本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，具體涉及一種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
1、內(nèi)燃機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)是活塞通過連桿推動(dòng)曲軸做純圓周運(yùn)動(dòng)，然后通過曲軸圓周運(yùn)動(dòng)輸出動(dòng)力。傳統(tǒng)曲軸機(jī)構(gòu)中，活塞推力通過連桿作用于曲軸的力臂長度呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，導(dǎo)致動(dòng)力傳遞效率低下。具體而言，曲軸在力臂為0的活塞上止點(diǎn)至下止點(diǎn)的往復(fù)過程中，力臂長度從零逐漸增至最大值，對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角90°位置，隨后又衰減至零。這一周期性變化使得力矩輸出呈現(xiàn)“0-最大-0”的非線性特征，實(shí)際平均傳遞效率不足45%。更嚴(yán)重的是，活塞在上止點(diǎn)爆發(fā)最大燃?xì)鈮毫r(shí)，力臂長度恰處于最小值，導(dǎo)致峰值能量無法有效轉(zhuǎn)化為輸出扭矩；而在下止點(diǎn)附近，盡管力臂達(dá)到最大值，但燃?xì)鈮毫σ扬@著衰減，進(jìn)一步加劇能量浪費(fèi)。這一固有缺陷使得傳統(tǒng)曲軸機(jī)構(gòu)的熱效率長期停滯在30%～40%，超過50%的燃料能量以熱能或振動(dòng)形式散失。
2、此外，活塞往復(fù)慣性力與曲軸旋轉(zhuǎn)離心力形成復(fù)雜耦合振動(dòng)，需通過附加配重機(jī)構(gòu)部分抵消，但仍無法徹底消除高頻振動(dòng)與噪音，影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性及關(guān)鍵部件壽命；其二，曲軸頸與連桿軸瓦間的高壓滑動(dòng)摩擦接觸面在高速工況下易產(chǎn)生磨損，需依賴復(fù)雜潤滑系統(tǒng)維持性能，長期使用易出現(xiàn)間隙增大、漏油等故障，增加維護(hù)成本；其三，活塞換向階段因力臂瞬時(shí)歸零導(dǎo)致動(dòng)力輸出短暫中斷，造成扭矩波動(dòng)，尤其在低速高負(fù)載工況下引發(fā)動(dòng)力輸出不連貫，限制發(fā)動(dòng)機(jī)工況適應(yīng)性。此外，多缸發(fā)動(dòng)機(jī)為平衡動(dòng)力需采用復(fù)雜曲軸相位布局，但受限于曲軸長度與剛度，高功率密度設(shè)計(jì)面臨技術(shù)瓶頸，難以適配新型高效燃燒模式。
3、盡管現(xiàn)有技術(shù)嘗試通過優(yōu)化曲軸偏心距、調(diào)整連桿長度比或增設(shè)平衡軸等方式改善效率與振動(dòng)問題，但均未突破力臂周期性變化的本質(zhì)缺陷。例如，曲軸形狀優(yōu)化僅能在局部角度范圍內(nèi)小幅提升力臂長度，而平衡機(jī)構(gòu)雖可降低振動(dòng)幅值，卻增加了系統(tǒng)復(fù)雜度與重量。更關(guān)鍵的是，傳統(tǒng)曲軸機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)活塞推力作用線與力臂方向的實(shí)時(shí)匹配，導(dǎo)致推力矢量與力臂軸線間存在夾角，進(jìn)一步降低有效力矩分量。
4、因此，亟須一種能夠消除力臂波動(dòng)、實(shí)現(xiàn)恒定力矩傳遞的新型動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，從根本上突破熱效率瓶頸與結(jié)構(gòu)可靠性限制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)，包括活塞、傳動(dòng)組件和輸出軸，所述傳動(dòng)組件包含擺臂、齒圈和小齒輪；
2、所述擺臂一端與活塞連接，另一端與齒圈剛性連接，齒圈與小齒輪實(shí)時(shí)嚙合；
3、小齒輪與輸出軸的齒輪嚙合；
4、通過活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)齒圈帶動(dòng)小齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，將活塞的動(dòng)力傳遞出去。
5、優(yōu)選的方案中，
6、所述傳動(dòng)組件包括內(nèi)齒圈型結(jié)構(gòu)和外齒圈型結(jié)構(gòu)兩種，其中：
7、內(nèi)齒圈型結(jié)構(gòu)中，小齒輪位于齒圈內(nèi)側(cè)，齒圈設(shè)有內(nèi)齒；
8、外齒圈型結(jié)構(gòu)中，小齒輪位于齒圈外側(cè)，齒圈設(shè)有外齒；
9、上述兩種齒圈，齒圈的齒排列軌跡，即齒圈與小齒輪嚙合線，是閉合曲線。
10、優(yōu)選的方案中，
11、小齒輪形狀為標(biāo)準(zhǔn)齒輪、偏心齒輪、非圓齒輪中的一種，其中：
12、標(biāo)準(zhǔn)小齒輪是齒輪轉(zhuǎn)軸與齒輪嚙合線同心的標(biāo)準(zhǔn)齒輪；
13、偏心齒輪是齒輪的旋轉(zhuǎn)軸心與齒輪嚙合線不重合；
14、非圓齒輪是按照特定軌跡制作的齒輪，其齒輪嚙合線為非圓形狀。
15、優(yōu)選的方案中，
16、所述擺臂一端與活塞鉸接，另一端與齒圈剛性連接；
17、所述齒圈與小齒輪實(shí)時(shí)嚙合；齒圈在活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)及擺臂的擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)下沿曲線移動(dòng)，使小齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)并通過輸出軸傳遞動(dòng)力；
18、優(yōu)選的方案中，
19、所述擺臂一端與活塞剛性連接，另一端與齒圈剛性連接；
20、小齒輪連接有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；
21、齒圈在活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)下沿曲線移動(dòng)，小齒輪在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下連續(xù)擺動(dòng)，使齒圈與小齒輪實(shí)時(shí)嚙合，小齒輪在此過程中連續(xù)旋轉(zhuǎn)并通過輸出軸將動(dòng)力輸出。
22、本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)，包含上述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)。
23、本發(fā)明所達(dá)到的有益效果為：
24、一、本發(fā)明通過采用非圓齒圈與齒輪嚙合的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，替代傳統(tǒng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中力臂周期性變化導(dǎo)致的動(dòng)力損失問題。傳統(tǒng)曲軸機(jī)構(gòu)因力臂從0增至峰值再歸零，動(dòng)力傳遞效率僅為45%；而本發(fā)明通過齒圈變徑曲線設(shè)計(jì)，使活塞推力作用在齒圈上的力臂長度保持恒定，經(jīng)初步評(píng)估傳動(dòng)效率提升至接近95%。這一改進(jìn)使動(dòng)力輸出力矩穩(wěn)定化，避免了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的周期性效率衰減。
25、二、本發(fā)明通過優(yōu)化動(dòng)力傳遞路徑，本發(fā)明大幅減少了能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的損耗。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率為30%～40%，而本發(fā)明通過齒輪嚙合的高效傳動(dòng)，理論熱效率可達(dá)80%～90%，燃油消耗降低55%～60%。這一效果源于齒輪傳動(dòng)對(duì)活塞推力的直接利用，避免了傳統(tǒng)曲軸因力臂變化和角度偏移造成的能量浪費(fèi)。
26、三、本發(fā)明提出的內(nèi)/外齒圈雙模式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)與齒輪旋轉(zhuǎn)的無縫銜接，同時(shí)通過擺臂鉸接、輸出軸固定的剛性連接方式簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。非圓齒圈的持續(xù)嚙合特性避免了傳統(tǒng)曲軸機(jī)構(gòu)的振動(dòng)與沖擊載荷，減少了部件磨損，提升了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。
1.一種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)，包括活塞、傳動(dòng)組件和輸出軸，其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述傳動(dòng)組件包括內(nèi)齒圈型結(jié)構(gòu)和外齒圈型結(jié)構(gòu)兩種，其中：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)，其特征在于：小齒輪形狀為標(biāo)準(zhǔn)齒輪、偏心齒輪、非圓齒輪中的一種，其中：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)，其特征在于：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)，其特征在于：
6.一種發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，其包含如權(quán)利要求1-5任一所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu)。