CN108194605A - 可提高往复运动转化效率的齿轮系 - Google Patents

可提高往复运动转化效率的齿轮系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；包括第一从动轮、第二从动轮、行星齿轮、差速机构，行星齿轮分别与第一从动轮、第二从动轮相啮合，差速机构分别与第一从动轮、第二从动轮相互连接并传动。本发明可以提高发动机的能源利用效率，便于节省发动机的燃料，达到节能的目的。

Description

可提高往复运动转化效率的齿轮系
技术领域
本发明涉及机械运动领域，具体涉及一种可提高往复运动转化效率的齿轮系。
背景技术
在现有技术中，实现往复运动的机械机构为曲柄摇杆机构与间歇齿轮机构等，在将往复运动转换成旋转运动或将旋转运动转换成往复运动时，由于曲柄连杆机构的限制，活塞杆给曲柄的力均被分成圆周方向的切向力与圆周切向方向垂直的力，能驱动曲轴旋转的力只有圆周方向的切向力，发动机活塞杆的力没有全部传输给曲轴，在运动方式的转化过程中无用功比较多，能源损失比较大。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提出一种可提高往复运动转化效率的齿轮系，在利用往复动力机构驱动的时候，可以提高往复动力机构的利用率。
为实现上述的目的，本发明的方案；可提高往复运动转化效率的齿轮系，包括第一从动轮、第二从动轮、行星齿轮、差速机构，行星齿轮分别与第一从动轮与第二从动轮啮合，差速机构分别与第一从动轮、第二从动轮啮合并传动。
优选地，差速机构包括第一差速齿轮组与第二差速齿轮组，第一差速齿轮组与第二差速齿轮组相互啮合传动。
优选地，第一差速齿轮组包括有第一差速齿轮与第一传动轮，第一差速齿轮与第一传动轮固定，第二差速齿轮组包括第二差速齿轮与第二传动轮，第二差速齿轮与第二传动轮固定，其中第一差速齿轮组的第一差速齿轮与第二差速齿轮组中的第二差速齿轮相互啮合，第一差速齿轮组的第一传动轮与第一从动轮相啮合，第二差速齿轮组的第二传动轮与第二从动轮相啮合。
优选地，第一差速齿轮与第二差速齿轮均为不规则齿轮。
优选地，上述不规则齿轮为椭圆齿轮。
优选地，第一差速齿轮、第一传动轮、第二差速齿轮与第二传动轮均为中心轮。
优选地，第一差速齿轮为偏心轮，第一传动轮、第二差速齿轮与第二传动轮均为中心轮。
优选地，第一差速齿轮与第一传动轮均为偏心齿轮，第二差速齿轮与第二传动轮均为中心齿轮。
优选地，第一差速齿轮组包括第一差速齿轮、第一转轴、第一差速传动轮与第二差速传动轮，其中第一差速齿轮通过第一转轴与第一差速传动轮固定，第一差速传动轮与第二差速传动轮相互啮合，第二差速传动轮与第一从动轮固定连接，第二差速齿轮组包括第二差速齿轮、第二转轴、第三差速传动轮与第四差速传动轮，其中第二差速齿轮通过第二转轴与第二差速传动轮固定，第三差速传动轮与第四差速传动轮相互啮合，第四差速传动轮与第二从动轮固定连接，其中第一差速齿轮与第二差速齿轮相啮合，第一差速传动轮、第二差速传动轮、第三差速传动轮与第四差速传动轮均为不规则齿轮。
优选地，第一从动轮为中心齿轮，第二从动轮为齿圈，第一从动轮位于第二从动轮的中心；差速机构包括第一差速齿轮、第二差速齿轮与第二传动轮，第一差速齿轮与第一从动轮固定，第二传动轮位于第一从动轮与第二从动轮之间且第二传动轮与第二从动轮相啮合，第二从动轮与第二差速齿轮固定，其中第一差速齿轮与第二差速齿轮相互啮合且第一差速齿轮与第二差速齿轮均为不规则齿轮，第一从动轮与第二传动轮为中心轮。
与现有技术相比，本发明的优点在于：设置的行星齿轮、第一从动轮与第二从动轮，利用行星齿轮将力传递到第一从动轮与第二从动轮，减少了传递过程中由于力分解而导致的能源损失，可以提高往复运动转化效率,往复运动转化效率是传统曲柄连杆机构的1倍以上，便于节省往复动力机构的能源，达到节能减排、省力的目的。
附图说明
图1为本发明的左视图。
图2为本发明去掉第二从动轮的主视图。
图3为本发明实施例一的第一差速齿轮组、第二差速齿轮组示意图。
图4为本发明实施例二的第一差速齿轮组、第二差速齿轮组示意图。
图5为本发明实施例三的第一差速齿轮组、第二差速齿轮组示意图。
图6为本发明实施例四的去掉第二从动轮的侧面图。
图7为本发明实施例四示意图。
图8为本发明实施例五的示意图。
图9为本发明实施例五的剖视图。
其中，1、差速机构，1.1、第一差速齿轮组，1.11、第一差速齿轮，1.12、第一转轴，1.13、第一传动轮，1.14、第一差速传动轮，1.15、第二差速传动轮，1.2、第二差速齿轮组，1.21、第二差速齿轮，1.22、第二转轴，1.23、第二传动轮，1.24、第三差速传动轮，1.25、第四差速传动轮，2、第一从动轮，3、第二从动轮，4、行星齿轮，5、行星轮轴，6、从动轮轴。
具体实施方式
现结合附图及具体实施例，来对本发明作进一步阐述。
实施例一：如图1-3所示，本发明可提高往复运动转化效率的齿轮系，包括第一从动轮2、第二从动轮3、行星齿轮4、差速机构1。行星齿轮4位于第一从动轮2与第二从动轮3之间且行星齿轮4分别与第一从动轮2、第二从动轮3相啮合；其中行星齿轮4的固定方式是在第一从动轮2与第二从动轮3之间固定有从动轮轴6且从动轮轴6上套有行星轮轴5，行星轮轴5上套有行星齿轮4；差速机构1包括第一差速齿轮组1.1与第二差速齿轮组1.2，其中第一差速齿轮组1.1包括第一差速齿轮1.11、第一传动轮1.13与第一转轴1.12，第一差速齿轮1.11与第一传动轮1.13通过第一转轴1.12固定，第一转轴1.12与第一传动轮1.13的固定点位于第一传动轮1.13的中心点上,导致第一差速齿轮1.11与第一传动轮1.13均为中心轮，第一差速齿轮1.11与第一传动轮1.13绕第一转轴1.12转动；第二差速齿轮组1.2包括第二差速齿轮1.21、第二传动轮1.23与第二转轴1.22，第二差速齿轮1.21与第二传动轮1.23通过第二转轴1.22固定，第二转轴1.22与第二传动轮1.23的固定点位于第二传动轮1.23的中心点上，导致第二差速齿轮1.21与第二传动轮1.23均为中心轮，第二差速齿轮1.21与第二传动轮1.23绕第二转轴1.22转动；第一差速齿轮1.11、第二差速齿轮1.21均为椭圆齿轮,第一差速齿轮组1.1中的第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮组1.2中的第二差速齿轮1.21相啮合，第一差速齿轮组1.1中的第一传动轮1.13与第一从动轮2相啮合，第二差速齿轮组1.2的第二传动轮1.23与第二从动轮3相啮合。
在将旋转运动转换为往复运动时，通过外设的动力机构驱动第一差速齿轮1.11逆时针转动时，因第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21相互啮合，第一差速齿轮1.11带动第二差速齿轮1.21的转动，由于第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21均为椭圆齿轮，在相互传动的时候，第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21之间的传动比在变化，导致第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21之间的角速度发生变化，第一差速齿轮1.11、第二差速齿轮1.21分别通过第一传动轮1.13、第二传动轮1.23将动力传递给第一从动轮2与第二从动轮3，又由于第一从动轮2与第二从动轮3通过齿轮啮合的方式连接有同一个行星齿轮4，行星齿轮4在第一从动轮2与第二从动轮3转速不一致的情况下，行星齿轮4围绕第一从动轮2或第二从动轮3进行转动补偿；设第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21啮合点到第一转轴1.12中心轴的距离为A，设第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21啮合点到第二转轴1.22中心轴的距离为B,当A大于B的时候，第一差速齿轮1.11的转速小于第二差速齿轮1.21的转速，所以第一从动轮2的转速小于第二从动轮3的转速，行星齿轮4向第二从动轮3转动的方向运动（即行星齿轮4向下运动），当A等于B的时候，第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21转速一致，行星齿轮4停止补偿（即行星齿轮4停止向下运动），当A小于B的时候，第一差速齿轮1.11的转速大于第二差速齿轮1.21的转速，所以第一从动轮2的转速大于第二从动轮3的转速，行星齿轮4向第一从动轮2转动的方向运动（即行星齿轮4向上运动），当A等于B的时候，第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21转速一致，行星齿轮4停止补偿（即行星齿轮4停止向上运动），这样就将第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21的旋转运动转换为行星齿轮的往复运动，且行星齿轮4通过行星轮轴5向外输输出往复动力。
将往复运动转换为旋转运动的时候，通过外设的往复动力装置（如：发动机活塞的往复运动）驱动行星轮轴5，行星轮轴5带动行星齿轮4进行上、下的往复运动，当行星齿轮4向上运动的时候，由于第一从动轮2与第二从动轮3均与差速机构相啮合，导致在行星齿轮4驱动第一从动轮2与第二从动轮3时，第一从动轮2与第二从动轮3发生转向和速度不一致的旋转运动，第一从动轮2通过第一传动轮1.13带动第一差速齿轮1.11转动，第二从动轮3通过第二传动轮1.23带动第二差速齿轮1.21的转动；当行星齿轮4向下运动的时候，由于第一从动轮2与第二从动轮3均与差速机构相啮合，导致在行星齿轮4驱动第一从动轮2与第二从动轮3时，使第一从动轮2与第二从动轮3发生转向和速度不一致的旋转运动，第一从动轮2通过第一传动轮1.13带动第一差速齿轮1.11转动，第二从动轮3通过第二传动轮1.23带动第二差速齿轮1.21的转动，这样将行星齿轮4的往复运动转换为第一从动轮2、第二从动轮3、第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21的旋转运动。
实施例二：除以下不同外，其余均同实施例一：
如图4所示，第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21为椭圆齿轮，第一差速齿轮1.11与第一转轴1.12的固定点位于第一差速齿轮1.11的偏心点上,第一转轴1.12与第一传动轮1.13的固定点位于第一传动轮1.13的中心点上，导致第一差速齿轮1.11为偏心轮，第一传动轮1.13为中心轮，第一差速齿轮1.11与第一传动轮1.13绕第一转轴1.12转动；第二差速齿轮1.21与第二转轴1.22的固定点位于第二差速齿轮1.21的中心点上，第二转轴1.22与第二传动轮1.23的固定点位于第二传动轮1.23的中心点上，导致第二差速齿轮1.21与第二传动轮1.23均为中心轮，第二差速齿轮1.21与第二传动轮1.23绕第二转轴1.22转动；这样的的方式，这样的啮合方式，导致A与B的比值变大，从而使行星齿轮4的往复行程变大。
实施例三：除以下不同外，其余均同实施例一：
如图5所示，第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21为椭圆齿轮，第一差速齿轮1.11与第一转轴1.12的固定点位于第一差速齿轮1.11的偏心点上,第一转轴1.12与第一传动轮1.13的固定点位于第一传动轮1.13的中心点上，导致第一差速齿轮1.11为偏心轮，第一传动轮1.13为中心轮，第一差速齿轮1.11与第一传动轮1.13绕第一转轴1.12转动；第二差速齿轮1.21与第二转轴1.22的固定点位于第二差速齿轮1.21的偏心点上，第二转轴1.22与第二传动轮1.23的固定点位于第二传动轮1.23的中心点上，导致第二差速齿轮1.21为偏心轮，第二传动轮1.23为中心轮，第二差速齿轮1.21与第二传动轮1.23绕第二转轴1.22转动；这样的方式，可以使第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21之间的传动比变范围大；使行星齿轮4的往复行程大于之前的两种方式。
实施例四：除以下不同外，其余均同实施例一：
如图6-7所示，第一差速齿轮组1.1包括第一差速齿轮1.11、第一转轴1.12、第一差速传动轮1.14与第二差速传动轮1.15，其中第一差速齿轮1.11通过第一转轴1.12与第一差速传动轮1.14固定，第一差速传动轮1.14与第二差速传动轮1.15相啮合，第二差速传动轮1.15与第一从动轮2固定连接且同轴转动；第二差速齿轮组1.2包括第二差速齿轮1.21、第二转轴1.22、第三差速传动轮1.24与第四差速传动轮1.25，其中第二差速齿轮1.21通过第二转轴1.22与第三差速传动轮1.15固定，第三差速传动轮1.24与第四差速传动轮1.25相互啮合，第四差速传动轮1.25与第二从动轮3固定且同轴转动；第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21相啮合，第一差速传动轮1.14、第二差速传动轮1.15、第三差速传动轮1.24与第四差速传动轮1.25均为椭圆齿轮，在传动中进行差速，第一差速齿轮1.11、第二差速齿轮1.21可以为椭圆齿轮，这样第一差速齿轮1.11、第二差速齿轮1.21可以进行差速。
通过第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21进行差速，然后第一差速传动轮1.14与第二差速传动轮1.15、第三差速传动轮1.24与第四差速传动轮1.25之间进行差速，这样多次差速形成第一从动轮2与第二从动轮3之间形成比较大的转速差距，使行星齿轮4的往复行程加大；本装置可将行星齿轮4的往复运动转换为第一从动轮2、第二从动轮3、第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21的旋转运动，同样也可以将第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21的旋转运动转换为行星齿轮4的往复运动。
实施例五：除以下不同外，其余均同实施例一：
如图8-9所示，第一从动轮2为中心齿轮，第二从动轮3为齿圈，第一从动轮2位于第二从动轮3的中心，在第一从动轮2与第二从动轮3之间设置有行星齿轮4且行星齿轮4分别与第一从动轮2与第二从动轮3啮合；差速机构1包括第一差速齿轮1.11、第二差速齿轮1.21与第二传动轮1.23，第二传动轮1.23位于第一从动轮2与第二从动轮3之间且第二传动轮1.23与第二从动轮3相啮合，第二传动轮上1.23中心点上固定有第二转轴1.22，第二转轴1.22上固定有第二差速齿轮1.21且第二转轴1.22与第二差速齿轮1.21的固定点位于第二差速齿轮1.21的偏心点上，其中第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21相啮合且第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21为偏心的椭圆齿轮，第一从动轮1.1与第二传动轮1.23为中心的圆形齿轮，其中在第二传动轮3上固定有从动轮轴6，在第二转轴1.22与行星齿轮4上通过轴承固定有同一根行星轮轴5；通过第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21的啮合差速，使第二从动轮3与中心齿轮之间形成速度差，所以行星齿轮4对第二从动轮3与第一从动轮2进行转动补偿，当第二从动轮3的转速大于第一从动轮2时，行星齿轮4向第二从动轮3转动方向运动，当第二从动轮3的转速小于第一从动轮2时，行星齿轮4向第一从动轮2转动方向运动，这样形成了行星齿轮4的往复运动，通过行星齿轮4的往复运动也可以转换为齿圈、中心齿轮、第一差速齿轮1.11与第二差速齿轮1.21的旋转运动。
在本装置与发动机相互连接的时候，通过发动机活塞往复运动驱动行星轮轴5的上、下运动，行星轮轴5使行星轮上、下运动，在行星齿轮4上、下运动的时候，活塞上的力传递到行星齿轮4上，又因为行星齿轮4与第一从动轮2、第二从动轮3相啮合，行星齿轮4上力的方向均与第一从动轮2、第二从动轮3转动方向相切，行星齿轮4上的力全部转化为第一从动轮2、第二从动轮3转动方向上的圆周力，又由于第一从动轮2、第二从动轮3分别与差速机构1相啮合，第一从动轮2、第二从动轮3上的圆周力没有经过力的分解，第一从动轮2、第二从动轮3全部转化为差速机构1的上的圆周力，然后通过差速机构1输出旋转运动，本装置，相对于现有的曲柄摇杆机构，本装置连接发动机后，发动机的力除开必要的摩擦损失外没有其他的损失，提高了发动机能源的利用率。
本装置也可以代替自行车的曲轴，通过踏板使行星轮轴5上、下运动，行星轮轴5使行星齿轮4上、下移动，然后通过差速机构1、第一从动轮2或者第二从动轮3来输出旋转动力，使直行车的后轮转动，这样的方式，脚踏板上的力完全作用于后轮的旋转，减少了人们在骑自行车时力的损失。
以上仅为本发明较佳的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的基础之上所作的等同替换与任何修改均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；包括第一从动轮、第二从动轮、行星齿轮、差速机构，行星齿轮分别与第一从动轮、第二从动轮啮合，差速机构分别与第一从动轮、第二从动轮啮合并传动。
2.根据权利要求1所述的可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；差速机构包括第一差速齿轮组与第二差速齿轮组，第一差速齿轮组与第二差速齿轮组相互啮合传动。
3.根据权利要求2所述的可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；第一差速齿轮组包括有第一差速齿轮与第一传动轮，第一差速齿轮与第一传动轮固定，第二差速齿轮组包括第二差速齿轮与第二传动轮，第二差速齿轮与第二传动轮固定，其中第一差速齿轮组的第一差速齿轮与第二差速齿轮组中的第二差速齿轮相互啮合，第一差速齿轮组的第一传动轮与第一从动轮相啮合，第二差速齿轮组的第二传动轮与第二从动轮相啮合。
4.根据权利要求3所述的可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；第一差速齿轮与第二差速齿轮均为不规则齿轮。
5.根据权利要求4所述的可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；不规则齿轮为椭圆齿轮。
6.根据权利要求5所述的可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；第一差速齿轮、第一传动轮、第二差速齿轮与第二传动轮均为中心轮。
7.根据权利要求5所述的可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；第一差速齿轮为偏心轮，第一传动轮、第二差速齿轮与第二传动轮均为中心轮。
8.根据权利要求5所述的可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；第一差速齿轮与第一传动轮均为偏心齿轮，第二差速齿轮与第二传动轮均为中心齿轮。
9.根据权利要求2所述的可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；第一差速齿轮组包括第一差速齿轮、第一差速传动轮与第二差速传动轮，其中第一差速齿轮与第一差速传动轮固定，第一差速传动轮与第二差速传动轮相互啮合，第二差速传动轮与第一从动轮固定，第二差速齿轮组包括第二差速齿轮、第三差速传动轮与第四差速传动轮，其中第二差速齿轮与第二差速传动轮固定，第三差速传动轮与第四差速传动轮相互啮合，第四差速传动轮与第二从动轮固定，其中第一差速齿轮与第二差速齿轮相啮合，第一差速传动轮、第二差速传动轮、第三差速传动轮与第四差速传动轮均为不规则齿轮。
10.根据权利要求1所述的可提高往复运动转化效率的齿轮系，其特征在于；第一从动轮为中心齿轮，第二从动轮为齿圈，第一从动轮位于第二从动轮的中心；差速机构包括第一差速齿轮、第二差速齿轮与第二传动轮，第一差速齿轮与第一从动轮固定，第二传动轮位于第一从动轮与第二从动轮之间且第二传动轮与第二从动轮相啮合，第二从动轮与第二差速齿轮固定，其中第一差速齿轮与第二差速齿轮相互啮合且第一差速齿轮与第二差速齿轮均为不规则齿轮，第一从动轮与第二传动轮为中心轮。
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JPS5943253A (ja) * 1982-09-01 1984-03-10 Eitaro Terakawa 回転運動を往復動付き回転運動に変換できる装置
CN1793627A (zh) * 2005-12-02 2006-06-28 李乐 可变输出转速无连杆往复活塞发动机
CN101122318A (zh) * 2007-07-31 2008-02-13 高波 折线轨迹生成机构
CN107387710A (zh) * 2017-09-05 2017-11-24 长江大学 一种将旋转运动转换成往复变速直线运动的传动装置

Patent Citations (4)

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