技术领域
[0001] 本
发明涉及机械工程领域的一种推杆与
齿轮传动机构，特别是涉及一种用于内燃
发动机的推杆与齿轮传动机构。
背景技术
[0002] 目前世界上普遍使用的发动机主要采用
曲柄连杆机构将
活塞的直线运动转换为
曲轴的转动，活塞推动连杆做功时的运动方向与连杆存在不停变化的夹
角并产生侧向分
力，会造成大量的
能量损耗，还会加重
活塞环与汽缸的磨损。
发明内容
[0003] 为解决以上问题与不足，本发明提供的是一种由推杆内部的直
齿条直接驱动齿轮转动的推杆与齿轮传动机构，齿轮在运动到不同的
位置后分别与推杆内两侧的直齿条
啮合，推杆随活塞一起运动时通过直齿条驱动齿轮和
输出轴转动，齿轮随输出轴转动时也能驱动推杆运动，从而活塞的直线运动转换为输出轴的转动，输出动力。
[0004] 本发明的有益效果是：推杆随活塞一同运动并直接通过直齿条驱动齿轮和输出轴转动做功，可提高发动机的效率，节省
能源，并减小
气缸和活塞的磨损，延长发动机的使用寿命。
附图说明
[0005] 图1是推杆101的侧面视图。
[0007] 图3是本发明沿图2中3-3的局部剖视图。
[0008] 图4是表示推杆101内的非圆内齿轮120的形状的示意图。
[0009] 图5是第一
实施例沿图3中5-5的剖视图。
[0010] 图6是第一实施例的立体图。
[0011] 图7是第一实施例的分解立体图。
[0012] 图8是第一实施例的齿轮轴100和齿轮110的立体图。
[0013] 图9是第一实施例的齿轮301的侧视平面图。
[0014] 图10是第一实施例的齿轮301的立体图。
[0015] 图11是第一实施例的沿图5中11-11的局部剖视图。
[0016] 图12是第一实施例的齿轮201的侧视平面图。
[0017] 图13是第一实施例的齿轮201的立体图。
[0018] 图14至图19是第一实施例在发动机运行到不同行程时的侧视示意图。
[0019] 图20至图22是对第一实施例中的齿轮201进行改进的示意图。
[0020] 图23至图31是第一实施例中的齿轮201的沟槽
凸轮202改为凸缘凸轮203的示意图。
[0021] 图26是第一实施例中的齿轮201的沟槽凸轮202改为凸缘凸轮203后沿图5中11-11的局部剖视图。
[0022] 图32至图33是对第一实施例中齿轮301与推杆100的结合方式进行第一种改进的附图。
[0023] 图34至图37是对第一实施例中齿轮301与推杆100的结合方式进行第二种改进的附图。
[0024] 图38是第二实施例的立体图。
[0025] 图39是第二实施例的分解图。
[0026] 图40是第二实施例中的推杆101的侧面视图。
[0027] 图41是第二实施例中的推杆101的正面视图。
[0028] 图42是第二实施例沿图41中的42-42的局部剖视图。
[0029] 图43是第二实施例沿图42中43-43的剖视图。
[0030] 图44是第二实施例的齿轮100和齿轮108的立体图。
[0031] 图45是第二实施例的齿轮301的侧视平面图。
[0032] 图46是第二实施例的齿轮301的立体图。
[0033] 图47是第二实施例的
非圆齿轮304的立体图和侧视平面图。
[0034] 图48是第二实施例的连杆的立体图。
[0035] 图49是第二实施例的沿图43中49-49的局部剖视图。
[0036] 图50是第二实施例的凸缘凸轮207的平面视图。
[0037] 图51是第二实施例的凸缘凸轮207的立体图。
[0038] 图52至图57是第二实施例在发动机运行到不同行程时的示意图。
[0039] 图58至图60是对第二实施例的凸缘凸轮207进行改进的示意图。
[0040] 图61是对本发明中的推杆101内的非圆内齿轮进行改进的示意图。
具体实施方式
[0041] 下面结合附图和优选实施例对本发明作详细说明：
[0042] 首先，描述本发明的第一实施例：
[0043] 如图1至图3所示，在发动机的
气缸体400内设有导槽401，推杆101的上端与活塞111连接，推杆101与气缸体内壁
接触的两侧有长条状凸起的键106，另两侧的靠近低端设有短轴107；推杆101的键106与活塞运动的方向平行并装入气缸体400的导槽401中，推杆101被限制为只能在气缸体400内沿活塞111的轴向直线运动。推杆101内部有一空腔，该空腔内壁为非圆内齿轮120，且该空腔内有一齿轮轴100与非圆内齿轮120啮合。
[0044] 如图4所示，非圆内齿轮120由以下4部分组成：与推杆101运动方向平行的两侧为直齿条102和103，上端为圆弧形或椭圆弧形的内齿轮104，下端为圆弧形或椭圆弧形的内齿轮105。
[0045] 参照图3至图7，齿轮轴100的直径小于直齿条102和103的距离，可在直齿条102和103之间往复移动，从而在推杆101往复运动时分别与两侧直齿条102和103，以及内齿轮104和105啮合，齿轮轴100的轴向与推杆101的运动方向垂直。齿轮轴100的两端为短轴109，并分别固装有齿轮110，齿轮110的直径大于齿轮轴100的直径。
[0046] 在齿轮轴100的旁侧设有
副轴300，副轴300安装在气缸体内并与齿轮轴100平行，可以自由转动，不能轴向移动，副轴300上固装有两个齿轮301，该齿轮301朝向推杆的侧面设有沟槽凸轮302与齿轮轴100结合；齿轮轴100的两端各设有一个连杆204，短轴109装入连杆204的上端，短轴109的两端装有
轴承并通过该轴承与沟槽凸轮302接触，齿轮301转动时可以通过沟槽凸轮302驱动齿轮轴100在推杆101的非圆内齿轮120内往复运动。
[0047] 图8画出了齿轮轴100和齿轮110的立体图。
[0048] 图9画出了齿轮301和侧面的沟槽凸轮302的平面图。
[0049] 图10画出了齿轮301和侧面的沟槽凸轮302的立体图。
[0050] 参照图6，图7，图11，图12和图13：在推杆101的下方为输出轴200，该输出轴200装在气缸体400内并可以自由转动，输出轴200的一端伸出气缸体外连接
飞轮，输出轴
200的轴心与活塞111的轴心垂直相交，并且与齿轮轴100平行；位于推杆101的两侧有2个分别与齿轮110啮合的齿轮201，该2个齿轮201固装在输出轴200上，齿轮201朝向推杆101的侧面设有沟槽凸轮202，并通过该沟槽凸轮202与推杆101结合：推杆101的短轴
107装有轴承，并通过该轴承与沟槽凸轮202接触，齿轮201转动时通过沟槽凸轮202驱动推杆101往复运动，推杆101运动时也可以通过短轴107驱动齿轮201转动。
[0051] 连杆204的下端连接输出轴200，上端连接齿轮轴100；输出轴200上还固装有2个齿轮206，该齿轮206分别与固装在副轴300上的2个齿轮301啮合。
[0052] 下面结合图14至图19说明第一实施例的实施方式，图14至图19是第一实施例在发动机运行到各个不同行程时的示意图，为让示意图更加清楚明了，连杆204没有画出：
[0053] 参考图14：齿轮110与齿轮201啮合，齿轮206与齿轮301啮合；当发动机开始吸气行程时，推杆101与活塞一起处于
上止点，齿轮201跟着由飞轮带动的输出轴200一起顺
时针转动，并驱动齿轮110和齿轮轴100一起逆时针转动，这时齿轮201通过沟槽凸轮202驱动推杆101和活塞111开始下行，齿轮轴100与非圆内齿轮120下端的内齿轮105啮合，齿轮206和输出轴200一起顺时针转动并驱动齿轮301逆时针转动，齿轮轴100在齿轮301侧面的沟槽凸轮302驱动下向左侧齿条102运动；
[0054] 参考图15：当齿轮轴100运动到开始与左侧齿条102啮合时，齿轮轴100继续逆时针转动并开始驱动推杆101和活塞下行；
[0055] 参考图16：当推杆101下行到上端的内齿轮104开始与齿轮轴100啮合时，齿轮轴100开始被齿轮301驱动向右侧齿条103运动并保持与内齿轮104啮合，齿轮201通过沟槽凸轮202驱动推杆101和活塞下行到
下止点。
[0056] 参考图17：当活塞位于下止点，发动机开始进入
压缩行程时，齿轮201通过沟槽凸轮202驱动推杆101和活塞上行，齿轮轴100与内齿轮104保持啮合的同时继续向右侧齿条103运动。
[0057] 参考图18：当齿轮轴100运动到右侧齿条103顶部并开始与齿条103啮合时，齿轮轴100继续逆时针转动并开始驱动推杆101和活塞上行。
[0058] 参考图19：当推杆101上行到内齿轮105开始与齿轮轴100啮合时，齿轮轴100在齿轮301的驱动下向左侧齿条102运动并保持与内齿轮105啮合，齿轮201通过沟槽凸轮202继续驱动推杆101和活塞上行，直至活塞运行到上止点。
[0059] 参考图14：当活塞位于上止点，发动机进入做功行程时，推杆101开始通过短轴107驱动齿轮201继续顺时针转动。
[0060] 参考图15：当齿轮轴100被齿轮301驱动到开始与左侧齿条102啮合时，推杆101开始通过齿条102驱动齿轮轴100继续逆时针转动，齿轮110跟着齿轮轴100一起转动并驱动齿轮201和输出轴200顺时针转动，输出动力。
[0061] 参考图16：当活塞和推杆101向下运行到推杆101的内齿轮104开始与齿轮轴100啮合时，齿轮轴100开始被齿轮301驱动向右边齿条103运动，推杆101通过短轴107继续驱动齿轮201顺时针转动，直到活塞运行到下止点。
[0062] 参考图17：当活塞位于下止点，发动机开始进入排气行程时，齿轮201和输出轴200随飞轮一起继续顺时针转动并通过沟槽凸轮202驱动推杆101和活塞上行。
[0063] 参考图18：当齿轮轴100运行到开始与右侧齿条103上端啮合时，齿轮201驱动齿轮110和齿轮轴100继续逆时针转动，齿轮轴100驱动推杆101和活塞上行。
[0064] 参考图19：直到齿轮轴100开始与下端的内齿轮105啮合时，齿轮轴100被齿轮301驱动开始向左侧齿条102运动并保持与内齿轮105啮合，由这时开始，齿轮201通过沟槽凸轮202驱动推杆101和活塞继续上行至上止点。
[0065] 然后发动机可以持续重复运行上面所述的四个行程，从而将活塞和推杆101的直线往复运动转化为齿轮轴100和输出轴200的连续转动，而且输出轴200的转动也能转化为活塞和推杆101的往复运动。
[0066] 在第一实施例中，齿轮201侧面的沟槽凸轮202还可以作如下改进：
[0067] 当齿轮轴100与非圆内齿轮120的直齿条102或103啮合时，齿轮轴100与直齿条102或103互相驱动做功，这时不需要齿轮201侧面的沟槽凸轮202与推杆101的短轴107互相驱动做功，这时与短轴107接触的部分沟槽可称为非做功沟槽，如图20所示：非做功沟槽为图中角A和角B内的202A和202B，为减少摩擦阻力，可以将非做功沟槽202A和
202B的宽度加大，使该部分沟槽不与短轴107以及短轴107上的轴承接触。图21是图20中的方框E部分的局部平面图，图22是图21中沿22-22的局部剖视图，短轴107以及短轴
107上的轴承与非做功沟槽202B间有间隙210。
[0068] 在第一实施例中，齿轮201侧面的沟槽凸轮202还可以改为凸缘凸轮203与推杆101结合，图23是改进后推杆101的立体图，图24是改进后推杆101的正面视图，图25是改进后推杆101的侧面视图，图26是改进后沿图5中11-11的局部剖视图，图27是改进后齿轮201的侧视平面图，图28是改进后齿轮201的立体图；推杆两侧的短轴改为每侧2个，该2个短轴107的排列方向与推杆的运动方向相同，短轴107上装有轴承，并通过该轴承与齿轮201侧面的凸缘凸轮203接触。这样改进的有益效果是：短轴107上的轴承与凸缘凸轮203接触时，始终保持相同的转动方向，进一步提高效率。
[0069] 当第一实施例中的齿轮201侧面采用凸缘凸轮203与推杆101结合时，还可以进一步作如下改进：
[0070] 当齿轮轴100与直齿条102或103啮合时，齿轮轴100与直齿条102或103互相驱动做功，这时不需要齿轮201侧面的凸缘凸轮203与推杆101的短轴107互相驱动做功，这时与短轴107接触的部分凸缘可称为非做功凸缘，如图29所示：非做功凸缘为图中角C和角D内的203C和203D，为减少摩擦阻力，可以将非做功凸缘203C和203D的宽度减小，使该部分凸缘不与短轴107以及短轴107上的轴承接触。图30是图29中的方框F部分的局部平面图，图31是图30中沿31-31的局部剖视图，短轴107以及短轴107上的轴承与非做功凸缘203D间有间隙211。
[0071] 在本发明中，齿轮轴100与齿轮301的结合还可以采用如图32中的方式进行改进：
[0072] 图32是改进后沿图3中的5-5的局部剖视图：齿轮轴100的短轴装入连杆204的上端，每个连杆204的上端朝向齿轮301的侧面设有短轴205，短轴205装有轴承，并通过轴承与齿轮301侧面的沟槽凸轮302接触，图33画出了图32中的连杆的立体图。
[0073] 在本发明中，齿轮轴100与齿轮301的结合还可以采用如图34中的方式进行改进：
[0074] 图34是改进后沿图3中的5-5的局部剖视图，齿轮301侧面设有凸缘凸轮303，齿轮轴100的短轴装入连杆204的上端，每个连杆204的上端朝向齿轮301的侧面设有2个短轴205，该2个短轴的排列方向与连杆的轴向垂直，短轴205装有轴承，并通过轴承与齿轮301侧面的凸缘凸轮303接触，图35画出了图34中的连杆的立体图，图36画出了图34中的齿轮301及其侧面的凸缘凸轮303的平面图，图37画出了图34中的齿轮301及其侧面的凸缘凸轮303的立体图。
[0075] 下面，对本发明的第二实施例作详细描述：
[0076] 如图38至图42所示：在发动机的气缸体400内设有导槽401，推杆101的上端与活塞111连接，推杆101与气缸体内壁接触的两侧有长条状凸起的键106，另两侧的靠近低端各设有2个短轴107，该2个短轴的排列方向与推杆101的运动方向平行；推杆101的键106与活塞运动的方向平行并装入气缸体400的导槽401中，推杆101被限制为只能在气缸体400内沿活塞111的轴向直线运动。推杆101内部有一空腔，该空腔内壁为非圆内齿轮
120，且该空腔内有一齿轮轴100与非圆内齿轮120啮合。
[0077] 推杆101的非圆内齿轮120和第一实施例的非圆内齿轮120一样，参照图4，非圆内齿轮120由以下4部分组成：与推杆101运动方向平行的两侧为直齿条102和103，上端为圆弧形或椭圆弧形的内齿轮104，下端为圆弧形或椭圆弧形的内齿轮105。
[0078] 齿轮轴100的直径小于直齿条102和103的距离，可在直齿条102和103之间往复移动，从而在推杆101往复运动时分别与两侧直齿条102和103，以及内齿轮104和105啮合，齿轮轴100的轴向与推杆101的运动方向垂直。
[0079] 参照图43，齿轮轴100两端的短轴分别固装有齿轮108，在齿轮轴100的旁侧设有副轴300，副轴300安装在气缸体内并与齿轮轴100平行，可以自由转动，不能轴向移动，副轴300上固装有两个齿轮301，该齿轮301朝向推杆的侧面设有凸缘凸轮303与齿轮轴100结合；齿轮轴100的两端各设有一个连杆204，连杆204的上端连接轮轴100两端的短轴109，下端连接输出轴200，连杆的上端朝向齿轮301的一侧设有2个短轴205，该2个短轴205的排列方向与连杆的轴向垂直，短轴205装有轴承，并通过该轴承与凸缘凸轮303接触，齿轮301转动时可以通过凸缘凸轮303驱动齿轮轴100在推杆101的非圆内齿轮120内往复运动。齿轮轴100两端的短轴109还装有2个齿轮108，副轴上固装有2个非圆齿轮
304，该2个非圆齿轮304分别与齿轮108啮合。
[0080] 图44是第二实施例的齿轮100和齿轮108的立体图。
[0081] 图45是第二实施例的齿轮301及其侧面的凸缘凸轮303的侧视平面图。
[0082] 图46是第二实施例的齿轮301的立体图。
[0083] 图47是第二实施例的非圆齿轮304的立体图和侧视平面图。
[0084] 图48画出了连杆204的立体图。
[0085] 参照图38，图39和图49：在推杆101的下方为输出轴200，该输出轴200装在气缸体400内并可以自由转动，输出轴200的一端伸出气缸体外连接飞轮，输出轴200的轴心与活塞111的轴心垂直相交，并且与齿轮轴100平行；位于推杆101的两侧有2个凸缘凸轮207固装在输出轴200上，凸缘凸轮207朝向推杆101的侧面设有凸缘208，并通过该凸缘208与推杆101结合：推杆101的短轴107装有轴承，并通过该轴承与凸缘208接触，凸缘凸轮207转动时通过凸缘208驱动推杆101往复运动，推杆101运动时也可以通过短轴107驱动凸缘凸轮207转动。
[0086] 参照图38和图39，输出轴200上还固装有2个齿轮206，该齿轮206分别与固装在副轴300上的2个齿轮301啮合。
[0087] 图50画出了凸缘凸轮207及其侧面的凸缘208的平面图。
[0088] 图51画出了凸缘凸轮207及其侧面的凸缘208的立体图。
[0089] 下面结合图52至图57详细说明第二实施例的运行方式，图52至图57是第二实施例在发动机运行到各个不同行程时的示意图，为让示意图更加清楚明了，连杆204没有画出：
[0090] 参考图52：齿轮轴100与非圆内齿轮120下端的内齿轮105啮合，齿轮108与非圆齿轮304啮合，齿轮206与齿轮301啮合；当发动机开始吸气行程时，推杆101与活塞一起处于上止点，飞轮驱动输出轴200和固装在输出轴200上的凸缘凸轮207一起顺时针转动，凸缘凸轮207通过凸缘208驱动推杆101和活塞开始下行，齿轮206跟着输出轴200一起顺时针转动，并驱动齿轮301和副轴300以及固装在副轴300上的非圆齿轮304一起逆时针转动，非圆齿轮304转动时驱动齿轮108和齿轮轴100一起顺时针转动，齿轮轴100在齿轮301的凸缘凸轮303驱动下向右侧齿条103运动；
[0091] 参考图53：当齿轮轴100运动到开始与右侧齿条103的低端啮合时，齿轮轴100继续顺时针转动并开始驱动推杆101和活塞下行；
[0092] 参考图54：当推杆101下行到上端的内齿轮104开始与齿轮轴100啮合时，齿轮轴100开始被凸缘凸轮303驱动向左侧齿条102运动并保持与内齿轮104啮合，凸缘凸轮207继续通过凸缘208驱动推杆101和活塞开始下行到下止点。
[0093] 参考图55：当活塞位于下止点，发动机开始进入压缩行程时，凸缘凸轮207继续通过凸缘208驱动推杆101和活塞上行，齿轮轴100与内齿轮104保持啮合的同时继续向左侧齿条102运动。
[0094] 参考图56：当齿轮轴100运动到左侧齿条102顶部并开始与齿条102啮合时，齿轮轴100继续顺时针转动并驱动推杆101和活塞上行。
[0095] 参考图57：当推杆101上行到内齿轮105开始与齿轮轴100啮合时，齿轮轴100在齿轮301的驱动下开始向右侧齿条103运动并保持与内齿轮105啮合，凸缘凸轮207通过凸缘208继续驱动推杆101和活塞上行，直至活塞运行到上止点。
[0096] 参考图52：当活塞位于上止点，发动机进入做功行程时，活塞驱动推杆101下行，推杆101通过短轴107驱动凸缘凸轮207和输出轴200继续顺时针转动。
[0097] 参考图53：当齿轮轴100被齿轮301侧面的凸缘凸轮303驱动到开始与右侧齿条103啮合时，推杆101开始通过齿条103驱动齿轮轴100继续顺时针转动，齿轮108跟着齿轮轴100一起转动并驱动非圆齿轮304和副轴300继续逆时针转动，齿轮301跟着副轴300一起转动并驱动齿轮206和输出轴200顺时针转动，输出动力。
[0098] 参考图54：当活塞和推杆101向下运行到推杆101的内齿轮104开始与齿轮轴100啮合时，齿轮轴100开始被齿轮301驱动向左侧齿条102运动，推杆101通过短轴107继续驱动凸缘凸轮207顺时针转动，直到活塞运行到下止点。
[0099] 参考图55：当活塞位于下止点，发动机开始进入排气行程时，凸缘凸轮207和输出轴200随飞轮一起继续顺时针转动并通过凸缘208驱动推杆101和活塞上行。
[0100] 参考图56：当齿轮轴100运行到开始与左侧齿条102上端啮合时，齿轮轴100继续顺时针转动并驱动推杆101和活塞上行。
[0101] 参考图57：当齿轮轴100开始与下端的内齿轮105啮合时，齿轮轴100被齿轮301驱动开始向右边齿条103运动并保持与内齿轮105啮合，由这时开始，凸缘凸轮207驱动推杆101和活塞继续上行至上止点。
[0102] 然后发动机可以持续重复运行上面所述的四个行程，从而将活塞和推杆101的直线往复运动转化为齿轮轴100和输出轴200的连续转动，而且输出轴200的转动也能转化为活塞和推杆101的往复运动。
[0103] 在第二实施例中，凸缘凸轮207侧面的凸缘208还可以作如下改进：
[0104] 当齿轮轴100与非圆内齿轮120的直齿条102或103啮合时，齿轮轴100与直齿条102或103互相驱动做功，这时不需要凸缘凸轮207侧面的凸缘208与推杆101的短轴107互相驱动做功，这时与短轴107接触的部分凸缘可称为非做功凸缘，如图58所示：非做功凸缘为图中角X和角Y内的208X和208Y，为减少摩擦阻力，可以将非做功凸缘208X和
208Y的宽度减小，使该部分凸缘不与短轴107以及短轴107上的轴承接触。图59是图58中的方框F部分的局部平面图，图60是图59中沿60-60的局部剖视图，短轴107以及短轴
107上的轴承与非做功沟槽208Y间有间隙209。
[0105] 另外，对本发明中的推杆101的非圆内齿轮120的形状还可以作如下改进：
[0106] 如图61所示：与推杆101运动方向平行的两侧为直齿条102和103，上端为圆弧形或椭圆弧形的内齿轮104，下端的圆弧形或椭圆弧形的内齿轮105改为两个圆弧形或椭圆弧形的内齿轮105A和105B，且105A和105B之间加设一个直齿条112，直齿条112与推杆101的运动方向垂直，非圆内齿轮120由直齿条102，103，112和圆弧形或椭圆弧形的内齿轮104，105A，105B共6个部分组成。这样改进的有益效果是：当齿轮6与直齿条21啮合时，推杆101和活塞111运行到上止点并停留一段时间，气缸内的
燃料燃烧得更加充分后再推动活塞作功，发动机效率得到进一步提高。
[0107] 本发明提供的推杆与齿轮传动机构不但可以应用于内燃发动机，也可以应用于其他需要将直线运动转化为转动或需要将转动转化为直线运动的机械。
