CN104913019B - 直线往复运动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械结构领域，尤其涉及一种直线往复运动机构，旨在解决现有单曲柄连杆机构产生的直线运动行程较小、双曲柄连杆机构的滑块行程不确定与传动精度差及两者均存在死点位置惯性冲击的技术问题。连杆的相对两端分别枢接在第一偏心齿轮与第二偏心齿轮两者圆心上，使第一偏心齿轮与第二偏心齿轮保持恒定的中心距。让第一偏心齿轮匀速转动，第一偏心齿轮与第二偏心齿轮啮合传动，枢接在第二偏心齿轮偏心上的滑块输出直线往复运动。两个偏心齿轮相啮合与连杆的组合能取得大行程直线运动效果。两个偏心齿轮相啮合，不会存在死点位置，避免惯性冲击，运转平稳，工作可靠，滑块行程确定，传动精度高。

Description

直线往复运动机构
技术领域
本发明属于机械结构领域，尤其涉及一种直线往复运动机构。
背景技术
现有技术中的旋转运动转直线往复运动机构多采用单曲柄连杆机构和双连杆机构，单连杆曲柄机构产生的直线运动行程较小；而双曲柄连杆机构虽然能产生较大的直线运动行程，但运动的连杆曲柄位置难确定，且两个连杆曲柄同步性较差，滑块行程不确定，传动精度差；还有上述两种曲柄连杆机构均有死点位置，须通过旋转运动惯性冲过死点位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直线往复运动机构，旨在解决现有单曲柄连杆机构产生的直线运动行程较小、双曲柄连杆机构的滑块行程不确定与传动精度差及两者均存在死点位置惯性冲击的技术问题。
本发明是这样实现的一种直线往复运动机构，包括支撑件、枢接在所述支撑件上的第一偏心齿轮、与所述第一偏心齿轮啮合传动的第二偏心齿轮、相对两端分别枢接在所述第一偏心齿轮的圆心与所述第二偏心齿轮的圆心上的连杆及枢接在所述第二偏心齿轮的偏心上且作直线往复运动的滑块，所述滑块的运动轨迹位于该滑块与所述第二偏心齿轮之间的枢接轴线在该第二偏心齿轮的偏心处形成的法平面上。
进一步地，所述第一偏心齿轮的偏心及所述第二偏心齿轮的偏心之间的连线与所述滑块的移动轨迹共线。
进一步地，所述第一偏心齿轮的偏心距与所述第二偏心齿轮的偏心距相等。
进一步地，所述直线往复运动机构还包括枢接在所述支撑件上的主动齿轮及枢接在所述支撑件上且与所述第一偏心齿轮固定连接的从动齿轮，所述从动齿轮的圆心与所述第一偏心齿轮的偏心重合。
进一步地，所述直线往复运动机构还包括枢接在所述支撑件上且用于安装所述从动齿轮与所述第一偏心齿轮的第一枢接轴、用于安装所述第二偏心齿轮的第二枢接轴及枢接在所述支撑件上且用于安装所述主动齿轮的第三枢接轴。
进一步地，所述第一偏心齿轮的齿数与所述第二偏心齿轮的齿数相等。
进一步地，所述直线往复运动机构还包括枢接在所述支撑件上且用于安装所述第一偏心齿轮的第一枢接轴及用于安装所述第二偏心齿轮的第二枢接轴。
进一步地，所述第一偏心齿轮的数量与所述第二偏心齿轮的数量均为两个，两个所述第一偏心齿轮沿轴向相间隔，两个所述第二偏心齿轮沿轴向相间隔，两个所述第一偏心齿轮与两个所述第二偏心齿轮一一对应相啮合，所述直线往复运动机构还包括固定连接在两个所述第一偏心齿轮的圆心之间的第一连接轴及固定连接在两个所述第二偏心齿轮的圆心之间的第二连接轴，所述连杆的其中一端枢接在所述第一连接轴上而该连杆的另外一端枢接在所述第二连接轴上。
本发明相对于现有技术的技术效果是：连杆的相对两端分别枢接在第一偏心齿轮与第二偏心齿轮两者圆心上，使第一偏心齿轮与第二偏心齿轮保持恒定的中心距。让第一偏心齿轮匀速转动，第一偏心齿轮与第二偏心齿轮啮合传动，枢接在第二偏心齿轮偏心上的滑块输出直线往复运动。两个偏心齿轮相啮合与连杆的组合能取得大行程直线运动效果。两个偏心齿轮相啮合，不会存在死点位置，避免惯性冲击，运转平稳，工作可靠，滑块行程确定，传动精度高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的直线往复运动机构的立体装配图。
图2是图1的直线往复运动机构的正视图。
图3是图2的直线往复运动机构的透视图。
图4是图1的直线往复运动机构的沿M-M线的剖视图。
图5是图1的直线往复运动机构的立体分解图。
图6是图1的直线往复运动机构中应用的第一偏心齿轮的运动示意图。
图7是图1的直线往复运动机构中应用的第一偏心齿轮与第二偏心齿轮的运动状态示意图，状态1为连杆运动至第一偏心齿轮的偏心与第二偏心齿轮的偏心的下方，状态2为第一偏心齿轮的偏心与第二偏心齿轮的偏心处于最大距离，状态3为连杆运动至第一偏心齿轮的偏心与第二偏心齿轮的偏心的上方，状态4为第一偏心齿轮的偏心与第二偏心齿轮的偏心处于最小距离。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图3，第一偏心齿轮10的圆心为O1，第一偏心齿轮10的偏心为P1。第二偏心齿轮20的圆心为O2，第二偏心齿轮20的偏心为P2。第一偏心齿轮10和第二偏心齿轮20的模数相同。以偏心P1与偏心P2作直线定义为X轴，Y轴定义为与X轴相垂直的轴线,第一偏心齿轮10的轴线与第二偏心齿轮20的轴线均垂直于由X轴与Y轴形成的平面内。
请同时参阅图4、图5，本发明实施例提供的一种直线往复运动机构，包括支撑件(图未示)、枢接在支撑件上的第一偏心齿轮10、与第一偏心齿轮10啮合传动的第二偏心齿轮20、相对两端分别枢接在第一偏心齿轮10的圆心O1与第二偏心齿轮20的圆心O2上的连杆30及枢接在第二偏心齿轮20的偏心P2上且作直线往复运动的滑块40，滑块40的运动轨迹位于该滑块40与第二偏心齿轮20之间的枢接轴线在该第二偏心齿轮20的偏心P2处形成的法平面上。
连杆30的相对两端分别枢接在第一偏心齿轮10与第二偏心齿轮20两者圆心上，使第一偏心齿轮10与第二偏心齿轮20保持恒定的中心距。让第一偏心齿轮10匀速转动，第一偏心齿轮10与第二偏心齿轮20啮合传动，枢接在第二偏心齿轮20偏心上的滑块40输出直线往复运动。两个偏心齿轮相啮合与连杆30的组合能取得大行程直线运动效果。两个偏心齿轮相啮合，不会存在死点位置，避免惯性冲击，运转平稳，工作可靠，滑块40行程确定，传动精度高。
支撑件作为直线往复运动机构的支撑基础，用于支承第一偏心齿轮10。滑块40可以滑动安装在支撑件的滑槽中或其他物件的滑槽中，该滑槽的长度方向即滑块40的移动轨迹方向，滑块40移动轨迹在第二偏心齿轮20的枢接轴线于该第二偏心齿轮20的偏心处形成的法平面内。连杆30为第一偏心齿轮10与第二偏心齿轮20的恒定中心距的定位板，使第一偏心齿轮10与第二偏心齿轮20保持恒定的中心距A。具体地，第一偏心齿轮10与第二偏心齿轮20均为圆柱齿轮，运转平稳，工作可靠，传动精度高，两个偏心齿轮啮合不会存在死点位置，避免惯性冲击。可以理解地，以滑块40的直线往复运动作为运动输入件而以第一偏心齿轮10作为运动输出件也属于该直线往复运动机构的保护范围。
第一偏心齿轮10与第二偏心齿轮20的初始位置：第一偏心齿轮10的偏心P1在圆心O1的左侧，而第二偏心齿轮20的偏心P2在圆心O2的右侧；或者，第一偏心齿轮10的偏心P1在圆心O1的右侧，而第二偏心齿轮20的偏心P2在圆心O2的左侧。
进一步地，第一偏心齿轮10的偏心P1及第二偏心齿轮20的偏心P2之间的连线与滑块40的移动轨迹共线。该结构让滑块40的位移量与第二偏心齿轮20的X轴位移分量相等，从而让滑块40获得最大的位移量。可以理解地，第一偏心齿轮10的偏心P1及第二偏心齿轮20的偏心P2之间的连线与滑块40的移动轨迹还可以错开一定角度。此时，滑块40的位移量与第二偏心齿轮20的X轴位移分量相等。
进一步地，第一偏心齿轮10的偏心距与第二偏心齿轮20的偏心距相等。可以理解地，第一偏心齿轮10偏心距与第二偏心齿轮20偏心距还可以不相等。
进一步地，直线往复运动机构还包括枢接在支撑件上的主动齿轮50及枢接在支撑件上且与第一偏心齿轮10固定连接的从动齿轮60，从动齿轮60的圆心与第一偏心齿轮10的偏心P1重合。增加主动齿轮50与从动齿轮60，适应于需要改变输入轴的位置或转动方向或需要改变其他传动要求的场合。
进一步地，主动齿轮50的齿数、从动齿轮60的齿数、第一偏心齿轮10的齿数与第二偏心齿轮20的齿数相等。该配置相对于不同齿数的其他配合，在结构上更紧凑。
进一步地，直线往复运动机构还包括枢接在支撑件上且用于安装从动齿轮60与第一偏心齿轮10的第一枢接轴71、用于安装第二偏心齿轮20的第二枢接轴72及枢接在支撑件上且用于安装主动齿轮50的第三枢接轴73。设置枢接轴，便于各个齿轮的安装。第一枢接轴71、从动齿轮60及第一偏心齿轮10可以为一体成型结构，或者采用组装结构，第二偏心齿轮20与主动齿轮50是类似的，不再赘述。图4是示意图，并不说明第一枢接轴71、从动齿轮60及第一偏心齿轮10为一体成型结构，并不说明第二枢接轴72与第二偏心齿轮20为一体成型结构。
进一步地，主动齿轮50的圆心与从动齿轮60的圆心之间的连线及第一偏心齿轮10的偏心与第二偏心齿轮20的偏心之间的连线相垂直。该配置相对于将主动轮放置于其他位置的方案，在结构上更紧凑。
进一步地，第一偏心齿轮10的齿数与第二偏心齿轮20的齿数相等。该配置相对于不同齿数的其他配合，在结构上更紧凑。而且，两个偏心齿轮啮合与连杆30的组合能取得双曲柄连杆机构中两倍的两个曲柄长度之和的大行程直线往复运动效果。
进一步地，直线往复运动机构还包括枢接在支撑件上且用于安装第一偏心齿轮10的第一枢接轴71及用于安装第二偏心齿轮20的第二枢接轴72。设置枢接轴，便于各个齿轮的安装。第一枢接轴71与第一偏心齿轮10可以为一体成型结构，或者采用组装结构，第二偏心齿轮20是类似的，不再赘述。
进一步地，第一偏心齿轮10的数量与第二偏心齿轮20的数量均为两个，两个第一偏心齿轮10沿轴向相间隔，两个第二偏心齿轮20沿轴向相间隔，两个第一偏心齿轮10与两个第二偏心齿轮20一一对应相啮合，直线往复运动机构还包括固定连接在两个第一偏心齿轮10的圆心之间的第一连接轴11及固定连接在两个第二偏心齿轮20的圆心之间的第二连接轴21，连杆30的其中一端枢接在第一连接轴11上而该连杆30的另外一端枢接在第二连接轴21上。采用两组偏心齿轮相互啮合传动，而连杆30的相对两端分别枢接在第一连接轴11与第二连接轴21上，该结构紧凑，运转平稳，工作可靠。第一连接轴11及两个第一偏心齿轮10可以为一体成型结构，或者采用组装结构，第二偏心齿轮20是类似的，不再赘述。图4是示意图，并不说明第一连接轴11及两个第一偏心齿轮10为一体成型结构，并不说明第二连接轴21及两个第二偏心齿轮20为一体成型结构。
优选地，第一偏心齿轮10的偏心距与第二偏心齿轮20的偏心距相等，均为d。第一偏心齿轮10的模数与第二偏心齿轮20的模数相等，且第一偏心齿轮10的齿数与第二偏心齿轮20的齿数相等，相当于第一偏心齿轮10的齿轮半径与第二偏心齿轮20的齿轮半径相等。第一偏心齿轮10的偏心P1与第二偏心齿轮20的偏心P2之间的连线及滑块40的移动轨迹共线。满足上述条件，本发明的直线往复运动机构的直线运动行程是偏心齿轮偏心距的4倍，行程大。
请同时参阅图6，空心圆代表偏心，实心圆代表圆心。第一偏心齿轮10绕其圆心O1以角速度ω均速旋转，以第一偏心齿轮10的偏心P1为原点建立坐标系，第一偏心齿轮10圆心O1在t时刻的X方向位移函数为：
X1(t)＝d*Cos(ω*t)
连杆30使第一偏心齿轮10与第二偏心齿轮20保持恒定的中心距A，滑块40只在第一偏心齿轮10的偏心P1与第二偏心齿轮20的偏心P2之间连线方向及(即X轴)上运动，而在Y轴方向上无运动，在X轴方向的运动与第二偏心齿轮20的偏心P2同步。滑块在t时刻X轴位移函数为：
X2(t)＝2*X1(t)＝2*d*Cos(ω*t)
对滑块的X轴位移函数求导可得到滑块的X轴速度函数为：
Vx＝X2’(t)＝-2*d*Sin(ω*t)*ω
即滑块的速度曲线为正弦曲线。
请同时参阅图7，空心圆代表偏心，实心圆代表圆心，实线代表其中一个偏心齿轮的偏心与圆心之间的连线，左侧点划线圆为第一偏心齿轮的圆心运动轨迹，右侧点划线圆为第二偏心齿轮的圆心运动轨迹。四个状态O1与O2的距离保持为A，状态1至状态4依次循环往复。状态1为连杆运动至第一偏心齿轮的偏心与第二偏心齿轮的偏心的下方，P1O1连线指向-Y轴，P2O2连线指向-Y轴；状态2为第一偏心齿轮的偏心与第二偏心齿轮的偏心处于最大距离，P1O1连线指向+X轴，P2O2连线指向-X轴,最大距离Dmax＝A+2d；状态3为连杆运动至第一偏心齿轮的偏心与第二偏心齿轮的偏心的上方，P1O1连线指向+Y轴，P2O2连线指向+Y轴；状态4为第一偏心齿轮的偏心与第二偏心齿轮的偏心处于最小距离，P1O1连线指向-X轴，P2O2连线指向+X轴,最小距离Dmin＝A-2d。
在本发明的直线往复运动机构中，滑块水平移动的距离为：
D＝Dmax-Dmin＝4*d
该直线往复运动机构能得到较大平动行程，滑块40行程确定，运转平稳，工作可靠，传动精度高，两个偏心齿轮啮合不会存在死点位置，避免惯性冲击。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直线往复运动机构，其特征在于：包括支撑件、枢接在所述支撑件上的第一偏心齿轮、与所述第一偏心齿轮啮合传动的第二偏心齿轮、相对两端分别枢接在所述第一偏心齿轮的圆心与所述第二偏心齿轮的圆心上且用于使所述第一偏心齿轮的圆心与所述第二偏心齿轮的圆心的间距保持恒定的连杆及枢接在所述第二偏心齿轮的偏心上且在一滑槽中作直线往复运动的滑块，所述第一偏心齿轮的偏心位于所述第一偏心齿轮与所述支撑件之间的枢接轴线上，所述滑块的运动轨迹位于该滑块与所述第二偏心齿轮之间的枢接轴线在该第二偏心齿轮的偏心处形成的法平面上。
2.如权利要求1所述的直线往复运动机构，其特征在于：所述第一偏心齿轮的偏心及所述第二偏心齿轮的偏心之间的连线与所述滑块的移动轨迹共线。
3.如权利要求1所述的直线往复运动机构，其特征在于：所述第一偏心齿轮的偏心距与所述第二偏心齿轮的偏心距相等。
4.如权利要求1至3任一项所述的直线往复运动机构，其特征在于：所述直线往复运动机构还包括枢接在所述支撑件上的主动齿轮及枢接在所述支撑件上且与所述第一偏心齿轮固定连接的从动齿轮，所述从动齿轮的圆心与所述第一偏心齿轮的偏心重合。
5.如权利要求4所述的直线往复运动机构，其特征在于：所述直线往复运动机构还包括枢接在所述支撑件上且用于安装所述从动齿轮与所述第一偏心齿轮的第一枢接轴、用于安装所述第二偏心齿轮的第二枢接轴及枢接在所述支撑件上且用于安装所述主动齿轮的第三枢接轴。
6.如权利要求1至3任一项所述的直线往复运动机构，其特征在于：所述第一偏心齿轮的齿数与所述第二偏心齿轮的齿数相等。
7.如权利要求1至3任一项所述的直线往复运动机构，其特征在于：所述直线往复运动机构还包括枢接在所述支撑件上且用于安装所述第一偏心齿轮的第一枢接轴及用于安装所述第二偏心齿轮的第二枢接轴。
8.如权利要求1至3任一项所述的直线往复运动机构，其特征在于：所述第一偏心齿轮的数量与所述第二偏心齿轮的数量均为两个，两个所述第一偏心齿轮沿轴向相间隔，两个所述第二偏心齿轮沿轴向相间隔，两个所述第一偏心齿轮与两个所述第二偏心齿轮一一对应相啮合，所述直线往复运动机构还包括固定连接在两个所述第一偏心齿轮的圆心之间的第一连接轴及固定连接在两个所述第二偏心齿轮的圆心之间的第二连接轴，所述连杆的其中一端枢接在所述第一连接轴上而该连杆的另外一端枢接在所述第二连接轴上。
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