本發(fā)明涉及發(fā)動機曲軸，具體涉及一種往復(fù)式發(fā)動機曲軸機構(gòu)。
背景技術(shù)：
1、內(nèi)燃機曲軸機構(gòu)是活塞通過連桿推動曲軸做純圓周運動，然后通過曲軸圓周運動輸出動力。傳統(tǒng)曲軸機構(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，導(dǎo)致動力傳遞效率低下。具體而言，曲軸在力臂為0的活塞上止點至下止點的往復(fù)過程中，力臂長度從零逐漸增至最大值，對應(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，實際平均傳遞效率不足45%。更嚴重的是，活塞在上止點爆發(fā)最大燃氣壓力時，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；而在下止點附近，盡管力臂達到最大值，但燃氣壓力已顯著衰減，進一步加劇能量浪費。這一固有缺陷使得傳統(tǒng)曲軸機構(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，需通過附加配重機構(gòu)部分抵消，但仍無法徹底消除高頻振動與噪音，影響發(fā)動機運行平穩(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，增加維護成本；其三，活塞換向階段因力臂瞬時歸零導(dǎo)致動力輸出短暫中斷，造成扭矩波動，尤其在低速高負載工況下引發(fā)動力輸出不連貫，限制發(fā)動機工況適應(yīng)性。此外，多缸發(fā)動機為平衡動力需采用復(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，而平衡機構(gòu)雖可降低振動幅值，卻增加了系統(tǒng)復(fù)雜度與重量。更關(guān)鍵的是，傳統(tǒng)曲軸機構(gòu)無法實現(xiàn)活塞推力作用線與力臂方向的實時匹配，導(dǎo)致推力矢量與力臂軸線間存在夾角，進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、實現(xiàn)恒定力矩傳遞的新型動力轉(zhuǎn)換機構(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)動機曲軸機構(gòu)，包括活塞、傳動組件和輸出軸，所述傳動組件包含擺臂、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，齒圈與小齒輪實時嚙合；
3、小齒輪與輸出軸的齒輪嚙合；
4、通過活塞的往復(fù)運動，驅(qū)動齒圈帶動小齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，將活塞的動力傳遞出去。
5、優(yōu)選的方案中，
6、所述傳動組件包括內(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、小齒輪形狀為標準齒輪、偏心齒輪、非圓齒輪中的一種，其中：
12、標準小齒輪是齒輪轉(zhuǎn)軸與齒輪嚙合線同心的標準齒輪；
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時嚙合；齒圈在活塞的往復(fù)運動及擺臂的擺動驅(qū)動下沿曲線移動，使小齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)并通過輸出軸傳遞動力；
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、小齒輪連接有擺動機構(gòu)；
21、齒圈在活塞的往復(fù)運動驅(qū)動下沿曲線移動，小齒輪在擺動機構(gòu)的帶動下連續(xù)擺動，使齒圈與小齒輪實時嚙合，小齒輪在此過程中連續(xù)旋轉(zhuǎn)并通過輸出軸將動力輸出。
22、本發(fā)明提供一種發(fā)動機，包含上述往復(fù)式發(fā)動機曲軸機構(gòu)。
23、本發(fā)明所達到的有益效果為：
24、一、本發(fā)明通過采用非圓齒圈與齒輪嚙合的傳動結(jié)構(gòu)，替代傳統(tǒng)曲軸連桿機構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中力臂周期性變化導(dǎo)致的動力損失問題。傳統(tǒng)曲軸機構(gòu)因力臂從0增至峰值再歸零，動力傳遞效率僅為45%；而本發(fā)明通過齒圈變徑曲線設(shè)計，使活塞推力作用在齒圈上的力臂長度保持恒定，經(jīng)初步評估傳動效率提升至接近95%。這一改進使動力輸出力矩穩(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)動機熱效率為30%～40%，而本發(fā)明通過齒輪嚙合的高效傳動，理論熱效率可達80%～90%，燃油消耗降低55%～60%。這一效果源于齒輪傳動對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。
26、三、本發(fā)明提出的內(nèi)/外齒圈雙模式設(shè)計實現(xiàn)了活塞往復(fù)運動與齒輪旋轉(zhuǎn)的無縫銜接，同時通過擺臂鉸接、輸出軸固定的剛性連接方式簡化了機械結(jié)構(gòu)。非圓齒圈的持續(xù)嚙合特性避免了傳統(tǒng)曲軸機構(gòu)的振動與沖擊載荷，減少了部件磨損，提升了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。
1.一種往復(fù)式發(fā)動機曲軸機構(gòu)，包括活塞、傳動組件和輸出軸，其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式發(fā)動機曲軸機構(gòu)，其特征在于：所述傳動組件包括內(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)動機曲軸機構(gòu)，其特征在于：小齒輪形狀為標準齒輪、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)動機曲軸機構(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)動機曲軸機構(gòu)，其特征在于：
6.一種發(fā)動機，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)動機曲軸機構(gòu)。