CN101082349A

CN101082349A - 一种将流体压力转换为机械旋转运动的装置

Info

Publication number: CN101082349A
Application number: CN 200710068009
Authority: CN
Inventors: 王志
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2027-04-09
Also published as: CN100451389C

Abstract

本发明涉及一种机械运动转换装置，具体地公开一种将流体压力转换为机械旋转运动的装置。该装置的一气缸固定安装在一导向支承座的下面，一齿条可前后滑动地安装在导向支承座的上面，气缸活塞杆的前端和齿条的前端通过一连接板固定相连，一第一齿轮－轴组件和一第二齿轮－轴组件可转动地支承在导向支承座两侧上，第一齿轮－轴组件和一第二齿轮－轴组件的第一大齿轮与第二大齿轮啮合，第一小齿轮和第二小齿轮与齿条啮合，第一单向离合器与第二单向离合器的工作方向相反，控制机构与气缸和第一小齿轮或第二小齿轮相连，控制气缸活塞杆的前后往复运动。与现有的将直线往复运动转变成旋转运动的装置相比，该装置结构较简单、易于加工、制造成本低、工作稳定。

Description

一种将流体压力转换为机械旋转运动的装置

技术领域

本发明涉及一种机械运动转换装置，尤其涉及一种将流体压力转换为机械旋转运动的装置。

背景技术

CN1047136A公开一种将直线往复运动转变成旋转运动的装置。这种将直线往复运动转变成旋转运动的装置包括一具有两个单动式压缩空气活塞-气缸装置，它们的活塞杆都连接在一个凸轮上，两相同的翼形部分对称地固定安装在一根轴的两侧，在每个翼形部分的端部可转动地安装一滚子。凸轮包括两个对称的曲面部分，两个对称的曲面部分可交替地与两个滚子中的一个滚子啮合，将活塞的直线往复运动转变为轴的转动，从而将压缩空气压力转换为机械旋转运动。这种将直线往复运动转变成旋转运动的装置，需要两个单动式压缩空气活塞-气缸才能工作，结构较复杂；凸轮的两个对称的曲面部分难于加工，不但制造成本高，而且容易产生机械振动，工作不稳定。

发明内容

本发明要解决现有的将流体压力转换为机械旋转运动的装置结构复杂、工作不稳定和制造成本高的技术问题，提供一种新型的将流体压力转换为机械旋转运动的装置。

本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，包括一气缸、一导向支承座、一齿轮-齿条机构和一控制机构；齿轮-齿条机构包括一齿条、一第一齿轮-轴组件和一第二齿轮-轴组件；气缸固定安装在导向支承座的下面或两侧，齿条可前后滑动地安装在导向支承座的上面，气缸活塞杆的前端和齿条的前端通过一连接板固定相连；第一齿轮-轴组件包括一短轴、一固定安装在短轴一侧的第一大齿轮和一通过一安装在短轴中间的第一单向离合器可转动地安装在短轴中间的第一小齿轮；第二齿轮-轴组件包括一长轴、一固定安装在长轴一侧的第二大齿轮和一通过一安装在长轴中间的第二单向离合器可转动地安装在长轴中间的第二小齿轮；短轴和长轴的两端可转动地支承在导向支承座两侧上，第一大齿轮与第二大齿轮啮合，第一小齿轮和第二小齿轮与齿条啮合，第一单向离合器与第二单向离合器的工作方向相反，控制机构与气缸和第一小齿轮或第二小齿轮相连，控制气缸活塞杆的前后往复运动。

本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置，采用一气缸、一导向支承座、一齿轮-齿条机构和一控制机构，就能够将流体压力转换为机械旋转运动，与现有的将直线往复运动转变成旋转运动的装置相比，结构较简单、易于加工、制造成本低、工作稳定。

本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置还具有下列技术特征：

导向支承座包括一水平底座和两对称地位于水平底座的两侧上表面上的垂直支座，水平底座上表面上开有一水平中心T形槽或燕尾槽，短轴和长轴的两端可转动地支承在两垂直支座上，齿条的底部具有与水平中心T形槽或燕尾槽相配合的凸条。

第一小齿轮和第二小齿轮为两个齿轮冠，内部有单向锯齿，第一单向离合器与第二单向离合器具有与两个齿轮冠内部的单向锯齿配合工作的棘爪，第一单向离合器与第二单向离合器分别固定安装在短轴和长轴上。

第一小齿轮和第二小齿轮一侧有径向齿，第一单向离合器与第二单向离合器为两个侧齿盘，两个侧齿盘的一侧具有与第一小齿轮和第二小齿轮一侧的径向齿配合工作的径向齿，一第一弹簧和一第二弹簧分别将两个侧齿盘推向第一小齿轮和第二小齿轮，两个侧齿盘通过内花键套装在短轴和长轴的外花键部分上。

控制机构包括包括一二位五通滑阀、一拨块和一拨板，二位五通滑阀的一中间进气口与一压力空气储罐连通，两出气口与气缸的两端连通，拨板与二位五通滑阀的摆臂固定连接，拨块固定安装在第一小齿轮或第二小齿轮的一侧。

控制机构包括一二位五通电磁滑阀、一可编程控制器和一光电发射-接收机构，二位五通电磁滑阀的一中间进气口与一压力空气储罐连通，两出气口与气缸的两端连通，光电发射-接收机构包括一圆环形光线通断遮蔽板、一光电发射管和一光电接收器，圆环形光线通断遮蔽板固定安装在第一小齿轮或第二小齿轮的一侧，并与第一小齿轮或第二小齿轮隔开一定距离，圆环形光线通断遮蔽板的部分外圆边缘位于直线相对的光电发射管和光电接收器之间，圆环形光线通断遮蔽板的外圆边缘具有一缺口，光电发射管和光电接收器及二位五通电磁滑阀与可编程控制器电相连。

将多个本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置并联，并共用短轴、长轴、第一大齿轮和第二大齿轮。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置作进一步描述。

图1为本发明将流体压力转换为机械旋转运动的装置的纵剖示意图；

图2为图1的C-C剖视示意图，表示本发明将流体压力转换为机械旋转运动的装置的第一个实施例的齿轮-齿条机构的第一齿轮-轴组件和第二齿轮-轴组件；

图3为图1的A-A剖视示意图，表示本发明将流体压力转换为机械旋转运动的装置的控制机构的第一种实施方式；

图4为图2的B-B剖视示意图；

图5a为图2中的第二齿轮-轴组件齿轮冠和棘轮体结构示意图；

图5b为图2中的第一齿轮-轴组件齿轮冠和棘轮体结构示意图；

图6为图1的A-A剖视示意图，表示本发明将流体压力转换为机械旋转运动的装置的第二个实施例的齿轮-齿条机构的第一齿轮-轴组件；

图7为图1的D-D剖视示意图，表示本发明将流体压力转换为机械旋转运动的装置的第二个实施例的齿轮-齿条机构的第二齿轮-轴组件；

图8为图6和图7中的与齿条啮合的齿轮的纵剖示意图；

图9为图8所示的齿轮的右视示意图；

图10为图6和图7中的径向齿盘的纵剖示意图；

图11为图10所示的径向齿盘的左视示意图；

图12为本发明的二位五通滑阀及其与气缸连接关系的示意图；

图13为本发明的二位五通滑阀的纵剖示意图；

图14为图13所示的二位五通滑阀的俯视示意图；

图15为图13所示的二位五通滑阀的右视示意图；

图16为图8和图9所示的齿轮的径向齿被展开时的剖面示意图；

图17为图10和图11所示的径向齿盘的径向齿被展开时的剖面示意图；

图18为图1的A-A剖视示意图，表示本发明将流体压力转换为机械旋转运动的装置的控制机构的第二种实施方式；

图19为将四个图1所示的本发明将流体压力转换为机械旋转运动的装置相并联的示意图。

具体实施方式

参见图1至图5，本发明第一个实施例的将流体压力转换为机械旋转运动的装置包括一气缸100、一导向支承座200、一齿轮-齿条机构300和一控制机构400。

气缸100为一普通气缸，包括一前缸盖110、一后缸盖120、一缸体130、一活塞140和一活塞杆150。

导向支承座200包括一具有一定厚度的长方形水平底座210和两对称地位于长方形水平底座210的两侧上表面上的具有一定厚度的长方形垂直支座220。长方形水平底座210和两长方形垂直支座220可为一体结构，也可将两单独的长方形垂直支座220通过螺栓固定安装在长方形水平底座210上。在长方形水平底座210上表面上开有一水平中心T形槽或燕尾槽211。在每个长方形垂直支座220上都具有两个相互隔开一定距离的通孔221、222，两长方形垂直支座220上的相应的通孔221在同一中心线上，相应的通孔222在同一中心线上。

齿轮-齿条机构300包括一齿条310、一第一齿轮-轴组件320和一第二齿轮-轴组件340。齿条310的底部具有与长方形水平底座210上表面上的水平中心T形槽或燕尾槽211相配合的凸条311。第一齿轮-轴组件320包括一短轴321、一固定安装在短轴321中部的单向棘轮体322、一套装在单向棘轮体322上与单向棘轮体322配合的齿轮冠323和一固定安装在短轴321一侧的齿轮324。短轴321通过安装在其两端的轴承支承在两长方形垂直支座220上的相应的通孔221上。第二齿轮-轴组件340包括一长轴341、一固定安装在长轴341中部的单向棘轮体342、一套装在单向棘轮体342上与单向棘轮体342配合的齿轮冠343和一固定安装在长轴341一侧的齿轮344。长轴341通过安装在其两端的轴承支承在两长方形垂直支座220上的相应的通孔222上。长轴341的一端从通孔222中伸出。齿轮冠323与齿轮冠343构造相同，但内部的锯齿工作方向相反。单向棘轮体322与单向棘轮体342构造相同，但棘爪的工作方向相反。如图5a所示，齿轮冠323顺时针转动时，其内部倾斜的锯齿3231通过单向棘轮体322的棘爪3221推动单向棘轮体322与其一起顺时针转动，齿轮冠323逆时针转动时，其内部倾斜的锯齿3231不能通过单向棘轮体322的棘爪3221推动单向棘轮体322与其一起逆时针转动。如图5b所示，齿轮冠343逆时针转动时，其内部倾斜的锯齿3431通过单向棘轮体342的棘爪3421推动单向棘轮体342与其一起逆时针转动，齿轮冠343顺时针转动时，其内部倾斜的锯齿3431不能通过单向棘轮体342的棘爪3421推动单向棘轮体342与其一起顺时针转动。齿轮冠323与齿轮冠343都与齿条310啮合，但彼此不啮合。齿轮324与齿轮344啮合。

一连接板500的两端分别与气缸100的活塞杆150的前端和齿条310的前端固定连接。

控制机构400具有两种实施方式。

控制机构400的第一种实施方式如图3和图12所示，包括一二位五通滑阀410、一拨块430和一拨板440。参见图13至图15，二位五通滑阀410包括一长方体状阀体411，一可滑动地安装在阀体411中心孔412内的圆柱状阀芯413、一通过轴承可转动地安装在阀体411一个角部的小轴414和一可摆动地安装在小轴414两端的摆臂415。二位五通滑阀410的阀体411和阀芯413的内部结构是公知的，不再描述。摆臂415的下端具有一半圆形缺口，摆臂415的下端通过该缺口与阀芯413从阀体411伸出的前端的凹槽416配合，在摆臂415绕小轴414的轴线摆动时，可带动阀芯413在阀体411的中心孔412内移动。当摆臂415带动阀芯413向前移动到一第一位置时，阀体411的口a、阀芯413的环形凹槽t和阀体411的口d相互连通，与此同时，阀体411的口b、阀芯413的环形凹槽p和阀体411的口e相互连通；当摆臂415带动阀芯413向后移动到一第二位置时，阀体411的口b、阀芯413的环形凹槽p和阀体411的口d相互连通，与此同时，阀体411的口a、阀芯413的环形凹槽t和阀体411的口c相互连通。如图3所示，将二位五通滑阀410固定安装在长方形垂直支座220上，将拨板440的一端固定连接在摆臂415上，将拨块430固定安装在齿轮冠343的一侧。如图12所示，将二位五通滑阀410的口a和口b通过管路分别与后缸盖120上与缸体130内部连通的通孔121和前缸盖110上与缸体130内部连通的通孔111连通，口d与一压力空气储罐(未示出)连通。

控制机构400的第二种实施方式包括一二位五通电磁滑阀(未示出)、一可编程控制器(未示出)和一如图18中所示的光电发射-接收机构460。二位五通电磁滑阀是公知的，例如国产4V310-10型二位五通电磁滑阀，可从市场上买到。二位五通电磁滑阀除具有电磁部分外，也具有上述二位五通滑阀410的阀体411和阀芯413的内部结构。可编程控制器是公知的，例如日本三菱公司的FX1S型可编程控制器，可从市场上买到。参见图18，光电发射-接收机构460包括一圆环形光线通断遮蔽板461、一光电发射管462、一光电接收器463和一U型支架464。将圆环形光线通断遮蔽板461通过螺栓和螺母固定安装在齿轮冠343的一侧，并与齿轮冠343隔开一定距离。将U型支架464通过螺栓固定安装在长方形垂直支座220上，并使圆环形光线通断遮蔽板461的部分外圆边缘进入U型支架464的U型开口内。将光电发射管462和光电接收器463分别固定安装在U型支架464的U型开口两侧的板上，并使它们直线相对。圆环形光线通断遮蔽板461的外圆边缘具有一缺口466。光电发射管462和光电接收器463及二位五通电磁滑阀与可编程控制器电相连。

本发明第一个实施例的将流体压力转换为机械旋转运动的装置的工作过程如下：

将安装在连通二位五通滑阀410的口d与压力空气储罐的管线上的阀门(未示出)打开，压力空气通过二位五通滑阀410的口a和后缸盖120上的通孔121进入缸体130内，推动活塞140和活塞杆150向前移动，活塞杆150通过连接板500带动齿条310沿长方形水平底座210的水平中心T形槽或燕尾槽211向前移动，与齿条310啮合的齿轮冠323和齿轮冠343同时向一个方向转动，由于齿轮冠323与齿轮冠343构造相同，但内部的锯齿工作方向相反，单向棘轮体322与单向棘轮体342构造相同，但棘爪的工作方向相反，此时，齿轮冠323和单向棘轮体322处于工作方向，齿轮冠323驱动单向棘轮体322随其一起转动，齿轮冠343和单向棘轮体342处于非工作方向，齿轮冠343不能驱动单向棘轮体342随其一起转动。由于齿轮冠323和齿轮324固定安装在短轴321上，齿轮324与齿轮冠323作同向转动。由于齿轮324与齿轮344啮合，齿轮324固定安装在长轴341上，长轴341反向转动。当齿轮冠343转动一周时，固定安装在齿轮冠343一侧的拨块430拨动固定连接在二位五通滑阀410的摆臂415上的拨板440的下端，摆臂415绕小轴414的轴线摆动，带动阀芯413在阀体411的中心孔412内移动，将口d与口b连通，口a与口c连通，压力空气通过口b和前缸盖110上的通孔111进入缸体130内，推动活塞140和活塞杆150向后移动，与此同时，缸体130内前缸盖120和活塞140之间的压力空气通过口c排入大气。或者，当齿轮冠343转动一周时，光电发射管462发出的光通过固定安装在齿轮冠343一侧的圆环形光线通断遮蔽板46 1的外圆边缘的缺口466被光电接收器463接收，光电接收器463将所接收的光转变为电信号传送给可编程控制器，电信号经可编程控制器处理后向二位五通电磁滑阀发出指令，二位五通电磁滑阀动作，使其阀芯进行与上述相同的动作。当活塞杆150向后移动时，带动齿条310向后移动，齿轮冠323和齿轮冠343同时反向转动，此时，齿轮冠323和单向棘轮体322处于非工作方向，齿轮冠323不能驱动单向棘轮体322随其一起转动，齿轮冠343和单向棘轮体342处于工作方向，齿轮冠343驱动单向棘轮体342随其一起转动，长轴341反向转动。这样，活塞140和活塞杆150通过压力空气的推动在缸体130内作前后往复移动，长轴341作单方向转动，从而，将流体压力转换为机械旋转运动。

本发明第二个实施例的将流体压力转换为机械旋转运动的装置与本发明第一个实施例的将流体压力转换为机械旋转运动的装置大部分相同，对相同的部分不再进行描述，下面描述不相同的部分。

参见图6和图7，本发明第二个实施例的将流体压力转换为机械旋转运动的装置包括一齿轮-齿条机构600。齿轮-齿条机构600包括一齿条310、一第一齿轮-轴组件620和一第二齿轮-轴组件640。第一齿轮-轴组件620包括一短轴621、一通过一轴承可转动地安装在短轴621中部的齿轮622、一通过内花键套装在短轴621的外花键部分上的侧齿盘623、一套装在短轴621一侧外花键部分上的弹簧625和一固定安装在短轴621另一侧的齿轮324。第二齿轮一轴组件640包括一长轴641、一通过一轴承可转动地安装在长轴641中部的齿轮642、一通过内花键套装在长轴641的外花键部分上的侧齿盘643、一套装在长轴641一侧外花键部分上的弹簧645和一固定安装在长轴641另一侧的齿轮344。参见图8至图11、图16和图17，齿轮622的一侧具有径向齿626，齿轮642的一侧具有径向齿646，除径向齿626与径向齿646的方向相反外，齿轮622与齿轮642相同。侧齿盘623的一侧具有径向齿628，侧齿盘643的一侧具有径向齿648，除径向齿628与径向齿648的方向相反外，侧齿盘623与侧齿盘643相同。参见图6和图7，第一齿轮-轴组件620的套装在短轴621一侧外花键部分上的弹簧625的弹力将侧齿盘623推向齿轮622，使侧齿盘623的径向齿628与齿轮622的径向齿626啮合，第二齿轮-轴组件640的套装在长轴641一侧外花键部分上的弹簧645的弹力将侧齿盘643推向齿轮642，使侧齿盘643的径向齿648与齿轮642的径向齿646啮合，由于径向齿626与径向齿646的方向相反，径向齿628与径向齿648的方向相反，所以，当径向齿626与径向齿628啮合处于前述的工作方向时，径向齿646与径向齿648脱离啮合处于非工作方向。显然，尽管本发明第二个实施例的将流体压力转换为机械旋转运动的装置包括的齿轮-齿条机构600的构造与本发明第一个实施例的将流体压力转换为机械旋转运动的装置包括的齿轮-齿条机构300的构造有所不同，但功能完全相同，因而，对本发明第二个实施例的将流体压力转换为机械旋转运动的装置的工作过程不再进行描述。

上述的长轴341或长轴641为本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置的动力输出轴。为了提高本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置的动力输出和使动力输出平稳，可将多个本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置进行并联。如图18所示，将四个本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置进行并联。并联后的本发明的将流体压力转换为机械旋转运动的装置共用一短轴821、一长轴841、一齿轮824和一齿轮844。

根据本发明的实施例已对本发明进行了说明性而非限制性的描述，但应理解，在不脱离由权利要求所限定的相关保护范围的情况下，本领域的技术人员可以做出变更和/或修改。

Claims

1、一种将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，包括一气缸、一导向支承座、一齿轮-齿条机构和一控制机构；齿轮-齿条机构包括一齿条、一第一齿轮-轴组件和一第二齿轮-轴组件；气缸固定安装在导向支承座的下面或两侧，齿条可前后滑动地安装在导向支承座的上面，气缸活塞杆的前端和齿条的前端通过一连接板固定相连；第一齿轮-轴组件包括一短轴、一固定安装在短轴一侧的第一大齿轮和一通过一安装在短轴中间的第一单向离合器可转动地安装在短轴中间的第一小齿轮；第二齿轮-轴组件包括一长轴、一固定安装在长轴一侧的第二大齿轮和一通过一安装在长轴中间的第二单向离合器可转动地安装在长轴中间的第二小齿轮；短轴和长轴的两端可转动地支承在导向支承座两侧上，第一大齿轮与第二大齿轮啮合，第一小齿轮和第二小齿轮与齿条啮合，第一单向离合器与第二单向离合器的工作方向相反，控制机构与气缸和第一小齿轮或第二小齿轮相连，控制气缸活塞杆的前后往复运动。

2、按照权利要求1所述的将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，导向支承座包括一水平底座和两对称地位于水平底座的两侧上表面上的垂直支座，水平底座上表面上开有一水平中心T形槽或燕尾槽，短轴和长轴的两端可转动地支承在两垂直支座上，齿条的底部具有与水平中心T形槽或燕尾槽相配合的凸条。

3、按照权利要求1或2所述的将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，第一小齿轮和第二小齿轮为两个齿轮冠，内部有单向锯齿，第一单向离合器与第二单向离合器具有与两个齿轮冠内部的单向锯齿配合工作的棘爪，第一单向离合器与第二单向离合器分别固定安装在短轴和长轴上。

4、按照权利要求1或2所述的将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，第一小齿轮和第二小齿轮一侧有径向齿，第一单向离合器与第二单向离合器为两个侧齿盘，两个侧齿盘的一侧具有与第一小齿轮和第二小齿轮一侧的径向齿配合工作的径向齿，一第一弹簧和一第二弹簧分别将两个侧齿盘推向第一小齿轮和第二小齿轮，两个侧齿盘通过内花键套装在短轴和长轴的外花键部分上。

5、按照权利要求1或2所述的将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，控制机构包括包括一二位五通滑阀、一拨块和一拨板，二位五通滑阀的一中间进气口与一压力空气储罐连通，两出气口与气缸的两端连通，拨板与二位五通滑阀的摆臂固定连接，拨块固定安装在第一小齿轮或第二小齿轮的一侧。

6、按照权利要求1或2所述的将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，控制机构包括一二位五通电磁滑阀、一可编程控制器和一光电发射-接收机构，二位五通电磁滑阀的一中间进气口与一压力空气储罐连通，两出气口与气缸的两端连通，光电发射-接收机构包括一圆环形光线通断遮蔽板、一光电发射管和一光电接收器，圆环形光线通断遮蔽板固定安装在第一小齿轮或第二小齿轮的一侧，并与第一小齿轮或第二小齿轮隔开一定距离，圆环形光线通断遮蔽板的部分外圆边缘位于直线相对的光电发射管和光电接收器之间，圆环形光线通断遮蔽板的外圆边缘具有一缺口，光电发射管和光电接收器及二位五通电磁滑阀与可编程控制器电相连。

7、按照权利要求3所述的将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，控制机构包括包括一二位五通滑阀、一拨块和一拨板，二位五通滑阀的一中间进气口与一压力空气储罐连通，两出气口与气缸的两端连通，拨板与二位五通滑阀的摆臂固定连接，拨块固定安装在第一小齿轮或第二小齿轮的一侧。

8、按照权利要求4所述的将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，控制机构包括一二位五通电磁滑阀、一可编程控制器和一光电发射-接收机构，二位五通电磁滑阀的一中间进气口与一压力空气储罐连通，两出气口与气缸的两端连通，光电发射-接收机构包括一圆环形光线通断遮蔽板、一光电发射管和一光电接收器，圆环形光线通断遮蔽板固定安装在第一小齿轮或第二小齿轮的一侧，并与第一小齿轮或第二小齿轮隔开一定距离，圆环形光线通断遮蔽板的部分外圆边缘位于直线相对的光电发射管和光电接收器之间，圆环形光线通断遮蔽板的外圆边缘具有一缺口，光电发射管和光电接收器及二位五通电磁滑阀与可编程控制器电相连。

9、一种将流体压力转换为机械旋转运动的装置，其特征在于，其特征在于，将多个权利要求1的将流体压力转换为机械旋转运动的装置并联，并共用短轴、长轴、第一大齿轮和第二大齿轮。