專利名稱：一種內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油機(jī)，特別是涉及一種內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，活塞式內(nèi)燃機(jī)被廣泛應(yīng)用在海路空的交通運輸、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械和動力發(fā) 電等各行各業(yè)。但在如圖l所示的這種活塞式內(nèi)燃機(jī)中，包括箱體K活塞2、連桿3和曲
軸4;在箱體1中，連桿3兩端分別與活塞2和曲軸4連接；該裝置存在著固有的缺點，
即做往復(fù)搖擺運動的連桿3對活塞2不可避免的產(chǎn)生一側(cè)向力，并導(dǎo)致活塞組在氣缸內(nèi)做 橫向平動和旋轉(zhuǎn)擺動，其中該側(cè)向力最終通過活塞作用于氣缸壁。就是這個側(cè)向力以及活 塞組在氣缸內(nèi)做橫向平動和旋轉(zhuǎn)擺動，成為了科技工作者難以逾越的技術(shù)難題，導(dǎo)致內(nèi)燃
機(jī)如下問題
(1) 側(cè)向力對氣缸壁進(jìn)行拍擊，會產(chǎn)生俗稱的"敲缸"現(xiàn)象，是內(nèi)燃機(jī)中最大的機(jī)械 噪音源，并嚴(yán)重影響內(nèi)燃機(jī)的壽命。實際的內(nèi)燃機(jī)活塞與氣缸之間有一定間隙，連桿做往 復(fù)偏擺運動時，側(cè)向力導(dǎo)致活塞在上、下止點附近，從靠緊氣缸一側(cè)擺動到靠緊氣缸另一 側(cè)，即活塞產(chǎn)生的搖擺和橫向移動，對氣缸產(chǎn)生強(qiáng)烈的拍擊作用、產(chǎn)生振動和噪音。這種 振動易使氣缸套與冷卻水接觸的局部表面上出現(xiàn)蜂窩狀的穴蝕破壞。另外，連桿小頭作往 復(fù)運動，大頭作旋轉(zhuǎn)運動，有分布質(zhì)量的連桿便產(chǎn)生角加速度、慣性力矩而擺動，這個慣 性擺動力也成為了發(fā)動機(jī)的橫向激振源。
(2) 側(cè)向力使活塞與氣缸產(chǎn)生摩擦、磨損，造成大量的能量損失，影響內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)
性、動力性，并嚴(yán)重危害內(nèi)燃機(jī)的使用壽命和可靠性。活塞與氣缸之間的摩擦副，是內(nèi)燃 機(jī)中最重要的摩擦副之一，其摩擦損失在整個內(nèi)燃機(jī)的摩擦損失中占有很大的比重，相當(dāng)
于發(fā)動機(jī)總機(jī)械損失的40%以上， 一般都在50 60%。而曲柄連桿機(jī)構(gòu)所固有的、活塞作用 于氣缸的側(cè)壓力產(chǎn)生的摩擦損失往往占了該摩擦損失的30%以上。
(3) 傳統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)對氣缸的側(cè)向力增加了活塞的制造難度。活塞工作時，氣體壓 力均布作用在活塞頂上，而活塞銷給予的支反力則作用在活塞頭部的銷座處，由此而產(chǎn)生 的變形使裙部直徑沿活塞銷座軸線方向增大，而側(cè)向力的作用也使活塞裙部直徑在同一方 向上增大。鑒于這種情況，為了使活塞在正常工作時與氣缸壁保持比較均勻的間隙，避免卡死或局部磨損，必須將活塞加工成裙部斷面為橢圓形，加大了活塞的制造難度，增加了 制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)活塞式內(nèi)燃機(jī)的缺點，本發(fā)明提供一種能實現(xiàn)直線運動與曲軸旋轉(zhuǎn)運動 的轉(zhuǎn)換，消除活塞對氣缸產(chǎn)生的側(cè)壓力，降低活塞與氣缸的摩擦、磨損，改善內(nèi)燃機(jī)的動 力性和經(jīng)濟(jì)性的內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)。
本發(fā)明的目的通過以下裝置來實現(xiàn)
一種內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)，包括箱體、活塞和連桿，在箱體內(nèi)，活塞與連桿連接所述 內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)還包括內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括行星齒輪、 固定內(nèi)齒圈、左曲軸、右曲軸和中間偏心曲軸；所述左曲軸和右曲軸分別通過軸承裝在箱 體左右兩側(cè)；左曲軸、右曲軸的偏心距等于行星齒輪的半徑；左曲軸和右曲軸通過兩滑動 軸承分別與中間偏心曲軸連接，形成轉(zhuǎn)動副；所述行星齒輪為2個，分別固定在中間偏心 曲軸的兩端，位于左曲軸和右曲軸的內(nèi)側(cè)；兩行星齒輪分別與固定在箱體上的兩個內(nèi)齒圈 嚙合形成兩個齒輪副；中間偏心曲軸與連桿連接；行星齒輪的半徑等于固定內(nèi)齒圈半徑的 一半。
為進(jìn)一步實現(xiàn)發(fā)明目的，所述行星齒輪的齒數(shù)為固定內(nèi)齒圈的齒數(shù)的一半。 所述行星齒輪通過熱裝工藝分別固定在中間偏心曲軸的兩端。 所述中間偏心曲軸的偏心線位于行星齒輪的節(jié)圓上。 所述中間偏心曲軸通過軸承與連桿的大頭連接。
所述內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)還包括飛輪和平衡軸；所述飛輪固定在右曲軸上，平衡軸有2 個，位于箱體內(nèi)的下端，分別固定在箱體的前后兩側(cè)上。
與傳統(tǒng)曲柄連桿活塞式內(nèi)燃機(jī)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
(1) 內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)活塞和連桿固連在一起，理論上沿氣缸做純粹直線運動，對氣 缸無側(cè)壓、側(cè)磨，消除了傳統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，連桿對活塞不可避免地產(chǎn)生一側(cè)向力，并 導(dǎo)致活塞在氣缸內(nèi)做橫向平動和擺動，消除了活塞對氣缸造成的拍擊，降低了振動和噪音。
(2) 由于活塞連桿組做直線運動，降低了活塞對氣缸的摩擦、磨損，提高了活塞和氣 缸的工作壽命，降低了能量損失，具有同等功率下，燃油消耗少、耐用性高的優(yōu)點。
(3) 新型單缸柴油機(jī)活塞和連桿做簡諧直線運動，沒有二階往復(fù)慣性力，降低了系統(tǒng) 的振動，機(jī)器運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。
(4 )可方便在傳統(tǒng)活塞式內(nèi)燃機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)的改造。


圖1傳統(tǒng)活塞式內(nèi)燃機(jī)原理圖。
圖2a為內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)原理圖。
圖2b為圖2a的右視圖。
圖3為內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為行星齒輪與中間曲軸安裝示意圖。
圖6為行星齒輪、右曲軸、中間曲軸、固定內(nèi)齒圈安裝示意圖。 圖7a為齒圈與箱體安裝示意圖。 圖7b為圖7a的G-G向剖視圖。
具體實施例方式
為進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是本發(fā) 明要求保護(hù)的范圍并不局限于實施方式表述的范圍。
如圖2a、圖2b、圖3、圖4和圖7b所示，內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)包括箱體5、飛輪15、 活塞6、連桿7、平衡軸14和內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，飛輪15固定在右曲軸11上，平衡軸 14有2個，位于箱體5內(nèi)的下端，分別固定在箱體的前后兩側(cè)19上，通過偏心雙軸機(jī)構(gòu) 平衡活塞往復(fù)慣性力。內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括左曲軸8、右曲軸ll、中間偏心曲軸13和 行星齒輪9;左曲軸8和右曲軸11分別通過軸承裝在箱體5左右兩側(cè)，左曲軸8左端連接 齒輪室總成，齒輪室總成與油泵、配氣機(jī)構(gòu)等連接；左曲軸8、右曲軸ll的偏心距等于行 星齒輪9的半徑；左曲軸8、右曲軸11與中間偏心曲軸13配合形成兩個轉(zhuǎn)動副；具體是 左曲軸8和右曲軸11通過兩滑動軸承17分別與中間偏心曲軸13連接，形成轉(zhuǎn)動副。
如圖5、 6所示，行星齒輪9為2個，通過熱裝工藝分別固定在中間偏心曲軸13的兩 端，位于左曲軸8和右曲軸11的內(nèi)側(cè)；兩行星齒輪9與固定在箱體上的內(nèi)齒圈IO配合形 成兩個齒輪副，行星齒輪9和固定在箱體上的內(nèi)齒圈10齒數(shù)比為1: 2。如圖6、 7a、 7b 所示，內(nèi)齒圈10為2個分別與兩行星齒輪9嚙合，齒圈10固接一安裝體，通過該安裝體 和螺釘或銷固定在箱體5上。中間偏心曲軸13通過軸承16與連桿7的大頭連接；活塞6 和連桿7的小頭固定在一起。如圖2a和圖6所示，行星齒輪9的半徑等于固定內(nèi)齒圈10 半徑的一半。如圖2b所示，內(nèi)齒圈10的中心線與左曲軸8、右曲軸ll的中心線重合。如 圖5所示，軸承16套接連桿7的大頭，軸承16的中心線與中間偏心曲軸13偏心線18重 合，中間偏心曲軸13偏心為行星齒輪9的節(jié)圓上的一點。如圖2a所示，根據(jù)內(nèi)擺線原理，當(dāng)一對漸開線齒輪組成內(nèi)嚙合副時，內(nèi)齒輪分度圓上一點的運動軌跡為內(nèi)擺線。當(dāng)內(nèi)齒圈 10的半徑為行星齒輪9的半徑的兩倍時，行星齒輪9分度圓上任意一點的軌跡是通過齒圈 中心的直線，即內(nèi)擺線為直線，其運動為簡諧直線運動，該內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn) 活塞的直線運動和曲軸旋轉(zhuǎn)運動的互換。
當(dāng)動力帶動左曲軸8旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動固定在中間偏心曲軸13兩端的行星齒輪9繞固定的內(nèi) 齒圈10做行星轉(zhuǎn)動，同時行星齒輪9的轉(zhuǎn)動帶動右曲軸11做旋轉(zhuǎn)運動，根據(jù)內(nèi)擺線原理， 中間偏心曲軸13偏心線18上的任意一點做通過固定內(nèi)齒圈10中心的直線往復(fù)運動，從而 帶動與中間偏心曲軸13在偏心距上形成轉(zhuǎn)動副的連桿7做往復(fù)直線運動；活塞6與連桿7 固定在一起，則活塞沿著氣缸軸線做純粹往復(fù)直線運動。反之，當(dāng)氣缸內(nèi)氣體壓力推動活 塞6和連桿7做直線運動，則帶動中間偏心曲軸13隨行星齒輪9沿著內(nèi)齒圈10做行星轉(zhuǎn) 動，通過軸承17驅(qū)動左曲軸8和右曲軸11的旋轉(zhuǎn)運動，輸出功率。
實施例
對目前流行的傳統(tǒng)活塞式柴油機(jī)進(jìn)行改造內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)替換傳統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)。
如圖3、 4所示；根據(jù)偏心雙軸機(jī)構(gòu)平衡活塞往復(fù)慣性力對平衡軸14尺寸進(jìn)行調(diào)整， 滿足平衡活塞往復(fù)慣性力的要求，箱體5、活塞6的外形和安裝尺寸均可不變。將左曲軸8、 右曲軸11分別裝進(jìn)箱體5內(nèi)原有曲軸的左右軸承上，確保牢固平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。將圖6所示的齒 圈10通過螺栓和定位銷裝置固定在箱體5下部。左曲軸8和右曲軸11通過兩滑動軸承17 分別與中間偏心曲軸13連接，形成轉(zhuǎn)動副。中間偏心曲軸13兩端分別固定兩個行星齒輪 9，兩個行星齒輪9分別與固定在箱體5上的內(nèi)齒圈IO形成齒輪副；中間偏心曲軸13的回 轉(zhuǎn)中心同行星齒輪9的回轉(zhuǎn)中心重合，偏心距等于左曲軸8主軸頸中心線到連桿7軸頸中 心線之間距離的一半；中間偏心曲軸13與連桿7通過滑動軸承16連接，形成轉(zhuǎn)動副。這 樣，便將傳統(tǒng)曲柄連桿活塞式內(nèi)燃機(jī)改造成內(nèi)擺線單缸節(jié)能柴油機(jī)。
經(jīng)上述改造后，內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)連桿活塞固結(jié)為一體，沿著氣缸做簡諧直線運動， 活塞對氣缸無側(cè)壓，消除了活塞對氣缸的拍擊；由于活塞做簡諧運動，只有一階往復(fù)慣性 力，往復(fù)慣性力得到完全平衡，降低了內(nèi)燃機(jī)的振動；內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)活塞做簡諧直線 運動，通過理論分析計算，在同樣的循環(huán)供油量下，平均指示壓力提高了 10%;活塞對氣 缸無側(cè)壓，降低了內(nèi)燃機(jī)的摩擦損失，提高了內(nèi)燃機(jī)輸出功率。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)，包括箱體(5)、活塞(6)和連桿(7)，在箱體(5)內(nèi)，活塞(6)與連桿(7)連接，其特征在于所述內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)還包括內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括行星齒輪(9)、固定內(nèi)齒圈(10)、左曲軸(8)、右曲軸(11)和中間偏心曲軸(13)；所述左曲軸(8)和右曲軸(11)分別通過軸承裝在箱體(5)左右兩側(cè)；左曲軸(8)、右曲軸(11)的偏心距等于行星齒輪(9)的半徑；左曲軸(8)和右曲軸(11)通過兩滑動軸承(17)分別與中間偏心曲軸(13)連接，形成轉(zhuǎn)動副；所述行星齒輪(9)為2個，分別固定在中間偏心曲軸(13)的兩端，位于左曲軸(8)和右曲軸(11)的內(nèi)側(cè)；兩行星齒輪(9)分別與固定在箱體上的兩個內(nèi)齒圈(10)嚙合形成兩個齒輪副；中間偏心曲軸(13)與連桿(7)連接；行星齒輪(9)的半徑等于固定內(nèi)齒圈(10)半徑的一半。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)，其特征在于行星齒輪(9)的齒數(shù)為 固定內(nèi)齒圈(10)的齒數(shù)的一半。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)，其特征在于所述行星齒輪(9)通過 熱裝工藝分別固定在中間偏心曲軸(13)的兩端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)，其特征在于所述中間偏心曲軸(13)的 偏心線(18)位于行星齒輪(9)的節(jié)圓上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)，其特征在于所述中間偏心曲軸(13) 通過軸承(16)與連桿(7)的大頭連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述的內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)，其特征在于所述內(nèi)擺線單 缸柴油機(jī)還包括飛輪(15)和平衡軸(14);所述飛輪(15)固定在右曲軸(11)上，平衡 軸(14)有2個，位于箱體(5)內(nèi)的下端，分別固定在箱體的前后兩側(cè)(19)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)，該柴油機(jī)使用一套新型內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，取代傳統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)活塞的完全直線運動和曲軸旋轉(zhuǎn)運動的互換，輸出功率。內(nèi)擺線能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的左曲軸(8)和右曲軸(11)分別通過軸承裝在箱體(5)左右兩側(cè)；左曲軸(8)和右曲軸(11)通過兩滑動軸承(17)分別與中間偏心曲軸(13)連接；行星齒輪(9)為2個，分別固定在中間偏心曲軸(13)的兩端；兩行星齒輪(9)分別與固定在箱體上的兩個內(nèi)齒圈(10)嚙合形成兩個齒輪副。與傳統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)式單缸柴油機(jī)相比，內(nèi)擺線單缸柴油機(jī)消除了活塞對氣缸的側(cè)壓力，具有傳動效率高、燃油消耗率低、輸出功率大的優(yōu)點。
文檔編號F02B75/32GK101509423SQ20091003816
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者朱俊鵬, 杜群貴, 薛運鋒 申請人:華南理工大學(xué)