本發(fā)明涉及燃?xì)鈩恿︻I(lǐng)域，更具體地說，是一種凸輪活齒架端齒輪輸出式內(nèi)燃機。

背景技術(shù)：

目前使用較普遍的內(nèi)燃機是往復(fù)式四沖程曲軸連桿型內(nèi)燃機，這種內(nèi)燃機的傳動結(jié)構(gòu)都采用曲軸連桿機構(gòu)，通過連桿帶動曲軸，從而將活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。由于這種內(nèi)燃機是靠活塞的直線運動和連桿的平面運動來驅(qū)使曲軸作旋轉(zhuǎn)運動，從而造成各運動副之間存在著較大的摩擦，導(dǎo)致內(nèi)燃機傳動效率低。曲軸連桿型內(nèi)燃機還有如下主要缺陷：體積大；連桿、曲軸上的不平衡離心力較大；沖擊大，振動大；并由此引起較大的機械磨損，使內(nèi)燃機壽命縮短；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工、制造、裝配等都比較困難。

另外，通常內(nèi)燃機與變速裝置是兩個獨立的機器，內(nèi)燃機需另外安裝減速器用于后續(xù)變速，造成體積龐大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為克服現(xiàn)有往復(fù)式四沖程曲軸連桿型內(nèi)燃機存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、功率大、壽命長、效率高的高速四沖程內(nèi)燃機——凸輪活齒架端齒輪輸出式內(nèi)燃機。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種凸輪活齒架端齒輪輸出式內(nèi)燃機，主要由氣缸蓋(1)、進氣門(2)、排氣門(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、萬向球組件(9)、端齒輪(10)、鋼球活齒(11)、凸輪活齒架(12)、左蓋兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)、密封圈(15)、輸出端軸承蓋(16)、深溝球軸承(17)、保持架(18)、支撐鋼球(19)、螺釘(20)、鍵(21)、氣缸端軸承蓋(22)、深溝球軸承(23)、萬向鋼球(24)、推力球軸承(25)及起動系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)組成，其特征在于：用凸輪活齒架擺盤機構(gòu)取代現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機中的曲軸連桿機構(gòu)，在凸輪活齒架(12)的右邊設(shè)置八個氣缸(4)，八個氣缸(4)的頂端位于垂直于輸出軸(14)的軸線的同一平面內(nèi)，所有氣缸(4)的軸心線都平行于輸出軸(14)的軸線，并與輸出軸(14)的軸線等距周向均布，八個活塞(7)分別放入八個氣缸(4)中，活塞(7)的軸向左右往復(fù)直線運動經(jīng)凸輪活齒架擺盤機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S(14)的旋轉(zhuǎn)運動，凸輪活齒架(12)將內(nèi)燃機和凸輪活齒架擺盤機構(gòu)有機的融為一體，使內(nèi)燃機無需再額外配備變速器；上述凸輪活齒架擺盤機構(gòu)由萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)及支撐鋼球(19)有機的組合而成；其中，萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)由凸輪活齒架(12)、萬向球組件(9)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、缸體(5)組成，推桿(6)的一端與活塞(7)固定聯(lián)接，另一端通過螺紋聯(lián)接裝有萬向球組件(9)，萬向球組件(9)使推桿(6)與凸輪活齒架(12)的外部右端槽式四相凸輪之間的聯(lián)接為滾動摩擦聯(lián)接，去掉了現(xiàn)有往復(fù)式內(nèi)燃機中連桿與活塞及連桿與曲軸之間的鉸鏈聯(lián)接關(guān)系，從而可大大提高功率傳遞效率，彈簧(8)的一端與活塞(7)聯(lián)接，另一端與缸體(5)的底部聯(lián)接，彈簧(8)使推桿(6)上的萬向球組件(9)始終與凸輪活齒架(12)的外部右端槽式四相凸輪保持接觸，凸輪活齒架(12)通過深溝球軸承(23)支撐于輸出軸(14)上；槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)由凸輪活齒架(12)、鋼球活齒(11)、端齒輪(10)、左蓋兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)組成，其中左蓋兩相擺盤激波器(13)通過螺釘(20)與缸體(5)固定聯(lián)接，左蓋兩相擺盤激波器(13)的左邊是本發(fā)明內(nèi)燃機的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的激波器，即是說左蓋兩相擺盤激波器(13)將內(nèi)燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的激波器合二為一，內(nèi)燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的兩相擺盤激波器也可以分別制造后再剛性連接成一個整體；在左蓋兩相擺盤激波器(13)上激波器的外圍和凸輪活齒架(12)的左端都沿周向開有圓形導(dǎo)槽，若干個支撐鋼球(19)在該兩圓形導(dǎo)槽中可周向滾動，這些支撐鋼球(19)用以支撐凸輪活齒架(12)、承受萬向鋼球(24)作用在凸輪活齒架(12)上的軸向力；端齒輪(10)與輸出軸(14)之間通過鍵(21)聯(lián)接，輸出軸(14)的兩端通過一對深溝球軸承(17)和一個推力球軸承(25)分別支撐于左蓋兩相擺盤激波器(13)和缸體(5)中，推力球軸承(25)對輸出軸(14)進行了軸向固定，輸出軸(14)、端齒輪(10)、凸輪活齒架(12)和左蓋兩相擺盤激波器(13)四個零件的軸心線重合；凸輪活齒架(12)的內(nèi)部開有z11個與凸輪活齒架(12)的軸心線等距且周向均布的軸向通孔，z11個鋼球活齒(11)分別裝在凸輪活齒架(12)的z11個半徑與鋼球活齒(11)半徑相同的軸向通孔內(nèi)并可自由軸向運動，所以凸輪活齒架(12)的內(nèi)部是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的活齒架，凸輪活齒架(12)既是萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)中的凸輪又是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的活齒架；鋼球活齒(11)的個數(shù)z11和端齒輪(10)的齒數(shù)(或叫波數(shù))z10相差為2，鋼球活齒(11)與左蓋兩相擺盤激波器(13)、端齒輪(10)和凸輪活齒架(12)同時保持嚙合接觸；在槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)中，鋼球活齒(11)幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱面稱為槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的分度圓柱面，也是端齒輪(10)的分度圓柱面和左蓋兩相擺盤激波器(13)的分度圓柱面，這些圓柱面的軸心線都與輸出軸(14)的軸線重合；在左蓋兩相擺盤激波器(13)的右端面上和端齒輪(10)的左端面上均沿周向開有軸心對稱周向均勻分布的導(dǎo)槽，該兩周向?qū)Р鄯謩e是左蓋兩相擺盤激波器(13)的激波部分和端齒輪(10)的輪齒部分，該兩周向?qū)Р凼卿撉蚧铨X(11)隨凸輪活齒架(12)轉(zhuǎn)動并在凸輪活齒架(12)的軸向通孔中運動時所處一系列位置的包絡(luò)曲面，該兩周向?qū)Р墼谳S截面內(nèi)的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒(11)的半徑相同，該兩周向?qū)Р鄣能壽E是余弦函數(shù)曲線沿圓柱面的分布，其中左蓋兩相擺盤激波器(13)的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于左蓋兩相擺盤激波器(13)的波幅數(shù)2，而端齒輪(10)的左端導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于端齒輪(10)的齒數(shù)z10，即是說左蓋兩相擺盤激波器(13)的右端是槽式兩相凸輪，該槽式兩相凸輪的輪廓在上述分度圓柱面上的形狀是兩個相同的軸向凸出部分，每個軸向凸出部分對應(yīng)的圓心角為180^o；八個氣缸(4)的軸心線都在通過所有萬向鋼球中心的圓柱面上并沿周向均布；通過所有支撐鋼球(19)的圓柱面與通過所有萬向鋼球中心的圓柱面重合；凸輪活齒架(12)的外部右端槽式四相凸輪是軸心對稱周向均勻分布的圓筒形槽式四相凸輪，該四相凸輪的輪廓在通過所有萬向鋼球中心的圓柱面上的形狀是四個相同的軸向凸出部分，每個凸出部分對應(yīng)的圓心角為90°，該四相凸輪的導(dǎo)槽截面為半徑與萬向球組件(9)中的萬向鋼球(24)的半徑相同的圓弧，可通過選取恰當(dāng)?shù)幕钊?7)軸向運動規(guī)律來確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內(nèi)燃機得到最佳的動力性、經(jīng)濟性和排放指標(biāo)；上述八個氣缸(4)中任意兩個相隔180°對稱布置的活塞(7)工作狀態(tài)同步，將工作狀態(tài)同步的兩個活塞(7)作為一組，四組活塞(7)依次進行吸氣沖程、壓縮沖程、氣體燃燒做功沖程和排氣沖程，相鄰兩組氣缸(4)相差一個沖程，對應(yīng)于凸輪活齒架(12)轉(zhuǎn)角的相位差為45°；活塞(7)通過推桿(6)的軸向直線往復(fù)運動使得凸輪活齒架(12)旋轉(zhuǎn)，凸輪活齒架(12)將動力經(jīng)槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)傳給與端齒輪(10)鍵聯(lián)接的輸出軸(14)，最后動力由輸出軸(14)輸出。

上述槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)中，鋼球活齒(11)與左蓋兩相擺盤激波器(13)、端齒輪(10)和凸輪活齒架(12)均為多齒嚙合，且接觸面積大，故可實現(xiàn)大功率傳動。

本發(fā)明內(nèi)燃機其他未提及的地方均采用現(xiàn)有技術(shù)。

與已有技術(shù)相比本發(fā)明的主要發(fā)明點在于：

①用凸輪活齒架擺盤機構(gòu)取代現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機中的曲軸連桿機構(gòu)，將活齒傳動技術(shù)引入內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域，不但徹底去除了曲軸和連桿，而且活塞的軸向左右往復(fù)直線運動經(jīng)凸輪活齒架擺盤機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的旋轉(zhuǎn)運動，凸輪活齒架將內(nèi)燃機和凸輪活齒架擺盤機構(gòu)有機的融為一體，使內(nèi)燃機與變速裝置(變速器)合二為一，得到了一種結(jié)構(gòu)緊湊、小巧的新型大功率動力機器，氣缸軸向布置的設(shè)計使內(nèi)燃機徑向尺寸大大減小。

②上述凸輪活齒架擺盤機構(gòu)由萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)及支撐鋼球有機的組合而成；其中，萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)由凸輪活齒架、萬向球組件、推桿、活塞、彈簧、缸體組成，推桿的一端與活塞固定聯(lián)接，另一端通過螺紋聯(lián)接裝有萬向球組件，萬向球組件使推桿與凸輪活齒架的外部右端槽式四相凸輪之間的聯(lián)接為滾動摩擦聯(lián)接，去掉了現(xiàn)有往復(fù)式內(nèi)燃機中連桿與活塞及連桿與曲軸之間的鉸鏈聯(lián)接關(guān)系，從而可大大提高功率傳遞效率，彈簧的一端與活塞聯(lián)接，另一端與缸體的底部聯(lián)接，彈簧使推桿上的萬向球組件始終與凸輪活齒架的外部右端槽式四相凸輪保持接觸，凸輪活齒架通過深溝球軸承支撐于輸出軸上；槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)由凸輪活齒架、鋼球活齒、端齒輪、左蓋兩相擺盤激波器、輸出軸組成，其中左蓋兩相擺盤激波器通過螺釘與缸體固定聯(lián)接，左蓋兩相擺盤激波器的左邊是本發(fā)明內(nèi)燃機的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的激波器，即是說左蓋兩相擺盤激波器將內(nèi)燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的激波器合二為一，內(nèi)燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的兩相擺盤激波器也可以分別制造后再剛性連接成一個整體；在左蓋兩相擺盤激波器上激波器的外圍和凸輪活齒架的左端都沿周向開有圓形導(dǎo)槽，若干個支撐鋼球在該兩圓形導(dǎo)槽中可周向滾動，這些支撐鋼球用以支撐凸輪活齒架、承受萬向鋼球作用在凸輪活齒架上的軸向力；端齒輪與輸出軸之間通過鍵聯(lián)接，輸出軸的兩端通過一對深溝球軸承和一個推力球軸承分別支撐于左蓋兩相擺盤激波器(13)和缸體中，推力球軸承對輸出軸進行了軸向固定，輸出軸、端齒輪、凸輪活齒架和左蓋兩相擺盤激波器四個零件的軸心線重合；凸輪活齒架的內(nèi)部開有z11個與凸輪活齒架的軸心線等距且周向均布的軸向通孔，z11個鋼球活齒分別裝在凸輪活齒架的z11個半徑與鋼球活齒半徑相同的軸向通孔內(nèi)并可自由軸向運動，所以凸輪活齒架的內(nèi)部是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的活齒架，凸輪活齒架既是萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)中的凸輪又是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的活齒架；鋼球活齒的個數(shù)z11和端齒輪的齒數(shù)(或叫波數(shù))z10相差為2，鋼球活齒與左蓋兩相擺盤激波器、端齒輪和凸輪活齒架同時保持嚙合接觸；在槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)中，鋼球活齒幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱面稱為槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的分度圓柱面，也是端齒輪的分度圓柱面和左蓋兩相擺盤激波器的分度圓柱面，這些圓柱面的軸心線都與輸出軸的軸線重合；在左蓋兩相擺盤激波器的右端面上和端齒輪的左端面上均沿周向開有軸心對稱周向均勻分布的導(dǎo)槽，該兩周向?qū)Р鄯謩e是左蓋兩相擺盤激波器的激波部分和端齒輪的輪齒部分，該兩周向?qū)Р凼卿撉蚧铨X隨凸輪活齒架轉(zhuǎn)動并在凸輪活齒架的軸向通孔中運動時所處一系列位置的包絡(luò)曲面，該兩周向?qū)Р墼谳S截面內(nèi)的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒的半徑相同，該兩周向?qū)Р鄣能壽E是余弦函數(shù)曲線沿圓柱面的分布，其中左蓋兩相擺盤激波器的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于左蓋兩相擺盤激波器的波幅數(shù)2，而端齒輪的左端導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于端齒輪的齒數(shù)z10，即是說左蓋兩相擺盤激波器的右端是槽式兩相凸輪，該槽式兩相凸輪的輪廓在上述分度圓柱面上的形狀是兩個相同的軸向凸出部分，每個軸向凸出部分對應(yīng)的圓心角為180^o；八個氣缸的軸心線都在通過所有萬向鋼球中心的圓柱面上并沿周向均布；通過所有支撐鋼球的圓柱面與通過所有萬向鋼球中心的圓柱面重合；凸輪活齒架的外部右端槽式四相凸輪是軸心對稱周向均勻分布的圓筒形槽式四相凸輪，該四相凸輪的輪廓在通過所有萬向鋼球中心的圓柱面上的形狀是四個相同的軸向凸出部分，每個凸出部分對應(yīng)的圓心角為90°，該四相凸輪的導(dǎo)槽截面為半徑與萬向球組件中的萬向鋼球的半徑相同的圓弧，可通過選取恰當(dāng)?shù)幕钊S向運動規(guī)律來確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內(nèi)燃機得到最佳的動力性、經(jīng)濟性和排放指標(biāo)。

③上述八個氣缸中任意兩個相隔180°對稱布置的活塞工作狀態(tài)同步，將工作狀態(tài)同步的兩個活塞作為一組，四組活塞依次進行吸氣沖程、壓縮沖程、氣體燃燒做功沖程和排氣沖程，相鄰兩組氣缸相差一個沖程，對應(yīng)于凸輪活齒架轉(zhuǎn)角的相位差為45°；活塞通過推桿的軸向直線往復(fù)運動使得凸輪活齒架旋轉(zhuǎn)，凸輪活齒架將動力經(jīng)槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)傳給與端齒輪鍵聯(lián)接的輸出軸，最后動力由輸出軸輸出。

④上述槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)中，鋼球活齒與左蓋兩相擺盤激波器、端齒輪和凸輪活齒架均為多齒嚙合，且接觸面積大，故可實現(xiàn)大功率傳動。

本發(fā)明與現(xiàn)有往復(fù)式四沖程曲軸連桿型內(nèi)燃機相比，具有以下有益的技術(shù)效果：

1.振動小、噪聲小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)

由于本發(fā)明內(nèi)燃機采用凸輪活齒架擺盤機構(gòu)取代了現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機中的曲軸連桿機構(gòu)，徹底取消了曲軸和連桿，萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)都是軸對稱及中心對稱結(jié)構(gòu)，沒有偏心質(zhì)量和不平衡力，消除了因曲軸質(zhì)量偏心、連桿作平面運動引起的慣性力和傾覆力矩以及由此產(chǎn)生的沖擊振動和噪聲，消除了連桿偏擺導(dǎo)致活塞拍擊氣缸壁造成的振動和噪聲，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。本發(fā)明內(nèi)燃機的八個氣缸均為軸向放置，沿周向均勻分布，其中任意兩個相隔180°對稱布置的活塞工作狀態(tài)同步，即：或同時吸氣、或同時壓縮、或同時氣體燃燒做功、或同時排氣，因此，沖擊力總是成對的出現(xiàn)，端齒輪受力均衡，內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。用支撐鋼球支撐凸輪活齒架、承受萬向鋼球作用在凸輪活齒架上的軸向力，不僅可以提高凸輪活齒架的強度和剛度，而且還可使凸輪活齒架運動平穩(wěn)。

2.結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕

本發(fā)明內(nèi)燃機采用軸向布置氣缸的設(shè)計，顯著地減小了整機的徑向尺寸；取消笨重復(fù)雜的曲軸連桿機構(gòu)，代之以結(jié)構(gòu)緊湊的凸輪活齒架擺盤機構(gòu)，該機構(gòu)將內(nèi)燃機與變速裝置(增速器)合二為一，無需另配增速裝置，結(jié)構(gòu)大幅縮減，并且槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的軸向尺寸小。故本發(fā)明內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。

3.大傳動比、高速輸出

本發(fā)明內(nèi)燃機的動力輸出軸與端齒輪固聯(lián)，槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)以凸輪活齒架輸入動力，左蓋兩相擺盤激波器固定，端齒輪輸出，輸出軸轉(zhuǎn)速取決于槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的傳動比，而適當(dāng)選擇槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的配齒方案，可以實現(xiàn)較大的傳動比，而且仍然保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等諸多優(yōu)點。內(nèi)燃機高速輸出動力，這種特性廣泛應(yīng)用于需高速轉(zhuǎn)速的領(lǐng)域，諸如小型發(fā)電機、直升機發(fā)動機等，輸出轉(zhuǎn)速一定時，可減少有害氣體的排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

4.摩擦磨損小、油耗低、效率高、壽命長

本發(fā)明內(nèi)燃機中，萬向球組件與凸輪活齒架之間、凸輪活齒架與左蓋兩相擺盤激波器之間、鋼球活齒與左蓋兩相擺盤激波器以及端齒輪之間均為滾動摩擦聯(lián)接，取消了磨損嚴(yán)重、摩擦功耗大的曲軸連桿機構(gòu)，傳動效率高。槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)中，鋼球活齒與左蓋兩相擺盤激波器、凸輪活齒架和端齒輪之間均為多齒嚙合，且接觸面積大，承載能力大，故可實現(xiàn)大功率傳動。同時槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)可以實現(xiàn)兩相激波并保證其自身及其內(nèi)部活齒的受力自動平衡，在傳動裝置中不存在一齒差活齒傳動中需偏心安裝凸輪而存在的慣性力、激振力和傾覆力矩等，從傳動原理上避免了傳動裝置的振動激勵，從而有利于提高傳動的效率，機械摩擦磨損也較小，油耗低，內(nèi)燃機壽命較長。

5.可優(yōu)化性強

左蓋兩相擺盤激波器和端齒輪上的槽式凸輪的導(dǎo)槽軌跡曲線方程均為余弦函數(shù)，且曲線方程形式簡單一致，利于優(yōu)化設(shè)計。由于活塞的運動規(guī)律完全取決于凸輪活齒架的導(dǎo)槽軌跡曲線，所以可通過選取恰當(dāng)?shù)幕钊\動規(guī)律來設(shè)計凸輪活齒架上的四相凸輪輪廓，而恰當(dāng)?shù)幕钊\動規(guī)律可使氣缸中的氣體燃燒充分、完善、燃料熱能利用率高。

6.結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、生產(chǎn)成本低

本發(fā)明內(nèi)燃機中的零件結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、生產(chǎn)成本低，徹底取消了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造困難的曲軸和連桿，多采用鋼球等通用性強、由專業(yè)廠商制造的標(biāo)準(zhǔn)零件，且萬向球組件中的鋼球活齒的半徑與活齒架中的萬向鋼球的半徑相同，故左蓋兩相擺盤激波器與端齒輪和凸輪活齒架外部右端三處槽式凸輪結(jié)構(gòu)的導(dǎo)槽截面圓弧半徑均相同，方便制造且降低成本。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。但要特別指出的是，本發(fā)明的具體實施方式不限于下面實施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可很容易地設(shè)計出其他的具體實施方式，因此不應(yīng)將下面給出的具體實施方式的實施例理解為本發(fā)明的保護范圍，將本發(fā)明的保護范圍限制在所給出的實施例。

圖1是凸輪活齒架端齒輪輸出式內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是圖1的a-a剖視圖

圖3是左蓋兩相擺盤激波器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4是端齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5是凸輪活齒架的結(jié)構(gòu)示意圖

圖6是萬向球組件的結(jié)構(gòu)示意圖

圖7是沿通過所有萬向鋼球中心的圓柱面的截面展開示意圖

圖8是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的分度圓柱面截面展開示意圖

圖9是兩相擺盤激波器的三維模型

圖10是凸輪活齒架的沿通過所有萬向鋼球中心的圓柱面的截面示意圖

圖11是端齒輪的三維模型及導(dǎo)槽軌跡曲線圖

圖12是凸輪活齒架的三維模型

上述各附圖中圖識標(biāo)號的標(biāo)識對象是：1氣缸蓋；2進氣門；3排氣門；4氣缸；5缸體；6推桿；7活塞；8彈簧；9萬向球組件；10端齒輪；11鋼球活齒；12凸輪活齒架；13左蓋兩相擺盤激波器；14輸出軸；15密封圈；16輸出端軸承蓋；17深溝球軸承；18保持架；19支撐鋼球；20螺釘；21鍵；22氣缸端軸承蓋；23深溝球軸承；24萬向鋼球；25推力球軸承。

具體實施方式

圖1～圖12所示凸輪活齒架端齒輪輸出式內(nèi)燃機，主要由氣缸蓋(1)、進氣門(2)、排氣門(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、萬向球組件(9)、端齒輪(10)、鋼球活齒(11)、凸輪活齒架(12)、左蓋兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)、密封圈(15)、輸出端軸承蓋(16)、深溝球軸承(17)、保持架(18)、支撐鋼球(19)、螺釘(20)、鍵(21)、氣缸端軸承蓋(22)、深溝球軸承(23)、萬向鋼球(24)、推力球軸承(25)等組成，其特征在于：用凸輪活齒架擺盤機構(gòu)取代現(xiàn)有曲軸連桿型內(nèi)燃機中的曲軸連桿機構(gòu)，在凸輪活齒架(12)的右邊設(shè)置八個氣缸(4)，八個氣缸(4)的頂端位于垂直于輸出軸(14)的軸線的同一平面內(nèi)，所有氣缸(4)的軸心線都平行于輸出軸(14)的軸線，并與輸出軸(14)的軸線等距周向均布，八個活塞(7)分別放入八個氣缸(4)中，活塞(7)的軸向左右往復(fù)直線運動經(jīng)凸輪活齒架擺盤機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S(14)的旋轉(zhuǎn)運動，凸輪活齒架(12)將內(nèi)燃機和凸輪活齒架擺盤機構(gòu)有機的融為一體，使內(nèi)燃機無需再額外配備變速器；上述凸輪活齒架擺盤機構(gòu)由萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)及支撐鋼球(19)有機的組合而成；其中，萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)由凸輪活齒架(12)、萬向球組件(9)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、缸體(5)組成，推桿(6)的一端與活塞(7)固定聯(lián)接，另一端通過螺紋聯(lián)接裝有萬向球組件(9)，萬向球組件(9)使推桿(6)與凸輪活齒架(12)的外部右端槽式四相凸輪之間的聯(lián)接為滾動摩擦聯(lián)接，去掉了現(xiàn)有往復(fù)式內(nèi)燃機中連桿與活塞及連桿與曲軸之間的鉸鏈聯(lián)接關(guān)系，從而可大大提高功率傳遞效率，彈簧(8)的一端與活塞(7)聯(lián)接，另一端與缸體(5)的底部聯(lián)接，彈簧(8)使推桿(6)上的萬向球組件(9)始終與凸輪活齒架(12)的外部右端槽式四相凸輪保持接觸，凸輪活齒架(12)通過深溝球軸承(23)支撐于輸出軸(14)上；槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)由凸輪活齒架(12)、鋼球活齒(11)、端齒輪(10)、左蓋兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)組成，其中左蓋兩相擺盤激波器(13)通過螺釘(20)與缸體(5)固定聯(lián)接，左蓋兩相擺盤激波器(13)的左邊是本發(fā)明內(nèi)燃機的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的激波器，即是說左蓋兩相擺盤激波器(13)將內(nèi)燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的激波器合二為一，內(nèi)燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的兩相擺盤激波器也可以分別制造后再剛性連接成一個整體；在左蓋兩相擺盤激波器(13)上激波器的外圍和凸輪活齒架(12)的左端都沿周向開有圓形導(dǎo)槽，若干個支撐鋼球(19)在該兩圓形導(dǎo)槽中可周向滾動，這些支撐鋼球(19)用以支撐凸輪活齒架(12)、承受萬向鋼球(24)作用在凸輪活齒架(12)上的軸向力；端齒輪(10)與輸出軸(14)之間通過鍵(21)聯(lián)接，輸出軸(14)的兩端通過一對深溝球軸承(17)和一個推力球軸承(25)分別支撐于左蓋兩相擺盤激波器(13)和缸體(5)中，推力球軸承(25)對輸出軸(14)進行了軸向固定，輸出軸(14)、端齒輪(10)、凸輪活齒架(12)和左蓋兩相擺盤激波器(13)四個零件的軸心線重合；凸輪活齒架(12)的內(nèi)部開有z11個與凸輪活齒架(12)的軸心線等距且周向均布的軸向通孔，z11個鋼球活齒(11)分別裝在凸輪活齒架(12)的z11個半徑與鋼球活齒(11)半徑相同的軸向通孔內(nèi)并可自由軸向運動，所以凸輪活齒架(12)的內(nèi)部是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的活齒架，凸輪活齒架(12)既是萬向球槽式四相凸輪機構(gòu)中的凸輪又是槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的活齒架；鋼球活齒(11)的個數(shù)z11和端齒輪(10)的齒數(shù)(或叫波數(shù))z10相差為2，鋼球活齒(11)與左蓋兩相擺盤激波器(13)、端齒輪(10)和凸輪活齒架(12)同時保持嚙合接觸；在槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)中，鋼球活齒(11)幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱面稱為槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的分度圓柱面，也是端齒輪(10)的分度圓柱面和左蓋兩相擺盤激波器(13)的分度圓柱面，這些圓柱面的軸心線都與輸出軸(14)的軸線重合；在左蓋兩相擺盤激波器(13)的右端面上和端齒輪(10)的左端面上均沿周向開有軸心對稱周向均勻分布的導(dǎo)槽，該兩周向?qū)Р鄯謩e是左蓋兩相擺盤激波器(13)的激波部分和端齒輪(10)的輪齒部分，該兩周向?qū)Р凼卿撉蚧铨X(11)隨凸輪活齒架(12)轉(zhuǎn)動并在凸輪活齒架(12)的軸向通孔中運動時所處一系列位置的包絡(luò)曲面，該兩周向?qū)Р墼谳S截面內(nèi)的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒(11)的半徑相同，該兩周向?qū)Р鄣能壽E是余弦函數(shù)曲線沿圓柱面的分布，其中左蓋兩相擺盤激波器(13)的導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于左蓋兩相擺盤激波器(13)的波幅數(shù)2，而端齒輪(10)的左端導(dǎo)槽軌跡的余弦函數(shù)周期數(shù)等于端齒輪(10)的齒數(shù)z10，即是說左蓋兩相擺盤激波器(13)的右端是槽式兩相凸輪，該槽式兩相凸輪的輪廓在上述分度圓柱面上的形狀是兩個相同的軸向凸出部分，每個軸向凸出部分對應(yīng)的圓心角為180^o；八個氣缸(4)的軸心線都在通過所有萬向鋼球中心的圓柱面上并沿周向均布；通過所有支撐鋼球(19)的圓柱面與通過所有萬向鋼球中心的圓柱面重合；凸輪活齒架(12)的外部右端槽式四相凸輪是軸心對稱周向均勻分布的圓筒形槽式四相凸輪，該四相凸輪的輪廓在通過所有萬向鋼球中心的圓柱面上的形狀是四個相同的軸向凸出部分，每個凸出部分對應(yīng)的圓心角為90°，該四相凸輪的導(dǎo)槽截面為半徑與萬向球組件(9)中的萬向鋼球(24)的半徑相同的圓弧，可通過選取恰當(dāng)?shù)幕钊?7)軸向運動規(guī)律來確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內(nèi)燃機得到最佳的動力性、經(jīng)濟性和排放指標(biāo)，本實施例按活塞(7)位移為正弦曲線的運動規(guī)律來確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線；上述八個氣缸(4)中任意兩個相隔180°對稱布置的活塞(7)工作狀態(tài)同步，將工作狀態(tài)同步的兩個活塞(7)作為一組，四組活塞(7)依次進行吸氣沖程、壓縮沖程、氣體燃燒做功沖程和排氣沖程，相鄰兩組氣缸(4)相差一個沖程，對應(yīng)于凸輪活齒架(12)轉(zhuǎn)角的相位差為45°；活塞(7)通過推桿(6)的軸向直線往復(fù)運動使得凸輪活齒架(12)旋轉(zhuǎn)，凸輪活齒架(12)將動力經(jīng)槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)傳給與端齒輪(10)鍵聯(lián)接的輸出軸(14)，最后動力由輸出軸(14)輸出。

上述槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)中，鋼球活齒(11)與左蓋兩相擺盤激波器(13)、端齒輪(10)和凸輪活齒架(12)均為多齒嚙合，且接觸面積大，故可實現(xiàn)大功率傳動。

圖9顯示了左蓋兩相擺盤激波器(13)的槽式兩相凸輪的形狀，圖12的中間圖右側(cè)及右邊圖表示凸輪活齒架(12)的圓筒形槽式四相凸輪的形狀，圖12的左邊圖表示了凸輪活齒架(12)上支撐鋼球(19)的軌道；圖10顯示了凸輪活齒架(12)的沿通過所有萬向鋼球中心的圓柱面的截面示意圖，上邊的輪廓曲線由四段相同的軸向凸出曲線組成，每段凸出曲線對應(yīng)的圓心角為90度。圖11中的黑色曲線為鋼球活齒(11)的幾何中心在端齒輪(10)的分度圓柱面上的軌跡。

本發(fā)明所述內(nèi)燃機的工作原理是：

當(dāng)內(nèi)燃機工作時，氣體燃燒對氣缸中的活塞(7)做功，其驅(qū)動力通過推桿(6)的直線往復(fù)運動作用于凸輪活齒架(12)上，萬向球組件(9)在凸輪活齒架(12)右端的槽式四相凸輪輪廓曲面上運動，推動凸輪活齒架(12)逆時針旋轉(zhuǎn)，動力由凸輪活齒架(12)經(jīng)槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)傳給輸出軸(14)輸出；由于凸輪活齒架(12)的旋轉(zhuǎn)，萬向球組件(9)沿著凸輪活齒架(12)右端的槽式四相凸輪輪廓滾動從而通過推桿(6)使沒有做功的活塞(7)在氣缸(4)內(nèi)滑動，完成吸氣、壓縮或排氣的任務(wù)。

如圖1、圖2、圖7所示，將八個氣缸(4)及其各自對應(yīng)的萬向球組件(9)統(tǒng)一編號為a、b、c、d、e、f、g、h。在圖1、圖2、圖7、圖8中，將氣缸a和e、b和f、c和g、d和h各作為一組，則共有四組氣缸。設(shè)氣缸(4)a、e中的活塞(7)處于吸氣沖程的開始位置，氣缸(4)b、f中的活塞(7)處于壓縮沖程的開始位置，氣缸(4)c、g中的活塞(7)處于氣體燃燒做功沖程的開始位置，氣缸(4)d、h中的活塞(7)處于排氣沖程的開始位置，相鄰兩組活塞(7)的沖程進程相差一個沖程，對應(yīng)于凸輪活齒架(12)轉(zhuǎn)角的相位差為45°。則凸輪活齒架(12)逆時針轉(zhuǎn)過45°以后，氣缸(4)b、f又開始燃燒做功，凸輪活齒架(12)再逆時針轉(zhuǎn)過45°之后，氣缸(4)a、e又開始燃燒做功，氣缸(4)a、e燃燒做功完成以后接著是氣缸(4)d、h開始燃燒做功，之后又輪到氣缸(4)c、g燃燒做功，如此循環(huán)下去，使凸輪活齒架(12)連續(xù)平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)，凸輪活齒架(12)等角速度旋轉(zhuǎn)，推動鋼球活齒(11)在凸輪活齒架(12)的軸向通孔中沿軸向運動，鋼球活齒(11)在左蓋兩相擺盤激波器(13)的約束作用下與端齒輪(10)嚙合，推動端齒輪(10)轉(zhuǎn)動，然后由與端齒輪(10)鍵聯(lián)接的輸出軸(14)連續(xù)平穩(wěn)地將動力和運動輸出。

為說明本發(fā)明內(nèi)燃機的變速特性，設(shè)端齒輪(10)的轉(zhuǎn)速為n10，鋼球活齒(11)的個數(shù)z11＝8，端齒輪(10)的波數(shù)z10＝10，凸輪活齒架(12)的轉(zhuǎn)速為n12＝1500r/min。左蓋兩相擺盤激波器(13)固定(n13＝0)，則槽式兩相擺盤活齒傳動機構(gòu)的傳動比為：

故得輸出軸(14)的轉(zhuǎn)速n14＝n10＝1200r/min，可見，端齒輪(10)、輸出軸(14)的轉(zhuǎn)向與凸輪活齒架(12)相同，但轉(zhuǎn)速小于凸輪活齒架(12)，內(nèi)燃機減速輸出動力。這種特性適合于大扭矩輸出的場合，可廣泛應(yīng)用于需大功率機械傳動的軍事、工程機械等領(lǐng)域，諸如坦克、裝甲車、挖掘機、推土機等。

若鋼球活齒(11)的個數(shù)z11＝12，凸輪活齒架(12)的轉(zhuǎn)速和端齒輪的波數(shù)都不變，則：

得輸出軸(14)的轉(zhuǎn)速n14＝n10＝1800r/min，可見，端齒輪(10)、輸出軸(14)的轉(zhuǎn)向與凸輪活齒架(12)相同，但轉(zhuǎn)速高于凸輪活齒架(12)，內(nèi)燃機增速輸出動力，可實現(xiàn)高速輸出。這種特性適合于需要高轉(zhuǎn)速領(lǐng)域，諸如小型發(fā)電機、直升機發(fā)動機等。

總之，當(dāng)端齒輪(10)的齒數(shù)大于鋼球活齒(11)的個數(shù)時，本發(fā)明內(nèi)燃機可實現(xiàn)低速大扭矩輸出；反可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速輸出。

本實施例的內(nèi)燃機還設(shè)置有起動系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等。