shù)。[注(1)實(shí)踐中由于齒條和齒輪的齒輪頂點(diǎn)不可能非常尖銳；(2)為了更好的實(shí)現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)換而不至于使齒輪和齒條在轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)空檔，實(shí)際當(dāng)中在一個(gè)齒輪的最后一個(gè)齒和齒條分離時(shí)，另一個(gè)齒輪的第一個(gè)齒要嵌入齒條的第一和第二個(gè)齒之間，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒條的控制。鑒于以上兩點(diǎn)，兩個(gè)離合齒輪上的齒的頂點(diǎn)所確定的弧長(zhǎng)要略大于AC所在弧長(zhǎng)；切線AB應(yīng)在齒輪的內(nèi)圓切線外。]
全文摘要
本方法中所用的齒輪齒條式傳動(dòng)系統(tǒng)由一根工字結(jié)構(gòu)雙面齒條和兩個(gè)具有兩個(gè)齒輪的齒輪組和一個(gè)傳動(dòng)鏈條或傳動(dòng)齒輪組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單是曲軸連桿的替代品，可以最大限度的支持現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和技術(shù)的應(yīng)用。因其齒條直接固定于活塞底部中心部位，可以大幅度降低活塞質(zhì)量；齒條直接推動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；可以分組或獨(dú)立組裝各活塞，根據(jù)所需功率大小靈活開(kāi)啟或關(guān)閉部分活塞；因此可以大幅度提高的熱效率。
文檔編號(hào)F04B35/00GK1789684SQ20041009715
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者朱兵曉 申請(qǐng)人:朱兵曉