CN1019848B - 将直线往复运动转变成旋转运动的装置 - Google Patents

Abstract

一种将来自动力源的直线运动转变成旋转运动的装置，其中动力源与凸轮配合产生旋转运动，旋转运动由一根轴实现，其特征是第一部件包括一个往复运动的杆件和安装杆件一端上的凸轮，该凸轮仅在远离杆件的表面上有曲面部分，第二部件包括两个相互对置的翼形部分，它们从所述轴向外伸出并刚性连接在轴上，一个滚子可转动地安装在每个翼形部分的外侧上。滚子在凸轮上滚动，将直线运动转变成旋转运动。

Description

本发明是关于一种将直线往复运动转变成旋转运动的装置。

本发明一般应用于这类场合，即所述直线往复运动是由一动力源（如内燃机或压缩空气发动机）的活塞产生的。但本发明并不限制在任何特定的应用场合。

瑞典专利说明书No.8702622-5描述了一种利用凸轮将直线往复运动转变成旋转运动的装置。更具体说，该专利说明书描述了一种将一动力源产生的直线运动转变成旋转运动的装置，其中一个直线运动的零件用来旋转一根安装有凸轮的轴，该零件接触所述凸轮。该装置包括两个凸轮，它们相互平行地安装在一根共同的轴上。每个凸轮带有两个从所述轴突出的相互对置的翼形部分，并且两个凸轮相互交错90°。该装置还包括两个在运力源作用下朝向和离远所述轴作直线运动的零件，其中第一个零件作用于第一个凸轮，而第二个零件作用于另一个凸轮。所述两个零件相对而置并沿朝向和离远所述轴的方向动作。这两个零件还借助于一个钩卡件相互连接。

根据上述专利说明书的方案所产生的最大扭矩大于传统的具有相同冲程长度的曲轴。此外，一根曲轴在旋转一周时仅承受一次力，而且仅是在旋转半周时受力。然而，两个以相位差为180°连接的方案在每转一周中产生两个扭矩峰值。

根据前述专利说明书的装置，包括两个气缸和两个凸轮，在上述零件总是与其中一个凸轮保持传力啮合的同时，每转一周该装置产生四

个扭矩峰值。然而，对于活塞-气缸装置的每次工作冲程，轴的转数仅是由两个活塞-气缸装置经曲轴驱动的轴的一半。

根据前述专利说明书的装置所述的试验显示，与由相同的动力源具有相同冲程长度驱动的传统曲轴比较，可获得较高的最大和平均扭矩。

这样，由所述专利说明书公开的装置与传统的曲轴相比就有优点。

然而，由所述专利说明书公开的装置具有一定的缺点，其原因是凸轮安装在要被转动的轴上，其结果就是凸轮的制造很昂贵也很复杂。此外，沿活塞-气缸装置的纵向所见的该方案的尺寸也较大，凸轮的成形（以形成平稳的返回冲程）也很复杂。此外，为了获得不同的扭矩曲线而改变凸轮的形状也十分昂贵。

本发明的目的是提供一种能克服上述缺点的装置，该装置比已知装置的结构简单，并能比已知装置更迅速更廉价地适应不同的需要。

本发明是关于一种将来自动力源的直线运动转变成旋转运动的装置，其中直线运动的第一部件与凸轮配合产生旋转运动，所述旋转运动由一根轴实现，其特点是所述第一部件包括一个往复运动的杆件（或类似零件）和所述凸轮，凸轮安装在杆件的一端上，凸轮仅在远离所述杆件的表面上带有曲面部分;一个第二部件包括两个相互对置以及固接在并从所述轴突出的翼形部分，和一个可转动地安装在

每个翼形部分外侧上的滚子（或相应零件），所述滚子在所述凸轮上滚动。

下面参照附图，详细描述本发明，其中

图1a-1i示意性地示出了根据本发明的轴旋转一周的过程;

图2是本发明的侧视图，包括动力源;

图3是本发明的俯视图，包括两个由钩卡件连接起来的相互对置的动力源;

图4是图3所示装置的侧视图;

图5a是本发明的侧视图，包括四个动力源;

图5b示出了图5a中不同零件的位置;

图6a-6d示出了一个凸轮的不同导向装置，它们形成了本发明的一部分;

图7a-7b以放大的比例示出了形成本发明一部分的第二部件的一个改进实施例;

图8是本发明的一个侧视图，包括两个以相反的转动方向工作的两个单元;

图9是图8的俯视图。

图1示意性地示出了一给定转动位置的本发明的装置。图1b-1i逐步示出了所述装置的轴转动一周的过程，本发明的装置是将动力源1的直线运动转变成旋转运动，动力源与凸轮2配合而产生旋转运动，该旋转运动由轴3实现。

本发明的装置包括一个第一部件或单元（它由往复运动的至少一个杆件4或相应的零件组成）和所述凸轮2。凸轮2安装在杆件4的一端上。图1实施例的杆件4包括两个相互平行的杆件，它们形成了动力源的一部分（如可以是气缸-活塞装置的活塞杆）。在远离杆件

4的凸轮2的表面5上加工有曲面部分，或凸起。

该装置还包括一个第二部件或单元，它包括两个相互对置的翼形部分6、7，它们从轴3向外伸出并刚性连接在所述轴上。用于在凸轮2上滚动的滚子8，9或相应的零件被可转动地安装在每个所述翼形部分的外侧上。

结合图2可看出，两个相互对置及向外伸出的翼形部分3，7由两个相互平行和相互邻近的翼形载件10，11构成，滚子8，9的外侧就支承在它们之间。每个翼形载件10，11都与所述轴3的一部分连接，所述轴3从各翼形载件的中部伸出。如图2所示，轴3不是一根连续的轴，而是由翼形载件之间的间隔12分开。

图1示出了动力源1的一个实施例，其形式为带有活塞杆4的两个单动式压缩空气活塞-气缸装置13，14。每个活塞-气缸装置都有一个用于供应压缩空气的通道15，16，和每次工作行程之后使气缸换气的通道17，18。由于两个活塞杆4都是刚性地与凸轮2连接，活塞-气缸装置是同步的。

从图1b可见，凸轮2包括两个曲面部分20，21，当活塞杆4完成工作行程时其中的第一部分20与所述滚子8，9配合。其中第二部分21是与所述滚子8，9配合以便完成活塞杆的返回行程。上述两个曲面部分20，21大致在凸轮的中间相交并形成一个连续的曲面。

图1b到1i示出了一个工作行程和一个返回行程。图1b示出了起始位置。在图1b中活塞杆4向下移动凸轮2，从而沿箭头2所指方向从起始位置转动轴3。在工作行程期间当凸轮2向下移动时，滚子8在凸轮的第一部分20上滚动。随着凸轮向下移动，滚子8进一步向凸轮外侧滚动（如图1d所示），直到到达图1e所示的位置。当到达该位置时就完成了工作行程。如图1e所示，凸轮的最下部通过了轴3所处高度。正是由于这一原因，轴3不是连续的。由于

凸轮能够通过轴所处的高度，本发明的装置在高度尺寸上就比根据前述专利的装置小得多。

如图2所示，本发明的一个实施例包括一个飞轮23，一旦完成了工作行程，该飞轮就带着轴3旋转从而完成返回行程。图1f-1i示出了返回行程。在返回行程期间，飞轮将沿箭头22的方向转动轴3。如图所示，滚子9将在凸轮2的第二部分21上滚动，从而迫使凸轮向上移动直到到达图1i所示的位置。当到达该位置时即完成了返回行程。紧跟着返回行程的是一个工作行程，其中滚子9在凸轮的第一部分20上滚动，该工作行程又紧跟着一个返回行程，不断循环。

轴3每转一周所述装置将产生两个扭矩峰值。应当理解，对于一给定动力源的扭矩值以及工作行程期间扭矩的分布取决于凸轮的第一曲面部分20的形状。如图所示第一部分20最好以一个较陡的曲面部分开始，以便提供一个相对较高的起始扭矩。如图1d所示，随着滚子进一步向凸轮外侧滚动，凸轮的第一部分可为一相对较平的曲面，这是因为较长的力臂可获得较高的扭矩。

本发明所具有的一重要优点是在工作行程中可以方便地利用凸轮的曲面形状使扭矩按理想的方式分布。对不同的应用可以采用不同的扭矩分布。与前述专利的装置不同（其中所用的凸轮沿其整个圆周都有一特定的形状），实施本发明时只要成形远离活塞杆4的凸轮表面就足够了。凸轮的其余部分可以采用任何形状，当然该部分最好是平行六面体。

根据本发明的一个最佳和最重要的实施例，两个曲面部分20，21这样成形，即当完成一个工作行程以及实现工作行程的其中一

个滚子8仍靠在凸轮的一个曲面部分上时，另一个滚子9将接触所述凸轮的另一个曲面部分21b，见图1e。这样，当实现返回行程的滚子开始接触凸轮时就避免了形成冲击的危险。而前述专利的装置只有采用很特殊的曲面时才能获得这种优点。

然而，当另一个滚子完成工作行程时第一个实现返回行程的滚子不总是一定要或需要在精确的时刻与凸轮接触。这种实施例必须很精确并且要求凸轮的两个曲面部分有相互配合的形状。在两个滚子不打算同时接触凸轮的情况下（如图1e所示），当第二个滚子完成工作行程的时刻第一个滚子几乎接触凸轮。

根据本发明的另一最佳实施例，在翼形载件10，11之间还有滚子24，25，滚子24，25位于翼形载件的外侧和其中部之间见图7a。滚子24，25的目的是当完成一个工作行程以及其中一个实现工作行程的滚子8仍与凸轮的一个曲面部分20接触时与凸轮的第二曲面部分21接触。比较图7a和7b可看出，当轴3转过一个给定的小角度时，滚子9也将与凸轮的第二部分21接触。轴3进一步转动后，就只有滚子9与曲面部分21接触。

根据一个最佳实施例，凸轮2带有一个通槽26，它大致平行于凸轮的曲面部分21（返回行程期间滚子即靠在该曲面部分上）延伸，并与该曲面部分向内隔开一距离。当滚子与曲面部分21接触时该槽26提供一弹簧或弹性效应。由槽26形成的舌部27将沿图7a所示的箭头28的方向略微地弹性变形。

上述实施例采用了两个作用于凸轮上的单动式压缩空气活塞-气缸装置。然而应当理解，本发明也可采用几个作用于同一轴上的第一和第二部件。

图5a示出了一个实施例，它包括四个凸轮201-204。这些凸轮作用于四对翼形载件101-104上，载件101-104承载着各自的滚子，所有所述载件都刚性连接于同一根轴130上。所示出的动力源包括四对单动式压缩空气活塞-气缸装置30-33。关于凸轮和载件的各自位置，图5a示出了与图5b所示位置相应的一个状态。图5b所示动力源采用与图5a相同的标号表示。转动方向由箭头表示。

应当理解，动力源可以不是压缩空气活塞-气缸装置，而为其它形式。根据一个最佳实施例，动力源为两冲程内燃机，其中活塞每次在气缸中向下运动完成工作冲程，活塞每次在气缸中向上运动完成返回冲程，这是众所周知的。由于这种动力源不是本发明的一部分，故这里不详细描述。

本发明的一个重要优点是在凸轮和滚子之间没有固定连接。当不需要所有动力时，利用该优点就可以使许多动力源中的一个或数个撤出工作状态。通过将一个或数个动力源锁定在最高位置即可方便地达到这一目的，如图5a所示。在这种情况下，相应的载件和滚子就随轴3自由转动，而不会与固定的凸轮接触。

当凸轮的曲面部分20，21这样成形从而在另一个滚子完成一个工作冲程的同时一个滚子与第二部分21接触时，动力源相互同步。

为了直接利用机械手段使两个或多个动力源同步，根据一个最佳实施例，借助于一个钩卡件34将第一部件相互连接，如图3和4所示。图3和图4中的参考号35，36分别表示两对载件10，11。

根据一个最佳实施例，钩卡件有直的侧边37，38，侧边平行于杆件延伸并在轴承39-42上运动，轴承39-42是用来承受滚子与凸轮配合时所产生的侧向力。

在没有钩卡件的实施例中，这些侧向力必须采用其它装置承受。图6a和6b示出了一个实施例，其中凸轮2在一排相互叠置的轴承43-48中运动。图6c和图6b示出了其它实施例，其中凸轮2位于导轨49，50的滑动轴承内。

图8和图9示出了本发明的又一个实施例，它包括两个相互连接的凸轮220，221。凸轮的形状相互对称，一个凸轮220迫使相关的第二部件222向图9中的右侧移动，而另一个凸轮221迫使相关的第二部件223向图9中的左侧移动。该实施例可以减少可能产生的任何斜向载荷。当两个凸轮相互离得近，斜向载荷减少的更明显。

在图8和9所示的实施例中，上述的两个第二部件相互由一个齿轮机构连接，齿轮机构包括两个伞齿轮224，225和四个行星齿轮226-229。每个行星齿轮绕相对于机构为刚性固定的轴转动。每个伞齿轮与各自的轴230，231连接。

从上面的描述中可明显看出，本发明解决了前述专利中存在的问题。

本发明的主要优点是凸轮的设计十分简单，制造起来成本也很低并且在机构的工作行程中也可以方便地提供理想的扭矩分布。此外，凸轮可以方便地成形使得实现返回行程的滚子可以在另一个滚子完成工作行程的同时接触凸轮。这就避免了在滚子和凸轮之间产生冲击，同时在上述两个部件区间获得了机械同步。

尽管上面描述了许多不同的实施例，应当理解这些实施例可以以多种方式改变。例如，凸轮的曲面形状和凸轮与活塞杆（或相应的动力源零件）的连接方式都可以改变。动力源的数量也可以改变，等等。

本发明不应限制在上述的实施例内，这是因为在下面的权利要求书范围内可以有多种改变。

Claims (11)

1、一种用于将来自动力源的直线运动转变成旋转运动的装置，其中动力源以一种方式与一个凸轮配合从而产生旋转运动，该旋转运动由一根轴实现，其特征在于一个第一部件包括一个执行往复运动的杆件(4)，还进一步包括安装在杆件一端上的所述凸轮(2，201-204，220，221)，凸轮的曲面部分(20，21)仅位于远离杆件的表面上，一个第二部件包括两个相互对置的翼形部分(6，7)，它们从所述轴向外伸出并刚性固定在轴(3)上，和可转动地安装在每个翼形部分(6，7)外侧上的滚子(8，9)，所述滚子在所述凸轮(2，201-204，220，221)上滚动。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述凸轮（2，201-204，220，221）包括两个曲面部分（20，21），其中当杆件（4）执行工作行程时第一曲面部分（2）与所述滚子（8，9）配合，当杆件（4）执行返回行程时第二曲面部分（21）与所述滚子配合。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述两个曲面部分（20，21）相交在一起从而形成一连续的曲面。

4、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述两个曲面部分（20，21）这样成形，即当完成一个工作行程及其中一个实现所述工作行程的滚子（8，9）仍与凸轮（2）的一个曲面部分（20）接触时， 另一个所述滚子（8，9）将几乎接触所述凸轮的另一个曲面部分（21）。

5、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述两个曲面部分（20，21）这样成形，即当完成一个工作行程以及其中一个实现所述工作行程的滚子（8，9）仍接触凸轮的一个曲面部分（20）时，另一个所述滚子（8，9）将与所述凸轮的另一个曲面部分（21）接触。

6、根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于所述凸轮（2）带有一个通槽（26），它大致平行于在返回行程中接触滚子（8，9）的凸轮曲面部分（21），并与该曲面部分向内隔开一距离。

7、根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于所述两个相互对置并向外伸出的翼形部分（6，7）由两个相互平行并相互邻近的翼形载件（10，11;101-114）构成，在两个载件之间支承着滚子（8，9）的外侧;在每个翼形载件上连接着所述轴（3，130）的一部分，所述轴从各自翼形载件的中部向外伸出。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述两个翼形载件（10，11）之间，以及在所述翼形部分的外侧和其中部之间还带有一个滚子（24，25），当完成一个工作行程以及其中一个实现所述工作行程的滚子（8，9）仍接触所述凸轮的一个曲面部分（20）时，该滚子（24，25）将接触所述凸轮的另一个曲面部分（21）。

9、根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于分别带有两个或多个第一部件（4;2）和第二部件（6-9），其中第一部件通过一 个钩卡件（34）连接在一起。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于钩卡件（34）有直的侧边（37，38），该侧边平行于所述杆件（4）并在承受侧向力的轴承（39-42）上滑动。

11、根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于所述动力源的形式为两个单动式压缩空气活塞-气缸装置，它们的活塞杆（4）连接在同一个第一凸轮（2）上。

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