CN105465271A - 平衡重机构和电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于往复线性运动机构的平衡重机构，包括：用于平衡所述往复线性运动机构的惯性力的平衡重；用于驱动所述平衡重往复线性运动的驱动元件；以及引导所述平衡重的往复线性运动的引导元件；其中，所述平衡重机构还包括用于辅助地驱动所述平衡重往复线性运动的辅助驱动装置，所述辅助驱动装置在所述平衡重的往复方向上对所述平衡重施加促进其往复线性运动并且方向交替变化的力。本发明还涉及包括这种平衡重机构的电动工具。根据本发明，可以减小或避免平衡重的振动和噪声、并且延长其使用寿命。

Description

平衡重机构和电动工具

技术领域

本发明涉及一种平衡重机构，尤其是涉及用于往复线性运动机构的平衡重机构以及包括这种平衡重机构的电动工具。

背景技术

在具有往复线性运动机构的机器中，通常设置有与往复线性运动机构沿着相反方向运动的平衡重机构，以平衡往复线性运动机构的往复线性运动，从而减小机器在往复线性运动机构往复线性运动过程中的振动。

图1是现有的诸如曲线锯的往复线性运动机构以及平衡重的简化示意图，图2是图1所示示意图的侧视图。如图1和2所示，曲线锯的往复线性运动机构包括安装在旋转轴1上的齿轮3，在齿轮3的一侧上设置有偏心销5，偏心销5的自由端与具有锯片7的工作部分9连接。曲线锯的平衡重机构包括设置在齿轮3的另一侧上的偏心轮11以及安装在偏心轮11上的平衡重13，偏心轮11可移动地位于平衡重13上的细长孔15中。细长孔15由两个大体平行的平面以及两个弧形面限定，其中，只有两个大体平行的平面是与偏心轮11接触的起作用表面。当齿轮3在未示出的驱动齿轮的驱动作用下，工作部分9带动锯片7沿着箭头R1所示方向向上运动时，平衡重13则沿着箭头R2所示方向向下运动；反之亦然。平衡重13的运动主要是由于齿轮3上的偏心轮11施加在平衡重13的接触力导致的。过大的接触力会导致偏心轮11本身以及平衡重13的细长孔15的两个大体平行的表面的磨损，这将加剧曲线锯工作过程中的振动和噪声、并且缩短偏心轮以及平衡重的使用寿命。

因此，需要对现有的用于往复线性运动机构的平衡重机构进行改进。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术中的至少一种缺陷，提出一种用于往复线性运动机构的改进的平衡重机构。这种平衡重机构在保持重量较轻、整个机器效率较高的情况下能够减小偏心轮以及平衡重的磨损，从而减小或避免偏心轮以及平衡重的振动和噪声、并且延长它们的使用寿命。

为此，根据本发明的一方面，提供一种用于往复线性运动机构的平衡重机构，包括：

用于平衡所述往复线性运动机构的惯性力的平衡重；

用于驱动所述平衡重往复线性运动的驱动元件；以及

引导所述平衡重的往复线性运动的引导元件；

其中，所述平衡重机构还包括用于辅助地驱动所述平衡重往复线性运动的辅助驱动装置，所述辅助驱动装置在所述平衡重的往复方向上对所述平衡重施加促进其往复线性运动并且方向交替变化的力。

优选地，所述辅助驱动装置是沿着所述平衡重的往复线性运动方向设置在所述平衡重与所述往复线性运动机构的机架之间的至少一个弹簧，使得所述弹簧与所述平衡重形成弹簧质量系统。

优选地，所述弹簧设置成使得所述弹簧产生的弹簧力在平衡重的往复线性运动方向上的分力大于在与平衡重的往复线性运动方向垂直的方向上的分力。

优选地，所述弹簧设置成使得所述弹簧产生的弹簧力的作用线通过所述平衡重的质量中心。

优选地，所述弹簧被选择成使其弹簧系数k满足下列等式：

k＝m·ω²，

其中，m是所述平衡重的质量，ω是所述平衡重的往复线性运动的角频率。

优选地，所述弹簧质量系统的固有角频率位于平衡重的往复线性运动的角频率范围之内。

优选地，所述平衡重在处于往复线性运动的中间位置时，所述弹簧产生的弹簧力为零。

优选地，所述平衡重被设置成沿着与所述往复线性运动机构的运动方向相反的方向往复线性运动。

优选地，所述平衡重被设置成沿着与所述往复线性运动机构的运动方向垂直的方向往复线性运动。

优选地，所述至少一个弹簧是一个弹簧，所述弹簧的一端连接到所述平衡重，所述弹簧的另一端固定到所述机架上。

优选地，所述至少一个弹簧是两个压缩弹簧，所述两个压缩弹簧中的一个设置在所述平衡重的一端与所述机架之间，所述两个压缩弹簧中的另一个设置在所述平衡重的另一端与所述机架之间。

优选地，所述两个压缩弹簧仅在一端与所述机架连接，而在另一端与所述平衡重不连接。

优选地，所述驱动元件是安装到可转动地支撑在所述机架上的旋转轴上并且能够随着所述旋转轴转动的偏心轮。

优选地，所述引导元件是固定到所述机架上的引导部。

优选地，所述平衡重上形成有由两个平行的表面和两个弧形表面限定的细长孔，所述偏心轮安装在所述细长孔中，使得所述偏心轮的外缘只与所述细长孔的所述两个平行的表面接触。

优选地，所述驱动元件是能够往复线性运动的驱动杆，所述平衡重安装在所述驱动杆上。

优选地，所述引导元件是穿过所述平衡重上的通孔的引导杆。

优选地，所述往复线性运动机构是电动工具的往复线性运动机构。

根据本发明的一方面，提供一种电动工具，所述电动工具具有往复线性运动机构，其特征在于，所述电动工具还包括如上所述的平衡重机构。

优选地，所述电动工具是往复锯或电锤。

根据本发明的用于往复线性运动机构的平衡重机构，由于沿着平衡重的往复线性运动方向在平衡重与机架之间设置有至少一个弹簧，可以避免或显著地减小摩擦力以及由此导致的平衡重以及与其接触的部件(例如驱动元件或引导元件)的磨损，进而减小或避免平衡重的振动和噪声、并且延长机器使用寿命。

附图说明

图1是现有曲线锯的往复线性运动机构以及平衡重的简化示意图；

图2是图1所示示意图的侧视图；

图3是根据本发明第一优选实施例的用于往复线性运动机构的平衡重机构的示意图；以及

图4是根据本发明第二优选实施例的用于往复线性运动机构的平衡重机构的示意图。

具体实施方式

下面结合示例详细描述本发明的优选实施例。本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本发明形成任何限制。

图3是根据本发明第一优选实施例的用于往复线性运动机构的平衡重机构的示意图。为了简化起见，在图3中没有示出用于诸如曲线锯的往复电动工具的往复线性运动机构。如图3所示，根据本发明第一优选实施例的用于往复线性运动机构的平衡重机构20包括可转动地支撑到机架上的旋转轴21、能够随着旋转轴21转动的偏心轮23、以及安装在偏心轮23上的平衡重25。平衡重25上形成有由两个大体平行的表面27a、27b和两个弧形表面27c、27d限定的细长孔27。偏心轮23安装在平衡重25的细长孔27中，使得偏心轮23的外缘只与细长孔27的两个大体平行的表面27a、27b接触，即，只有细长孔27的两个大体平行的表面27a、27b形成起作用的接触面。而且，平衡重机构还包括固定到机架上用于引导平衡重25进行往复线性运动的引导部29a、29d。

正如所知的，当偏心轮23被驱动旋转时，偏心轮23与平衡重25的细长孔27的两个大体平行的表面27a、27b中的一个接触，导致平衡重25沿着图中箭头R所示方向上下移动，以便平衡沿着相反方向运动的往复线性运动机构(未示出)的惯性力。在平衡重25上下运动过程中，平衡重25对偏心轮23以及引导部29a、29d分别施加作用力F1、F2、F3。这些作用力又对平衡重25施加相应的反作用力。这些反作用力所形成的合力驱动平衡重25进行往复线性运动。由于作用力F2和F3相对于作用力F1而言较小，通常可以忽略不计。因此，实际中主要是平衡重25对偏心轮23施加的作用力F1以及其反作用力导致平衡重25上下运动过程中偏心轮23和平衡重25之间的摩擦力以及由此导致的磨损。

根据本发明，平衡重机构20还包括沿着平衡重25的往复线性运动方向R设置在平衡重25与机架31之间的弹簧33。在优选实施例中，弹簧33的一端33a连接到平衡重25，弹簧33的另一端33b固定到机架33上。这样，弹簧33与平衡重25形成一个能够进行谐振运动的弹簧质量系统。当平衡重25处于其平衡位置时，弹簧33处于自由状态；当平衡重25处于其平衡位置上方的半个周期时，弹簧33处于被压缩状态；当平衡重25处于其平衡位置下方的半个周期时，弹簧33处于被拉伸状态。因而，在平衡重25被偏心轮23驱动进行往复线性运动时，弹簧33在平衡重25的往复方向上对平衡重25施加方向交替变化的力，从而辅助地驱动平衡重25。

理论上讲，弹簧质量系统的谐振频率越接近于平衡重往复线性运动的角频率，平衡重25对偏心轮23施加的作用力F1以及其反作用力，即，偏心轮23与平衡重25之间的接触力越小。因此，优选地，弹簧33被选择成使其弹簧系数k满足下列等式：

k＝m·ω²，

其中，m是平衡重25的质量，ω是平衡重25往复线性运动的角速度。这样，弹簧质量系统的谐振频率近似等于平衡重25往复线性运动的角频率。但在实践中，弹簧质量系统的谐振频率位于平衡重的往复线性运动的角频率范围之内也是可行的。

此外，为了避免弹簧质量系统在谐振运动过程中产生附加力矩，弹簧33产生的弹簧力的作用线平行于平衡重25的往复线性运动方向，更优选地通过平衡重25的质量中心。应理解的是，在采用多个弹簧的情况下，这里的弹簧力的作用线应当是指多个弹簧产生的弹簧力的合力的作用线。在不考虑重力的情况下，平衡重25在处于往复线性运动的中间位置时，弹簧33产生的弹簧力应当接近为零。

根据具有往复线性运动机构的特定机器结构，平衡重机构可以包括一个或多个弹簧。所述一个或多个弹簧可以沿着平衡重25的往复线性运动方向R设置在平衡重25的一端或者两端。例如，可以沿着平衡重25的往复线性运动方向R在平衡重25的两端分别设置一个弹簧33，在这种情况下，弹簧33是压缩弹簧，并且弹簧33的端部可以不连接到平衡重25上。

由于设置了弹簧33，弹簧33与平衡重25形成进行谐振运动的弹簧质量系统，弹簧33所产生的作用力成为驱动平衡重25往复线性运动的主要作用力。由于平衡重25与弹簧33之间没有相对运动，弹簧33所产生的作用力不会产生摩擦力并且因而不会导致平衡重磨损。另一方面，平衡重25对偏心轮23施加的作用力F1以及其反作用力只对弹簧质量系统的能量损失进行补充，因而可以被显著地减小，从而可以避免或显著地减小由于接触力导致的摩擦力以及由此导致的偏心轮23和平衡重25的磨损，进而减小或避免偏心轮以及平衡重的振动和噪声、并且延长它们的使用寿命。

为了对本发明的效果进行验证，申请人以博世公司出品的GST90曲线锯为基础，沿着平衡重的往复线性运动方向在平衡重的顶部设置了两个压缩弹簧，这两个压缩弹簧的上端都被固定到曲线锯的机架(壳体)上，下端与平衡重不固定。这意味着弹簧只在平衡重的上半周期中起作用。根据本发明可以预测的是，平衡重的细长孔的两个大体平行的表面中与偏心轮接触的上部表面将被磨损，而两个大体平行的表面中与偏心轮接触的下部表面将不会或者很少磨损。经过一段时间的运行之后，结果证实了这种预测：细长孔的两个大体平行的表面中上部表面被磨损，而细长孔的两个大体平行的表面中下部表面没有磨损，甚至保留了先前的加工纹理。

图4是根据本发明第二优选实施例的用于往复线性运动机构的平衡重机构的示意图。为了简化起见，在图4中没有示出用于诸如马刀锯或电锤的往复电动工具的往复线性运动机构。如图4所示，根据本发明第二优选实施例的用于往复线性运动机构的平衡重机构40包括作为例如摆杆轴承的一部分并且能够沿着箭头S所示方向往复线性运动的驱动杆41、安装在驱动杆41上并且能够随着驱动杆41一起沿着箭头S所示方向往复线性运动的平衡重43、以及沿着与箭头S平行的方向穿过平衡重43上的通孔45以引导平衡重43的往复线性运动的引导杆47。

正如所公知的，为了平衡往复线性运动机构的往复线性运动，平衡重43的质心CM相对于驱动杆41的运动路径偏移。例如，在平衡重43沿着箭头S所示方向向右运动过程中，驱动杆41对平衡重43施加作用力F4，由于平衡重43的质心CM相对于驱动杆41的运动路径偏移，平衡重43具有向左运动的惯性力，由该惯性力产生导致平衡重43逆时针旋转趋势的力矩；反之亦然。这样，由于驱动力来自驱动杆41，平衡重43就存在逆时针旋转趋势的力矩，平衡重43在与引导杆47接触的部位会受到如图所示的作用力F5和F6的作用。作用力F4、F5和F6又分别对驱动杆41、以及引导杆47产生反作用力。由于驱动杆41和平衡重43之间几乎不存在相对运动，作用力F4及其反作用力几乎不会导致驱动杆41和平衡重43的磨损。在平衡重43旋转趋势的力矩的作用下，平衡重43与引导杆47之间存在相对运动，因此作用力F5和F6及其反作用力会导致平衡重43和引导杆47的严重磨损。

根据该实施例，本发明的平衡重机构40也包括沿着平衡重43的往复线性运动方向S设置在平衡重43与机架49之间的弹簧51。在该优选实施例中，显示沿着平衡重43的往复线性运动方向S在平衡重43的两端分别设置一个弹簧51，在这种情况下，弹簧51是压缩弹簧，并且弹簧51的端部可以不连接到平衡重43上。当然，如果需要，弹簧51的端部也可以连接到平衡重43上。但应理解的是，如第一优选实施例附图所示一样，沿着平衡重43的往复线性运动方向S在平衡重43与机架49之间只设置一个弹簧51也是可行的。弹簧51的一端连接到平衡重43，弹簧的另一端固定到机架49上。当然，设置更多个弹簧51也是可行的。因而，在平衡重43被驱动杆41驱动进行往复线性运动时，弹簧51在平衡重43的往复方向上对平衡重43施加方向交替变化的力，从而辅助地驱动平衡重43。

弹簧51也被选择成使其弹簧系数k满足下列等式：

k＝m·ω²，

其中，m是平衡重43的质量，ω是平衡重43往复线性运动的角频率。这样，弹簧质量系统的固有角频率近似等于平衡重43往复线性运动的角频率。但在实践中，弹簧质量系统的固有角频率位于平衡重的往复线性运动的角频率范围之内也是可行的。

为了避免弹簧质量系统在谐振运动过程中产生附加力矩，弹簧51产生的弹簧力的作用线平行于平衡重43的往复线性运动方向，更优选地通过平衡重43的质量中心。应理解的是，在采用多个弹簧的情况下，这里的弹簧力的作用线应当是指多个弹簧产生的弹簧力的合力的作用线。在不考虑重力的情况下，平衡重43在处于往复线性运动的中间位置时，弹簧51产生的弹簧力应当接近为零。

应理解的是，作为上述优选实施例中的弹簧的替代方式，也可以设置电磁装置、液压装置或气压装置来实现与弹簧类似的功能。

以上结合具体实施例对本发明进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本发明的限制。例如，在以上优选实施例中，平衡重被设置成沿着与往复线性运动机构的运动方向的相反方向往复线性运动，但应理解的是，在往复线性运动机构的往复线性运动方向的惯性力通过偏心轮转化为与往复线性运动方向垂直方向的惯性力的情况下，平衡重也可以被设置成沿着与往复线性运动机构的运动方向垂直的方向往复线性运动。而且，本领域技术人员还可以设想的是，平衡重的往复线性运动方向甚至可以被设置成与往复线性运动机构的运动方向成一定角度地倾斜。在这种情况下，辅助驱动装置对平衡重施加的力是指平衡重的往复线性运动方向上的分力，并且优选地是辅助驱动装置被设置成在平衡重往复线性运动方向上的分力大于在与平衡重往复线性运动方向垂直的方向上的分力。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本发明的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本发明的范围。

Claims (21)

1.一种用于往复线性运动机构的平衡重机构(20，40)，包括：

用于平衡所述往复线性运动机构的惯性力的平衡重(25，43)；

用于驱动所述平衡重(25，43)往复线性运动的驱动元件；以及

引导所述平衡重的往复线性运动的引导元件；

其中，所述平衡重机构(20，40)还包括用于辅助地驱动所述平衡重(25，43)往复线性运动的辅助驱动装置，所述辅助驱动装置在所述平衡重(25，43)的往复方向上对所述平衡重(25，43)施加促进其往复线性运动并且方向交替变化的力。

2.根据权利要求1所述的平衡重机构，其特征在于，所述辅助驱动装置是沿着所述平衡重(25，43)的往复线性运动方向设置在所述平衡重(25，43)与所述往复线性运动机构的机架(31，49)之间的至少一个弹簧(33，51)，使得所述弹簧(33，51)与所述平衡重(25，43)形成弹簧质量系统。

3.根据权利要求2所述的平衡重机构，其特征在于，所述弹簧(33，51)设置成使得所述弹簧(33，51)产生的弹簧力在平衡重的往复线性运动方向上的分力大于在与平衡重的往复线性运动方向垂直的方向上的分力。

4.根据权利要求2所述的平衡重机构，其特征在于，所述弹簧(33，51)设置成使得所述弹簧(33，51)产生的弹簧力的作用线通过所述平衡重(25，43)的质量中心。

5.根据权利要求2所述的平衡重机构，其特征在于，所述弹簧(33，51)被选择成使其弹簧系数k满足下列等式：

k＝m·ω²，

其中，m是所述平衡重(25，43)的质量，ω是所述平衡重(25，43)的往复线性运动的角频率。

6.根据权利要求2所述的平衡重机构，其特征在于，所述弹簧质量系统的固有角频率位于平衡重的往复线性运动的角频率范围之内。

7.根据权利要求2所述的平衡重机构，其特征在于，所述平衡重(25，43)在处于往复线性运动的中间位置时，所述弹簧(33，51)产生的弹簧力为零。

8.根据权利要求1所述的平衡重机构，其特征在于，所述平衡重(25，43)被设置成沿着与所述往复线性运动机构的运动方向相反的方向往复线性运动。

9.根据权利要求1所述的平衡重机构，其特征在于，所述平衡重(25，43)被设置成沿着与所述往复线性运动机构的运动方向垂直的方向往复线性运动。

10.根据权利要求2所述的平衡重机构，其特征在于，所述至少一个弹簧(33，51)是一个弹簧，所述弹簧(33，51)的一端连接到所述平衡重(25，43)，所述弹簧(33，51)的另一端固定到所述机架上。

11.根据权利要求2所述的平衡重机构，其特征在于，所述至少一个弹簧(33，51)是两个压缩弹簧，所述两个压缩弹簧(33，51)中的一个设置在所述平衡重(25，43)的一端与所述机架(31，49)之间，所述两个压缩弹簧(33，51)中的另一个设置在所述平衡重(25，43)的另一端与所述机架(31，49)之间。

12.根据权利要求11所述的平衡重机构，其特征在于，所述两个压缩弹簧(33，51)仅在一端与所述机架(31，49)连接，而在另一端与所述平衡重(25，43)不连接。

13.根据权利要求1所述的平衡重机构，其特征在于，所述驱动元件是安装到可转动地支撑在所述机架(31)上的旋转轴(21)上并且能够随着所述旋转轴(21)转动的偏心轮(23)。

14.根据权利要求13所述的平衡重机构，其特征在于，所述引导元件是固定到所述机架(31)上的引导部(29a、29d)。

15.根据权利要求13所述的平衡重机构，其特征在于，所述平衡重(25)上形成有由两个平行的表面(27a、27b)和两个弧形表面(27c、27d)限定的细长孔(27)，所述偏心轮(23)安装在所述细长孔(27)中，使得所述偏心轮(23)的外缘只与所述细长孔(27)的所述两个平行的表面(27a、27b)接触。

16.根据权利要求1所述的平衡重机构，其特征在于，所述驱动元件是能够往复线性运动的驱动杆(41)，所述平衡重(43)安装在所述驱动杆(41)上。

17.根据权利要求16所述的平衡重机构，其特征在于，所述引导元件是穿过所述平衡重(43)上的通孔(45)的引导杆(47)。

18.根据权利要求1所述的平衡重机构，其特征在于，所述往复线性运动机构是电动工具的往复线性运动机构。

19.根据权利要求18所述的平衡重机构，其特征在于，所述电动工具是往复锯或电锤。

20.一种电动工具，所述电动工具具有往复线性运动机构，其特征在于，所述电动工具还包括如上任一权利要求所述的平衡重机构。

21.根据权利要求20所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具是往复锯或电锤。