齿轮扭矩转化器及齿轮传动往返活塞动力机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种齿轮扭矩转化器以及应用有该齿轮扭矩转化器的齿轮传动往返活塞动力机。该齿轮扭矩转化器，包括有主动轴、机轴、以及主动轴和机轴之间的齿轮系，主动轴和机轴分别为力扭矩转化的输入及输出轴；该主动轴及机轴可为一根或多根，各主动轴与相应的机轴之间设有包含不完全齿轮的两个齿轮系，这两个齿轮系的传动比绝对值相等；每根主动轴通过不完全齿轮与这两个齿轮系交替啮合；机轴可以选用为所述齿轮系中任意一条从动轴。应用本齿轮扭矩转化器的往返活塞动力机，能大幅度提高了力转化机构的机械效率及整机的有效热效率，减少不完全燃烧物的排放，减少噪声污染和热污染，并且便于利用现有成熟动力机技术，升级简便，容易实施。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种往返活塞式动力机及其力扭矩转化装置，尤其是一种用齿轮传动的 往返活塞式动力机的齿轮扭矩转化器，以及该齿轮传动往返活塞动力机。
技术介绍
本文所称的动力机包括内燃机和蒸汽机。目前，在动力机领域中，以曲轴连杆往返活塞 式内燃机研究最深，应用最广，在各个经济领域及国防建设中都有广泛应用。这种曲轴连杆 往返活塞式内燃机的力转化机构是正弦机构，曲轴转动时，活塞存在两个止点。越靠近止点， 曲轴连杆机构将燃气推力转化为机轴扭矩的效率越低，止点是力转化的死点。在死点，不仅 不能将燃气推力转化为机轴扭矩，而且容易产生振动，减少使用寿命。可是，燃料爆炸，燃 气对活塞产生最大推力正是在死点和死点附近，这时，连杆曲轴不能有效地将燃气推力转化 为机轴扭矩，表现出机械效率低下的缺陷；待活塞远离死点，燃气推力下降，温度降低后， 连杆曲轴才能有效地将燃气推力转化为机轴扭矩，造成热效率很大的损失。另外，在曲轴连 杆把燃气推力转化为机轴扭矩的同时，也把活塞紧压在气缸壁上，产生很大的摩擦阻力，减 小机轴扭矩；并且，燃气推力越大，摩擦阻力越大，损失的机轴扭矩越大，进一步降低了曲 轴连杆力转化机构的机械效率。深知曲轴连杆往返活塞内燃机的缺陷，要它达到很高的有效热效率不现实，人们都期望 用一种更理想的力转化机构取代曲轴连杆力转化机构，并且从理性上把注意力集中到旋转活 塞内燃机。但是，经过一百多年努力，尝试过许多力转化方案，也没有完成旋转活塞内燃机 的力转化核心技术的突破，实际还是连杆曲轴往返活塞内燃机性能更优。中国专利申请 200610126406. X (变速齿轮旋转活塞动力机)，首次公开了用齿轮传动取代曲轴连杆传动的 技术，才从实验室实现旋转活塞内燃机的力转化核心技术的突破，能大幅度节能减排。但是， 该旋转活塞内燃机的旋转构件较多，制造成本可能较高。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题，是为往返活塞式动力机提供一种结构更简单、力转化 效率更高且便于现有技术升级的通过齿轮传动的的齿轮扭矩转化器，以及应用有该齿轮扭矩 转化器的齿轮传动往返活塞动力机。研究发现，齿轮传动除了适用于旋转活塞动力机作扭矩转化外，如用于活塞为往返运动 的动力机作扭矩转化，同样可以消除连杆曲轴往返活塞动力机的靠近两个活塞止点时的扭矩损失、消除连杆曲轴传动摩擦损失大的缺陷，大幅度提高机械效率；同样可以任意选择燃烧 效率较高、有效热效率较高的活塞行程，大幅度提高有效热效率，大幅度节能减排。特别是， 对现有的连杆曲轴往返活塞动力机，齿轮传动往返活塞动力机只需用机械效率高的齿轮传动 取代原机械效率低的连杆曲轴传动，其它内燃机技术可以全套使用，技术升级方便。该新的 往返活塞动力机的力转化机构即为本技术所指的齿轮扭矩转化器。为解决上述技术问题，本技术齿轮扭矩转化器所采用的技术方案为该齿轮扭矩转化器包括有主动轴、机轴、以及主动轴和机轴之间的齿轮系，主动轴和机轴分别为力扭矩转 化的输入及输出轴；所述主动轴及机轴可为一根或多根，各主动轴与相应的机轴之间设有包 含不完全齿轮的两个齿轮系，这两个齿轮系的传动比绝对值相等；每根主动轴通过不完全齿 轮与这两个齿轮系交替啮合；机轴可以选用为所述齿轮系中任意一条从动轴。(为以下叙述 方便，在此定义本方案的齿轮扭矩转化器为"轴齿轮扭矩转化器"。)上述主动轴和机轴间的包含不完全齿轮的齿轮系的具体结构和形式，可根据齿轮系啮合 的一般常识自由构建，并不拘于某一固定形式。本技术所述齿轮扭矩转化器中所用的完全齿轮，可为圆柱齿轮或锥齿轮。 齿条作为直径为无限大的齿轮的特例，应用于上述方案作为主动轴齿轮时，形成的齿轮扭矩转化器在此定义为"齿条齿轮扭矩转化器"。齿条齿轮扭矩转化器的具体结构可以为 每根主动轴上设有一对齿条，该两根齿条为齿背齿并联固接，或为齿并齿固接；所述两个齿 轮系各自通过不完全齿轮固定地与其中的一根齿条交替啮合。应用上述齿轮扭矩转化器的往返活塞动力机的技术方案为 (1)、应用有上述轴齿轮扭矩转化器的齿轮传动往返活塞动力机(以下简称为"轴齿轮齿返动力机")，包括气缸、活塞，和与之相连的齿轮扭矩转化器，齿轮扭矩转化器包括有主动轴、机轴、以及主动轴和机轴之间的齿轮系，主动轴和机轴分别为力扭矩转化的输入及输出轴；所述主动轴及机轴可为一根或多根，各主动轴与相应的机轴之间设有包含不完全齿轮的两个齿轮系，这两个齿轮系的传动比绝对值相等；每根主动轴通过不完全齿轮与这两个齿轮系交替啮合；机轴可以选用为所述齿轮系中任意一条从动轴。上述应用有本技术轴齿轮扭矩转化器的齿轮传动往返活塞动力机，其气缸为弧筒 状；齿轮扭矩转化器的主动轴位于弧筒状气缸的圆心；主动轴直接与活塞连接、或通过齿条 或活塞连接件与活塞连接；该齿条或活塞连接件具有与气缸壁相适应的弧度，可随活塞在气 缸内作弧线往返运动(记为代号H)。利用齿轮扭矩转化器内部不完全齿轮间断啮合、间断传 动的特性，活塞受到的气体推力，通过主动轴及不完全齿轮系，转化为机轴上的定向旋转驱动力。如上所述的弧筒状气缸，还可具体采用如下两种结构1) 气缸缸体为一体固定式。主动轴通过活塞连接件与活塞连接，此时活塞连接件为L 状，其连接活塞侧具有与气缸壁相适应的弧度。2) 气缸缸体为部分固定式所述气缸缸体由距离主动轴较远的外缸体和与活塞固接并通过活塞连接件与主动轴连接的内缸体组成。在动力机工作的过程中，固接在一起的活塞、内缸体及活塞连接件，在弧形气缸内以主动轴为圆心作弧线往返运动，再由轴齿轮扭矩转化器将燃气对活塞的推力转化为机轴扭矩。(2)、应用有上述齿条齿轮扭矩转化器的齿轮传动往返活塞动力机(以下简称为"齿条齿返动力机")，其结构特征为齿轮扭矩转化器主动轴上的齿轮直径为无限大，即齿条。具体为每根主动轴上设有一对齿条，即两根齿条为齿背齿并联固接，或为齿并齿固接;所述两个齿轮系各自通过不完全齿轮固定地与其中的一根齿条交替啮合。上述应用有本技术齿条齿轮扭矩转化器的齿轮传动往返活塞动力机，其气缸为弧筒状或直筒状(直筒实为直径为无限大的弧筒)；齿轮扭矩转化器的齿条与活塞直接连接形成活塞一齿条组件，且所述齿条与具有与气缸壁相适应的弧度。工作状态下，受燃气推动的活塞—齿条组件，在直筒状的气缸内做直线往返运动(记为代号Z)，或采用弧形齿条在弧筒状气缸内作弧线往返运动。利用齿轮扭矩转化器内部不完全齿轮间断啮合、间断传动的特性，活塞受到的气体推力，通过齿条及不完全齿轮系，转化为机轴上的定向旋转驱动力。应用上述齿轮扭矩转化器的齿轮传动往返活塞动力机包括内燃机和蒸汽机。根据以上所述技术方案及措施，本技术齿轮传动往返活塞动力机的气缸可以做成弧 筒状或者螺旋筒状，活塞及连接件做成与气缸内空间相适应的弧状或者螺旋状，并且，可以 根据需要将数量不同的气缸、活塞、连接件自行组合成多种结构、多缸的动力机。由于主动 轴位于弧筒状气缸的圆心，弧筒状气缸体是以主动轴为圆心的圆弧或圆，若用"圆"代表 "弧筒状气缸体"，用"接"代表"活塞连接件"，用"缸"代表"气缸"，用"塞"代表"活塞"，齿返动力机的结构有很多种，例如n(n为自然数)圆n接n缸n塞，n圆n接 n缸2n塞，n圆n接2n缸n塞，n圆n接2n缸2n塞，n圆2n本文档来自技高网...

【技术保护点】
齿轮扭矩转化器，包括有主动轴、机轴、以及主动轴和机轴之间的齿轮系，主动轴和机轴分别为力扭矩转化的输入及输出轴，其特征在于：主动轴及机轴为一根或多根，各主动轴与相应的机轴之间设有包含不完全齿轮的两个齿轮系，这两个齿轮系的传动比绝对值相等；每根主动轴通过不完全齿轮与这两个齿轮系交替啮合；机轴可以选用为所述齿轮系中任意一条从动轴。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黎耕，
申请(专利权)人：黎耕，
类型：实用新型
国别省市：45[中国|广西]