[发明专利]一种齿轮-齿块啮合的往复直线运动与旋转运动转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种往复直线运动与旋转运动转换装置，特别涉及一种直线往复运动与圆周运动相互转换的齿轮-齿条啮合的运动转换装置。

背景技术

在机械工程中，例如活塞式发动机、压缩机及其他一些需要进行直线往复运动与圆周运动相互转换的机械，目前普遍采用曲轴(曲柄)连杆机构。

传统的曲轴(柄)连杆机构设计和制造已经十分完善，但是，无论从理论分析，还是在实际应用方面都存在明显的缺点：

1、曲轴(柄)连杆机构转换效率较低。以活塞-连杆-曲轴(柄)机构发动机为例，活塞的燃气爆发压力经连杆传递到曲轴(柄)上，曲轴(柄)将其转换为扭矩输出旋转动力。曲轴(柄)连杆几何机构及其运动和受力状态较复杂，各个部件都处在复杂的三向应力状态。由于曲轴连杆机构有上、下止点及连杆摆动，气缸内燃气点火必须设置点火提前角，此时作用在活塞上的燃气压力被分解为沿连杆轴线方向的作用力和垂直于汽缸轴线方向作用在缸壁的侧压力，沿连杆轴向作用力作用在曲轴上，又分解为垂直曲轴半径方向切向力和沿半径方向的法向力，燃气压力经过分解后得到的切向力已远小于作用在活塞上的燃气压力。作用在缸壁的侧压力使活塞与缸壁产生很大的摩擦力，曲轴连杆机构的不平衡回转质量回转运动产生惯性力，活塞轴线方向总作用力等于作用在活塞上燃气压力与惯性力、摩擦力等代数和，而惯性力和摩擦力总是与燃气压力作用方向相反，活塞轴线方向总作用力小于作用在活塞上的燃气压力，则由活塞轴线方向总作用力产生曲轴切向作用力远小于作用在活塞上的燃气压力。发动机输出动力矩等于切向力与曲轴半径之积，因此由曲轴切向作用力输出的扭矩远小于由作用在活塞上的燃气压力直接转换的扭矩。上述分析表明曲轴连杆机构将直线往复运动转换为匀速圆周运动的转换效率较低，即燃气压力通过曲轴连杆机构输出有用功功率较低。计算表明一台发动机在点火提前角为10度时点火，此时活塞总作用力即最大作用力只有百分之二十一左右转换为产生曲轴扭矩的切向作用力；

2、曲轴连杆机构中连杆摆动使作用在活塞上的燃气压力产生垂直作用于缸壁的侧向压力，增大了使活塞和缸壁之间侧向摩擦力增大，加速汽缸壁磨损，不仅降低了活塞的做功效率，而且还会造成“卡缸”使活塞无法工作。曲轴连杆机构的不平衡回转质量回转运动产生惯性力不仅影响发动机的输出功率，而且使发动机产生振动和噪声；

3、由于曲轴上下止点与活塞上下止点一一对应，曲轴旋转直径等于活塞行程，需设置储能飞轮，使曲轴越过上止点后点火，点火时刻缸体内燃气压缩比不是处于最大状态，降低点火时刻燃气爆发膨胀压力，同时由于飞轮存在增加了启动和变速的阻力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种齿块-齿轮啮合交替驱动的旋转运动与直线往复运动转换装置，从而实现了直线往复运动与圆周旋转运动相互转换，克服了曲柄连杆机构中存在的上述缺点。

本发明一种齿轮-齿块啮合的往复直线运动与旋转运动转换装置，包括壳体和转动地安装在壳体上的传动轴，该装置还包括齿轮齿块机构、齿块升降机构、第一连杆和第一活塞，齿轮齿块机构和齿块升降机构均位于壳体内。齿轮齿块机构包括齿轮、上齿块排列、下齿块排列、驱动架机构、左轨道板组和右轨道板组；齿轮固定安装在传动轴上，左轨道板组包括第一轨道板、第二轨道板、第三轨道板和第四轨道板，右轨道板组包括第五轨道板、第六轨道板、第七轨道板和第八轨道板，左轨道板组的每个轨道板的左端、右轨道板组的每个轨道板的右端均铰接在壳体上，每个轨道板均为一长条形板，在每个轨道板上均设有一端开口的轨道槽，左轨道板组的每个轨道板的轨道槽的开口均位于轨道板的右端面上，右轨道板组的每个轨道板的轨道槽的开口均位于轨道板的左端面上，第一轨道板、第三轨道板、第五轨道板和第七轨道板位于齿轮的前侧，第二轨道板、第四轨道板、第六轨道板和第八轨道板位于齿轮的后侧，第一轨道板和第二轨道板的轨道槽相对设置，第三轨道板和第四轨道板的轨道槽相对设置，第五轨道板和第六轨道板的轨道槽相对设置，第七轨道板和第八轨道板的轨道槽相对设置；且第一、三、五、七轨道板与第二、四、六、八轨道板之间的间距等于或略大于所述齿轮的厚度。