CN109990064A - 一种运动形式转换机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运动形式转换机构，属于机械工程领域。利用一对对称布置的无保持架曲沟球轴承，实现回转运动与往复直线运动的相互转换。本发明公开的运动形式转换机构，由一对对称无保持架曲沟球轴承的一对外圈、2组钢珠和一个内圈等组成。本发明能够将内圈的回转运动转换成外圈的往复直线运动，也能够将外圈的往复直线运动转换成内圈的回转运动。与传统曲柄连杆机构和凸轮机构相比较，本发明公开的回转运动与往复直线运动转换机构具有以下优点：1.结构简单，占据空间小；2.运动零件只有回转运动和往复直线运动，噪音小；3.所需零件种类少，零件加工要求低，容易制造。
Description
技术领域
本发明公开了一种运动形式转换机构，属于机械工程领域。特别涉及一种回转运动与往复直线运动的运动形式转换机构（郭氏机构）。
背景技术
回转运动与往复直线运动的转换在工业生产和机械设备中应用广泛，其中主要的转换机构有曲柄连杆机构、凸轮机构、曲柄滑块机构和曲柄摆环机构等几种形式。其中由活塞和曲柄连杆组成的转换机构应用最为广泛。
在汽车发动机的曲柄活塞机构中，曲柄是曲柄连杆机构的主要部件之一，其主要作用是将活塞的往复直线运动转换成旋转运动。但是，曲柄结构复杂，体积大，很难实现完全的动静平衡，对材料要求高，加工难度大；另一个零件连杆是由杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓等结构，连杆是曲柄与活塞间的连接件，它小头随活塞作往复运动，大头随曲柄作回转运动。曲柄连杆机构的连杆受力和运动状态复杂，机构笨重，运行时产生较大的振动，并产生复杂惯性效应和噪音；凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑，可以准确实现要求的运动规律，但是凸轮为点或线接触，压力较大，点、线接触易磨损，不能用于高速和移动范围较大的运动，也不能反过来将往复直线运动转换成回转运动。
为了克服传统曲柄和连杆机构和凸轮机构等回转运动与往复直线运动转换机构的弊端，本发明公开一种运动形式转换机构（郭氏机构），利用一对对称布置无保持架曲沟球轴承（专利申请号：CN201910024162.1），用滑动块限制外圈回转，只能作往复运动，就可实现内圈的回转运动与外圈往复直线运动相互转换。
发明内容
利用一对对称布置的无保持架曲沟球轴承，实现回转运动与往复直线运动的相互转换。该机构由一个内圈、一对外圈、两组钢珠组成。本发明限制外圈转动，使其只能作往复直线运动，内圈只能作回转运动。本发明公开的回转运动与往复直线运动转换机构的回转运动部件，全部为轴对称型回转零件，能够克服曲柄连杆机构和凸轮机构等的诸多弊端。
实现上述发明目的的技术方案是：一种运动形式转换机构，由内圈1，右外圈2，右钢球组3，连接件4，左外圈5和左钢球组6和回转驱动及滑动块构成，其特征是：所述的内圈1的曲沟上布置有左钢球组6和右钢球组3，内圈1上曲沟外的左右两边的外径d 1小于或等于钢球组在内圈1上布置以后球心所在位置的直径d 4，内圈1上中间部分的外径d 2小于或等于钢球组在内圈1上布置以后钢球外沿所在位置的直径d 5；所述的左钢球组6和右钢球组3所在曲沟的周期和相位相同、摆幅相等，左钢球组6和右钢球组3分别位于内圈1的左边和右边的曲沟中，曲沟是同相位向左或向右，使左钢球组6和右钢球组3的中心线中间间隔距离始终保持相等；所述的左外圈5和右外圈2与内圈1三者上的四条曲沟的周期相同、摆幅相等，左外圈5和右外圈2的内径各自用曲沟分成两段，外圈小直径d 3段大于或等于内圈1左右两边的外径d 1，外圈大直径d 6段大于或等于内圈1中间部分的外径d 2；所述的左外圈5和右外圈2用连接件4固连成一体；
所述的左钢球组6和右钢球组3的个数相等，曲沟中心线长度是左钢球组6的个数或右钢球组3的个数的正整数倍；
所述的左外圈5和右外圈2用连接件4固连时的相位错开半个周期，采用峰对峰和谷对谷的方式固连；
所述的内圈1上外径为d 2的中间部分有两种结构：一种是内圈1上外径为d 2的中间部分的长度H大于一个钢球的直径，这种结构有两组钢球，即左钢球组6和右钢球组3；另一种结构是内圈1上外径为d 2中间部分的长度H等于0，这种结构内圈1上没有外径为d 2的中间部分，同时只有一组钢球；
所述的内圈1上外径为d 2的中间部分的长度H等于0，只有一组钢球时，左外圈5和右外圈2的峰对峰处正好组成一半圆弧，左右外圈大直径为d 6部分的长度K等于0，这种结构需要延长左外圈5和右外圈2上另一边没有曲沟部分的长度。
与传统曲柄连杆机构和凸轮机构相比较，本发明公开的运动形式转换机构（郭氏机构）具有以下优点：
1.结构简单，占据空间小；
2.运动零件只有回转运动和往复直线运动，噪音小；
3.所需零件少，零件加工要求低，容易制造。
附图说明
图1是运动形式转换机构的外圈运行到右边时整体结构的示意图；
图2是运动形式转换机构的外圈运行到左边时无机架部分的示意图；
图3是运动形式转换机构的内圈的结构示意图；
图4是运动形式转换机构的右外圈的结构和钢珠布置示意图；
图5是运动形式转换机构的左外圈的结构和钢珠布置示意图；
图6是单排钢珠的外圈运行到左边时整体结构的示意图；
图7是单排钢珠的外圈运行到左边时YY面展开和断面的示意图；
图8单排钢珠的外圈运行到右边时时无机架部分的示意图；
图9是单排钢珠的外圈运行到右边时YY面展开的示意图；
图中各图例标记分别表示的意义如下：
1-内圈，2-右外圈，3-右钢珠组，4-连接件，5-左外圈，6-左钢珠组，7-滑块，8-滑槽，9-机架；d 1-内圈1上曲沟外的左右两边的外径，d 2-内圈1上中间部分的外径，d 3-外圈小直径，d 4-球心所在位置的直径，d 5-钢球外沿所在位置的直径，d 6-外圈大直径，H-内圈1上外径为d 2中间部分的长度，K-左右外圈大直径为d 6部分的长度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。如图所示，本发明的运动形式转换机构的外圈运行到右边时的示意图1是本发明的运动形式转换机构的外圈运行到左边时的示意图，左外圈5和右外圈2用连接件4固连成一体；图3是运动形式转换机构的内圈的结构示意图，内圈1的曲沟上布置有左钢球组6和右钢球组3，内圈1上曲沟外的左右两边的外径d 1的公称直径等于钢球组布置以后球心所在位置的直径d 4，但外径d 1采用负公差；内圈1上中间部分的外径d 2的公称直径等于钢球组布置以后钢球外沿所在位置的直径d 5，但外径d 2采用负公差；图4和图5是运动形式转换机构的右外圈和左外圈的结构和钢珠布置示意图，左钢球组6和右钢球组3所在曲沟的周期和相位相同、摆幅相等，左钢球组6和右钢球组3分别位于内圈1的左边和右边的曲沟中，曲沟是同相位向左或向右，使左钢球组6和右钢球组3的中心线中间间隔距离始终保持相等；左外圈5和右外圈2与内圈1三者上的四条曲沟的周期相同、摆幅相等；左外圈5和右外圈2的内径各自用曲沟分成两段，外圈小直径d 3段公称直径等于内圈1左右两边的外径d 1的公称直径，但外圈小直径d 3采用正公差；外圈大直径d 6段公称直径等于内圈1中间部分的外径d 2公称直径，但外圈大直径d 6采用正公差；左钢球组6和右钢球组3的个数相等，都等于38个，曲沟中心线长度是左钢球组6的个数或右钢球组3的个数的38倍。
本专利的另一种实施例如图6-9所示采用单排钢珠，图6是单排钢珠的外圈运行到左边时整体结构的示意图；图7是单排钢珠的外圈运行到左边时YY面展开和断面的示意图；图8单排钢珠的外圈运行到右边时无机架部分的示意图；图9是单排钢珠的外圈运行到右边时YY面展开的示意图；这种结构的内圈1上外径为d 2的中间部分的长度H等于0，只有一组钢球时，左外圈5和右外圈2的峰对峰处正好组成一半圆弧，左右外圈大直径为d 6部分的长度K等于0，这种结构需要延长左外圈5和右外圈2上另一边没有曲沟部分的长度。
在本发明的基本构思原理相同的条件下，本发明可以设计成不同直径大小、不同周期和不同振幅等不同细部结构变化和局部改进的结构形式，这些都构成本发明的其他实施例。
Claims (5)
1.一种运动形式转换机构，由内圈[1]，右外圈[2]，右钢球组[3]，连接件[4]，左外圈[5]，左钢球组[6]和回转驱动及滑动块构成，其特征是：所述的内圈[1]的曲沟上布置有左钢球组[6]和右钢球组[3]，内圈[1]上曲沟外的左右两边的外径d 1小于或等于钢球组在内圈[1]上布置以后球心所在位置的直径d 4，内圈[1]上中间部分的外径d 2小于或等于钢球组在内圈[1]上布置以后钢球外沿所在位置的直径d 5；所述的左钢球组[6]和右钢球组[3]所在曲沟的周期和相位相同、摆幅相等，左钢球组[6]和右钢球组[3]分别位于内圈[1]的左边和右边的曲沟中，曲沟是同相位向左或向右，使左钢球组[6]和右钢球组[3]的中心线中间间隔距离始终保持相等；所述的左外圈[5]和右外圈[2]与内圈[1]三者上的四条曲沟的周期相同、摆幅相等，左外圈[5]和右外圈[2]的内径各自用曲沟分成两段，外圈小直径d 3段大于或等于内圈[1]左右两边的外径d 1，外圈大直径d 6段大于或等于内圈[1]中间部分的外径d 2；所述的左外圈[5]和右外圈[2]用连接件[4]固连成一体。
2.根据权利要求1所述的运动形式转换机构，其特征是：所述的左钢球组[6]和右钢球组[3]的个数相等，曲沟中心线长度是左钢球组[6]的个数或右钢球组[3]的个数的正整数倍。
3.根据权利要求1所述的运动形式转换机构，其特征是：所述的左外圈[5]和右外圈[2]用连接件[4]固连时的相位错开半个周期，采用峰对峰和谷对谷的方式固连。
4.根据权利要求1所述的运动形式转换机构，其特征是：所述的内圈[1]上外径为d 2的中间部分有两种结构：一种是内圈[1]上外径为d 2的中间部分的长度H大于一个钢球的直径，这种结构有两组钢球，即左钢球组[6]和右钢球组[3]；另一种结构是内圈[1]上外径为d 2中间部分的长度H等于0，这种结构内圈[1]上没有外径为d 2的中间部分，同时只有一组钢球。
5.根据权利要求4所述的运动形式转换机构，其特征是：所述的内圈[1]上外径为d 2的中间部分的长度H等于0，只有一组钢球时，左外圈[5]和右外圈[2]的峰对峰处正好组成一半圆弧，左右外圈大直径为d 6部分的长度K等于0，这种结构需要延长左外圈[5]和右外圈[2]上另一边没有曲沟部分的长度。
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