齒輪傳動內燃機的製作方法

2023-05-19 15:39:36

專利名稱：齒輪傳動內燃機的製作方法
技術領域：
本發明齒輪傳動內燃機涉及使用一種可以逆向運行的，把往復的直線運動轉變為朝同一方向旋轉的齒輪傳動機構的往復活塞式內燃機等機械。齒輪傳動機構採用內齒輪組以及上面的凸輪組和齒輪軸的傳動來替代曲軸和連杆的傳動。本發明的齒輪傳動機構能廣泛應用於各種車用內燃機、船用低速柴油機、重型坦克柴油機、液壓馬達和泵等機械。
背景技術：
現代廣泛使用的往復活塞式內燃機都是採用曲軸和連杆來輸出動力的，儘管傳遞動力的效率並不理想。根據申請號201010126800. X，名稱為「齒輪傳動內燃機」的說明書所述，該發明採
用齒輪傳動來提高往復活塞式內燃機的動力輸出效率，內燃機的活塞對置、汽缸對置。但是結構複雜，製造和安裝比較困難。根據2011年2月16日公開的申請號201010500514. 5，名稱為「齒輪傳動(OPOC) 內燃機」的說明書所述，該發明很適用於對置活塞、對置氣缸OPOC結構的直噴、渦輪增壓的兩衝程內燃機。但是，對於四衝程的四汽缸內燃機而言，在傳遞動力時會產生寄生的摩擦阻力，使傳遞動力的效率降低。而四衝程的四汽缸內燃機是一種技術非常成熟，使用十分廣泛的內燃機。根據申請號201110057123. 5，名稱為「對撞齒輪內燃機」的說明書所述，該發明的
汽缸和活塞水平對置在齒輪軸的兩側，左右相對的汽缸在上止點同時著火燃燒。在燃氣膨脹的作用下，凸輪組發生對撞，承受和平衡活塞的推力，並保證內齒輪組和齒輪軸的正常嚙合。但是傳動部件的質量比較重，慣性比較大。上述三項專利申請中的內齒輪組的位移都是採用了水平加垂直合成的移動來保證內齒輪組和齒輪軸的正常嚙合。移動部件結構複雜，質量重，摩擦的面積大，熱效率的損耗也相應增多。

發明內容
本發明提供的往復活塞式齒輪傳動內燃機等機械至少包括一套齒輪傳動機構。重新設計的方案和工作方法不僅能夠避免齒輪傳動機構在傳遞動力時產生寄生的摩擦阻力， 而且取消了水平加垂直合成移動的工作方法，使結構更加簡單，質量得到減輕，摩擦的面積大幅度減少，提高了齒輪傳動機構的可靠性和實用性，製造和安裝也很方便。本發明的技術方案如下所述汽缸和活塞水平對置在齒輪軸的兩側，左右相對的汽缸在上止點同時著火燃燒。 在燃氣壓力的作用下，凸輪組相對承受和平衡活塞的推力，並保證內齒輪組和齒輪軸的正常嚙合。隨著齒輪軸的慣性轉動，內齒輪組在活塞的推動下，產生力偶矩拖動齒輪軸旋轉， 輸出動力。相對於曲軸和連杆的傳動而言，齒輪傳動機構在上止點附近提供了二點三倍的傳動角，機械效率提高二倍。
內齒輪的形狀相同，可以是長圓形的，也可以是帶圓角的長方形、帶圓角的梯形、 蛋形等形狀。在實施例中的內齒輪組拖動齒輪軸時，中間有七分之三的行程是由齒條直接拖動齒輪軸的。可以把齒輪傳動機構設計成通過上止點後直接用齒條來拖動齒輪軸，就像炮彈在炮膛內發射一樣。但是零部件的加速度在瞬間發生急劇變化時會造成強大的衝擊而損壞。內燃機必須能夠長時期穩定的工作，所以本發明中的內齒輪組採用長圓形的設計方式， 使齒輪傳動機構能夠長久的平穩工作。齒輪的齒形是漸開線形直齒，也可以採用短齒形，內齒輪組繞齒輪軸在徑向平面內傳遞動力，不會產生分力。齒輪的模數可以採用第二標準或者非標準的模數。內齒輪的齒數是整數的，內齒輪中的半圓內齒輪和齒條上的齒數可以是分數的。由圖1可見，雙汽缸對置的往復活塞式齒輪傳動內燃機的齒輪傳動機構主要由汽缸[la]、通過連接柄[9a]以及活塞銷軸[8a]連接活塞[2a]的略帶偏轉的內齒輪[3a]、內齒輪[3a]上固定的內輪Ba]以及向上伸出的凸輪[7al]和向下伸出的凸輪[7a2]、汽缸 [lb]、通過連接柄[9b]以及活塞銷軸[8b]連接活塞[2b]的略帶偏轉的內齒輪[北]、內齒輪[3b]上固定的內輪Wb]以及向上伸出的凸輪[7bl]和向下伸出的凸輪[71^2]、凸輪上裝有的滾子[5]和銷軸W]、兩端裝有軸承[11]的齒輪軸[10]、齒輪軸[10]上有齒輪和輪軸 [1 ]、輪軸[12b]等組成。內齒輪[3a]和內齒輪[3b]相同，分左右對置並且分別和齒輪軸[10]上的齒輪嚙合。內齒輪[3a]和內齒輪[3b]分別套在齒輪軸[10]上，其整體受到活塞銷軸[8a] 和活塞銷軸[8b]的限制只能沿汽缸[la]和汽缸[lb]的軸心線左右移動和上下擺動，分別和齒輪軸[10]上的齒輪嚙合，並且傳遞動力。本分明的關鍵所在就是保證內齒輪和齒輪軸的正常嚙合的約束來自兩個相鄰平行對置的相同的內齒輪以及上下伸出的凸輪組上，兩個齒輪傳動裝置相對安裝，互相約束， 組成一套齒輪傳動機構。限制齒輪徑向之間過度嚙合的約束來自齒輪軸[10]上的輪軸[1 ]、輪軸[12b] 和內輪Wa]、內輪Wb]的接觸。內輪Ba]和內輪Wb]相同，內輪Ba]、內輪Wb]的輪廓線和內齒輪[3a]、內齒輪[3b]的齒的中線連接線相同，輪軸[1 ]、輪軸[12b]的外徑和齒輪軸[10]上齒輪的分度圓直徑相同，在齒輪傳動時作純滾動，承受並傳遞徑向作用力，防止齒與齒之間的過渡嚙合，得到並保持對內齒輪[3a]、內齒輪[3b]和齒輪軸[10]上的齒輪的兩個嚙合點的指向傳動軸[10]的徑向約束。輪軸[1 ]、輪軸[12b]分別設置在齒輪軸 [10]中間齒輪的兩端，內輪Wa]和內輪Wb]分別固定在內齒輪[3a]和內齒輪[3b]的外側，便於製造和安裝。為了使齒輪傳動機構能夠正常運轉，這裡還需要一個使內齒輪組和齒輪軸上的齒輪正常嚙合而不離開的約束，這個約束正是本發明的關鍵所在。凸輪[7al]、凸輪[7a2]、凸輪[7bl]和凸輪[7b2]的截面形狀同內齒輪[3a]、內齒輪[3b]和齒輪軸[10]上的齒輪正常嚙合時的運動軌跡相同。凸輪[7al]、凸輪[7bl]和凸輪[7a2]、凸輪[7b2]相互接觸並能相對移動，得到並保持對內齒輪[3a]、內齒輪[3b]和齒輪軸[10]上的齒輪的兩個嚙合點的離開傳動軸[10]的徑向約束。安裝滾子[5]是為了減少磨損。大型的內燃機也可以採用滾動軸承。
圖1中位於齒輪軸[10]兩側的活塞[2a]和活塞[2d]處於上止點位置，當汽缸內的混合燃汽被同時壓縮點燃後，高壓燃氣同時推動活塞[2a]和活塞[2d]運動，使內齒輪 [3a]和內齒輪[3b]同時向中間移動，內齒輪[3a]上的凸輪[7al]和凸輪[7a2] —起向右移動，內齒輪[3b]上凸輪[7bl]和凸輪[7b2] —起左移動，凸輪[7al]的右端和凸輪[7bl] 左端的滾子[5]以及凸輪[7a2]右端的滾子[5]和凸輪[7b2]的左端發生碰撞，內齒輪[3a] 和內齒輪[3b]受到約束，不能左右移動和離開齒輪軸[10]上的齒輪並且保持正常嚙合。內齒輪[3a]最右端和齒輪的右側嚙合；內齒輪[3b]最左端和齒輪的左側嚙合。隨著齒輪軸 [10]順時針的慣性旋轉，平衡狀態被破壞。在齒輪軸[10]的帶動下，內齒輪[3a]和齒輪的嚙合點開始從最右端逆時針向上轉移；內齒輪[3b]和齒輪的嚙合點開始從最左端逆時針向下轉移。為了圖示清楚，圖中只畫了齒輪的中線，即分度圓直徑。凸輪[7al]、凸輪[7a2] 和凸輪[7bl]、凸輪[7b2]在平面內隨內齒輪[3a]和內齒輪[3b] —起移動並且在燃氣的壓力下保持接觸，得到並保持對內齒輪[3a]、內齒輪[3b]和齒輪軸[10]上齒輪的兩個嚙合點的離開齒輪軸[10]的徑向約束。在汽缸[la]和汽缸[lb]內燃氣壓力的持續推動下，活塞[2a]和活塞[2b]通過活塞銷軸[8a]和活塞銷軸[8b]分別推動內齒輪[3a]和內齒輪 [3b]運動，產生力偶矩拖動齒輪軸[10]旋轉，開始對外輸出動力。齒輪的模數和內齒輪組、齒輪的齒數是根據內燃機的工況、機械強度和使用壽命而定的。本發明實施例1的內齒輪組的齒數是32齒，齒輪的齒數是18齒。傳動比等於 (32-18)/18 = 7/9，即內齒輪繞齒輪軸1周，齒輪軸僅轉動7/9周。圖2是圖1的俯視圖。由圖2可見，此時內齒輪在水平方向對齒輪軸的傳動角等於零，相當於曲軸位於上止點的位置時。能夠保持平衡狀態是因為有內齒輪組上的兩對凸輪相互頂著。在圖1中的齒輪軸[10]順時針旋轉15度，達到圖3所示的位置時，內齒輪[3a] 和齒輪軸[10]上齒輪的嚙合點逆時針上移到45度的位置；內齒輪[3b]和齒輪軸[10]上齒輪的嚙合點逆時針下移到45度的位置。此時凸輪[7al]、凸輪[7a2]和凸輪[7bl]、凸輪 [7b2]也隨動移位45度並保持接觸，對上述兩個嚙合點保持離開齒輪軸[10]的徑向約束。 活塞[2a]和活塞[2d]受汽缸內燃料燃燒所產生的爆發力推動，內齒輪[3a]和內齒輪[3b] 以45度的傳動角拖動齒輪軸[10]上的齒輪順時針旋轉，輸出扭距。傳動效率達到0.707 倍，相對於曲軸傳動此時的傳動角19. 28度，傳動效率0. 33倍而言齒輪傳動機構的傳動效率提高2. 14倍。當圖3中的齒輪軸[10]又順時針旋轉15度，到達圖4所示的位置時，內齒輪[3a] 和齒輪軸[10]上齒輪的嚙合點又逆時針上移45度，到達90度的位置；內齒輪[3b]和齒輪軸[10]上齒輪的嚙合點又逆時針下移45度，到達90度的位置。此時凸輪[7al]、凸輪 [7a2]和凸輪[7bl]、凸輪[7b2]也隨動移位45度，並且保持接觸，對上述兩個嚙合點保持徑向約束。內齒輪[3a]和內齒輪[3b]以90度的傳動角一上一下開始用齒條水平拖動齒輪軸[10]上的齒輪順時針旋轉，全額輸出動力。在圖4所示的位置中齒輪軸[10]又順時針旋轉110度，到達圖5所示的位置時，活塞[2a]和活塞[2d]都處於下止點的位置。汽缸[la]和汽缸[lb]作功衝程結束，開始排氣衝程。齒輪軸[10]利用飛輪的慣性力順時針旋轉，拖動內齒輪[3a]和內齒輪[3b]以活塞銷軸[8a]和活塞銷軸[8b]為中心上下擺動。此時凸輪[7al]、凸輪[7a2]和凸輪[7bl]
6凸輪[7b2]也跟隨上下擺動，並且保持接觸，對上述兩個嚙合點保持離開齒輪軸[10]的徑向約束。圖6是圖5中的齒輪軸[10]又順時針旋轉90度時的位置。齒輪軸[10]上的齒輪分別拖動內齒輪[3a]和內齒輪[3b]上的齒條向左右移動。凸輪[7al]凸輪[7a2]和凸輪[7bl]、凸輪[7b2]也跟隨移動，並且保持接觸，對上述兩個嚙合點保持離開齒輪軸[10] 的徑向約束。當圖6中的齒輪軸[10]又順時針旋轉50度後，就回到了圖1所示的位置，排氣衝程結束開始吸氣衝程和壓縮衝程。周而復始，隨著汽缸兩個一組的循環工作，齒輪軸[10] 不斷旋轉，輸出有效功率。四汽缸對置的齒輪傳動內燃機的齒輪傳動機構主要由汽缸[21al]和汽缸 [21a2]、通過連接柄[29a]以及活塞銷軸[28al]連接活塞[2加1]的內齒輪[23a]、內齒輪 [23a]上固定的內輪[24a]以及向上伸出的凸輪[27al]和向下伸出的凸輪[27a2]、分別用活塞銷軸[28a2]連接內齒輪[23a]和活塞[2加2]的連接杆[31a]、汽缸[21bl]和汽缸 [2讓2]、通過連接柄[29b]以及活塞銷軸[28bl]連接活塞[22bl]的內齒輪[2北]、內齒輪 [23b]上固定的內輪[24b]以及向上伸出的凸輪[27bl]和向下伸出的凸輪[271^2]、分別用活塞銷軸[28b2]連接內齒輪[23b]和活塞[22b2]的連接杆[31b]、凸輪上裝有的滾子[25] 和銷軸[26]、兩端裝有軸承[33]的齒輪軸[30]、齒輪軸[30]上有齒輪和輪軸[32]等組成。 內齒輪[23a]和內齒輪[23b]相同，分左右對置並且分別和齒輪軸[30]上的齒輪嚙合。圖7中的四汽缸對置的齒輪傳動內燃機的汽缸位於齒輪軸[30]兩側，活塞[2加1] 和活塞[22bl]共同處於上止點的位置同時開始作功衝程，活塞[2加2]和活塞[22b2]共同處於下止點的位置同時開始壓縮衝程或者排氣衝程。四汽缸對置的齒輪傳動內燃機和兩汽缸對置的齒輪傳動內燃機的不同之處在於其的內齒輪[23a]和內齒輪[23b]的另一端用連接杆[31a]和連接杆[31b]分別連接了活塞[22a2]和活塞[22b2]。內齒輪[23a]和內齒輪[2 ]能夠雙向作功，提高了效率，有利於減輕內燃機總機的質量，對於排氣就量大的內燃機十分有利。尤其是採用兩套四汽缸對置的齒輪傳動內燃機，可視工作狀況停用一套四汽缸對置的齒輪傳動內燃機。滿載工作時可以用電腦軟體控制點火時間，保證每個衝程都有兩個汽缸作功。內輪[24a]和內輪[24b]相同，內輪[2 ]、內輪[24b]的輪廓線和內齒輪[23a]、 內齒輪[2 ]的齒的中線連接線相同，輪軸[32]的外徑和齒輪軸[30]上齒輪的分度圓直徑相同，在齒輪傳動時作純滾動，承受並傳遞徑向作用力，防止齒與齒之間的過渡嚙合，得到並保持對內齒輪[23a]、內齒輪[23b]和齒輪軸[30]上的齒輪的兩個嚙合點的指向傳動軸[30]的徑向約束。凸輪[27al]、凸輪[27a2]、凸輪[27bl]和凸輪[27b2]的截面形狀同內齒輪 [23a]、內齒輪[23b]和齒輪軸[30]上的齒輪正常嚙合時的運動軌跡相同。凸輪[27al]、 凸輪[27bl]和凸輪[27a2]、凸輪[27b2]相互接觸並能相對移動，得到並保持對內齒輪 [23a]、內齒輪D3b]和齒輪軸[30]上的齒輪的兩個嚙合點的離開傳動軸[30]的徑向約
束ο圖8是圖7的半剖俯視圖。內輪[Ma]和內輪[Mb]左右固定在內齒輪[23a]和內齒輪[2 ]的兩側，受力均衡。
本發明實施例2的內齒輪組的齒數是34齒，齒輪的齒數是20齒。傳動比等於 (34-20)/20 = 7/10，即內齒輪繞齒輪軸1周，齒輪軸僅轉動0. 7周。圖7中的齒輪軸[30]順時針旋轉13.5度，到達圖9所示的位置，其傳動效率和圖 3所示的齒輪傳動機構相等。傳動效率達到0. 707倍，相對於曲軸傳動此時的傳動角19. 28 度，傳動效率0. 33倍而言齒輪傳動機構的傳動效率提高2. 14倍。圖9中的齒輪軸[30]順時針旋轉49. 5度，到達圖10所示的位置，此時活塞都處於汽缸的中間位置，齒條的中點一上一下共同拖動齒輪全力運轉，活塞[2加1]和活塞[2加2] 共同向右移動，活塞[22bl]和活塞[22b2]共同向左移動。當圖10中的齒輪軸[30]又順時針旋轉63度，到達圖11所示的位置時，活塞 [22al]和活塞[22bl]共同處於下止點的位置，活塞[2加2]和活塞[22b2]共同處於上止點的位置。當圖11中的齒輪軸[30]又順時針旋轉27度，到達圖12所示的位置時，內齒輪組上的齒條開始和齒輪嚙合，機械效率達到最理想的效果。圖13是圖7的齒輪傳動機構的幾何圖形，圖14是圖9的齒輪傳動機構的幾何圖形，圖15——圖10的齒輪傳動機構的幾何圖形。從幾何圖形可以看出，直線ala3平行於直線blb3，等腰三角形a0ala3全等於等腰三角形b0b3bl，直線ala2等於直線a2a3，直線blM 等於直線b2b3。通過平面幾何和三角的公式就可以求證齒輪傳動機構運行的精確性。內齒輪組套在齒輪軸上，內齒輪以活塞銷軸為中心上下擺動並且跟隨移動，凸輪組在隨動中如果發生幹涉或者產生間隙，那麼應該根據滾子為基準對凸輪進行修正。理論上是沒有必要進行修正的。除了內燃機，齒輪傳動機構還能用於液壓馬達等機械。齒輪傳動機構也能逆向運行，由原動機帶動齒輪軸旋轉，使活塞作往復直線運動，設計製造出高效的液壓泵，氣泵和水泥泵等機械。


圖1—活塞[2a]和活塞[2b]共同處於上止點時雙汽缸對置的齒輪傳動內燃機的齒輪傳動機構示意圖。圖2——圖1的俯視圖。圖3——圖1中的齒輪軸[10]順時針旋轉15度後的示意圖。圖4——圖3中的齒輪軸[10]順時針旋轉15度後的示意圖。圖5——活塞[2a]和活塞[2b]共同處於下止點時雙汽缸對置的齒輪傳動內燃機的齒輪傳動機構示意圖。圖6——圖5中的齒輪軸[10]順時針旋轉90度後的示意圖。圖7——活塞[2加1]和活塞[22bl]共同處於上止點，活塞[2加2]和活塞[22b2] 共同處於下止點時四汽缸對置的齒輪傳動內燃機的齒輪傳動機構示意圖。圖8——圖7的半剖俯視圖。圖9——圖7中的齒輪軸[30]順時針旋轉13. 5度後的示意圖。圖10——圖9中的齒輪軸[30]順時針旋轉49. 5度後的示意圖，此時活塞處於中間的位置。圖11——活塞[2加1]和活塞[22bl]共同處於下止點，活塞[2加2]和活塞[22b2]共同處於上止點時四汽缸對置的齒輪傳動內燃機的齒輪傳動機構示意圖。圖12——圖11中的齒輪軸[30]順時針旋轉27度後的示意圖。圖13——圖7的齒輪傳動機構的幾何圖形。圖14——圖9的齒輪傳動機構的幾何圖形。圖15——圖10的齒輪傳動機構的幾何圖形。圖中——Ia和lb.汽缸；加和213.活塞；3a和3b.內齒輪；如和牝.內輪；5.滾子；6.銷軸；7al、7a2、7bl和7b2.凸輪；8a和8b.活塞銷軸；9a和9b.連接柄；10.齒輪軸； 11.軸承；12a 和 12b.輪軸；21al、21a2、21bl 和 21b2.汽缸；22al、22a2、22bl 和 22b2.活塞；23a和23b.內齒輪；24a和24b.內輪；25.滾子；26.銷軸；27&1、27&2、27131和27卜2.凸輪;28al、28a2、28bl和28b2.活塞銷軸禾口 29b.連接柄；30.齒輪軸；3Ia和31b.連接杆；32.輪軸；33.軸承。
具體實施例方式實施例1 排氣量0. 9L的車用雙汽缸對置的齒輪傳動內燃機，見圖1至圖6。現代四衝程的車用內燃機的技術已經非常成熟，從節能和環境保護的角度出發， 目前的車用內燃機向低排放、小排量和少汽缸的趨勢發展。本實施例秉承了現代內燃機的全部先進技術和科研成果。由於採用了水平對置的雙汽缸設計，使內燃機的內部摩擦減小，每個汽缸的工作容積比較大，汽缸壁面的熱損失比較小，熱效率得到提高。較大的缸徑易於氣門的布置，使進排氣更加通順。由於點火間隔時間長，比較適合採用渦輪增壓。整機的質量減輕，製造和使用成本都有所下降。本發明的齒輪傳動機構仿效了曲軸傳動機構在活塞處於上止點附近，即曲軸的轉角正負35度範圍內的工作狀況。也就是說在相同衝程和相等時間的一個循環中，兩者的活塞在上止點附近移動同樣的距離所需要的時間相等，讓齒輪傳動機構能夠適應現代內燃機的燃料燃燒特徵。由於採用了水平對置的汽缸設計，本實施例內齒輪的兩端採用相同的半圓內齒輪，中間用兩個齒條聯接，使水平對置在兩端的活塞在上止點附近都能像曲軸連杆傳動機構中的活塞那樣平穩工作。內齒輪[3a]、內齒輪[3b]上的連接柄[9a]、連接柄[9b]和通過兩個半圓內齒輪中心的直線有個角度差，保證內齒輪[3a]和內齒輪[3b]上的齒條和齒輪軸[10]上的齒輪嚙合時齒條上的齒的中線連線和汽缸[la]、汽缸[lb]的軸心線平行，達到最佳的傳動效率。內齒輪組採用擺動的形式跟隨活塞運動，活塞也能夠採用市場供應的產品，對內燃機的改動只有曲軸和連杆，使內燃機的生產流程改變很少，生產齒輪傳動內燃機的成本就會大幅度的下降。排氣量0. 9L的車用雙汽缸對置的內燃機中的齒輪傳動機構的齒輪齒形是漸開線形直齒，採用25度齒形角的短齒形。齒輪的模數5毫米，齒輪軸[10]上齒輪的齒數18齒， 內齒輪[3a]和內齒輪[3b]的齒數32齒(其中每個齒條上有4齒)。汽缸缸徑78. 5毫米， 衝程92. 8毫米，總排量898毫升。僅僅從傳動角的理論分析，如果傳動效率能夠提高2倍， 那麼相當於傳統內燃機1796毫升的排量。雙汽缸內燃機由於點火間隔時間長，運轉的平衡性差，會使怠速時的轉速略有提升。如果使用啟動-停車裝置，停車時內燃機熄火，就可以克服這一缺點，降低油耗的效果更加明顯。實施例2 排氣量1. 2L的車用四汽缸對置的齒輪傳動內燃機，見圖7至圖12。總排氣量增大，汽缸數自然會增多。本實施例利用內齒輪的回程，在內齒輪的另一端增加了一個汽缸。通過連接杆連接，使兩個汽缸同步移動。內齒輪[23a]和內齒輪[23b] 上的連接柄口9a]和連接柄[29b]以及活塞銷軸口8al]、活塞銷軸[28a2]和活塞銷軸 [觀bl]、活塞銷軸[28b2]是布置在通過兩個半圓形內齒輪中心的直線的延長線上的，使內齒輪組上下的齒條在與齒輪嚙合時，來回都能夠保持相等的角度(相對於汽缸的軸心線)。如果採用八個汽缸，每次衝程都有兩個對置的汽缸作功，齒輪傳動內燃機的工作狀況就會十分平穩。排氣量1. 2L的車用四汽缸對置的內燃機中的齒輪傳動機構的齒輪齒形是漸開線形直齒，採用25度齒形角的短齒形。齒輪的模數4毫米，齒輪軸[30]上齒輪的齒數20齒， 內齒輪[23a]和內齒輪[2 ]的齒數34齒(其中每個齒條上有4齒)。汽缸缸徑72毫米， 衝程74. 26毫米，總排量1. 2升。僅僅從傳動角的理論分析，如果傳動效率能夠提高2倍， 那麼相當於傳統內燃機2. 4升的排量。水平對置內燃機的活塞運動的平衡性好，能相互抵消震動。曲軸傳動的水平對置內燃機能保持650rpm的低速平穩工作，相比其他形式內燃機油耗更低。本發明的內燃機沒有曲軸就不需要平衡配重，有助於提升轉速，優點更明顯。齒輪軸採用滾動軸承，汽缸對置熱量分散，熱效率又比較高，需要散發的熱量少，齒輪傳動內燃機完全可以採用油冷卻技術，讓潤滑油帶走熱量並起到潤滑作用。省掉水冷卻系統，使內燃機設計簡單，製造成本下降。尤其適合寒冷和乾旱地區。改變內齒輪的形狀，可以提高內燃機的熱效率。半圓形內齒輪的半徑越是小，熱效率就越是高。根據汽油機和柴油機不同的工作狀況和壓縮比，設計符合各自特性的內齒輪形狀，可使內燃機的工作效率得到更大的提升。實施例3 齒輪傳動液壓馬達和泵。如圖1和圖7所示，齒輪傳動機構的活塞配以液壓缸和換向閥門，在壓力油的作用下可推動齒輪軸旋轉。輸出的有效功率高，能輸出的扭矩大。齒輪傳動機構也可以由原動機拖動齒輪軸旋轉，帶動活塞作往復直線運動，把缸體內的介質經過單向閥門組吸入和泵出。
權利要求
1.使用一種可以逆向運行的，把往復的直線運動轉變為朝同一方向旋轉的齒輪傳動機構的往復活塞式內燃機等機械，其特徵在於往復活塞式齒輪傳動內燃機等機械至少包括一套齒輪傳動機構，雙汽缸對置的往復活塞式齒輪傳動內燃機的齒輪傳動機構主要由汽缸 [la]、通過連接柄[9a]以及活塞銷軸[8a]連接活塞[2a]的略帶偏轉的內齒輪[3a]、內齒輪[3a]上固定的內輪Ba]以及向上伸出的凸輪[7al]和向下伸出的凸輪[7a2]、汽缸 [lb]、通過連接柄[9b]以及活塞銷軸[8b]連接活塞[2b]的略帶偏轉的內齒輪[北]、內齒輪[3b]上固定的內輪Wb]以及向上伸出的凸輪[7bl]和向下伸出的凸輪[71^2]、凸輪上裝有的滾子[5]和銷軸W]、兩端裝有軸承[11]的齒輪軸[10]、齒輪軸[10]上有齒輪和輪軸[1 ]、輪軸[12b]等組成；四汽缸對置的齒輪傳動內燃機的齒輪傳動機構主要由汽缸 [21al]和汽缸[21a2]、通過連接柄[29a]以及活塞銷軸[28al]連接活塞[2加1]的內齒輪[23a]、內齒輪[23a]上固定的內輪[24a]以及向上伸出的凸輪[27al]和向下伸出的凸輪[27a2]、分別用活塞銷軸[28a2]連接內齒輪[23a]和活塞[22a2]的連接杆[31a]、汽缸 [21bl]和汽缸[2讓2]、通過連接柄[29b]以及活塞銷軸[28bl]連接活塞[22bl]的內齒輪 [2!3b]、內齒輪[23b]上固定的內輪[24b]以及向上伸出的凸輪[27bl]和向下伸出的凸輪 [271^2]、分別用活塞銷軸[28b2]連接內齒輪[23b]和活塞[22b2]的連接杆[31b]、凸輪上裝有的滾子[25]和銷軸D6]、兩端裝有軸承[33]的齒輪軸[30]、齒輪軸[30]上有齒輪和輪軸[32]等組成。
2.根據權利要求1所述的往復活塞式齒輪傳動內燃機，其特徵在於雙汽缸對置的往復活塞式齒輪傳動內燃機位於齒輪軸[10]兩側的活塞[2a]和活塞[2d]處於上止點位置， 當汽缸內的混合燃汽被同時壓縮點燃後，高壓燃氣同時推動活塞[2a]和活塞[2d]運動，使內齒輪[3a]和內齒輪[3b]同時向中間移動，內齒輪[3a]上的凸輪[7al]和凸輪[7a2] — 起向右移動，內齒輪[3b]上凸輪[7bl]和凸輪[7b2] —起左移動，凸輪[7al]的右端和凸輪[7bl]左端的滾子[5]以及凸輪[7a2]右端的滾子[5]和凸輪[7 ]的左端發生碰撞， 內齒輪[3a]和內齒輪[3b]受到約束，不能左右移動和離開齒輪軸[10]上的齒輪並且保持正常嚙合；四汽缸對置的齒輪傳動內燃機的汽缸位於齒輪軸[30]兩側，活塞[2加1]和活塞 [22bl]共同處於上止點的位置同時開始作功衝程，活塞[2加2]和活塞[22b2]共同處於下止點的位置同時開始壓縮衝程或者排氣衝程。
3.根據權利要求1所述的齒輪傳動機構，其特徵在於內輪Wa]和內輪Wb]相同， 內輪Wa]、內輪Wb]的輪廓線和內齒輪[3a]、內齒輪[3b]的齒的中線連接線相同，輪軸 [1 ]、輪軸[12b]的外徑和齒輪軸[10]上齒輪的分度圓直徑相同，在齒輪傳動時作純滾動，承受並傳遞徑向作用力，防止齒與齒之間的過渡嚙合，得到並保持對內齒輪[3a]、內齒輪[3b]和齒輪軸[10]上的齒輪的兩個嚙合點的指向傳動軸[10]的徑向約束；內輪[Ma] 和內輪[Mb]相同，內輪[2 ]、內輪[24b]的輪廓線和內齒輪[23a]、內齒輪[2 ]的齒的中線連接線相同，輪軸[32]的外徑和齒輪軸[30]上齒輪的分度圓直徑相同，在齒輪傳動時作純滾動，承受並傳遞徑向作用力，防止齒與齒之間的過渡嚙合，得到並保持對內齒輪 [23a]、內齒輪D3b]和齒輪軸[30]上的齒輪的兩個嚙合點的指向傳動軸[30]的徑向約束ο
4.根據權利要求1和3所述的齒輪傳動機構，其特徵在於凸輪[7al]、凸輪[7a2]、凸輪[7bl]和凸輪[7 ]的截面形狀同內齒輪[3a]、內齒輪[3b]和齒輪軸[10]上的齒輪正常嚙合時的運動軌跡相同；凸輪[27al]、凸輪[27a2]、凸輪[27bl]和凸輪[27b2]的截面形狀同內齒輪[23a]、內齒輪[23b]和齒輪軸[30]上的齒輪正常嚙合時的運動軌跡相同。
5.根據權利要求1、3和4所述的齒輪傳動機構，其特徵在於內齒輪[3a]、內齒輪[3b] 上的連接柄[9a]、連接柄[9b]和通過兩個半圓內齒輪中心的直線有個角度差，保證內齒輪 [3a]和內齒輪[3b]上的齒條和齒輪軸[10]上的齒輪嚙合時齒條上的齒的中線連線和汽缸 [la]、汽缸[lb]的軸心線平行。
6.根據權利要求1、3和4所述的齒輪傳動機構機，其特徵在於保證內齒輪和齒輪軸的正常嚙合的約束來自兩個相鄰平行對置的相同的內齒輪以及上下伸出的凸輪組上，兩個齒輪傳動裝置相對安裝，互相約束，組成一套齒輪傳動機構。
7.根據權利要求1、2和6所述的齒輪傳動機構，其特徵在於內齒輪組套在齒輪軸上， 內齒輪以活塞銷軸為中心上下擺動並且跟隨移動，凸輪組在隨動中如果發生幹涉或者產生間隙，那麼應該根據滾子為基準對凸輪進行修正。
8.根據權利要求1、2和7所述的齒輪傳動機構，其特徵在於內齒輪的齒數是整數的， 內齒輪中的半圓內齒輪和齒條上的齒數可以是分數的。
9.根據權利要求1、2和8所述的齒輪傳動機構，其特徵在於內齒輪的形狀相同，可以是長圓形的，也可以是帶圓角的長方形、帶圓角的梯形、蛋形等形狀。
10.根據權利要求1、2和9所述的齒輪傳動機構，其特徵在於齒輪傳動機構能廣泛應用於各種車用內燃機、船用低速柴油機、重型坦克柴油機、液壓馬達和泵等機械。
全文摘要
本發明齒輪傳動內燃機涉及使用一種可以逆向運行的，把往復的直線運動轉變為朝同一方向旋轉的齒輪傳動機構的往復活塞式內燃機等機械。齒輪傳動機構採用內齒輪組以及上面的凸輪組和齒輪軸的傳動來替代曲軸和連杆的傳動。齒輪傳動機構在上止點附近提供了二點三倍的傳動角，機械效率提高二倍。汽缸和活塞水平對置在齒輪軸的兩側，左右相對的汽缸在上止點同時著火燃燒。在燃氣壓力的作用下，凸輪組相對承受和平衡活塞的推力，並保證內齒輪組和齒輪軸的正常嚙合。內齒輪組在活塞的推動下，產生力偶矩拖動齒輪軸旋轉，輸出動力。齒輪傳動機構能廣泛應用於各種車用內燃機、船用低速柴油機、重型坦克柴油機、液壓馬達和泵等機械。
文檔編號F16H1/28GK102230423SQ20111013281
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者舒錦海 申請人:舒錦海