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本发明公开了一种圆柱凸轮式无曲轴内燃机及其设计方法，在缸体上环形均匀分布若干个气缸，通过气缸内活塞带动活塞推杆部套直线往复运动，进而通过滚子驱动圆柱凸轮轴产生旋转运动，最后动力由圆柱凸轮轴输出；圆柱凸轮机构包括圆柱凸轮轴和滚子，圆柱凸轮轴与缸体通过轴承联接，圆柱凸轮轴上设有凸轮廓线，通过凸轮廓线与滚子联接，滚子为耐高温滚轮轴承。本发明取消传统内燃机中的曲轴连杆机构，采用长径比相对较小的圆柱凸轮轴作为输出轴，既可以实现对每一冲程行程的独立配置，又可将一个工作循环的周期由原720°变为360°，实现输出轴每转一周就出现一次做功冲程，还可减小内燃机外形尺寸，促进内燃机和整车轻量化设计。

四冲程曲轴连杆式内燃机是目前使用较为普遍的一种内燃机形式，该结构形式决定了其不可避免的一些缺点，如：运动副间摩擦较为显著导致传动效率不够高，每个冲程只能设计成相同的行程。此外，曲轴连杆式内燃机还有以下不足：体积庞大不利于整机轻量化设计，曲轴连杆机构由于材料连续性较差而产生较大的不平衡和离心力，引发的冲击振动烈度较高，复杂结构导致零部件在加工制造和装配等各环节中均存在困难。

本发明中圆柱凸轮轴主要受活塞推杆部套滚子端产生的轴向力和扭矩，轴向力可使圆柱凸轮轴产生倾覆，但环形均匀分布的四个气缸，在任何一时刻总有一个气缸工作于做功冲程，使活塞推杆部套的滚子端对圆柱凸轮轴施加相反方向的轴向力，从而改善圆柱凸轮轴的轴向受力情况，再加上圆柱凸轮轴长径比较小，且周向材料连续刚性较大，故本发明中圆柱凸轮轴横向振动远小于传统内燃机中曲轴的横振烈度，降低了振动烈度，本发明中圆柱凸轮轴的振动形式主要表现为扭振，将活塞推杆部套的运动规律设计为五次多项式或摆线运动规律，即可使圆柱凸轮轴适用于高速旋转的场合，又可提高活塞推杆部套的运动柔顺性，还可消除滚子对圆柱凸轮轴产生的柔性冲击和刚性冲击，从而改善圆柱凸轮轴的扭振特性。