专利名称：无曲轴半齿轮双齿条往复传动机构的制作方法
技术领域：
本发明为无曲轴半齿轮双齿条往复传动机构。
本发明属《机械基础》(高级)传动机构中的滑块传动范围，是由圆周运动和直线往复运动互换的一种全新技术方式。本发明的目的在于改变现有内燃机和压缩机浪费能源的状况，提供一种新的传动技术，以推动科技进步。
本发明的内容在于活塞和连杆改活动连接为固定连接，连杆后半部分为两个齿尖相对的齿条，齿条长度和活塞行程相等；两齿条后端由端件固定连接，形成一长方框；改曲轴为直轴，在轴上装一半齿轮即园齿轮的一半，无齿的半园直径两端切齐，并将有齿的两端在齿根处和半园直径垂直切齐，使半齿轮能在齿条框中以直径和齿条相垂直状态在齿框中双齿条间滑动；半齿轮直径由活塞行程决定，半齿轮半园周长(齿根处)和双齿条的长度相等；在齿框的上下各设置一固定滑道，使齿框在滑道的约束下只能做往复滑动而不能偏转和横移。这样，当活塞处于上止点时，半齿轮和两齿条均不啮合。为避免齿框受压缩气体推动产生错位，出现故障，在半齿轮的一侧装有一长凸轮条于半齿轮有齿一方和直径中心相垂直，长度和活塞行程相等或稍长；在齿框的两端各设一园触点，分别和处于上下止点的凸轮条接触。这样，在内燃机起动时，半齿轮随轴转动。上半周，半齿轮带动上齿条向后运动，下齿条同时向后运动；下半周，半齿轮转到下边，带动下齿条向前运动，上齿条也同时向前运动。起动后，活塞推动连杆；半齿轮向后运动，为上半周；下半周，飞轮储存的能量使半齿轮推动齿框向前运动。在上下止点，半齿轮和双齿条均不啮合时，正好长凸轮条赶到和上下止点触点相抵，保证行程准确到位，不出误差。凸轮和触点错开，即有一齿条和半齿轮啮合。这样互相交替完成各自分担的任务、保证机器正常运转。现有曲轴连杆传动方式具有震动因素多、能源利用率低等缺点。众所周知，要使活塞的推力使曲轴转动，必须使曲轴芯避开死点，和汽缸中心线形成夹角产生扭距，而最好的方式是作用力方向和曲轴旋转半径垂直成为切线。但现行方式活塞的作用点在其中心位置，连杆必须斜向推动曲轴才会产生扭力。按照力的合成与分解原理，连杆曲轴的接点和汽缸中心线的夹角越大，活塞的有效推力就越大。而以连杆和曲柄园周半径成直角时推力最大。经推测，此时连杆和曲轴的接点离开汽缸中心线约75°，根据三角形内角和的固定值，连杆离开汽缸中心线约15°。角度损失占六分之一，说明理论上现有方式此时燃料的最大利用率为六分之五即83％。但也不是实际数值。
举例说明，谁都承认燃料燃烧时产生的压缩比越大，作用力越大。当燃料和活塞面积一定时，一方面连杆和曲轴连接点和汽缸中心线夹角越小，则产生的作用力越大，夹角越大则相反。另一方面，从曲轴方面说，连杆和曲轴的连接点和汽缸中心线的夹角越小，则受扭力越小，0°时为0、90°为最大值，正好相反。说明现行方式活塞推力最大时，恰是曲轴受扭力最小值。这样假设连接点和曲轴方的夹角在10°时，燃料作功推力为100单位，90°时为0，那么燃烧室因素暂不考虑，到该夹角为20°时作用力就减少一半即50单位，到40°时又减少一半即剩25单位，到80°时再减一半仅剩12.5单位。这和实际情况不会完全相符，但总的趋势是这样。
再算有效利用率。仍以上述10°时燃料作功，此时角度仅占最佳角度的九分之一即11％，89％的能量被分解浪费掉；20°时占九分之二即22％，因为此时作用力仅剩50单位，50的22％仍是11％；40°时占九分之四即44％，此时作用力仅剩25单位，25的44％仍是11％；到80°时占九分之八即88％。此时作用力仅剩12.5单位，12.5的88％仍是11％。此分析证明，把现行方式的最佳角度看做燃料作用力利用的最大值是错误的，是一种误解。往前推，1°时燃料作功，作用力相比大10倍，但角度损耗也大10倍，仍遵循这一规律。由此推断，现行方式的燃料实际有效利用率约占燃料能量的10％左右，可见能源浪费之大。
本发明与现有技术相比具有以下优点1、连杆由原随曲轴做园周运动改为直线往复运动，消灭了一个震动因素；2、本发明的活塞作用力点不在活塞中心而在整个活塞直径，其作用力方向不改变角度，和汽缸中心线平行直来直往，死点一过即以和园周半径相切的方式推动半齿轮连轴进行旋转，不产生对轴的推力，活塞汽缸也不偏磨，使燃料利用率达到极限。本发明和现行方式相比可节能80％；3、减少污染80％；4、起动特别轻快。
本发明的说明书附图为木制模型图，模图比2比1。图中1代表活塞，2代表连杆，3为上齿条，4为下齿条，5为连接端件，6为半齿轮，7为主传动轴，8为长凸轮，9为下止点触头内芯，10为外圈，11为上止点触头外圈，12为内芯，13为汽缸筒壁，14为上滑道块，15为下滑道块。
图1为处于上止点时情况，图2为半齿轮和上齿条啮合情况，图3为处于下止点时情况；图4为半齿轮和下齿条啮合情况。
未标处为模型各支撑框。因非设计图。，其它不影响说明传动原理的固定方式，齿条背面与滑道配合的凸线凹槽及平衡块均省略未标。
本发明极易实施，按模型原理放大，规范制作，使机体能容得下，上下各设一固定滑道即可。和同缸径的小型机相比，机体要大一些，因为要容下两个活塞行程。但和同功率机器相比，机体反而会缩小，因多缸可改为单缸的，功率增加数倍。
权利要求
本发明“元曲轴半齿轮双齿条往复传动机构”由直传动轴、两端切角的半齿轮、带齿条框连杆、长凸轮，上下止点触点，上下滑道块等部件组成。依靠装在直传动轴上的半齿轮能分别和构成齿框的上下齿条分别啮合的特性实现园周运动和直线往复运动的直接互换，在上下滑道的约束和长凸轮与上下止点的触点的配合下实现发明目的。本发明需要保护的权利有
1.连杆前端和活塞固定连接，后半部为两个齿尖相对的齿条由连接端件固定连接的齿框；齿条长度和活塞行程相等；两齿条齿尖平行距离由活塞行程决定、
2.半齿轮半园周有齿，直径两端部分切齐，两端齿根处与直径垂直再切齐，半齿轮齿根直径和连杆两齿条尖距相等稍小，使之能在连杆齿框中滑动。半齿轮半园齿根周长和活塞行程相等。半齿轮只能和双齿条分别啮合而不能同时啮合。
3.长凸轮及两个触点长凸轮长度不能小于活塞行程。等于活塞行程，则凸轮根部主轴必须切去一半，长度超过活塞行程一个主轴半径的长度，则主传动轴不需切去、但会增加机体内尺寸供转动。两个触点应在长凸轮处于上下止点的位置时紧挨其顶部固定。
4.上下滑道固定于机体上下适当位置，滑面和连杆齿框上下两背面互有凸线凹槽配合，约束齿框不偏转和横移。
全文摘要
本发明为无曲轴半齿轮双齿条往复传动机构，属《机械基础》(高级)中的滑块传动范围，针对现行曲轴连杆传动方式耗油多易震动的缺点而研制。该装置由装在直轴上的半齿轮和两个齿条先后分别啮合，从而实现连杆以非跳动方式由圆周运动和直线往复运动的互换，消除角度对力的分解，使燃料利用率达到极限，可节油80％，省钱减少污染80％。可广泛用于内燃机，压缩机、冰箱、空调及其它需圆周运动转换为直线往复运动的机械，省油省电。
文档编号F16H19/00GK1430003SQ0113188
公开日2003年7月16日 申请日期2001年12月30日 优先权日2001年12月30日
发明者余秀生 申请人:余秀生