CN101672258A - 齿轮连杆式直线往复运动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮连杆式直线往复运动机构，包括导杆和一对大小相同且转向相反的齿轮，所述齿轮上镜像对称地各设置有一个柄销，所述两个齿轮相互直接啮合或共同与一个中间轮啮合，另设有两个对称布局的连杆分别与所述柄销转动连接，连杆的另一端与所述导杆连接；还设置两个离心力型平衡块分别各与其中一个齿轮同步旋转，并使它们所产生的离心惯性力的合力的大小及方向与机构所产生的往复惯性力的大小及方向相反。本发明既能实现机构的直线往复运动又能减少机构的噪声，可用于制造压缩机、真空泵、发动机、阻尼减震器、排线机、往复机械手、往复筛、往复针纺头、往复送料和排料装置。

Description

齿轮连杆式直线往复运动机构

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，涉及一种往复运动机构，特别地涉及一种采用齿轮与连杆配合实现直线往复运动的机构。

背景技术

往复式运动机构广泛应用于压缩机、发动机以及各种流体泵，其最典型的形式为曲柄连杆往复运动机构，它主要由曲柄、连杆、活塞或滑块等部件组成，其中连杆的一端与曲柄转动配合，连杆的另一端与活塞或滑块配合，由此实现曲柄的旋转运动与活塞或滑块的往复运动的转换。众所周知，传统曲柄连杆机构的连杆以摆动的运动方式进行工作，因此连杆作用到活塞上的力是一个摆动的力，毋庸置疑它将会造成活塞对气缸产生拍击而导致噪声，并使活塞对气缸产生较大的侧压力而增加摩擦损耗。为了克服传统曲柄连杆机构的上述弊端，人们于是寻求能实现直线往复驱动活塞或滑块的机构，其中现有技术中一种直线往复运动机构方案如图1所示，它有一对大小相同的齿轮1、2，所述齿轮相互啮合且转向相反，在齿轮1、2上关于它们的轴心连线的中垂线镜像对称地各设置有柄销11、22，另外设置有一个往复架3，往复架3上开有长直状的导槽33，导槽33上设置有两条相互平行的导轨A、B，上述柄销11、22插入该导槽33内并与导轨A、B配合，或在柄销11、22上套装滚子4后再与导轨A、B配合；另外设置有活塞或滑块5并用导杆6与换向架3连接，活塞或滑块5与缸体7滑动配合。当齿轮1、2啮合转动时，其上的柄销11、22将直接或间接作用到导槽33的导轨A、B上，并因此驱动往复架3产生运动，不难看出，基于对称的缘故上述往复架3必然作直线往复运动，此时的活塞或滑块5亦必然为直线往复运动。然而经实践发现，上述直线往复运动机构尚有不足之处，主要是采用导轨A、B与柄销11、22或滚子4配合的结构对机构的要求很高，如果配合间隙取得过小，不仅造成制造及装配困难，而且会使柄销11、22或滚子4极易同时接触到两导轨A、B，结果导致它们滚动不畅而增加摩擦损失；而如果两者的配合间隙取得过大，则又势必会导致往复运动时产生很大的撞击，不仅会缩短机构的工作寿命，而且会产生很大的噪声。

发明内容

本发明提供一种齿轮连杆式直线往复运动机构，目的在于能实现机构的直线往复运动的前提下降低机构的制造及装配难度，同时还兼顾降低机构的工作噪声。

本发明的目的是这样实现的：

齿轮连杆式直线往复运动机构，它包括：导杆和一对大小相同且转向相反的齿轮，所述齿轮上镜像对称地各设置有一个柄销，所述导杆的一端与活塞或滑块连接，所述的两个齿轮可以相互直接啮合(此时为圆柱齿轮)也可以共同与一个中间轮啮合(此时为圆锥齿轮)，另外设置有两个对称布局的连杆分别与所述柄销转动连接，连杆的另一端与所述导杆连接。

上述机构设置有两块旋向相反的离心力型平衡块，它们各分别与其中一个齿轮同步旋转，所述两块平衡块可以独立设置也可以直接设置在两个齿轮上，平衡块的大小及相位布置原则是使它们所产生的离心惯性力的合力的大小及方向与机构所有往复运动件所产生的往复惯性力的合力的大小及方向相反。

上述的平衡块由若干块小平衡块组成。

上述连杆为拉抬式连杆或推举式连杆。

上述两个连杆通过一个轴销与导杆铰接连接。

上述连杆通过一个横杆驱动导杆，横杆与导杆为一体结构或紧固连接或铰接连接。

上述的导杆有两套，相互平行的设置在销轴的两侧，导杆的一端铰接在销轴上，另一端连接有活塞或滑块。

上述的导杆上套装有密封件，密封件与导杆密封配合。

齿轮连杆式直线往复运动机构的用途，可以用于制造压缩机、真空泵、发动机、阻尼减震器、排线机、往复机械手、往复筛、往复针纺头、往复送料和排料装置。

由于本发明的齿轮连杆式直线往复运动机构采用连杆连接柄销和导杆的结构，这是一种久经考验的连接结构，其制造及装配非常简便且工作非常可靠，另外采用对称布局的连杆形式与柄销和导杆连接，故依然可以实现导杆的直线往复运动；还有本发明齿轮连杆式直线往复运动机构通过设置两个离心力型平衡块分别各与其中一个齿轮同步旋转，并使它们所产生的离心惯性力的合力的大小及方向与机构所产生的往复惯性力的大小及方向相反，故能减少机构的振动噪声。

附图说明

图1是现有技术中一种直线往复运动机构的结构示意图；

图2是本发明的连杆为拉抬式连杆的结构示意图；

图3是本发明的连杆为推举式连杆的结构示意图；

图4是本发明的连杆通过横杆与导杆连接的结构示意图；

图5是本发明采用双导杆的结构示意图；

图6是本发明的齿轮采用圆锥齿轮的结构示意图；

图7是图6所示本发明采用圆锥齿轮结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图2-7：

图2至图7给出了本发明一种齿轮连杆式直线往复运动机构的示意图，图中零件的标号、名称及功能继承图1所示现有直线往复运动机构，其中图2至图5为基于圆柱齿轮的齿轮连杆式直线往复运动机构，图6和图7为基于圆锥齿轮的齿轮连杆式直线往复运动机构。本发明齿轮连杆式直线往复运动机构包括有：一对大小相同且转向相反的齿轮1、2，齿轮1、2可以采用圆柱齿轮也可以采用圆锥齿轮，当采用圆柱齿轮时齿轮1、2为直接啮合，而当采用圆锥齿轮时齿轮1、2同时与一个中间齿轮13啮合，所述齿轮1、2上镜像对称地各设置一个柄销11、22，所谓镜像对称是指两柄销11、22的旋转半径相同且旋转相位正好反相，或者说无论如何转动，齿轮1、2的齿轮轴线X1、X2与柄销11、22的柄销轴线X11、X22相互平行，且柄销轴线X11、X22构成的一个动平面与齿轮轴线X1、X2构成的定平面始终保持平行(允许存在一定的制造误差和装配误差)；当采用圆柱齿轮时，两齿轮1、2相互啮合且转向相反，并且两齿轮1、2的工作旋转面或处在同一个平面上或处在两个相互平行的平面上；当采用圆锥齿轮时，两齿轮1、2同时与一个中间齿13啮合，此时齿轮1、2的转向也是相反的，它们的工作面是平行的、面对面的，且相距一定的距离；

本发明设置有两个对称布局的连杆8a、8b，连杆8a、8b的一端分别与所对应的柄销11、22转动连接，连杆8a、8b的另一端通过轴销9与导杆6铰接，所谓对称布局是指连杆8a、8b的实际工作长度相等(允许存在一定的误差)，并且连杆8a、8b的转动相位是反相的；根据连杆8a、8b的工作性质有拉抬式连杆8a、8b和推举式连杆8a、8b两种布局，采用拉台式连杆8a、8b时导杆6跨越过齿轮1、2的齿轮轴线X1、X2，而采用推举式连杆8a、8b时导杆6不跨越过齿轮1、2的齿轮轴线X1、X2；连杆8a、8b除上述通过一个共同的轴销9与导杆6连接外，还可以通过两个副轴销99铰接到横杆666上，并通过横杆666驱动导杆6，所述横杆666与导杆6为紧固连接或为一体制造，为了保证横杆666的运动确定性，亦即使其在工作时将始终保持与齿轮轴线X1、X2所构成的平面平行(允许存在一定的制造误差和装配误差)，可以设置导套12对导杆6进而对横杆666进行约束；毫无疑问因为对称的缘故，上述导杆6在齿轮1、2及连杆8a、8b的驱动下将获得直线往复运动，如果将活塞或滑块5与导杆6进行连接，则活塞或滑块5也将获得直线往复运动，它们对缸体7将不会产生太大的拍击，导杆6与活塞或滑块5的连接可以采用铰接连接、紧固连接甚至为一体制造等多种方式；上述导杆6的杆身可以是各种杆柱状如圆柱杆、椭圆柱杆、矩形柱杆或其他异形柱杆，导杆6的形状还可以做成像目前压缩机或发动机所常用的连杆的形状如工字形杆身、板状形杆身等等，另外为了防止润滑油由齿轮室窜到气缸或滑轨7内，可以设置密封件10与导杆6密封配合，此时导杆6的杆身截断面以圆形或者椭圆形为最佳；上述活塞或滑块5、导杆6可以是单套也可以是双套，当采用双套活塞或滑块5及导杆6时，以将它们分置在齿轮轴线X1、X2连线的两侧为最佳，因为这样机构的布局及受力均为最好，此时须同时采用导杆6和副导杆66；特别需要指出的是，本发明中的活塞或滑块5是一种泛指，它可以是压缩机或发动机上的各种活塞，也可以是流体泵或阻尼器上的柱塞或活塞，还可以是其它往复机件的功能件如往复杆、往复钩或往复滑块等；

为了减少机构往复件因往复运动而产生的往复惯性力，从而减少噪声，可以设置两块旋向相反的离心力型的平衡块111、222，它们各与其中一个齿轮1或齿轮2同步旋转，所述平衡块111、222的大小及相位布置原则是：使它们所产生的离心惯性力的合力的方向与机构所有参与往复运动的零部件所产生的往复惯性力的合力的方向相反(允许存在一定的相位误差)，另外平衡块111、222所产生的离心惯性力的合力的大小与机构所有参与往复运动的零部件所产生的往复惯性力的合力的大小最好相等或基本相等(允许存在一定的幅值误差)，这样平衡效果更好，为此应将每个平衡块111、222的质量中心尽量布置在所对应的齿轮轴线X1、X2与柄销轴线X11、X22所构成的平面上，且关于其旋转中心与柄销11、22的方位相反，进一步，平衡块111、222的质量中心还应尽量靠近机构往复质量中心所在的运动平面，最佳情形是平衡块111、222所产生的离心惯性力的合力与机构所有参与往复运动的零部件所产生的往复惯性力的合力之矢量和为零；平衡块111、222可以直接布置在齿轮1、2上也可以单独设置，例如单独设置在齿轮轴上，每一块平衡块111、222可以是整体一块也可以由多个小块平衡块等效组成，为了获得上面所说最佳平衡效果，最好将平衡块111、222关于两齿轮轴线X1、X2垂直连线之中垂线对称分布；本发明的平衡方法实际上就是目前平衡往复惯性力的最有效的平衡轴法，容易证明它基本上可以平衡掉机构的往复件所产生的往复惯性力，故能有效减少机构的噪声。

本发明直线往复运动机构与传统直线往复运动机构相比，归纳起来具有以下好处：

1)采用连杆8a、8b连接柄销11、22和导杆6的结构，这是一种久经考验的连接结构，其制造及装配非常简便且工作非常可靠，另外采用对称布局的连杆8a、8b形式与柄销11、22和导杆6连接，故依然可以实现导杆6的直线往复运动。

2)采用设置两个离心力型平衡块111、222分别各与其中一个齿轮1、2同步旋转，并使它们所产生的离心惯性力的合力的大小及方向与机构所产生的往复惯性力的大小及方向相反，故能减少机构的振动噪声。

综上所述，本发明既能实现机构的直线往复运动又能减少机构产生噪声的根源，其用途可以用在压缩机、真空泵、发动机、阻尼减震器、排线机、往复机械手、往复筛、往复送料和排料装置、往复针纺头等，当然也可以用于其他各种需要直线往复运动的装置。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例之一，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状以及原理所做的各种等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、齿轮连杆式直线往复运动机构，包括导杆和一对大小相同转向相反的齿轮，两齿轮上镜像对称地各设有一个柄销，其特征在于设置有一对连杆，所述两个连杆的一端分别与两个柄销转动连接，连杆的另一端与导杆连接，所述齿轮为圆柱齿轮或圆锥齿轮。

2、根据权利要求1所述的齿轮连杆式直线往复运动机构，其特征在于设置有两块旋向相反的离心力型平衡块，它们各分别与其中一个齿轮同步旋转，所述平衡块产生的离心惯性力的合力的方向与机构所有往复运动件所产生的往复惯性力的合力的方向相反。

3、根据权利要求2所述的齿轮连杆式直线往复运动机构，其特征在于所述两块平衡块分别设置在所述两个齿轮上。

4、根据权利要求2所述的齿轮连杆式直线往复运动机构，其特征在于所述的平衡块由若干块小平衡块组成。

5、根据权利要求1或2所述的齿轮连杆式直线往复运动机构，其特征在于所述连杆为拉抬式连杆或推举式连杆。

6、根据权利要求5所述的齿轮连杆式直线往复运动机构，其特征在于所述两个连杆通过一个轴销与导杆铰接连接。

7、根据权利要求1或2所述的齿轮连杆式直线往复运动机构，其特征在于所述连杆通过一个横杆驱动导杆，横杆与导杆为一体结构或紧固连接或铰接连接。

8、根据权利要求1或2所述的齿轮连杆式直线往复运动机构，其特征在于所述的导杆有两套，相互平行的设置在销轴的两侧，导杆的一端铰接在销轴上，另一端连接有活塞或滑块。

9、根据权利要求1或2所述的齿轮连杆式直线往复运动机构，其特征在于所述的导杆上套装有密封件，密封件与导杆密封配合。

10、齿轮连杆式直线往复运动机构的用途，可以用于制造压缩机、真空泵、发动机、阻尼减震器、排线机、往复机械手、往复筛、往复针纺头、往复送料和排料装置。

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