CN103352965A - 离合式往复平动转化为连续同向旋转运动的机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离合式往复平动转化为连续同向旋转运动的机械装置，该装置包括安装在外螺纹丝杠内部且与外螺纹丝杠同轴设置的内螺纹丝杠，外螺纹丝杠一端封闭并用于连接驱动装置，另一端敞口并用于连接旋转套筒；旋转套筒一端安装有内旋转滑块、外旋转滑块、端口封闭圆环、内啮合圆环、外限位圆环，用于将旋转套筒套接于外螺纹丝杠与内螺纹丝杠之间并能够在其中自由旋转；另一端用于连接输出装置。本发明能够将往复平动转化为连续同向旋转运动，从而充分利用旋转的惯性，转化环节少，无死点，传动损失小，效率显著提高；设计精巧，结构紧凑，占用空间较小，因此设计成品为大型、小型均可，对应用场所要求不高，适用性强。

Description

离合式往复平动转化为连续同向旋转运动的机械装置

技术领域

本发明涉及一种传动装置，具体的说，是涉及一种将往复平动转化为旋转运动的机械装置。

背景技术

现阶段将往复平动转化成旋转运动的机构主要有曲柄连杆机构、齿轮齿条传动机构和滚珠丝杠副等机构。

曲柄连杆机构是利用曲柄和滑块来实现移动和转动相互转换的平面连杆机构，是连杆机构的一种。曲柄连杆机构只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂，有死点，启动时易形成自锁，效率低。

齿轮齿条传动机构将齿条的往复直线运动转变为齿轮的回转运动，传递动力大、效率高，但是，制造、安装精度要求较高，也不适于作远距离传动。

滚珠丝杠副是由滚珠丝杠、滚珠、滚珠螺母和相关循环零件组成的以圆柱螺旋线为运动轨迹的传动部件。滚珠丝杠副传动效率高，但是容易打滑且价格较昂贵。

可见，现有将往复平动转化成旋转运动的机构没有充分利用传动部件惯性，传动效率低，设计复杂，安装难度大，价格昂贵。

发明内容

为了解决现有将往复平动转化成旋转运动的传动装置所存在的上述技术问题，本发明提供了一种离合式往复平动转化为连续同向旋转运动的机械装置，能够将双向驱动的往复平动转化为连续同方向的旋转运动，结构精巧，传动环节少，传动效率高，运行可靠性高。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种离合式往复平动转化为连续同向旋转运动的机械装置，包括一端封闭、一端敞口的空心圆筒状外螺纹丝杠，所述外螺纹丝杠的封闭端内壁固接有同轴设置在所述外螺纹丝杠内部的内螺纹丝杠；所述外螺纹丝杠的内表面与所述内螺纹丝杠的外表面分别设置有互为反旋向的第一凹槽螺纹和第二凹槽螺纹；所述外螺纹丝杠与所述内螺纹丝杠之间的空隙插接有旋转套筒的一端；

所述旋转套筒插入于所述外螺纹丝杠一端的端面固接有位于所述外螺纹丝杠与所述内螺纹丝杠之间的端口封闭圆环；所述端口封闭圆环与所述外螺纹丝杠、所述内螺纹丝杠之间分别留有间隙；所述端口封闭圆环一侧设置有固接于所述旋转套筒端部外壁的外限位圆环，所述外限位圆环外壁与所述外螺纹丝杠之间留有间隙；所述端口封闭圆环一侧设置有固接于所述旋转套筒端部内壁的内啮合圆环，所述内啮合圆环与所述内螺纹丝杠之间留有间隙；

所述端口封闭圆环与所述外限位圆环之间设置有外旋转滑块，所述外限位圆环与所述端口封闭圆环的距离为所述外旋转滑块的长度与安全距离之和；所述外旋转滑块外壁设置有与所述外螺纹丝杠的第一凹槽螺纹相配合的第一凸螺纹，内壁与所述旋转套筒外壁留有间隙；

所述端口封闭圆环与所述内啮合圆环之间设置有内旋转滑块，所述内啮合圆环与所述端口封闭圆环的距离为所述内旋转滑块的长度与安全距离之和；所述内旋转滑块内壁设置有与所述内螺纹丝杠的第二凹槽螺纹相配合的第二凸螺纹，外壁与所述旋转套筒内壁留有间隙；

所述端口封闭圆环与所述内旋转滑块的相对面、所述外旋转滑块与所述外限位圆环的相对面均为平滑表面；

所述端口封闭圆环与所述外旋转滑块的相对面分别设置有可啮合的端面棘齿，当所述外螺纹丝杠、所述内螺纹丝杠向所述外螺纹丝杠的封闭端方向平动时，所述外旋转滑块与所述端口封闭圆环的端面棘齿相啮合；当所述外螺纹丝杠、所述内螺纹丝杠向所述外螺纹丝杠的敞口端方向平动时，所述外旋转滑块与所述端口封闭圆环的端面棘齿相脱离；

所述内旋转滑块与所述内啮合圆环的相对面分别设置有可啮合的端面棘齿，当所述外螺纹丝杠、所述内螺纹丝杠向所述外螺纹丝杠的敞口端平动时，所述内旋转滑块与所述内啮合圆环的端面棘齿相啮合；当所述外螺纹丝杠、所述内螺纹丝杠向所述外螺纹丝杠的封闭端方向平动时，所述内旋转滑块与所述内啮合圆环的端面棘齿相脱离。

其中，所述第一凹槽螺纹与所述第二凹槽螺纹均为凹方槽形双侧螺纹。

本发明的有益效果是：

（一）本发明能够将内螺纹丝杠和外螺纹丝杠的往复平动转化为旋转套筒的连续同向旋转运动，利用旋转套筒端部的离合式结构使旋转运动保持同一方向的连续性，从而收集双向运动能量，充分利用旋转的惯性，转化环节少，传动损失小，效率显著提高；

（二）本发明通过旋转套筒端部的离合式结构和内螺纹丝杠、外螺纹丝杠的配合将往复平动转化成连续同向旋转运动，整个机构无死点；相比于曲柄连杆机构的两运动构件处于同一直线位置时，不论驱动力多大都不能使机构启动来讲，便于启动，能够确保旋转顺畅。

（三）本发明设计精巧，结构紧凑，占用空间较小，因此设计成品为大型、小型均可，对应用场所要求不高，适用性强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是端口封闭圆环的主视图；

图4是端口封闭圆环的右视图；

图5是内旋转滑块的立体结构示意图；

图6是内旋转滑块的主视图；

图7是内旋转滑块的左视图；

图8是外旋转滑块的主视图；

图9是外旋转滑块的左视图。

图中：1：外螺纹丝杠；11：第一凹槽螺纹；2：内螺纹丝杠；21：第二凹槽螺纹；

3：旋转套筒；4：内旋转滑块；41：第二凸螺纹；5：外旋转滑块；51：第一凸螺纹；

6：端口封闭圆环；7：内啮合圆环；8：外限位圆环。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如图1和图2所示，本实施例披露了一种离合式往复平动转化为连续同向旋转运动的机械装置，该装置包括外螺纹丝杠1、内螺纹丝杠2、旋转套筒3、内旋转滑块4、外旋转滑块5、端口封闭圆环6、内啮合圆环7、外限位圆环8。内螺纹丝杠2安装在外螺纹丝杠1内部，与外螺纹丝杠1同轴设置。外螺纹丝杠1左端封闭并用于连接驱动装置，右端敞口并用于连接旋转套筒3。旋转套筒3的左端插入外螺纹丝杠1与内螺纹丝杠2之间的空隙，并能够在其中自由旋转；右端用于连接输出装置。内旋转滑块4、外旋转滑块5、端口封闭圆环6、内啮合圆环7、外限位圆环8安装于旋转套筒3左端部，用于将旋转套筒3分别与外螺纹丝杠1、内螺纹丝杠2套接在一起，从而将外螺纹丝杠1、内螺纹丝杠2的往复平动转化为同方向的连续旋转运动。

外螺纹丝杠1属于平动部件，为左端封闭、右端敞口的空心圆筒结构，封闭端内壁面与内螺纹丝杠2左端焊接固定。外螺纹丝杠1内表面加工有第一凹槽螺纹11，用于形成外螺纹丝杠滑道。本实施例中第一凹槽螺纹11具体采用左手凹方槽形双侧螺纹，螺纹截面为方形可以达到耐磨和运动稳定的目的，双侧螺纹可以使旋转滑动更为顺畅。

内螺纹丝杠2属于平动部件，其形状为实心圆柱体，左端与外螺纹丝杠1内壁焊接固定；内螺纹丝杠2和外螺纹丝杠1的横截面为同心圆。内螺纹丝杠2外表面加工有与外螺纹丝杠1内表面第一凹槽螺纹11相反旋向的第二凹槽螺纹21，用于形成内螺纹丝杠滑道。本实施例中第二凹槽螺纹21具体采用右手凹方槽形双侧螺纹，螺纹截面为方形可以达到耐磨和运动稳定的目的，双侧螺纹可以使旋转滑动更为顺畅。

旋转套筒3属于旋转部件，为左端敞口、右端封闭的空心圆筒结构，其左端插入外螺纹丝杠1与内螺纹丝杠2之间的空隙，并能够在其中自由旋转；右端用于连接输出装置。

旋转套筒3的左端端面固定连接有端口封闭圆环6，如图3和图4所示，端口封闭圆环6端面与旋转套筒3的接触部分可以设置有螺栓孔，以通过螺栓与旋转套筒3相固定。端口封闭圆环6设置在外螺纹丝杠1与内螺纹丝杠2之间，并与外螺纹丝杠1、内螺纹丝杠2之间分别留有能够使外螺纹丝杠1、内螺纹丝杠2滑动且能够使端口封闭圆环6转动的间隙。端口封闭圆环6的内径小于内旋转滑块4的外径，用于对内旋转滑块4形成限位，并且端口封闭圆环6端面与内旋转滑块4的接触部分为平滑表面。端口封闭圆环6与外旋转滑块5的相对部分设置有与外旋转滑块5的端面棘齿可啮合的端面棘齿，且端口封闭圆环6的外径与外旋转滑块5的外径相同，以形成良好的啮合。

端口封闭圆环6右端设置有位于旋转套筒3与内螺纹丝杠2之间的内旋转滑块4；内旋转滑块4左端端面为平滑表面，并由端口封闭圆环27限位。如图5至图7所示，内旋转滑块4为圆筒形，其外壁为光滑表面，与旋转套筒3之间留有能够使内旋转滑块4平动和旋转顺畅的间隙；其内壁设有与内螺纹丝杠2的第二凹槽螺纹21相配合的第二凸螺纹41，该第二凸螺纹41能够在内螺纹丝杠滑道内滑动。本实施例中第二凸螺纹41具体采用右手凸方形双侧螺纹，可以是一段、单圈或若干圈。内旋转滑块4右端端面设置有端面棘齿，该端面棘齿倾倒方向与内旋转滑块4上第二凸螺纹41的倾斜方向相反；所述端面棘齿的倾倒方向与第二凸螺纹41的倾斜方向都是相对于内旋转滑块4的轴线而言。另外，本发明中所述的端面棘齿倾倒方向均是指同一棘齿由齿根到齿顶长边向短边方向倾倒的方向。

内旋转滑块4右端设置有内啮合圆环7，内啮合圆环7外壁与旋转套筒3内壁固定连接，内壁与内螺纹丝杠2留有间隙。内啮合圆环7的左端设置有与内旋转滑块4的端面棘齿可啮合的端面棘齿，从而使内旋转滑块4向右平动时沿其棘齿倾倒方向旋转，能够与内啮合圆环7良好啮合；向左平动时沿反向于其棘齿倒向方向旋转，能够与内啮合圆环7顺利分离。内啮合圆环7与端口封闭圆环6的内侧距离为内旋转滑块4的长度（包括端面棘齿高度）与安全距离之和；该安全距离是指内旋转滑块4端面棘齿齿尖不与内啮合圆环7端面棘齿齿尖接触时可平移的微小距离。

端口封闭圆环6右端设置有位于旋转套筒3与外螺纹丝杠1之间的外旋转滑块5；外旋转滑块5右端端面为平滑表面，并由外限位圆环8限位。如图8和图9所示，外旋转滑块5为圆筒形，其外壁设有与外螺纹丝杠1的第一凹槽螺纹11吻合的第一凸螺纹51，该凸螺纹51能够在外螺纹丝杠滑道内滑动。本实施例中第一凸螺纹51具体采用左手凸方形双侧螺纹，可以是一段、单圈或若干圈；其内壁与旋转套筒3留有一定空隙，保证外旋转滑块5平动和旋转顺畅。外旋转滑块5左端端面设置有端面棘齿，该端面棘齿倾倒方向与外旋转滑块5上第一凸螺纹51的倾斜方向相反；所述端面棘齿的倾倒方向与凸螺纹的倾斜方向都是相对于外旋转滑块5的轴线而言。由于端口封闭圆环6的右端面设置有与外旋转滑块5的端面棘齿可啮合的端面棘齿，从而使外旋转滑块5向左平动时沿其棘齿倾倒方向旋转，能够与端口封闭圆盘6良好啮合；向右平动时反向于其棘齿倒向方向旋转，能够与端口封闭圆环6顺利分离。

外旋转滑块5右端设置有左端面为平滑表面的外限位圆环8，外限位圆环8内壁与旋转套筒3外壁固定连接，外壁与外螺纹丝杠1之间留有能够保证外螺纹丝杠1平动顺畅的间隙。外限位圆环8与端口封闭圆环6的内侧距离为外旋转滑块5的长度（包括端面棘齿高度）与安全距离之和；该安全距离是指外旋转滑块5端面棘齿齿尖不与端口封闭圆环6端面棘齿齿尖接触时可平移的微小距离。

这样，当内螺纹丝杠2、外螺纹丝杠1向右平动时，带动内旋转滑块4相对于旋转套筒3向右进行发生安全距离的平移，直至与内啮合圆环7完全啮合。由于内啮合圆环7的限位，内旋转滑块4无法继续向右平动，因此只能通过内啮合圆环7带动与其固定的旋转套筒3沿内螺纹丝杠2上第二凹槽螺纹21的旋转方向进行转动。与此同时，外旋转滑块5也在外螺纹丝杠1的带动下向右平移，从而与端口封闭圆环6分离、与外限位圆环8相接触并在接触面上发生相对滑动，因此不会影响旋转套筒3的转动方向。

当内螺纹丝杠2、外螺纹丝杠1向左平动时，带动外旋转滑块5相对于旋转套筒3向左进行发生安全距离的平移，直至与端口封闭圆环6完全啮合。由于端口封闭圆环6的限位，外旋转滑块5无法继续向左平动，因此只能通过端口封闭圆环6带动与其固定的旋转套筒3沿外螺纹丝杠1上第一凹槽螺纹11的旋转方向进行转动。与此同时，内旋转滑块4也在内螺纹丝杠2的带动下向左平移，从而与内啮合圆环7分离、与端口封闭圆环6相接触并在接触面上发生相对滑动，因此不会影响旋转套筒3的转动方向。

本领域的技术人员可知，当内螺纹丝杠2、外螺纹丝杠1、内旋转滑块4、外旋转滑块5上的螺纹方向同时设计成与上述相反的螺纹方向时，则形成相反方向的同向旋转。因此，本发明机构中左右方向不限于此，如果各部件的左右运动方向对调，则可以达到相同的目的。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种离合式往复平动转化为连续同向旋转运动的机械装置，其特征在于，包括一端封闭、一端敞口的空心圆筒状外螺纹丝杠（1），所述外螺纹丝杠（1）的封闭端内壁固接有同轴设置在所述外螺纹丝杠（1）内部的内螺纹丝杠（2）；所述外螺纹丝杠（1）的内表面与所述内螺纹丝杠（2）的外表面分别设置有互为反旋向的第一凹槽螺纹（11）和第二凹槽螺纹（21）；所述外螺纹丝杠（1）与所述内螺纹丝杠（2）之间的空隙插接有旋转套筒（3）的一端；

所述旋转套筒（3）插入于所述外螺纹丝杠（1）一端的端面固接有位于所述外螺纹丝杠（1）与所述内螺纹丝杠（3）之间的端口封闭圆环（6）；所述端口封闭圆环（6）与所述外螺纹丝杠（1）、所述内螺纹丝杠（3）之间分别留有间隙；所述端口封闭圆环（6）一侧设置有固接于所述旋转套筒（3）端部外壁的外限位圆环（8），所述外限位圆环（8）外壁与所述外螺纹丝杠（1）之间留有间隙；所述端口封闭圆环（6）一侧设置有固接于所述旋转套筒（3）端部内壁的内啮合圆环（7），所述内啮合圆环（7）与所述内螺纹丝杠（2）之间留有间隙；

所述端口封闭圆环（6）与所述外限位圆环（8）之间设置有外旋转滑块（5），所述外限位圆环（8）与所述端口封闭圆环（6）的距离为所述外旋转滑块（5）的长度与安全距离之和；所述外旋转滑块（5）外壁设置有与所述外螺纹丝杠（1）的第一凹槽螺纹（11）相配合的第一凸螺纹（51），内壁与所述旋转套筒（3）外壁留有间隙；

所述端口封闭圆环（6）与所述内啮合圆环（7）之间设置有内旋转滑块（4），所述内啮合圆环（7）与所述端口封闭圆环（6）的距离为所述内旋转滑块（4）的长度与安全距离之和；所述内旋转滑块（4）内壁设置有与所述内螺纹丝杠（2）的第二凹槽螺纹（21）相配合的第二凸螺纹（41），外壁与所述旋转套筒（3）内壁留有间隙；

所述端口封闭圆环（6）与所述内旋转滑块（4）的相对面、所述外旋转滑块（5）与所述外限位圆环（8）的相对面均为平滑表面；

所述端口封闭圆环（6）与所述外旋转滑块（5）的相对面分别设置有可啮合的端面棘齿，当所述外螺纹丝杠（1）、所述内螺纹丝杠（2）向所述外螺纹丝杠（1）的封闭端方向平动时，所述外旋转滑块（5）与所述端口封闭圆环（6）的端面棘齿相啮合；当所述外螺纹丝杠（1）、所述内螺纹丝杠（2）向所述外螺纹丝杠（1）的敞口端方向平动时，所述外旋转滑块（5）与所述端口封闭圆环（6）的端面棘齿相脱离；

所述内旋转滑块（4）与所述内啮合圆环（7）的相对面分别设置有可啮合的端面棘齿，当所述外螺纹丝杠（1）、所述内螺纹丝杠（2）向所述外螺纹丝杠（1）的敞口端平动时，所述内旋转滑块（4）与所述内啮合圆环（7）的端面棘齿相啮合；当所述外螺纹丝杠（1）、所述内螺纹丝杠（2）向所述外螺纹丝杠（1）的封闭端方向平动时，所述内旋转滑块（4）与所述内啮合圆环（7）的端面棘齿相脱离。

2.根据权利要求1所述的一种离合式往复平动转化为连续同向旋转运动的机械装置，其特征在于，所述第一凹槽螺纹（11）与所述第二凹槽螺纹（21）均为凹方槽形双侧螺纹。

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