专利名称：无曲轴式往复与旋转动力转换机构及其发动机和压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及将往复直线运动与旋转动力相互转换的动力转换机构；还涉及应用该动力转换机构的活塞式发动机、压缩机等。
背景技术：
在机械领域，我们常常需要将往复运动与旋转动力进行相互转换，尤其是活塞式发动机(包括汽油、柴油、燃气等内燃机，或蒸汽机等)，以及活塞式空气或制冷剂压缩机等，它们的主要功能需要依靠这类动力转换机构实现。
目前应用最广泛的动力转换机构的当属曲轴连杆机构，自从活塞式发动机发明百余年来，几乎都是采用该传统机构；其缺陷在于机械动力转换效率受到限制——做功压力最大时旋转力矩可能最小，而旋转力矩逐渐增加到最大时，做功动力已经衰减过半了；此外，受不断变化方向的力矩作用，活塞对汽缸壁产生的侧压力，增加了阻力，并加剧了关键部件间的磨损。
本发明意在提供一种无曲轴的动力转换机构。通过专利文献检索，我们发现了相对较为接近的资料，如中国专利公开号CN2291534Y，授权公告日1998年9月16日，发明创造的名称为《三齿双条式往复旋转互换机构》等。其不足之处是因其采用了“不完全齿轮与齿条间歇啮合”的设计，首先啮合的轮齿必定会受到相当大的冲击，影响其使用寿命；此外，当发动机转速在较大范围变动时，齿轮与齿条间的同步运行不容易控制，可能会发生错位的情况，进而产生较严重的后果。
发明内容
发明目的本发明克服了现有技术中的某些不足，在于提供一种效率较高、适用范围较广、冲击损害相对较小的无曲轴式往复与旋转动力转换机构及其发动机和压缩机。
技术方案为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的所述的动力转换机构包含一个与往复动力部件固连的齿环框1、一个与动力轴20固连的动力轮2、一个与齿环框1和动力轮2直接或间接传动的行星轮3
所述的齿环框1是一个齿边环形结构其两边为两根对称平行的齿条11和12；其两端为两个对称的半圆形齿轮(简称端齿轮)13和14，其齿轮轴心线在往复行程两端的停顿过渡期(简称过渡期)，分别与动力轴20的轴心线重合；所述的行星轮3以轴连杆23为系杆，既是动力轮2的行星轮，在过渡期又分别是端齿轮13或14的行星轮在往复直线行程中，受齿条11或12与轴连杆23(或其限位装置24)的共同作用，行星轮3被定位，在齿环框1与动力轮2之间相互传递动力；在过渡期，动力轮2继续保持直线行程中的转向旋转，行星轮3在其带动下，可以以端齿轮13或14为定位中心轮，从直线行程末端的齿条终点处公转至齿环框另一边齿条的起点处，准备进入下一直线行程；如此往复。
本发明也可以通过以下方式实现所述的齿环框1为内齿环框，即端齿轮13和14为内齿轮，齿条11和12的条齿也对称向内；动力轮2为外齿轮；轴连杆23的外端受限位装置24的限制只能沿齿环框1的边沿移动，使行星轮3始终与齿环框1相啮合。
本发明也可以通过以下方式实现所述的齿环框1为外齿环框；动力轮2为外齿轮，与齿环框1不在同一平面；行星轮3为前后两齿轮同轴固连的齿轮串；在直接啮合时，动力轮2的半径小于端齿轮13和14的半径。
本发明也可以通过以下方式实现所述的动力轮2是一个内齿轮，齿环框1为外齿环框，二者不在同一平面。
本发明也可以通过以下方式实现所述的动力轮2是一个内齿轮，齿环框1为内齿环框，二者不在同一平面；在直接啮合时，动力轮2的半径大于端齿轮13和14的半径。
本发明还提供了一种压缩机，所述的压缩机包含至少一组上述的动力转换机构，每组机构带动至少一套气缸活塞。
本发明还提供了一种无曲轴发动机的启动机构，上述的动力转换机构的齿环框与活塞固连，启动电机可以驱动其动力轴20旋转。
本发明还提供了一种发动机，所述的发动机包含至少一组上述的动力转换机构，每组机构由至少一套汽缸活塞带动。
本发明提供的发动机也可以通过以下方式实现点火相位间隔180度的4个四冲程汽缸或2个二冲程汽缸带动至少一组机构。
本发明提供的发动机还可以通过以下方式实现点火相位间隔120度的6个四冲程汽缸或3个二冲程汽缸分别带动6组或3组机构。
有益效果与现有技术相比，本发明的优点是提高了传动效率因为齿轮(含齿条)等直接传动的效率很高(一般可达94％以上)。
提高了发动机的能量转换效率，并改善了其排放性能在活塞的上、下止点各有一段停顿过渡期，有利于燃料的充分进气、充分混合、充分燃烧，以及废气的充分排放；还可以减少甚至避免进、排气门同时开启的时间，降低油耗；对气门开闭的控制及点火时机的选择都更加从容。
机构内各齿轮、齿条等传动部件始终处于啮合状态，它们之间的瞬间冲击力小于其他不完全齿轮式或离合式转换机构。
因采用直轴设计，各转动部件中可以使用轴承。
可以设计、采用长行程的汽(气)缸活塞；活塞结构简单、轻便，加工更容易。
图1、图2是内齿环框式动力转换机构的原理示意3是内齿环框机构的侧面(局部剖面)示意4是外啮合行星轮机构示意5是外啮合行星轮机构的侧面示意6是动力轮为内齿轮的内齿环框机构示意7是动力轮为内齿轮的外齿环框机构示意8是动力轮为内齿轮的外齿环框机构的侧面(局部剖面)示意图；以及齿环框的背部固连件底板上开有滑动槽的局部剖面示意9是动力轴不穿过齿环框的示意10是齿环框为实心齿环条时的示意11是行星轮等为圆锥齿轮(含圆柱齿轮)、或行星轮轴不平行于动力轴的示意图，及其轴端滑动槽的局部剖面示意12是齿环框的背部固连件底板上开有滑动槽的示意13是动力轮与行星轮之间通过中间(齿)轮间接传动的示意14是动力轮与行星轮之间通过链条或皮带等部件间接传动的示意15是齿环框与行星轮之间通过中间齿轮间接传动的示意16是齿环框与行星轮之间通过中间轮以及链条或皮带等其他传动部件间接传动的示意17是一组动力转换机构固连多套汽(气)缸活塞的示意18是多组机构同轴纵向排列的示意图，以及飞轮、启动机构示意19是动力轴非输出主轴、或多组不同轴排列机构的动力输出示意中1.齿环框 2.动力轮3.行星轮 4.活塞5.汽(气)缸 6.固连件及底板 7.齿环框滑动槽8.行星轮轴滑动端9.中间轮 10.齿环框运动方向 11、12.对称平行齿条 13、14.端齿轮15.飞轮16.启动电机 17.动力轴输出齿轮 18.主轴输入齿轮19.输出主轴20.动力轴 21.动力轴旋转方向 22.轴套23.轴连杆 24.轴连杆限位装置 25.往复限位挡块 26.限位凸块27.限位铰链杆 28.链条 29.皮带 30.行星轮轴31.与齿环框啮合或联动的后行星轮32.与动力轮啮合或联动的前行星轮33.行星轮旋(自)转方向 34.行星轮(及系杆)公转方向具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明为叙述方便，本发明将随着同一固连件做往复运动的至少一个齿环框、至少一个动力轮、至少一个行星轮构成的动力转换机构称为“一组机构”；所谓的行星轮3与齿环框1及动力轮2的“直接传动”是指它们之间直接啮合(或摩擦传动)，“间接传动”是指它们之间通过中间轮或链条、皮带等部件间接传动(参阅说明5.1)往复运动的齿环框1是一个齿边环形结构(参见图1、图4、图10等)其两边为两根对称平行的齿条11、12；其两端为两个对称的半圆形齿轮(端齿轮)13、14，其齿轮轴心线在过渡期分别与动力轴20的轴心线重合(参见图1、图2等)；行星轮3以轴连杆23为系杆，既是动力轮2的行星轮，在过渡期又分别是端齿轮13或14的行星轮。
机构中各部件的运动方式和过程，仅以第一个实施例为例详细分析和说明，其后各实施例中的运动方式和过程与此类似，不再赘述，各部件的具体运动方向参见各实施例的附图。
1、内齿环框实施例(参见图1、图2)齿环框1为内齿环框即端齿轮13和14为半圆形的内齿轮、齿条11和12的条齿对称向内；动力轮2为外齿轮；齿环框1、动力轮2、行星轮3可以位于同一平面；轴连杆23的外端有限位装置24限位装置24可以是滚轮、滚珠、轴承、齿轮等滚动体或者是限位销，它可以沿齿环框1的外沿或其边沿的滑动槽7(参见图3或图12-虚线部分)移动，使行星轮3始终与齿环框1相啮合；则行星轮3是动力轮2的外啮合行星轮，在过渡期又分别是端齿轮13或14的内啮合行星轮
在往复直线行程中，受齿条11或12与轴连杆23(含限位装置24)的共同作用，行星轮3被定位直接在齿环框1与动力轮2之间相互传递动力；在过渡期，动力轮2继续维持直线行程中的转向旋转，行星轮3在其带动下，可以以端齿轮13或14为定位中心轮，从直线行程末端的齿条终点处公转至齿环框另一边齿条的起点处，准备进入下一直线行程；如此往复。
两种转换方式分述如下1.1、该机构可以将旋转动力转换成往复直线运动在持续的旋转动力带动下，不妨假定动力轴20、动力齿轮2始终沿箭头21方向旋转(方向相反时，情况类似)1.1.1、直线行程以图1实线部分作为起始位置，受齿条11与限位装置24、轴连杆23的共同作用，行星轮3被定位动力轮2沿箭头21方向旋转，通过行星轮3直接向齿条11传递动力，拉动齿环框1向下运动，直至下止点。
1.1.2、当到达下止点时，即进入过渡期(参见图2)，动力轮2继续沿箭头21方向旋转，因限位装置24等不再受齿条的限位，可以沿上端齿轮13的弧形边沿前进，则行星轮3在动力轮2的带动下可以以轴连杆23为系杆、以上端齿轮13为定位中心轮作行星运动，沿箭头34方向公转至齿环框1右边齿条12的起点处，准备进入下一直线行程；(因这一过程中齿环框1不再移动，故称为往复行程间的停顿过渡期)。
1.1.3、进入返向直线行程(相对于上一直线行程)，过程与1.1.1类似限位装置24又受到齿条12的限位，行星轮3再次被定位；动力轮2继续沿箭头21方向旋转，并通过行星轮3直接向齿条12传递动力，推动齿环框1向上运动(参见图1-右侧虚线位置)，直至上止点。
1.1.4、当运行到上止点后，再次进入过渡期，过程与1.1.2类似因不再受到齿条的限位，行星轮3又可以作行星运动动力轮2继续沿箭头21方向旋转，行星轮3在其带动下，以下端齿轮14为定位中心轮，公转至齿环框1左边齿条11的起点处，即回到起始位置——图1实线部分，完成一个循环，并准备进入下一直线行程；如此往复。
随着动力轴20的持续旋转，齿环框1就做持续、周期性的往复直线运动，可以通过固连件6带动活塞4等往复做功。
该机构可以直接应用于活塞式压缩机等需要将旋转动力转换成往复直线运动的装置与设备中压缩机的电机带动至少一组上述动力转换机构的动力轴20及动力轮2沿箭头21方向持续旋转，并带动齿环框1、固连件6、活塞4等持续往复运动，周期性地压缩气缸5内的气体做功(参见图1)；一组机构还可以带动多套气缸活塞(参见图17)。
该机构还可作为无曲轴式发动机的启动机构(参见图18)启动电机16通过飞轮15驱动动力轴20旋转，带动至少一组机构往复运动，直至至少一个汽缸点火或发动机正常运转。
1.2、该机构可以在飞轮等机构的辅助下将往复直线运动转换成持续的旋转运动假设活塞4等往复部件可以通过固连件6带动齿环框1做持续周期性的往复直线运动(如齿环框固连了4个四冲程汽缸或2个二冲程汽缸，参见图17)；动力轴20与飞轮惯性机构15(参见图18)相联1.2.1、直线行程也将图1实线部分作为起始位置，往复部件带动齿环框1由上止点向下止点做功运动，受齿条11与限位装置24、轴连杆23的共同作用，行星轮3被定位，直接传递动力，则齿条11通过行星轮3拉动动力轮2及其动力轴20沿箭头21方向旋转并输出动力；同时，还可以带动飞轮蓄能，直至下止点。
1.2.2、到达下止点后，往复部件及齿环框暂无运动，即进入过渡期(参见图2)，过程与1.1.2类似与动力轴相联的惯性蓄能飞轮，带动动力轴20及动力轮2继续沿箭头21方向旋转；因限位装置24等不再受齿条的限位，可以沿上端齿轮13的弧形边沿前进；则行星轮3在动力轮2的带动下可以以轴连杆23为系杆、以上端齿轮13为定位中心轮作行星运动，公转至齿环框1的右边齿条12的起点处，准备进入返向直线行程。
1.2.3、进入返向直线行程(过程与1.2.1类似)往复部件带动齿环框1由下止点向上止点做功运动，齿条12通过被定位的行星轮3拉动动力轮2及其轴20继续沿箭头21方向旋转并输出动力(参见图1-右侧虚线位置)；同时，还可以带动飞轮蓄能，直至上止点；1.2.4、当到达上止点时，再次进入过渡期(过程与1.1.4、1.1.2以及1.2.2类似)，因无齿条的限位，行星轮3又可以作行星运动在惯性飞轮的带动下，动力轴20及动力轮2继续沿箭头21方向旋转，行星轮3在其带动下，以下端齿轮14为定位中心轮，公转至齿环框1左边齿条11的起点处，即回到起始位置——图1实线部分，完成一周运动，并准备进入下一直线行程；如此往复。
若往复部件只能间歇性地带动齿环框1单向做功(如仅有一套汽缸活塞时)，则在其直线做功行程1.2.1之后直至其再次做功之前的一个循环周期中的其他行程和过程，都需要依靠惯性飞轮蓄能机构或其他组机构的动力来带动完成，即该机构的作用暂时变成“将旋转动力转换成往复直线运动”(参阅说明1.1)。
随着往复部件持续(或间歇性地)周期性直线往复做功运动，在惯性飞轮等机构的辅助下，动力轴20就沿箭头21方向持续旋转并输出动力。
该机构可以作为发动机的动力转换机构，将活塞的往复运动转换成旋转动力输出所述的发动机包含至少一组该动力转换机构，每组机构由至少一套汽缸活塞带动齿环框1做往复运动，则动力轴20可以持续旋转并输出动力。
关于发动机的详细内容，参阅说明6。
2.外齿环框实施例(参见图4、图5)齿环框1为外齿环框，即端齿轮13和14为外齿轮、齿条11和12的条齿对称向外；动力轮2为外齿轮，与齿环框1不在同一平面，假设其位于齿环框1的前面(在另一面时，情况类似，下同)，则行星轮3是由前后两个行星齿轮32、31同轴固连而成的齿轮串，前行星轮32是动力轮2的外啮合行星轮，后行星轮31在过渡期是端齿轮13或14的外啮合行星轮；同时，因行星轮3在齿环框1外沿运行，并受其限位，因此在外齿环框的情况下，轴连杆23上不再需要限位装置(下同)。
在直接啮合的情况下，当动力轮2的半径小于端齿轮13和14的半径时，行星轮3可以完成过渡期相应的公转动作；在间接传动的情况下，则动力轮2的半径可以大于或等于端齿轮13和14的半径(例如图16或图14等等)、行星轮3也可以是长圆柱齿轮，因其形式繁杂多样，可根据机械原理具体分析之，此处不再展开讨论(参阅说明5.1及图13、图15等)。
3、内动力轮外齿环框实施例(参见图7、图8)动力轮为内齿轮、齿环框为外齿环框时动力轮2与齿环框1也不在同一平面；行星轮3可以是一枚长圆柱齿轮，也可以是由前、后两齿轮同轴固连成的齿轮串，其前部或前齿轮32是动力轮2的内啮合行星轮，后部或后齿轮31在过渡期是端齿轮13或14的外啮合行星轮。
4、内动力轮内齿环框实施例(参见图3)动力轮为内齿轮、齿环框为内齿环框时动力轮2与齿环框1也不在同一平面；行星轮3的前齿轮32是动力轮2的内啮合行星轮，后齿轮31在过渡期是端齿轮13或14的内啮合行星轮；在直接啮合的情况下，当动力轮2的半径大于端齿轮13和14的半径时，行星轮3可以完成过渡期相应的公转动作。
在间接传动的情况下，则动力轮2的半径可以小于或等于端齿轮13和14的半径(例如图15等等)、行星轮3也可以是长圆柱齿轮，因其形式同样繁杂多样，可根据机械原理具体分析之，此处也不再展开讨论(参阅说明5.1及图13、图14、图16等)。
5、本技术方案(含上述各实施例)的其他一些情况说明5.1、间接传动情况行星轮3与动力轮2、齿环框1之间，既可以是直接啮合或摩擦传动，也可以是通过齿轮、摩擦轮、链条、皮带等传动部件间接传动(参见图13、图14、图15、图16)。即端齿轮13和14可以是齿轮或摩擦轮；行星轮3、动力轮2、中间轮9等既可以是齿轮，也可以是摩擦轮、链轮或皮带轮等。相应地各部件的传动面——含行星轮3、动力轮2、中间轮9、端齿轮13和14、以及齿条11和12的传动面等，既可以是轮齿，也可以是摩擦面、链齿等等。
动力轮2与行星轮3的前部(或前行星轮32)之间可以通过中间(齿)轮9等间接传动(参见图13；有更多中间轮或动力轮2为内齿轮时，情况类似，图中未示出)；也可以通过链条28或皮带29等间接传动(参见图14)；行星轮3的后部(或后行星轮31)与齿环框1之间可以通过中间齿轮9等间接传动(参见图15；有更多中间齿轮或齿环框为外齿环框时，情况类似，图中未示出)；还可以通过与中间轮串9相联的链条28或皮带29间接传动——参见图16，此时中间轮9为齿轮与链轮(或皮带轮)同轴固连的中间轮串，其一端为齿轮与齿环框1直接啮合，另一端与行星轮3(或31)同为相应的链轮或皮带轮；(有更多中间齿轮或齿环框为内齿环框时，情况类似，图中未示出)。
中间轮9的轴也位于轴连杆23上。
5.2、动力轴20可以不穿过齿环框1的内部(参见图9)，齿环框1为外齿环框时，可以是实心的齿环条(参见图10)，该设计可以使端齿轮13、14的半径尽可能小，以缩短行程间的停顿过渡期。
但由于没有动力轴在其内部起限位作用，齿环条与往复构件的移动范围需要靠限位装置来限定(参见图9)——可以在齿环条1或其固连件底板6上适当位置设置至少一个限位凸块26，并在机体的相应部位设置至少一个限位挡块25或限位槽(图中未示出)来限制其位移；也可以通过固定于机体中部并与限位凸块26相联接的铰链杆27来限位。
当然，在动力轴穿过齿环框的机构中，为了减少、甚至避免往复构件对动力轴的冲击，也可以采用类似的限位装置。
5.3、行星轮3可以是圆锥齿轮(含长圆柱齿轮)，而行星轮3的轴30可以平行或不平行于动力轴20(参见图11)，则动力轮2、端齿轮13和14，也可以是相应的圆锥齿轮(含圆柱齿轮)，齿条11、12应为相应的斜面齿条；各轮及齿的具体参数设置应保证它们之间能始终相互啮合、可靠运转并传递动力。
5.4、为使行星轮3运行更加稳定，轴连杆23可以不止一根，它可以位于行星轮轴的一端(参见图11等)，或两端(参见图3、图5)，或前后两行星轮32、31的中间(参见图8、图5)；此外，还可以在齿环框或其固连件底板6上，沿齿边开一道环形滑动槽7(参见图12，侧面局部剖视图参见图8、图3、图11)，使行星轮3的轴端8(或内齿环框实施例中的限位装置24)可以在滑动槽7内滑行，以增加其运行的稳定性。
5.5、各轮半径的相对大小等参数可以影响机构的输出力矩及传动比和传动效率，应在符合力学原理的范围内适当选择。
5.6、一组机构可以有不止一个齿环框，如两个齿环框同轴对称分布于固连件6的两侧(参见图18左一虚线位置)，每个齿环框带动各自的行星轮和动力轮；当然一个往复部件也可以固连更多的齿环框，向不同方向输出动力，或通过圆锥齿轮等其他传动部件统一输出动力(图中未示出)。
6、发动机实施例6.1、对于单缸发动机，可以只有一组动力转换机构，因其只能在爆发行程单向带动齿环框1做功运动，因此必须借助飞轮蓄能机构在汽缸5的爆发直线行程中，行星轮3被定位，直接传递动力，活塞4通过固连件6带动齿环框1向下运动，拉动动力轮2及其轴20沿箭头21方向旋转输出动力(参见图1)，同时带动飞轮旋转；在这一行程中，活塞的直线动力绝大部分转换成了旋转动力；在这之后直到该汽缸再次爆发前，需要靠与动力轴相连的蓄能飞轮的旋转动力带动完成，则该机构的作用暂时变成“将旋转动力转换成往复直线运动”——即依靠飞轮的旋转惯性带动动力轴20及动力轮2继续沿箭头21方向旋转，进而带动齿环框1及活塞4做往复运动，继续完成其后的排气、进气、压缩三个行程(四冲程发动机)，或是完成排、扫、进气及压缩行程(二冲程发动机)。
6.2、一组动力转换机构可以由不只一套汽缸活塞带动，它们可以相对于齿环框1的中心点对称排列(参见图17)，图中实线部分的两套汽缸活塞的轴心线分别正对两边的齿条，此时活塞对汽缸壁产生的侧压力最小，甚至没有；如果是对称分布的4个四冲程汽缸(或2个二冲程汽缸)，则每一个往复直线行程都有一个汽缸在爆发做功，向主轴输出动力，同时带动其他汽缸进行压缩等耗功行程。该设计不仅可以带动齿环框1持续往复运动做功，还能减少在爆发行程末端往复构件对动力轴20或限位部件的冲击；但在过渡期仍需依靠飞轮机构的惯性带动。
6.3、当发动机含有多组动力转换机构时，各组机构可以同轴纵向排列(参见图18)；也可以不同轴排列(参见图19)。
各组机构的汽缸点火时间及相对相位可以是没有关联的；然而，由于每组机构最终都要将动力直接或间接传到输出主轴上，因此，它们之间总是可以相互联动的，那以下的设计就有一定的优势即各组机构的汽缸间隔一定的相位依次点火，则一组机构的汽缸在爆发行程向主轴输出动力的同时，还可以带动其他组机构的汽缸进行压缩等行程，不仅能提高发动机的效率，还能减少往复部件对动力轴等的冲击，使发动机的运行更趋平稳
6.3.1、如果是点火相位间隔180度的4个四冲程汽缸(或2个二中程汽缸)分别带动4组(或2组)机构(1组机构的情况，参阅说明6.2)；则每一个往复直线行程都有一个汽缸在爆发做功，同时带动其他汽缸进行压缩等行程(参见图18或图19)。
6.3.2、如果是点火相位间隔120度的6个四冲程汽缸(或3个二冲程汽缸)分别带动6组(或3组)机构，则在任意时刻都至少有一个汽缸处于爆发行程，向输出主轴输出动力，同时带动其他汽缸进行各种行程和过程。此时，发动机无需依赖飞轮即可实现持续运转，飞轮机构只起启动和稳定速度的作用(参见图18或图19)。
6.4、含有多组不同轴的动力转换机构的发动机，其输出主轴19可以就是其中一组机构的动力轴20(参见图19)；也可以是几组机构再通过齿轮(或链条、皮带、摩擦轮等其他传动部件，图中未示出)向输出主轴19输出动力(参见图19)齿轮17为各组机构动力轴20上的动力输出齿轮，齿轮18为发动机输出主轴19上的主轴输入齿轮；当动力轴20不作输出主轴时(参见图19，实线部分)，可以对动力轴20进行适当的缓冲减震处理，则往复部件即使对动力轴20有较大的冲击，对发动机主轴的稳定输出也影响不大。
6.5、其他系统和机构6.5.1、润滑由于本发动机采用了直轴，各转动部件中可以使用轴承，隐蔽部位也较少，可对现有润滑技术的油道等作适当的调整；对于齿轮、齿条间的润滑，可以采用喷溅与飞溅或部分浸没的方式。
6.5.2、启动现有技术中的飞轮启动机构可以直接应用于本发动机由启动电机16驱动飞轮15及动力轴旋转，从而带动至少一组机构往复运动，直至至少一个汽缸点火或发动机正常运行(参见图18，多组机构非同轴排列时，情况类似)。
6.5.3、配气机构、供油系统、点火系统等，可以采用现有技术，但应相应、合理地调整其燃油比例、供油量、进排气门开闭时间、点火时间等控制参数，以适应并提高本发动机的性能。
6.5.4、其他如汽缸盖、汽缸体、冷却系统等，可以直接应用现有技术；因无曲轴连杆的限制，可以设计成较长的汽缸，即以适当增加活塞的行程来提升发动机的动力；本发动机的活塞对汽缸壁的侧压力甚小，故无需较长的裙部；同时因其可直接固连齿环框，而无需装配连杆销等部件，可以设计成简单对称的圆柱形，使各径向受热膨胀量相同，加工更为容易。
权利要求
1.一种无曲轴式往复与旋转动力转换机构，包括往复动力部件、旋转输出轴等，其特征在于所述的动力转换机构包含一个与往复动力部件固连的齿环框[1]、一个与动力轴[20]固连的动力轮[2]、一个与齿环框[1]和动力轮[2]直接或间接传动的行星轮[3]所述的齿环框[1]是一个齿边环形结构其两边为两根对称平行的齿条[11]和[12]，其两端为两个对称的半圆形齿轮[13]和[14]，其齿轮轴心线在往复行程两端的停顿过渡期，分别与动力轴[20]的轴心线重合；所述的行星轮[3]以轴连杆[23]为系杆，既是动力轮[2]的行星轮，在过渡期又分别是端齿轮[13]或[14]的行星轮在往复直线行程中，受齿条[11]或[12]与轴连杆[23]或其限位装置[24]的共同作用，行星轮[3]被定位，在齿环框[1]与动力轮[2]之间相互传递动力；在过渡期，动力轮[2]继续保持直线行程中的转向旋转，行星轮[3]在其带动下，可以以端齿轮[13]或[14]为定位中心轮，从直线行程末端的齿条终点处公转至齿环框另一边齿条的起点处，准备进入下一直线行程；如此往复。
2.按照权力要求1所述的动力转换机构，其特征在于所述的齿环框[1]为内齿环框，即端齿轮[13]和[14]为内齿轮，齿条[11]和[12]的条齿也对称向内；动力轮[2]为外齿轮；轴连杆[23]的外端受限位装置[24]的限制只能沿齿环框[1]的边沿移动，使行星轮[3]始终与齿环框[1]相啮合。
3.按照权力要求1所述的动力转换机构，其特征在于所述的齿环框[1]为外齿环框；动力轮[2]为外齿轮，与齿环框[1]不在同一平面；行星轮[3]为前后两齿轮同轴固连的齿轮串；在直接啮合时，动力轮[2]的半径小于端齿轮[13]和[14]的半径。
4.按照权力要求1所述的动力转换机构，其特征在于所述的动力轮[2]是一个内齿轮，齿环框[1]为外齿环框，二者不在同一平面。
5.按照权力要求1所述的动力转换机构，其特征在于所述的动力轮[2]是一个内齿轮，齿环框[1]为内齿环框，二者不在同一平面；在直接啮合时，动力轮[2]的半径大于端齿轮[13]和[14]的半径。
6.一种压缩机，包括气缸、活塞、动力轴，其特征在于所述的压缩机包含至少一组如权力要求1或2或3或4或5所述的动力转换机构，每组机构带动至少一套气缸活塞。
7.一种无曲轴发动机的启动机构，包括启动电机、飞轮，其特征在于如权力要求1或2或3或4或5所述的动力转换机构的齿环框[1]与活塞固连，启动电机可以驱动其动力轴[20]旋转。
8.一种发动机，包括汽缸、活塞、旋转输出轴，以及其他辅助系统和机构，其特征在于所述的发动机包含至少一组如权力要求1或2或3或4或5所述的动力转换机构，每组机构由至少一套汽缸活塞带动。
9.按照权力要求8所述的发动机，其特征在于点火相位间隔180度的4个四冲程汽缸或2个二冲程汽缸带动至少一组机构。
10.按照权力要求8所述的发动机，其特征在于点火相位间隔120度的6个四冲程汽缸或3个二冲程汽缸分别带动6组或3组机构。
全文摘要
本发明公开了一种无曲轴式往复与旋转动力转换机构及其发动机和压缩机，由与往复动力部件固连的、由对称平行齿条及半圆齿轮构成的齿环框1和动力轴上的动力轮2以及行星轮3组成的动力转换机构，取代了传统的曲轴连杆机构在直线行程中，齿环框1和动力轮2通过被定位的行星轮3直接相互传递动力；在直线行程末端，行星轮3在动力轮2带动下，以两端半圆齿轮为定位中心轮，公转至齿环框的另一边，进入下一直线行程；则齿环框1与动力轮2之间可以持续地将往复动力与旋转动力相互转换；该动力转换机构、以及应用了该机构的发动机和压缩机等，具有结构简单、传动效率高、能量转换效率高、排放性能好等特点。
文档编号F16H19/02GK1702352SQ20051006534
公开日2005年11月30日 申请日期2005年4月3日 优先权日2004年5月18日
发明者程远 申请人:程远