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齿轮置换曲柄连杆研究
黎耕作者简介:黎耕(1943——),高级职称,退休,-mail:rmkjlig_******@
Retirement退休530012131005116050771-2835199广西壮族自治区南宁市人民西路76号rmkjlig_******@(1943——),高级职称,退休,*|*译著*|*(苏),机组动力学基础[M],于东英译,北京:***出版社,1976.<CR>2*|*专利*|*黎耕,过渡齿轮及过渡轮系[P],中国:,<CR>3*|*专著*|*上海机械制造学校主编,理论力学[M],北京:人民教育出版社,1966.<CR>4*|*期刊*|*钱寿删,白春林主编,机械设计基础(近机类)[M],北京:***出版社,2005.<CR>5*|*专利*|*黎耕,齿轮扭矩转化器及齿轮传动往返活塞动力机[P],中国:,<CR>6*|*专著*|*周龙保主编,刘异俊,高宗英副主编,内燃机学(第二版)[M],北京:***出版社,2005.*|1|黎耕|LiGeng|退休|Retirement|黎耕(1943——),高级职称,退休,主要进行量子能源和动力机节能减碳的环保研究|广西壮族自治区南宁市人民西路76号|530012|rmkjlig_******@|0771-2835199|**********齿轮置换曲柄连杆研究|Geartoreplacethecrankandconnectingrodofthescientificresearch|
(退休)
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摘要:内燃机需要置换曲柄连杆。过渡齿轮-齿条可以无冲撞地将活塞往返推力高效率地转化为机轴定向扭力,可以增加活塞行程提高功率,功率可增加一倍,适宜置换曲柄连杆。
关键词:内燃机曲柄连杆过渡齿轮
中图分类号:G305文献标识码:AG305
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Geartoreplacethecrankandconnectingrodofthescientificresearch
LiGeng
(Retirement)
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Abstract:,makingthethrustofthepistonbackandforthmovementtransformedintoatorqueshaft,thereisnocollision,arelativelyhighmechanicalefficiency,canincreasethepistonstroke,increasepowerdoubled,replacethecrankandconnectingrodsaresuitable.
Keywords:Internalcombustionengine;Crankandconnectingrod;Gearwithtransitioneffects.
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引言
如图1,Vr为曲柄转动线速度,Vs为活塞运动速度,燃气压力P方向与活塞运动方向的夹角Φ=0˚或π,往返活塞四冲程单缸内燃机,P转化为曲柄力偶矩M转化=P(Vr/Vs)cosΦ⁽¹⁾。
Φ=0˚时,M转化>0,燃气对活塞的平均压力为,活塞在方向移动2r做功W=2r。曲柄转动半径r,转化为曲柄的平均扭力为r,活塞一个行程使曲柄转动π,做功Wr=rπr=W=2r,r/=2/π≈%,转化为r的力转化率较低,限制了内燃机效率提高,需要置换。
力转化的Φ=π时,M转化<0,压缩冲程,在0点和0点附件,-Fr转化为-P的力转化率很高,容易得到较大的压缩比,已知机构难以置换曲柄连杆,需要研究出更适用的力转化机构。
1既往的齿轮不能取代曲柄连杆的原因
齿轮把直径运动的燃气推力转化为半圆运动的扭力r,虽然没有死点和死点附近的低力转化率,但是由于半径减小,力转化率依然与曲柄连杆一样:r/=2/π=%。并且活塞变向的时候发生冲撞,在0点和0点附近没有-r转化为-的高转化率,不能获得大压缩比,因此,既往齿轮都不可能取代曲柄连杆做往返活塞内燃机的力转化机构。
过渡齿轮的特性
过渡齿轮是一种不完全齿轮⁽²⁾,其特征是:齿廓有特殊形状,在与齿条力传递之前轮齿预先接触、滑动,使往返、间歇运动的齿条力传动不发生冲撞。
经过实验测定,包括轴承损失,渐开线齿轮的机械效率达到92%~%⁽³⁾,齿轮具有传动准确、效率高、寿命长、工作可靠、结构紧凑、适用的速度和功率范围广等优点⁽⁴⁾,利于过渡齿轮做力转化。
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图2~图5是齿轮传动内燃机⁽⁵⁾简图。图中:O-机轴,1-过渡齿轮,2-齿条的轮齿,3-齿轮,4-齿条,5-汽缸,6-活塞,7-气门塞,8-排气道,9-启动机,10-空气压缩机。虚直线-齿条齿顶运动轨迹。细虚线-切面背后的1及2。图3,α-2驱动1转动最大半角。β-1的齿顶圆心角。2α+β=90˚,2α≈74˚。齿条两端各与一个活塞连接。研究发现,过渡齿轮-齿条力转化有许多优良特性。
:高效率。过渡齿轮-齿条与齿轮配合,把四个汽缸往返活塞做功的推力平稳地转化为机轴单方向转矩,没有0点,力转化率是弦与对应的弧之比,较直径与半径之比大。机轴扭力最低为Pcosα=Pcos37˚=,平均力转化率为s/=2Rsinα/(2πR•2α/360)=sin37˚/π•74/360=%。比曲柄连杆r/=63%提高46%以上。并且能够适当增加行程提高热效率和功率。例如:
燃气推曲柄做功Ar=2r=πrr,r=2/π,曲柄平均转矩r=rr=2r/π。
过渡齿轮齿顶圆半径为R,令活塞半行程S/2=,∴=sonα=son37˚=,∴R=。
燃气推过渡齿轮的平均转矩s=sR=•=r,s/r=r/(2r/π)=。
内燃机有效功率N=Mn/9550(KW)⁽⁶⁾,M为机轴转矩,();n为机轴转速,(r/min)。
四冲程内燃机的机轴转速,曲柄轴是过渡齿轮轴的2倍。
∴过渡齿轮内燃机与曲柄内燃机的有效功率之比Ns/Nr=(s∙)/(rn/9550)=。
∴,同缸径,同油耗,有效功率增大一倍,节能减碳一半。
:可获得较大压缩比。活塞前行程,αʹ从α逐渐减小到0,F=Pcosαʹ,过渡齿轮平均扭力<,活塞后行程αʹ从0逐渐增大到α,F=P/conαʹ,>,并且越接近活塞行程终末/越大,有利于利用燃气膨胀末期的推力做功,提高热效率和提高压缩冲程的压缩比。同时,过渡齿轮的齿顶有β度旋转角度,将齿顶做成凸轮状,可以像曲柄、凸轮那样容易获得较大压缩比。
:环保。能加长活塞行程,提高热效率,减小排气温度和气压,减小热污染、声音污染。
:轻巧。如图2、图3、图4、图5,过渡齿轮内燃机的效率和环保性能,二冲程与四冲程相当,实施二冲程内燃机,单位功率体积、干重减小一半。
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:结构简单,易加工。四个汽缸做功只需一个齿轮、两个过渡齿轮、四件齿条。有两件齿条是一个轮齿,过渡齿轮仅需两个轮齿。
:容易接产。只用过渡齿轮-齿条换置换曲柄-连杆,其它结构和技术依旧,一般内燃机厂容易接产升级。齿轮、齿条到专业齿轮厂定做,可保证质量。
缺点是:。把某些部件安置到齿轮箱内,可减小单位功率体积。,虽然齿顶润滑好,但是仍需特别加强齿顶的耐磨和强度。
结论
过渡齿轮-齿条与齿轮配合,能克服其它力转化结构存在的缺陷,适宜做往返活塞内燃机力转化机构,使内燃机相同油耗的有效功率比曲柄内燃机大一倍。
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[参考文献](References)
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[1](苏),机组动力学基础[M],于东英译,北京:***出版社,1976.
[2]黎耕,过渡齿轮及过渡轮系[P],中国:,
[3]上海机械制造学校主编,理论力学[M],北京:人民教育出版社,1966.
[4]钱寿删,白春林主编,机械设计基础(近机类)[M],北京:***出版社,2005.
[5]黎耕,齿轮扭矩转化器及齿轮传动往返活塞动力机[P],中国:,
[6]周龙保主编,刘异俊,高宗英副主编,内燃机学(第二版)[M],北京:***出版社,2005.
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