CN108006186A - 一种往复-旋转运动转换机构及水泵 - Google Patents

一种往复-旋转运动转换机构及水泵 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种往复‑旋转运动转换机构及水泵，所述机构包括：曲轴1、活塞2、机体，以及曲轴行星运动驱动机构3；齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构3采用五轴结构。第一轴为同步轴35，外齿轮31、32、38安装在其上；外齿轮32、38具有相同的齿数和模数；外齿轮31通过外齿轮34与外齿轮31’啮合；安装外齿轮34的换向轴37为第三轴；外齿轮31’安装在主轴36上，主轴36为第四轴；外齿轮32’与外齿轮38’分别通过与其同轴并固联的偏心轮落座在机体上；两个偏心轮同轴，该轴为第二轴；外齿轮32’与32相啮合，外齿轮38与38’相啮合；两个偏心轮的偏心孔保持同相位，曲轴1两端的曲轴颈以可旋转方式安装在偏心孔上。本申请提供的方案实现重载较容易。

Description

一种往复-旋转运动转换机构及水泵
技术领域
本发明涉及传动机构，具体涉及一种往复-旋转运动转换机构。本发明同时提供一种使用所述往复-旋转运动转换机构的水泵。
背景技术
在公布号为CN1480633A的专利文件中提出了“一种高热效内燃机长行程零侧压技术及装置”，该装置通过内啮合的行星运动齿轮对驱动代替传统曲轴的偏心轴做行星运动，进而驱动与偏心轴相连的活塞做往复直线运动；内啮合的行星运动齿轮对中，内齿圈固定不动，外齿轮与所述内齿圈相互啮合做行星运动，偏心轴与所述外齿轮的中心转动连接，且所述内齿圈的分度圆直径是所述外齿轮的分度圆直径的2倍，所述外齿轮的分度圆直径为曲轴偏心距的2倍。
上述现有技术存在一定缺陷：
1、上述技术应用于内燃机上，由于内燃机只在做功冲程对外做功，而其它冲程是需要吸收功的，这就会导致该机构中的行星齿轮对啮合的时候会出现啮合侧频繁换向的现象，这种现象类似于主被动齿轮频繁变换的情况，这会导致该行星齿轮对的损坏。即使应用于空压机领域也常常会因为吸入气体具有压力而导致吸气冲程中活塞会对偏心轴做功而不是消耗功，也会导致啮合侧频繁换向的问题。增加曲拐和活塞的数量是可以避免换向问题的，但这时需要均匀布置活塞相位，就会出现一些活塞的工作方向是朝下的，对于内燃机来说，朝下布置的活塞通常会遭遇到活塞环润滑油容易进入气缸内参与燃烧的重大问题。
2、由于该行星曲轴传动机构中作行星运动的外齿轮分度圆直径是偏心轴的偏心距e的2倍，因此，增大这个齿轮的分度园直径时，偏心轴的偏心距也同比增大，作用在偏心轴上的活塞力所产生的力矩因为偏心轴偏心的增大也同比在增大中，最终导致这个齿轮不能通过增大直径的方式来承受重载荷。而通过增加啮合线长度即增加齿宽的方式来提高承载能力也是会非常有限的，因为实际啮合线是不可能过长的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于水泵的往复-旋转运动转换机构。
本申请提供的往复-旋转运动转换机构，包括曲轴(1)、活塞(2)、机体，还包括曲轴行星运动驱动机构(3)；
所述曲轴(1)包括：第一端部曲轴颈(11)、第二端部曲轴颈(12)和位于所述第一端部曲轴颈和第二端部曲轴颈之间的曲拐(13)，所述第一端部曲轴颈(11)和第二端部曲轴颈(12)分别位于所述曲轴(1)的两端；
所述活塞(2)通过连杆与所述曲拐可转动地连接在一起；
所述齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构(3)采用五轴结构，用于保证所述曲轴(1)的行星运动以及曲轴(1)的自转，上述曲轴(1)的行星运动和曲轴(1)的自转相结合，使所述活塞(2)做往复直线运动；
该齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构(3)包括外齿轮(31)、外齿轮(31’)、外齿轮(32)、外齿轮(32’)、外齿轮(38)、外齿轮(38’)、外齿轮(33)、内齿圈(33’)、外齿轮(34)、以及同步轴(35)、主轴(36)、换向轴(37)；
所述同步轴(35)为所述五轴结构的第一轴，同步轴(35)通过轴承安置在机体上，所述外齿轮(31)、所述外齿轮(32)和所述外齿轮(38)安装在所述同步轴(35)上；所述外齿轮(32)和所述外齿轮(38)具有相同的齿数和模数；
所述外齿轮(31)通过外齿轮(34)与所述外齿轮(31’)啮合；安装所述外齿轮(34)的换向轴(37)为所述五轴结构的第三轴；所述外齿轮(31’)安装在主轴(36)上，所述主轴(36)为所述五轴结构的第四轴；
所述外齿轮(32’)与所述外齿轮(38’)具有相同的规格；所述外齿轮(32’)通过与其同轴并固联的偏心轮(6)落座在机体上，所述外齿轮(38’)通过与其同轴并固联的偏心轮(6’)落座在机体上；所述偏心轮(6)和所述偏心轮(6’)同轴，该轴为所述五轴体系的第二轴，并且所述第二轴与所述第四轴同轴；所述外齿轮(32’)与所述外齿轮(32)相啮合，所述外齿轮(38)与所述外齿轮(38’)相啮合；所述偏心轮(6)和所述偏心轮(6’)两者的偏心孔保持同相位，所述曲轴(1)的所述第一端部曲轴颈(11)以可旋转方式安装在所述偏心轮(6)的偏心孔即第一曲轴连接孔(32’2)上，所述第二端部曲轴颈(12)以可旋转方式安装在所述偏心轮(6’)的偏心孔即第二曲轴连接孔(38’1)上，所述第一端部曲轴颈(11)和所述第二端部曲轴颈(12)的轴线为所述五轴体系的第五轴；
所述外齿轮(32)和所述外齿轮(32’)啮合，所述外齿轮(38)和所述外齿轮(38’)啮合；所述外齿轮(33)安装在所述第四轴上，并位于轴承的外部；与所述外齿轮(33)啮合的内齿圈(33’)则安装在第五轴上；
上述所述外齿轮及内齿圈的分度圆直径同时满足以下公式：
d33+2e＝d33’
其中，d31为外齿轮(31)的分度圆直径；d31’为外齿轮(31’)的分度圆直降；d32为外齿轮(32)的分度圆直径；d32’为外齿轮(32’)的分度圆直径；d33为外齿轮(33)的分度圆直径；d33’为内齿圈(33’)的分度圆直径；
当所述啮合的所述外齿轮(33)和所述内齿圈(33’)可以互换后；互换后，所述内齿圈(33’)安装在所述主轴(36)上，所述外齿轮(33)安装在所述曲轴(1)的所述第一端曲轴颈(11)即第五轴上；上述所述外齿轮及内齿圈的分度圆直径同时满足以下公式：
d33+2e＝d33’
其中，d31为外齿轮(31)的分度圆直径；d31’为外齿轮(31’)的分度圆直降；d32为外齿轮(32)的分度圆直径；d32’为外齿轮(32’)的分度圆直径；d33为内齿圈(33’)的分度圆直径；d33’为外齿轮(33)的分度圆直径；
所述机体用于安装所述活塞(2)、所述曲轴行星运动驱动机构(3)；所述活塞(2)设置于所述机体的往复运动轨道中，该往复运动轨道的轴线与所述主轴(36)垂直。
优选的，所述活塞(2)为双作用活塞和/或单作用活塞。
优选的，所述活塞(2)的数量与所述曲轴(1)的曲拐(13)的数量相同，一个所述活塞(2)与一个所述曲拐(13)相连接。
优选的，所述曲轴(1)的任意两个所述曲拐(13)之间的夹角为，与其相连的两个所述活塞(2)之间的夹角的2倍。
优选的，所述曲轴(1)的所述曲拐(13)在垂直于曲轴(1)的中心线的平面上的投影以所述曲轴(1)的中心线的投影为圆心呈圆周均匀分布。
优选的，所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为单数个。
优选的，所述单数个曲拐(13)在所述曲轴(1)的轴向上具有如下排列顺序：轴向上依次排列的各个曲拐(13)对应的曲柄销在垂直于曲轴(1)的中心线的平面上的投影沿圆周的一个旋转方向顺序均匀分布；对应的，所述活塞(2)在所述垂直于曲轴(1)的中心线的任意两两相邻的投影之间的夹角均相等。
优选的，所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量分别均为3、5、7、9、11个。
优选的，当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为3时，3个所述曲拐(13)的相位角为0°、240°、480°，对应的，与其相连的3个所述活塞(2)的相位角为0°、120°、240°；
优选的，当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为5时，5个所述曲拐(13)的相位角为0°、144°、288°、432°、576°，对应的，与其相连的5个所述活塞(2)的相位角为0°、72°、144°、216°、288°；
优选的，当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为7时，7个所述曲拐(13)的相位角为0°、102.857°、205.714°、308.571°、411.429°、514.286°、617.143°，对应的，与其相连的7个所述活塞(2)的相位角为0°、51.429°、102.857°、154.286°、205.714°、257.143°、308.571°；
优选的，当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为9时，9个所述曲拐(13)的相位角为0°、80°、160°、240°、320°、400°、480°、560°、640°，对应的，与其相连的9个所述活塞(2)的相位角为0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°、320°；
优选的，当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为11时，11个所述曲拐(13)的相位角为0°、65.455°、130.909°、196.364°、261.818°、327.273°、392.727°、458.182°、523.636°、589.091°、654.545°，对应的，与其相连的11个所述活塞(2)的相位角为0°、32.727°、65.455°、98.182°、130.909°、163.636°、196.364°、229.091°、261.818°、294.545°、327.273°；
优选的，所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为双数个。
优选的，所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为6个。
优选的，当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为6时，6个所述曲拐(13)的相位角为0°、180°、240°、420°、480°、660°，对应的，与其相连的6个所述活塞(2)的相位角为0°、90°、120°、210°、240°、330°。
优选的，所述曲轴(1)除所述第一端部曲轴颈(11)、第二端部曲轴颈(12)以外，还可以包括单个或多个中间曲轴颈，所述单个或多个中间曲轴颈位于所述曲轴(1)的两个所述曲拐(13)之间；相应的，设置有中间曲轴颈偏心圆，所述中间曲轴颈偏心圆开设有偏心距为e的中间曲轴颈偏心孔，所述单个或多个中间曲轴颈穿过所述中间曲轴颈偏心圆上的所述中间曲轴颈偏心孔，且所述中间曲轴颈偏心圆与所述机体可旋转地安装在一起。
优选的，所述中间曲轴颈偏心圆为分体结构，所述中间曲轴颈偏心孔由分别位于分体部分的弧形孔对接而成。
优选的，所述同步轴(35)伸出所述机体的部分作为动力输入轴，并在伸出部分上设置有作为动力输入轴的机械结构。
优选的，所述同步轴(35)的靠近所述齿轮(38)的伸出所述机体的部分作为动力输入轴。
优选的，所述主轴(36)伸出所述机体的部分作为动力输入轴，并在伸出部分上设置有作为动力输入轴的机械结构。
优选的，所述曲轴的曲柄臂上包含配重结构。
本申请同时提供一种水泵，使用了上述任意一种技术方案所述的往复-旋转运动转换机构。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、本发明中，内啮合的行星运动齿轮对中的两个齿轮的分度圆直径都远远大于2倍的曲轴偏心距e，而现有技术中内啮合的行星运动齿轮对中的外齿轮的分度圆直径等于2倍的偏心轴偏心距e。
2、本发明中，内啮合的行星运动齿轮对中的内齿圈是转动的，而现有技术中内啮合的行星运动齿轮对中的内齿圈固定不动；因此，本发明中做行星运动的齿轮可以是内啮合的行星运动齿轮对中的任意一个齿轮，即所述外齿轮或内齿圈都可以与曲轴固定在一起做行星运动，而现有技术中只有内啮合的行星运动齿轮对中的外齿轮可以做行星运动；
3、本发明的应用领域为水泵等液体类工作介质领域，与内燃机和空压机的气体类工作介质不同。最主要的不同在于密封方式，水泵没有活塞环，活塞是可以朝下布置的。因此通过布置多个活塞可以避免出现行星齿轮啮合侧换向的问题。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明中的齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构中的内啮合的行星运动齿轮对中的两个齿轮的分度圆直径都远远大于2倍的曲轴偏心距e，突破了现有技术中内啮合的行星运动齿轮对中的外齿轮的分度圆直径等于2倍的偏心轴偏心距e的限制，可以实现重载，由此较大地提高了整个用于水泵的往复-旋转运动转换机构的负载能力，因而本发明实现重载较容易；
2、本发明中做行星运动的齿轮可以是内啮合的行星运动齿轮对中的任意一个齿轮，即所述外齿轮或内齿圈都可以与曲轴固定在一起做行星运动，因而本发明的机构在使用上更灵活；
3、本发明主要可以应用于水泵等液体类工作介质领域，通过布置多个活塞可以避免出现行星齿轮啮合侧换向的问题，即有效避免了齿轮撞齿现象的发生，提高了所述往复-旋转运动转换机构的使用寿命；本发明特别适用于水泵，也可以使用在压缩机、发动机等场合；
4、本发明的活塞数量可以比较多，使得所述用于水泵的往复-旋转运动转换机构可以获得较小脉动率。
附图说明
图1是根据本申请的实施例的6活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构的三维示意图；
图2为根据本申请的实施例的6曲拐的曲轴结构示意图；
图3为根据本申请的实施例的9曲拐的曲轴结构示意图；
图4是根据本申请的实施例的3个活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构的活塞相位示意图；
图5是根据本申请的实施例的6个活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构去掉机体后的在垂直于曲轴的中心线的平面上的投影图；
图6是根据本申请的实施例的6活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构去掉机体后的三维示意图；
图7是根据本申请的实施例的3活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构的原理图；
图8是根据本申请的实施例的3活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构去掉机体后的二维示意图；
图9是根据本申请的实施例的第二齿轮偏心圆的结构示意图；
图10是根据本申请的实施例的中间曲轴颈偏心圆的结构示意图；
图11是根据本申请的实施例采用一个双作用活塞用于水泵的往复-旋转运动转换机构的活塞相位示意图；
图12是根据本申请的实施例的一个双作用活塞用于水泵的往复-旋转运动转换机构去掉机体后的在垂直于曲轴的中心线的平面上的投影图；
图13是根据本申请的实施例中所述外齿轮(33)和所述内齿圈(33’)互换后的一个双作用活塞用于水泵的往复-旋转运动转换机构的原理图；
图14是根据本申请的实施例中所述外齿轮(33)和所述内齿圈(33’)互换后的一个双作用活塞用于水泵的往复-旋转运动转换机构去掉机体后的二维示意图。
图1-14中，有关附图标记如下：
曲轴1、活塞2、齿轮结构的曲轴行星运动保证机构3、机体4、连杆5、第一齿轮偏心圆6，第二齿轮偏心圆6’，中间曲轴颈偏心圆7；
第一端部曲轴颈11、第二端部曲轴颈12、曲拐13、中间曲轴颈14；
曲柄臂131、曲柄销132；
外齿轮31、外齿轮31’、外齿轮32、外齿轮32’、外齿轮33、内齿圈33’、外齿轮34、同步轴35、主轴36、外齿轮38、外齿轮38’、换向轴37；
第一中心孔311；第二中心孔321；第三中心孔31’1；第四中心孔331；第五中心孔33’1；圆心32’1、第一曲轴连接孔32’2；第六中心孔381；第二曲轴连接孔38’1；
往复运动轨道41、同步轴支撑孔42、主轴支撑孔43、换向轴支承孔44；
中间曲轴颈偏心孔71、中间曲轴颈偏心圆连接螺钉72。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参考图1，图1为根据本申请的实施例的六活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构的三维示意图。需要说明的是，此处仅以活塞数量为六个的情况为例对用于水泵的往复-旋转运动转换机构的结构进行说明，事实上，所述用于水泵的往复-旋转运动转换机构的活塞数量并不局限于六个，关于活塞数量的具体描述请参考后续相关内容。
如图1所示，所述六活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构包括曲轴1、单作用活塞2、齿轮结构的曲轴行星运动保证机构3、机体4。
所述齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构3用于保证所述曲轴1做行星运动，所述曲轴1的行星运动则驱动所述活塞2做往复直线运动。
所述单作用活塞2、齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构3均安装在所述机体4中。
关于所述曲轴1的结构，请参考图2和图3，图2为根据本申请的实施例的六个曲拐的曲轴的结构示意图，图3为根据本申请的实施例的九个曲拐的曲轴的结构示意图。
如图2和图3所示，所述曲轴1包括至少两个曲轴颈：第一端部曲轴颈11、第二端部曲轴颈12和至少三个曲拐13，所述第一端部曲轴颈11和第二端部曲轴颈12分别位于所述曲轴1的两端。
所述曲拐13包括两个曲柄臂131，以及连接所述两个曲柄臂131的曲柄销132。
如图3所示，当所述曲轴1长度过长时，为增强其抗断裂强度，可以增设单个或者多个中间曲轴颈14。所述中间曲轴颈14位于所述曲轴1的两个所述曲拐13之间。
所述曲轴1的所述曲拐13的个数可以为至少3个的单数个，以获得较小的液体脉动率。也可以为双数个，当为双数个时，6个是个特例，也可以获得较小的液体脉动率，在其他双数个的情况下，液体脉动率为比较大。当所述曲拐13的个数为单数个时，所述活塞2也为相同数量的单数个。如图3所示，所述单数个曲拐13在所述曲轴1的轴向上具有如下排列顺序：轴向上依次排列的各个曲拐13对应的所述曲柄销132在垂直于曲轴1的中心线的平面上的投影沿圆周的一个旋转方向排列均匀排列；
而当所述曲拐13的个数为双数6个时，如图2所示，所述双数个曲拐13在所述曲轴1的轴向上的排列顺序无法具有上述规律。
为了保证所述曲轴1的平稳转动，以降低震动，所述曲轴1的所述曲拐13的所述曲柄臂131上还设置有配重结构。
所述单作用活塞2的个数与所述曲拐13的个数相同，因此所述用于水泵的往复-旋转运动转换机构至少包含3个所述活塞2。如图6所示，该图为根据本申请的实施例的六活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构去掉机体后的三维示意图，每个所述单作用活塞2通过连杆5与每个所述曲拐13可转动地连接在一起。
所述曲轴1的任一所述曲拐13的相位角为，与其相连的所述活塞2的相位角的2倍。所谓相位角是指任一曲拐及其对应活塞在垂直于所述曲轴1的所述中心线的平面上的投影在圆周方向的相对角度。
以下对所述曲拐13和所述活塞2数量分别均为3、5、7、9、11个的单数个，以及所述曲拐13和所述活塞2数量均为6个的双数个时的所述曲拐13和所述活塞2的相位角进行说明；可以同时参考以下表格。
如图所示，当所述曲拐13和所述活塞2的数量均为3时，3个所述曲拐13的相位角为0°、240°、480°，对应的，与其相连的3个所述活塞2的相位角为0°、120°、240°。
当所述曲拐13和所述活塞的数量均为5时，5个所述曲拐13的相位角为0°、144°、288°、432°、576°，对应的，与其相连的5个所述活塞2的相位角为0°、72°、144°、216°、288°。
当所述曲拐13和所述活塞2的数量均为7时，7个所述曲拐13的相位角为0°、102.857°、205.714°、308.571°、411.429°、514.286°、617.143°，对应的，与其相连的7个所述活塞2的相位角为0°、51.429°、102.857°、154.286°、205.714°、257.143°、308.571°。
当所述曲拐13和所述活塞2的数量均为9时，9个所述曲拐13的相位角为0°、80°、160°、240°、320°、400°、480°、560°、640°，对应的，与其相连的9个所述活塞2的相位角为0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°、320°。
当所述曲拐13和所述活塞2的数量均为11时，11个所述曲拐(13)的相位角为0°、65.455°、130.909°、196.364°、261.818°、327.273°、392.727°、458.182°、523.636°、589.091°、654.545°，对应的，与其相连的11个所述活塞2的相位角为0°、32.727°、65.455°、98.182°、130.909°、163.636°、196.364°、229.091°、261.818°、294.545°、327.273°。
由此可以看出，当所述曲拐13和所述活塞2数量均为单数个时，所述活塞2在所述垂直于曲轴1的中心线的平面上的任意两两相邻的投影之间的夹角均相等。如图4所示，该图为根据本申请的实施例的3个活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构的活塞相位示意图，三个所述单作用活塞2在所述垂直于曲轴1的中心线的平面上的任意两两相邻的投影之间的夹角均为120°。
当所述曲拐13和所述活塞2的数量均为6时，6个所述曲拐13的相位角为0°、180°、240°、420°、480°、660°，对应的，与其相连的6个所述活塞2的相位角为0°、90°、120°、210°、240°、330°。
由此可以看出，当所述曲拐13和所述活塞2数量均为6个时，所述活塞2在所述垂直于曲轴1的中心线的平面上的任意两两相邻的投影之间的夹角不完全相等。如图5所示，该图为根据本申请的实施例的6个活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构去掉机体后的在垂直于曲轴的中心线的平面上的投影图，6个所述单作用活塞2在所述垂直于曲轴1的中心线的平面上的任意两两相邻的投影之间的夹角不完全相等，有的为30°、有的为90°。
关于所述齿轮结构的曲轴行星运动保证机构3的结构请参考图6和图7、图8。
图7为根据本申请的实施例的3活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构的原理图。
图8为根据本申请的实施例的3活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构的二维示意图。
如上所述，图6和图7、图8中，仅以活塞数量分别为6个和3个为例进行描述，关于活塞数量的具体描述请参考前面相关内容。
如图6和图7、图8所示，所述曲轴行星运动驱动机构3采用五轴结构，用于保证曲轴1的行星运动以及曲轴1的自转；该曲轴行星运动驱动机构3包括外齿轮31、外齿轮31’、外齿轮32、外齿轮32’、外齿轮33、内齿圈33’、外齿轮34、同步轴35、主轴36、换向轴37、外齿轮38、外齿轮38’。以下结合附图，详细说明该曲轴行星运动驱动机构3的结构。
如图所示，所述同步轴35为所述五轴机构的第一轴，同步轴35通过轴承安置在机体上，所述外齿轮31、所述外齿轮32和所述外齿轮38分别设置有第一中心孔311、第二中心孔321和第六中心孔381，通过这些中心孔，上述三个外齿轮固定安装在所述同步轴35上，随着同步轴的旋转而旋转；所述外齿轮32和所述外齿轮38具有相同的齿数和模数。
所述外齿轮31通过外齿轮34与所述外齿轮31’啮合；安装所述外齿轮(34)的换向轴(37)为所述五轴结构的第三轴；所述外齿轮31’开设有第三中心孔31’1，通过该第三中心孔31’1与主轴36固定连接，所述主轴36为所述五轴结构的第四轴。
所述外齿轮31’与所述主轴36之间固定连接可以通过热装实现。
所述外齿轮(32’)与所述外齿轮(38’)具有相同的规格；所述外齿轮(32’)通过与其同轴并固联的偏心轮(6)落座在机体上，所述外齿轮(38’)通过与其同轴并固联的偏心轮(6’)落座在机体上；所述偏心轮(6)和所述偏心轮(6’)同轴，该轴为所述五轴体系的第二轴，并且所述第二轴与所述第四轴同轴；所述外齿轮(32’)与所述外齿轮(32)相啮合，所述外齿轮(38’)与所述外齿轮(38)相啮合；所述偏心轮(6)和所述偏心轮(6’)两者的偏心孔保持同相位，所述曲轴(1)的所述第一端部曲轴颈(11)以可旋转方式安装在所述偏心轮(6)的偏心孔即第一曲轴连接孔(32’2)上，所述第二端部曲轴颈(12)以可旋转方式安装在所述偏心轮(6’)的偏心孔即第二曲轴连接孔(38’1)上，所述第一端部曲轴颈(11)和所述第二端部曲轴颈(12)的轴线为所述五轴体系的第五轴。
所述外齿轮33和所述内齿圈33’位于所述外齿轮31’和所述外齿轮32’之间，所述外齿轮33和所述内齿圈33’啮合，并且分别开设有第四中心孔331和第五中心孔33’1；所述第四中心孔331与所述主轴36固定连接；所述第五中心孔33’1与所述曲轴1的所述第一端部端曲轴颈11固定连接；
需要说明的是，就零件制造而言，所述第一齿轮偏心圆6可以作为单独结构安装在所述外齿轮32’上，也可以与所述外齿轮32’一体。同理，所述第二齿轮偏心圆6’可以作为单独结构安装在所述外齿轮38’上，也可以与所述外齿轮38’一体。
上述所述各个外齿轮及内齿圈的分度圆直径同时满足以下公式：
d33+2e＝d33’
上述公式中的标号释义为：d31为外齿轮31的分度圆直径；d31’为外齿轮31’的分度圆直径；d32为外齿轮32的分度圆直径；d32’为外齿轮32’的分度圆直径；d33为外齿轮33的分度圆直径；d33’为内齿圈33’的分度圆直径。
请参考图13至图14所示，其中所述图13是根据本申请的实施例中所述外齿轮33和所述内齿圈33’互换后的一个双作用活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构的原理图；图14是根据本申请的实施例中所述外齿轮33和所述内齿圈33’互换后的一个双作用活塞的用于水泵的往复-旋转运动转换机构去掉机体后的二维示意图。
在图13和图14中，所述齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构3中的相互啮合的所述外齿轮33和所述内齿圈33’可以互换，而不影响所述齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构3的功能。互换后，所述内齿圈33’的所述第五中心孔33’1与所述主轴36固定连接；所述外齿轮33的所述第四中心孔331与所述曲轴1的所述第一端部曲轴颈11固定连接，而所述齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构3所需要满足的公式，以及其他元件以及其相互连接关系均保持不变。
当所述啮合的所述外齿轮(33)和所述内齿圈(33’)可以互换后，上述所述外齿轮及内齿圈的分度圆直径同时满足以下公式：
d33+2e＝d33’
其中，d31为外齿轮(31)的分度圆直径；d31’为外齿轮(31’)的分度圆直降；d32为外齿轮(32)的分度圆直径；d32’为外齿轮(32’)的分度圆直径；d33为外齿轮33的分度圆直径；d33’为内齿圈33’的分度圆直径；
上述内容仅为内齿圈和外齿轮互换后的大概阐述，变化位置为内齿圈和外齿轮，活塞采用一对，即：一个双作用活塞，其他没有变化，具体可参考上述图1至图10的说明。
再回到图1，所述机体4上在与所述活塞2对应的位置设置有与所述活塞2的个数相等的往复运动轨道41，且该往复运动轨道41的轴向与所述主轴36垂直，所述至少三个活塞2分别一一对应安置于所述往复运动轨道41中。
需要说明的是，所述活塞的数量可以根据实际需要进行设置，并不限于本实施中给出的六个活塞的情况，如图11和图12所示，可以为一个双作用活塞。
所述机体4与所述同步轴35对应的位置均设置有同步轴支撑孔42，用于固定所述同步轴35；所述机体4的前端盖上与所述主轴36和所述换向轴37对应的位置还分别设置有主轴支撑孔43、换向轴支承孔44，分别用于固定所述主轴36、和所述换向轴37。
所述曲轴1的所述第一端部曲轴颈11设置于所述第一齿轮偏心圆6的偏心距为e的所述第一曲轴连接孔32’2中，曲轴1的所述第二端部曲轴颈12设置于所述第二齿轮偏心圆6’的偏心距为e的所述第二曲轴连接孔38’1中。请参考图9，该图为第二齿轮偏心圆的结构示意图，所述第一齿轮偏心圆6的结构与所述第二齿轮偏心圆6’的结构相同。如图6所示，所述第一齿轮偏心圆6和所述第二齿轮偏心圆6’均为一体结构，通过将其分别套在所述第一端部曲轴颈11和所述第二端部曲轴颈12进行安装。
当所述曲轴1设置有所述中间曲轴颈14时，还需要设置中间曲轴颈偏心圆7，如图10所示，该图为中间曲轴颈偏心圆的结构示意图。所述中间曲轴颈偏心圆上开设有偏心距为e的中间曲轴颈偏心孔71，所述中间曲轴颈14穿过所述中间曲轴颈偏心孔71，所述中间曲轴颈偏心圆7与所述机体4可旋转地安装在一起。
且为便于安装，所述中间曲轴颈偏心圆7为上下分体结构，所述中间曲轴颈偏心孔71由分别位于上分体部分和下分体部分的弧形孔对接而成，安装时，用中间曲轴颈偏心圆连接螺钉72将所述上分体部分和下分体部分固定连接在一起。
该用于水泵的往复-旋转运动转换机构运行时，可以将所述活塞2的往复运动转换为所述主轴36和所述同步轴35的旋转运动，也可以将所述主轴36和所述同步轴35的旋转运动转化为所述活塞2的往复运动，具体工作过程如下：
当所述主轴36和/或所述同步轴35的旋转运动转化为所述活塞2的往复运动时，所述主轴36和/或所述同步轴35做旋转运动，带动所述外齿轮31’和31旋转；进而所述外齿轮31’带动所述外齿轮33旋转，进而带动所述内齿圈33’旋转，进而带动所述曲轴1的所述第一端部曲轴颈11在所述外齿轮32’的所述第一曲轴连接孔32’2中和所述第二端部曲轴颈12在所述外齿轮38’的所述第二曲轴连接孔38’1中自转，同时，所述外齿轮31带动所述外齿轮32和38旋转，进而分别带动与所述外齿轮32啮合的所述外齿轮32’和与所述齿轮38啮合的所述齿轮38’同步旋转，从而带动所述曲轴1的所述第一端部曲轴颈11和所述第二端部曲轴颈12围绕所述主轴36做公转运动，从而保证了所述曲轴1作行星运动。
由于外齿轮31的分度圆直径为d31；外齿轮31’的分度圆直径为d31’；外齿轮32的分度圆直径为d32；外齿轮32’的分度圆直径为d32’；外齿轮33的分度圆直径为d33；内齿圈33’的分度圆直径为d33’，同时满足：
d33+2e＝d33’
进而保证了所述曲轴1的行星运动能够驱动6个所述曲拐13作往复直线运动，最终驱动6个所述活塞2分别做往复运动。
当所述活塞2的往复运动转换为所述主轴36和所述同步轴35的旋转运动时，6个所述活塞2分别在机体4的6个所述往复运动轨道41中作往复运动，分别带动与其可旋转连接的所述曲轴1的6个所述曲拐13作直线运动，带动所述曲轴1的所述第一端部曲轴颈11和第二端部曲轴颈12做有规律的同步行星运动，所述第一端部曲轴颈11自转带动与其固定连接的所述内齿圈33’转动，进而带动与所述内齿圈33’啮合的所述外齿轮33转动，进而带动所述主轴36和所述外齿轮31’旋转，进而带动通过所述外齿轮34与所述外齿轮31’啮合的所述外齿轮31旋转，进而带动与所述外齿轮31固定连接的所述同步轴35旋转；与此同时，则所述第一端部曲轴颈11和所述第二端部曲轴颈12公转带动所述外齿轮32’和38’旋转，进而带动与所述外齿轮32’啮合的所述外齿轮32和与所述外齿轮38’啮合的所述外齿轮38同步旋转，进而带动与其均固定连接的所述同步轴35旋转，所述同步轴35旋转带动与其固定链接的所述外齿轮31旋转，进而带动通过所述外齿轮34与所述外齿轮31啮合的所述外齿轮31’旋转，进而带动与所述外齿轮31’固定连接的所述主轴36旋转。
由于外齿轮31的分度圆直径为d31；外齿轮31’的分度圆直径为d31’；外齿轮32的分度圆直径为d32；外齿轮32’的分度圆直径为d32’；外齿轮33的分度圆直径为d33；内齿圈33’的分度圆直径为d33’，同时满足：
d33+2e＝d33’
限制所述曲轴1做有规律的行星运动，保证所述往复-旋转运动机构的顺畅运行。
此外，由于所述往复-旋转运动机构中的所述与曲轴固定连接的内齿圈33’的分度圆直径还满足d33’>2e，突破了现有技术中内啮合的行星运动齿轮对中的与曲轴固定连接的外齿轮的分度圆直径等于2倍的偏心轴偏心距e的限制，可以实现重载，由此较大地提高了整个用于水泵的往复-旋转运动转换机构的负载能力。
需要说明的是，所述同步轴35和/或所述主轴36均可以作为所述用于水泵的往复-旋转运动转换机构的动力输入轴，具体实施方法是：所述同步轴35和/或所述主轴36伸出所述机体4的伸出部分上装配联轴器，通过联轴器可连接电机即可为所述用于水泵的往复-旋转运动转换机构提供动力输入。
由于所述用往复-旋转运动转换机构的大部分零件均位于所述曲轴1的左侧，出于维修保养的方便，更优选地，将所述同步轴35靠近所述齿轮38的伸出所述机体的部分作为其动力输入轴，具体实施方法同上，此处不再赘述。
上述实施例提供的所述往复-旋转运动转换机构采用五轴结构的各个轴均为平行于地面的卧式结构，但事实上，该往复-旋转运动转换机构也可以采用各个轴均为垂直于底面的立式结构，但采用立式结构时，需要确保每个轴承能够承担轴向力；可以使用止推轴承获得该技术效果。
本申请还保护一种水泵，该水泵使用了上述实施例的所述的往复-旋转运动转换机构，并能够获得上述实施例的用于水泵的往复-旋转运动转换机构所带来的有益效果。所述用于水泵的往复-旋转运动转换机构与所述水泵的其他相关零部件的装配可参看现有技术，此处不再赘述。
本申请还保护一种发动机，该发动机使用了上述实施例的所述的往复-旋转运动转换机构，并能够获得上述实施例的用于水泵的往复-旋转运动转换机构所带来的有益效果。所述用于水泵的往复-旋转运动转换机构与所述水泵的其他相关零部件的装配可参看现有技术，此处不再赘述。
本申请还保护一种空压机，该空压机使用了上述实施例的所述的往复-旋转运动转换机构，并能够获得上述实施例的用于水泵的往复-旋转运动转换机构所带来的有益效果。所述用于水泵的往复-旋转运动转换机构与所述水泵的其他相关零部件的装配可参看现有技术，此处不再赘述。
当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为7时，7个所述曲拐(13)的相位角为0°、102.857°、205.714°、308.571°、411.429°、514.286°、617.143°，对应的，与其相连的7个所述活塞(2)的相位角为0°、51.429°、102.857°、154.286°、205.714°、257.143°、308.571°；
当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为9时，9个所述曲拐(13)的相位角为0°、80°、160°、240°、320°、400°、480°、560°、640°，对应的，与其相连的9个所述活塞(2)的相位角为0°、40°、80°、120°、160°、200°、240°、280°、320°；
当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为11时，11个所述曲拐(13)的相位角为0°、65.455°、130.909°、196.364°、261.818°、327.273°、392.727°、458.182°、523.636°、589.091°、654.545°，对应的，与其相连的11个所述活塞(2)的相位角为0°、32.727°、65.455°、98.182°、130.909°、163.636°、196.364°、229.091°、261.818°、294.545°、327.273°；
所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为双数个。
所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为6个。
当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为6时，6个所述曲拐(13)的相位角为0°、180°、240°、420°、480°、660°，对应的，与其相连的6个所述活塞(2)的相位角为0°、90°、120°、210°、240°、330°。
所述曲轴(1)除所述第一端部曲轴颈(11)、第二端部曲轴颈(12)以外，还可以包括单个或多个中间曲轴颈，所述单个或多个中间曲轴颈位于所述曲轴(1)的两个所述曲拐(13)之间；相应的，设置有中间曲轴颈偏心圆，所述中间曲轴颈偏心圆开设有偏心距为e的中间曲轴颈偏心孔，所述单个或多个中间曲轴颈穿过所述中间曲轴颈偏心圆上的所述中间曲轴颈偏心孔，且所述中间曲轴颈偏心圆与所述机体可旋转地安装在一起。
所述中间曲轴颈偏心圆为分体结构，所述中间曲轴颈偏心孔由分别位于分体部分的弧形孔对接而成。
所述同步轴(35)伸出所述机体的部分作为动力输入轴，并在伸出部分上设置有作为动力输入轴的机械结构。
所述同步轴(35)的靠近所述齿轮(38)的伸出所述机体的部分作为动力输入轴。
所述主轴(36)伸出所述机体的部分作为动力输入轴，并在伸出部分上设置有作为动力输入轴的机械结构。
所述曲轴的曲柄臂上包含配重结构。
一种水泵，该水泵内采用如上所述的往复-旋转运动转换机构。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种往复-旋转运动转换机构，包括曲轴(1)、活塞(2)、机体，其特征在于，还包括曲轴行星运动驱动机构(3)；
所述曲轴(1)包括：第一端部曲轴颈(11)、第二端部曲轴颈(12)和位于所述第一端部曲轴颈和第二端部曲轴颈之间的曲拐(13)，所述第一端部曲轴颈(11)和第二端部曲轴颈(12)分别位于所述曲轴(1)的两端；
所述活塞(2)通过连杆与所述曲拐可转动地连接在一起；
所述齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构(3)采用五轴结构，用于保证所述曲轴(1)的行星运动以及曲轴(1)的自转，上述曲轴(1)的行星运动和曲轴(1)的自转相结合，使所述活塞(2)做往复直线运动；
该齿轮结构的曲轴行星运动驱动机构(3)包括外齿轮(31)、外齿轮(31’)、外齿轮(32)、外齿轮(32’)、外齿轮(38)、外齿轮(38’)、外齿轮(33)、内齿圈(33’)、外齿轮(34)、以及同步轴(35)、主轴(36)、换向轴(37)；
所述同步轴(35)为所述五轴结构的第一轴，同步轴(35)通过轴承安置在机体上，所述外齿轮(31)、所述外齿轮(32)和所述外齿轮(38)安装在所述同步轴(35)上；所述外齿轮(32)和所述外齿轮(38)具有相同的齿数和模数；
所述外齿轮(31)通过外齿轮(34)与所述外齿轮(31’)啮合；安装所述外齿轮(34)的换向轴(37)为所述五轴结构的第三轴；所述外齿轮(31’)安装在主轴(36)上，所述主轴(36)为所述五轴结构的第四轴；
所述外齿轮(32’)与所述外齿轮(38’)具有相同的规格；所述外齿轮(32’)通过与其同轴并固联的偏心轮(6)落座在机体上，所述外齿轮(38’)通过与其同轴并固联的偏心轮(6’)落座在机体上；所述偏心轮(6)和所述偏心轮(6’)同轴，该轴为所述五轴体系的第二轴，并且所述第二轴与所述第四轴同轴；所述外齿轮(32’)与所述外齿轮(32)相啮合，所述外齿轮(38)与所述外齿轮(38’)相啮合；所述偏心轮(6)和所述偏心轮(6’)两者的偏心孔保持同相位，所述曲轴(1)的所述第一端部曲轴颈(11)以可旋转方式安装在所述偏心轮(6)的偏心孔即第一曲轴连接孔(32’2)上，所述第二端部曲轴颈(12)以可旋转方式安装在所述偏心轮(6’)的偏心孔即第二曲轴连接孔(38’1)上，所述第一端部曲轴颈(11)和所述第二端部曲轴颈(12)的轴线为所述五轴体系的第五轴；
所述外齿轮(32)和所述外齿轮(32’)啮合，所述外齿轮(38)和所述外齿轮(38’)啮合；所述外齿轮(33)安装在所述第四轴上，并位于轴承的外部；与所述外齿轮(33)啮合的内齿圈(33’)则安装在第五轴上；
上述所述外齿轮及内齿圈的分度圆直径同时满足以下公式：
d33+2e＝d33’
<mrow> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>d</mi> <msup> <mn>33</mn> <mo>,</mo> </msup> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>33</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>d</mi> <mn>33</mn> </msub> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>d</mi> <msup> <mn>32</mn> <mo>,</mo> </msup> </msub> <msub> <mi>d</mi> <mn>32</mn> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msub> <mi>d</mi> <mn>31</mn> </msub> <msub> <mi>d</mi> <msup> <mn>31</mn> <mo>,</mo> </msup> </msub> </mfrac> </mrow>
其中，d31为外齿轮(31)的分度圆直径；d31’为外齿轮(31’)的分度圆直降；d32为外齿轮(32)的分度圆直径；d32’为外齿轮(32’)的分度圆直径；d33为外齿轮(33)的分度圆直径；d33’为内齿圈(33’)的分度圆直径；
啮合的所述外齿轮(33)和所述内齿圈(33’)可以互换；互换后，所述内齿圈(33’)安装在所述主轴(36)上，所述外齿轮(33)安装在所述曲轴(1)的所述第一端曲轴颈(11)即第五轴上；上述所述外齿轮及内齿圈的分度圆直径同时满足以下公式：
d33+2e＝d33’
<mrow> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>d</mi> <mn>33</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <msup> <mn>33</mn> <mo>,</mo> </msup> </msub> </mrow> <msub> <mi>d</mi> <msup> <mn>33</mn> <mo>,</mo> </msup> </msub> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>d</mi> <msup> <mn>32</mn> <mo>,</mo> </msup> </msub> <msub> <mi>d</mi> <mn>32</mn> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msub> <mi>d</mi> <mn>31</mn> </msub> <msub> <mi>d</mi> <msup> <mn>31</mn> <mo>,</mo> </msup> </msub> </mfrac> </mrow>
其中，d31为外齿轮(31)的分度圆直径；d31’为外齿轮(31’)的分度圆直降；d32为外齿轮(32)的分度圆直径；d32’为外齿轮(32’)的分度圆直径；d33为外齿轮(33)的分度圆直径；d33’为内齿圈(33’)的分度圆直径；
所述机体用于安装所述活塞(2)、所述曲轴行星运动驱动机构(3)；所述活塞(2)设置于所述机体的往复运动轨道中，该往复运动轨道的轴线与所述主轴(36)垂直。
2.根据权利要求1所述的往复-旋转运动转换机构，其特征在于，所述活塞(2)为双作用活塞和/或单作用活塞。
3.根据权利要求2所述的往复-旋转运动转换机构，其特征在于，所述活塞(2)的数量与所述曲轴(1)的曲拐(13)的数量相同，一个所述活塞(2)与一个所述曲拐(13)相连接。
4.根据权利要求3所述的往复-旋转运动转换机构，其特征在于，所述曲轴(1)的任意两个所述曲拐(13)之间的夹角为，与其相连的两个所述活塞(2)之间的夹角的2倍。
5.根据权利要求4所述的往复-旋转运动转换机构，其特征在于，所述曲轴(1)的所述曲拐(13)在垂直于曲轴(1)的中心线的平面上的投影以所述曲轴(1)的中心线的投影为圆心呈圆周均匀分布。
6.根据权利要求5所述的往复-旋转运动转换机构，其特征在于，所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为单数个。
7.根据权利要求6所述的往复-旋转运动转换机构，其特征在于，所述单数个曲拐(13)在所述曲轴(1)的轴向上具有如下排列顺序：轴向上依次排列的各个曲拐(13)对应的曲柄销在垂直于曲轴(1)的中心线的平面上的投影沿圆周的一个旋转方向顺序均匀分布；对应的，所述活塞(2)在所述垂直于曲轴(1)的中心线的任意两两相邻的投影之间的夹角均相等。
8.根据权利要求7所述的往复-旋转运动转换机构，其特征在于，所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量分别均为3、5、7、9、11个。
9.根据权利要求13所述的往复-旋转运动转换机构，其特征在于，当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为3时，3个所述曲拐(13)的相位角为0°、240°、480°，对应的，与其相连的3个所述活塞(2)的相位角为0°、120°、240°。
10.根据权利要求8所述的往复-旋转运动转换机构，其特征在于，当所述曲拐(13)和所述活塞(2)的数量均为5时，5个所述曲拐(13)的相位角为0°、144°、288°、432°、576°，对应的，与其相连的5个所述活塞(2)的相位角为0°、72°、144°、216°、288°。
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