專利名稱：內(nèi)外轉(zhuǎn)子同心同向旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由包括卵形齒輪對在內(nèi)的齒輪組傳動的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子及機架、端蓋等部件組成的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。這種機構(gòu)也可用于液(氣)體“抽壓機”、液(氣)動機、熱氣機。
在公知的發(fā)動機中，最普遍使用的是活塞往復(fù)運動的發(fā)動機。它往復(fù)運動的桿件具有慣性力，限制了轉(zhuǎn)速的提高。而且活塞由于偏磨現(xiàn)象易于磨損。結(jié)構(gòu)尺寸也偏大，比功率較低，冷卻系統(tǒng)也較復(fù)雜。一些主要的汽車生產(chǎn)國抱著巨大的熱忱，耗費巨資研制旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。首先在日本，已為轎車用大量生產(chǎn)“汪克爾發(fā)動機”，即三角旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動機。雖然有明顯的優(yōu)點，例如傳動機構(gòu)，零件只進行回轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)尺寸和重量小，轉(zhuǎn)速范圍大，無自由慣性力等，但是“汪克爾發(fā)動機”的旋輪線氣缸壁制造困難，起動困難，油耗較大，有害物質(zhì)排放過多。
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)更簡單、比功率大、易于密封、起動性能好、轉(zhuǎn)速范圍寬廣的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。
先簡述一下“汪克爾發(fā)動機”的構(gòu)造原理?！巴艨藸柊l(fā)動機”即三角旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動機，其三角旋轉(zhuǎn)活塞不僅繞三角形的中心旋轉(zhuǎn)，而且三角形的中心又繞一固定軸線旋轉(zhuǎn)，于是三角形活塞的三個頂點的運動軌跡為一旋輪線，這個三角形活塞置于橫截面為旋輪線的氣缸中，三角形活塞的三個頂點通過密封條與氣缸內(nèi)壁密貼，將氣缸內(nèi)的空間隔成三個密閉空間，當(dāng)三角形活塞旋轉(zhuǎn)時，這三個密閉空間的容積作周期性的變化。在密閉空間中充入油氣混合物，并在密閉空間容積最小時，即油氣混合物被壓縮終了時，點燃油氣混合物，則油氣混合物達到高溫高壓，并膨脹做功，推動三角形旋轉(zhuǎn)活塞旋轉(zhuǎn)，并通過與三角形旋轉(zhuǎn)活塞相聯(lián)結(jié)的擺線針輪減速器，帶動需要動力的機器的軸旋轉(zhuǎn)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所公布的風(fēng)冷旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機作詳細描述。


圖1是本發(fā)明內(nèi)外轉(zhuǎn)子同心同向旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機的剖面圖。
圖2是圖1的A-A剖面圖。
圖3是圖1所示的發(fā)動機中的卵形齒輪對在空間中的位置、轉(zhuǎn)向與發(fā)動機內(nèi)、外轉(zhuǎn)子活塞在空間中的位置、轉(zhuǎn)向的對應(yīng)關(guān)系的表示圖。
圖1所示的發(fā)動機中，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸(22)、外轉(zhuǎn)子殼(21)與機架(18)之間、齒輪箱箱體(24)之間，置有軸承(13)、(12)、(26)、(27)、(28)，機架靜止不動，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸及用花鍵聯(lián)結(jié)于它上面的內(nèi)轉(zhuǎn)子楔形活塞(2)、(4)一起組成了內(nèi)轉(zhuǎn)子。外轉(zhuǎn)子殼(21)及與之鑄為一體的外轉(zhuǎn)子楔形活塞(1)、(3)組成了外轉(zhuǎn)子。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子可相對于機架轉(zhuǎn)動，也能彼此相對轉(zhuǎn)動。內(nèi)外轉(zhuǎn)子都是繞內(nèi)轉(zhuǎn)子軸的中心線轉(zhuǎn)動的。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子活塞(1)、(2)、(3)、(4)與外轉(zhuǎn)子殼(21)內(nèi)轉(zhuǎn)子軸(22)、發(fā)動機端蓋(10)及機架的一部分圍出了四個封閉空間，為發(fā)動機的工作空間。內(nèi)轉(zhuǎn)子活塞環(huán)(9)、密封件(14)、(25)、(17)都是為工作空間的密閉性能而設(shè)的。卵形齒輪(7)鍵聯(lián)結(jié)于內(nèi)轉(zhuǎn)子軸(22)上。卵形齒輪(8)和圓形齒輪(6)鍵聯(lián)結(jié)于變速軸(11)上。變速軸(11)上配有軸承(19)、(20)，置于機架上，變速軸(11)可相對于機架轉(zhuǎn)動。圓形齒輪(5)鍵聯(lián)結(jié)于外轉(zhuǎn)子殼(21)上。(23)為齒輪箱上蓋，(24)為齒輪箱箱體，我們稱內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向為正轉(zhuǎn)，與之相反的轉(zhuǎn)動方向為反轉(zhuǎn)。當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子軸正轉(zhuǎn)時，帶動齒輪(7)正轉(zhuǎn)，與齒輪(7)嚙合的齒輪(8)反轉(zhuǎn)，帶動變速軸(11)及齒輪(6)反轉(zhuǎn)，與齒輪(6)嚙合的齒輪(5)正轉(zhuǎn)，帶動外轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)。其中卵形齒輪(7)、(8)是一對大小形狀完全相同的卵形齒輪。齒輪(5)、(6)是一對直徑、模數(shù)都相同的圓形齒輪。反之，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸反轉(zhuǎn)時，則帶動齒輪(7)反轉(zhuǎn)，齒輪(8)、(6)正轉(zhuǎn)，齒輪(5)及外轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。綜上所述，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向總是相同的。又由于互相嚙合的卵形齒輪(7)、(8)起變速比傳動的作用，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動的角速度之比時時在改變，于是發(fā)動機各個工作空間的容積也就時時在改變，形成一種變?nèi)莘e機構(gòu)。
下面我們結(jié)合圖3詳細說明圖1所示的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。
圖3的第一橫行諸圖，表示卵形齒輪(7)、(8)在一周的轉(zhuǎn)動中，當(dāng)兩卵形齒輪的嚙合半徑(由嚙合點到齒輪中心的距離)相等時，兩卵形齒輪的相對位置及轉(zhuǎn)向。圖3的第二橫行諸圖是發(fā)動機內(nèi)、外轉(zhuǎn)子活塞在與第一行對應(yīng)的時刻的位置及轉(zhuǎn)向。
卵形齒輪的節(jié)曲線方程為γ (a(1-e)2)/(1+eCOS2θ) 。兩齒輪的中心距A＝2a，γ為節(jié)曲線半徑，e為離心率，0＜e≦ 1/3 時，節(jié)曲線為凸形，e的具體數(shù)值可由設(shè)計者視其需要而定。我們采用的是二支卵形齒輪，卵形齒輪(7)、(8)的大小、形狀完全相同，其設(shè)計、制造較簡單。卵形齒輪可由數(shù)控插齒機YK5116型、YK53型、YK5332型和YK58型生產(chǎn)。在圖3I中的θ′可由下式求出θ′＝ 1/2 arcCOSe。在定軸距、變速比傳動的各類非圓齒輪中，卵形齒輪具有節(jié)曲線可為光滑的封閉凸曲線，回轉(zhuǎn)中心與齒輪的幾何對稱中心相重合的優(yōu)點，可用于高速重載的工作場合，是定軸距、變速比傳動其他類型齒輪，如對數(shù)齒輪、橢圓齒輪所不及的。其設(shè)計與制造可參看機械工業(yè)出版社1983年版《非圓齒輪與特種齒輪傳動設(shè)計》。圖3I中，齒輪7逆時針方向轉(zhuǎn)動，齒輪8順時針方向轉(zhuǎn)動，相應(yīng)的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子活塞(1)、(2)、(3)、(4)逆時針轉(zhuǎn)動，圖3Ⅰ到圖3Ⅱ的過程中，齒輪(7)轉(zhuǎn)過2θ′角，齒輪8轉(zhuǎn)過2θ角時，活塞2、4轉(zhuǎn)過2θ′角，活塞(1)、(3)轉(zhuǎn)過2θ角，θ′＞θ，2θ′+2θ＝180°，形成圖3Ⅱ的情況。圖3第一橫行諸圖中，兩卵形齒輪的嚙合半徑都相等。當(dāng)齒輪(7)、(8)由圖3Ⅰ向圖3Ⅱ轉(zhuǎn)動過程中，齒輪(7)的嚙合半徑小于齒輪(8)的嚙合半徑，內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角速度等于齒輪(7)的轉(zhuǎn)動的角速度，而圓形齒輪(5)(6)的直徑相等，所以外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角速度等于齒輪(8)的轉(zhuǎn)動角速度，而齒輪(7)、(8)轉(zhuǎn)動的角速度與其嚙合半徑成反比，所以此時齒輪(7)轉(zhuǎn)動的角速度大于齒輪(8)轉(zhuǎn)動的角速度，所以內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角速度大于外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角速度?；钊?2)、(3)之間、(1)、(4)之間容積減小，活塞(1)、(2)之間、((3)(4)之間容積增大。當(dāng)卵形齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，由圖3Ⅱ轉(zhuǎn)到圖3Ⅲ的時候，齒輪(7)轉(zhuǎn)過2θ角，齒輪(8)轉(zhuǎn)過2θ′角時，內(nèi)轉(zhuǎn)子活塞轉(zhuǎn)過2θ角，外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過2θ′角，活塞(1)、(2)間、(3)、(4)間容積減小，(1)、(4)間、(2)(3)間容積變大。在圖3Ⅰ到圖3Ⅱ的過程中，活塞(1)由A→B，活塞(2)由B→C，活塞(3)由C→D，活塞(4)由D→A。在圖3Ⅱ到圖3Ⅲ的過程中，活塞(1)由B→C，活塞(2)由C→D，活塞(3)由D→A，活塞(4)由A→B。圖3Ⅲ→圖3Ⅳ，圖3Ⅳ→圖3Ⅴ的過程可完全類似上述分析。在圖3Ⅰ→3Ⅱ的過程中，可將油氣混合物由進氣孔(16)吸入容積逐漸變大的活塞(1)(2)之間的空間中，則在圖3Ⅱ→圖3Ⅲ的過程中，活塞(1)(2)之間的油氣混合物將被壓縮，到圖3Ⅲ所示的位置時，油氣混合物在C、D間被壓縮到體積最小。這時，電火花塞(29)點燃油氣混合物，油氣混合物發(fā)出高熱，形成高溫高壓的燃氣，高壓燃氣有自發(fā)地增大體積的趨勢，迫使內(nèi)外轉(zhuǎn)子繼續(xù)逆時針方向轉(zhuǎn)動活塞(1)(2)之間的體積逐漸增大，燃氣膨脹做功，在做功過程中，燃氣消耗其自身的內(nèi)能，溫度逐漸降低。這是符合熱力學(xué)第二定律的。這里還需要從力學(xué)的角度，詳細分析為什么此時外轉(zhuǎn)子不反轉(zhuǎn)。燃氣在活塞(1)(2)之間的密閉空間里壓強處處相等，活塞(1)(2)沿徑向的橫截面面積也相等，所以燃氣驅(qū)使活塞(2)正轉(zhuǎn)的力矩與驅(qū)使活塞(1)反轉(zhuǎn)的力矩是相等的。而活塞(1)(2)之間有齒輪傳動，只能同方向轉(zhuǎn)動，這在前面已敘述過了。由于圓形齒輪(5)(6)的直徑相等，所以活塞(1)(2)所受的這兩個等大但反方向的力矩被大小不變的傳到卵形齒輪(7)(8)的嚙合點。驅(qū)使活塞(2)正轉(zhuǎn)的力矩，使得與內(nèi)轉(zhuǎn)子軸鍵聯(lián)結(jié)的齒輪(7)正轉(zhuǎn)，并要帶動齒輪(8)反轉(zhuǎn)，而齒輪(8)在外轉(zhuǎn)子通過一對等大的圓形齒輪(5)(6)及變速軸傳來的燃氣對活塞(1)的力矩的作用下也要正轉(zhuǎn)，并要帶動齒輪(7)反轉(zhuǎn)，但在圖3Ⅲ→圖3Ⅳ的過程中，齒輪(7)的嚙合半徑較齒輪(8)的嚙合半徑小，齒輪(7)(8)所受傳來的燃氣產(chǎn)生的力矩又大小相等，所以在嚙合點處齒輪(7)推動齒輪(8)反轉(zhuǎn)的推力較齒輪(8)推動齒輪(7)反轉(zhuǎn)的推力為大。而且在嚙合點處，齒輪(7)推動齒輪(8)反轉(zhuǎn)的力臂(即齒輪(8)的嚙合半徑)也較齒輪(8)推動齒輪(7)反轉(zhuǎn)的力臂(即齒輪(7)的嚙合半徑)為大，故齒輪(7)將保持正轉(zhuǎn)，齒輪(8)在齒輪(7)的推動下將反轉(zhuǎn)，從而迫使齒輪(6)也反轉(zhuǎn)，齒輪(5)正轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)子也正轉(zhuǎn)。即內(nèi)、外轉(zhuǎn)子在燃氣推動下，沿原方向轉(zhuǎn)動，在此轉(zhuǎn)動過程中，燃氣體積增大，對外做功。從以上分析可知，迫使齒輪(7)正轉(zhuǎn)的力矩與迫使齒輪(7)反轉(zhuǎn)的力矩大小之比，與齒輪(7)(8)在該時刻嚙合半徑之比的平方成反比。而“汪克爾發(fā)動機”的起動力矩與偏心距(即三角活塞自轉(zhuǎn)中心到公轉(zhuǎn)中心的距離)有關(guān)，而偏心距又很小。所以本發(fā)明所公布的發(fā)動機的起動，遠較“汪克爾發(fā)動機”容易。即使與往復(fù)活塞式發(fā)動機相比也不遜色。這里要注意兩點1、卵形齒輪受到兩個反向的力矩，受力較大，所以齒寬要大一些，保證足夠的強度。2、內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的正轉(zhuǎn)，將迫使機架反轉(zhuǎn)，所以機架應(yīng)牢固地聯(lián)結(jié)在一穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，如汽車底架上。
由圖3Ⅳ到圖3Ⅴ的過程中，活塞(1)(2)間容積逐漸減少，此時為排氣沖程。
與往復(fù)式發(fā)動機類似，發(fā)動機只有在做功沖程中，將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，其他沖程則靠慣性運行。
我們可類似分析其他工作空間的情況。
我們可按排每一個沖程的進行都在空間的某一固定位置進行。例如按排每一個工作空間的吸氣沖程都總是在該工作空間兩側(cè)的活塞由A、B轉(zhuǎn)至B、C進行，則壓縮沖程總是在該活塞由B、C轉(zhuǎn)至C、D時進行，工作沖程總是在活塞由C、D轉(zhuǎn)至D、A時進行，排氣沖程總是在活塞由DA轉(zhuǎn)至A、B時進行。
我們看到，這種發(fā)動機中的所有四個封閉空間都處于進氣壓縮、工作、排氣的某個狀態(tài)中，沒有往復(fù)式發(fā)動機活塞背面那種不能利用的“死空間”。所以圖1所示的發(fā)動機相當(dāng)于4缸4沖程發(fā)動機。如將內(nèi)、外轉(zhuǎn)子活塞各設(shè)置3個，則有6個工作空間，相當(dāng)于6缸4沖程發(fā)動機，等等。
發(fā)動機的壓縮比與θ′的大小有重要關(guān)系，當(dāng)然與發(fā)動機內(nèi)、外轉(zhuǎn)子活塞厚度也有關(guān)系，但影響較小。θ′可由2θ′＝arcCOSe計算。圖3所示諸圖中，所示的各工作空間大小都為極值(極大或極小值)。
壓縮比＝ (2θ′-轉(zhuǎn)子活塞平均壁厚所對圓心角)/(2θ-轉(zhuǎn)子活塞平均壁厚所對圓心角) θ′＝ 1/2 arcCOSe2θ′+2θ＝180°。
當(dāng)設(shè)計者選定一壓縮比后，即可推算出θ的大小，并由上式?jīng)Q定e值的大小，選定一定e值的卵形齒輪，一定e值卵形齒輪可由數(shù)控插齒機生產(chǎn)。
這種發(fā)動機的外轉(zhuǎn)子殼高速旋轉(zhuǎn)時，外轉(zhuǎn)子殼外表面附近的空氣相對于外轉(zhuǎn)子殼表面高速運動，起了強烈的風(fēng)冷作用，所以這種發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)可省去或簡化。
作為實施例之一，在圖1中，去掉電火花塞(29)，保留進氣孔(16)、排氣孔(15)，并在其中裝上進液(氣)閥、排液(氣)閥，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸由其他動力機驅(qū)動，這種機構(gòu)即成為液(氣)體的壓縮機或抽吸機。
作為實施例之二，在圖1中，去掉電火花塞(29)，保留進氣孔(16)、排氣孔(15)，并在其中裝上進液(氣)閥、排液(氣)閥，并將孔(16)接在壓力液(氣)動源上，這種機構(gòu)即成為液(氣)動機。這時壓力液(氣)體起的作用，相當(dāng)于內(nèi)外轉(zhuǎn)子同心同向旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機中的燃氣的作用。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)外轉(zhuǎn)子同心同向旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，由燃料供給系、配氣機構(gòu)、點火系、潤滑系、冷卻系等組成，其特征是發(fā)動機的內(nèi)轉(zhuǎn)子軸(22)及內(nèi)轉(zhuǎn)子活塞(2)、(4)組成了內(nèi)轉(zhuǎn)子，發(fā)動機的外轉(zhuǎn)子殼(21)與端蓋(10)螺紋聯(lián)結(jié)，機架(18)的一端有電火花塞(29)及進氣孔(16)、排氣孔(15)、與內(nèi)、外轉(zhuǎn)子及端蓋(10)圍成了發(fā)動機的幾個封閉的工作空間，外轉(zhuǎn)子殼的軸端的內(nèi)孔配有軸承(27)，套在內(nèi)轉(zhuǎn)子軸(22)上，外轉(zhuǎn)子殼軸端的外表面配有軸承(26)，置于齒輪箱箱體(24)上，端蓋(10)配有軸承(12)，置于機架上，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸(22)的一端配有軸承(13)，置于機架上，另一端配有軸承(28)，置于齒輪箱箱體(24)上，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的中心線重合，齒輪箱中有卵形齒輪(7)、(8)、圓形齒輪(5)、(6)，具有變速比傳動的作用，內(nèi)轉(zhuǎn)子軸與卵形齒輪(7)鍵聯(lián)結(jié)，外轉(zhuǎn)子殼的軸端與圓形齒輪(5)鍵聯(lián)結(jié)，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子在齒輪(7)、(8)、(6)、(5)的傳動下，圍繞內(nèi)轉(zhuǎn)子軸的中心線作方向相同且角速度之比周期性變化的轉(zhuǎn)動，使得發(fā)動機的工作空間和容積作周期性的變化，完成發(fā)動機的進氣、壓縮、作功、排氣四沖程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其特征是卵形齒輪(7)與另一形狀、大小完全相同的卵形齒輪(8)嚙合，卵形齒輪(8)鍵聯(lián)結(jié)于變速軸(11)上，變速軸上套有軸承(19)、(20)，置于機架(18)上，在變速軸(11)上，還用鍵聯(lián)結(jié)著另一圓形齒輪(6)，此圓形齒輪(6)與另一模數(shù)、直徑都相等的圓形齒輪(5)嚙合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)、外轉(zhuǎn)子同心同向旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機。這種發(fā)動機的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子、端蓋及機架一部分圍成幾個封閉的發(fā)動機工作空間。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子由一齒輪組傳動，這個齒輪組中有一對卵形齒輪，起變速比傳動的作用，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子可作同心、同向、異轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)動，發(fā)動機工作的空間的容積也作周期性的變化，從而完成發(fā)動機的進氣、壓縮、做功、排氣四沖程。這種發(fā)動機的變?nèi)莘e機構(gòu)，也可用于各種液(氣)體的“抽壓機”、液(氣)動機。
文檔編號F01C17/02GK1040655SQ89107078
公開日1990年3月21日 申請日期1989年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月9日
發(fā)明者王立 申請人:王立