[发明专利]非全齿往复活塞

说明书

非全齿往复活塞是一种机械，它能广泛用于各种发动机、压缩机、泵等。从十八世纪出现蒸气推动活塞以来，形形色色的源动机都是采用曲轴连杆往复活塞（下面简称曲轴活塞）原理运转的，虽然出现了不少种类的旋转活塞，但由于密封问题非常难解决，无法体现它的经济价值。因此沿用至今的曲轴活塞机也未能有其它理想机械所代替，往复活塞有一特大优点-便于密封，便于润滑，使用寿命长，经济性能卓越。但也存在一些缺点，如：体积庞大，它的大部份位子被曲轴箱所占用，造价昂贵，加工曲轴工艺复杂，技术要求高，难度大，这也是两个多世纪以来有数以千计的旋转活塞方案望图取代曲轴活塞的根源。本发明的目的是设计一种非全齿活塞机，它既保留了曲轴活塞的密封性、润滑性，又摆脱了曲轴传动存在的一系列缺陷。它加工容易，造价低廉，体积大幅度缩小。

一种非全齿往复活塞，其特征在于往复活塞2的腰部有两根齿条，同不完全齿轮轴3啮合，活塞2装在1和4两个缸套内，不完全齿轮轴3对穿过活塞2腰部上下齿条间，用两边的轴承6支撑在缸体5上，不完全齿轮3连续单向转动，活塞2在缸套1和4内双向往复滑动。活塞2是圆柱形，也可以制成方形或矩形。齿形是圆弧齿，也可以是其它齿形。

一、非全齿活塞的特点

（一）体积小重量轻

同曲轴活塞相比，体积小的原因有三个方面，（1）它没有曲轴箱，仅此而以可使体积缩小一半。（2）发动机的活塞是双作用的，开发和利用了活塞的另一端，一个活塞的位子，两个活塞的作用，体积又缩小了一半。（3）扭矩角大、均匀、停顿死角小，由此飞轮可做得很小，又使体积和重量得到缩小。

（二）机械效率高

对轴产生的扭矩，主要靠切向力，曲轴活塞通过连杆对曲轴产生的推力一部分是切向力，一部分是法向力，两个力的大小是在交替变化中运行的。而非全齿活塞通过齿条对齿轮的推力，几乎全部是切向力，并且较均匀，因此效率高。

（三）使用寿命长

使用寿命长的原因有三个方面，（1）活塞的侧压力小、均匀，因此对活塞和缸套的磨损小。（2）活塞的回程是靠另一端直接推动的，没有中间环节，如相邻活塞或飞轮通过连杆的推动，因此减少各运动副的磨损。（3）润滑性好，非全齿的旋转能自然飞溅润滑，不需油泵打油，各运动部件就能得到良好润滑，因此使用寿命长。

（四）造价低

非全齿活塞与同功率的曲轴活塞发动机比，体积要小4-5倍，节省的各种材料较多，零件加工量少，所以造价低。

二、非全齿活塞的用途

非全齿活塞的用途很多，汽车、火车、飞机、轮船、拖拉机、柴油发电机、气液传动、空压机、制冷压缩机等都能使用。

三、非全齿活塞的结构原理

附图1、非全齿活塞正剖面图，附图2、非全齿活塞左视剖面图。图1、2中：

1-缸套  4-另一端的缸套

2-带齿条的活塞  5-缸体

3-同轴连为一体的非全齿  6-轴承

活塞2装在缸套1和4内，非全齿轮轴3对穿过活塞腰部上下齿条间，由两边的轴承6支撑在缸体5上。作为泵压机械是不完全齿轮为主动轮，朝一个方向单向转动，活塞为从动往复滑动，使缸内两端的容积大小发生变化，吸和压、泵出液体或气体。作为发动机是活塞为主动件，燃料的爆发推动活塞通过齿条推动齿轮旋转，不完全齿轮的有齿部分转到右侧时，活塞往左推动，有齿部分转到左侧时活塞往右推动，有齿部分同上下齿条的交换处会出现微小的停顿，如果缸体是单组机构需在轴上增加一个飞轮（在图中未画出），如果缸体是两组以上的机构可以省掉飞轮。

四、非全齿往复活塞的实施

现以空气压缩机为例（图1、图2）所示，序号1为气缸套，它与气缸套4对置，装配在缸体5的圆筒内，缸套1和4的材料为优质合金铸铁，缸体5为铝合金，序号2为带齿条的活塞，装在缸套1和4内，工作时左右滑动，活塞2的齿条与非全齿轮轴3啮合，齿轮轴3和活塞2的齿条为单圆弧齿形，根据（JB929-67）标准而制作。活塞2使用的材料为耐热合金钢，或球墨铸铁，齿轮轴3采用优质合金钢，齿轮轴3装在缸体腰部两边的轴承6内圈上，齿轮轴3的一端伸出缸体5外，在外力驱动下使齿轮轴3单向转动，带动活塞2左右滑动，迫使活塞2两端的容积发生变化，产生压缩空气。