CN110566643A - 用于增加扭矩的机械装置 - Google Patents

Abstract

一种用于增加扭矩的机械装置，包括箱体和增矩机构，该增矩机构包括动力输入曲轴和动力输出曲轴；动力输入曲轴包括输入轴、设在输入轴一端的输入曲柄臂和设在输入曲柄臂一端的周转轮轴；动力输出曲轴包括输出轴、设在输出轴上的二个输出曲柄臂和连接二个输出曲柄臂一端的连杆轴，动力输出曲轴通过输出轴安装在箱体内；周转轮安装在周转轮轴上，在周转轮一侧沿径向两端分别设有滑动主轴和滑动附轴，在箱体内设有十字形滑道，滑动主轴和滑动附轴分别穿过十字形滑道，滑动主轴通过连杆与连杆轴铰接。该装置能够在不改变原有动力源的功率、转速情况下以机械方式将输出扭矩提升，实现小能耗大输出来降低对能源的消耗，适用范围广。

Description

用于增加扭矩的机械装置

技术领域

本发明涉及一种机械装置，特别涉及一种用于增加扭矩的机械装置。

背景技术

目前在能源危机和环境污染问题的压力下，安全、环保、节能已成为当今社会发展的主题。其中，我们生活、生产中所用到的内燃机、汽轮机、电动机等对能源的消耗也是我们当今重要解决的问题。既然，当今时代我们还离不开对能源的需求，我们就要做到最大限度地去节约能源。

现有的用于增加扭矩的机械装置，都是在降低动力输出轴转速的情况下，才达到增加动力输出轴的扭矩，这种结构还达不到真正把原有动力源本身的扭矩提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在不改变原有动力源的功率、转速情况下以机械方式将输出扭矩提升，实现低能耗大输出来降低对能源的消耗，适用范围广的用于增加扭矩的机械装置。

本发明的技术方案如下：

一种用于增加扭矩的机械装置，包括箱体和设在箱体内的增矩机构，该增矩机构包括动力输入曲轴和动力输出曲轴；

所述动力输入曲轴包括输入轴、设在输入轴一端的输入曲柄臂和设在输入曲柄臂的有效力臂一端的周转轮轴，动力输入曲轴通过输入轴可旋转安装在箱体内；用于连接动力源输入动力；

所述动力输出曲轴包括输出轴、设在输出轴上的二个输出曲柄臂和连接二个输出曲柄臂的有效力臂一端的连杆轴，动力输出曲轴通过输出轴可旋转安装在箱体内；用于输出增加后的扭矩；

周转轮，其可旋转安装在所述周转轮轴上，在周转轮一侧沿径向两端分别设有滑动主轴和滑动附轴，在箱体内靠近周转轮处设有十字形滑道，所述滑动主轴和滑动附轴分别通过间隙配合穿过十字形滑道，滑动主轴通过连杆与连杆轴铰接，用于连接动力输入曲轴与动力输出曲轴；

所述输出曲柄臂的有效力臂长度为输入曲柄臂的有效力臂长度的二倍，十字形滑道的水平或竖直滑道长度为输出曲柄臂的有效力臂长度的二倍。

作为进一步优选，所述输入曲柄臂是由有效力臂和平衡力臂构成。

作为进一步优选，所述输出曲柄臂是由有效力臂和平衡力臂构成。

作为进一步优选，在输入轴与输出轴之间设有导向机构，所述滑动主轴在动力输入曲轴的带动下滑动至接近十字形滑道的竖直滑道上止点或下止点时，所述输出轴通过导向机构与输入轴联动，用于确保动力输出曲轴实现单向连续旋转。

作为进一步优选，所述导向机构包括设在箱体内位于输入轴与输出轴之间的惰轮轴，在惰轮轴上安装有可旋转的惰轮组，该惰轮组是由第一惰轮和第二惰轮臂连接而成，其中第一惰轮与设在所述输入轴上的主动齿轮啮合，第二惰轮臂与设在所述输出轴上的导向臂间歇啮合。

作为进一步优选，所述第二惰轮臂和导向臂分别具有长臂端和短臂端，所述滑动主轴滑动至接近十字形滑道的竖直滑道上止点时，第二惰轮臂通过设在其长臂端外缘的齿牙与设在导向臂短臂端外缘的齿牙啮合；所述滑动主轴滑动至接近十字形滑道的竖直滑道下止点时，第二惰轮臂通过设在其短臂端外缘的齿牙与设在导向臂长臂端外缘的齿牙啮合；以确保动力输出曲轴顺利通过上、下止点。

作为进一步优选，在箱体内位于输入曲柄臂与导向机构之间设有隔板，所述输入轴与输出轴分别贯穿隔板，所述惰轮轴设在隔板与对应的箱体侧板之间，以便于安装导向机构。

作为进一步优选，所述增矩机构为三套，且依次安装在箱体内；第一套增矩机构的输出轴为第二套增矩机构的输入轴；第二套增矩机构的输出轴为第三套增矩机构的输入轴。

本发明的有益效果是：

由于输入轴通过设在输入曲柄臂一端的周转轮轴、周转轮和连杆与输出轴的输出曲柄臂上偏心布置的连杆轴连接，滑动主轴和滑动附轴分别通过间隙配合穿过十字形滑道，通过十字形滑道对滑动主轴和滑动附轴的限位，使周转轮随着输入曲柄臂公转的同时进行自转，从而通过连杆带动动力输出曲轴转动；由于输出曲柄臂的有效力臂长度为输入曲柄臂的有效力臂长度的二倍，因此能够在不改变原有动力源的功率、转速情况下以机械方式将输出扭矩提升，输出扭矩可达到输入扭矩的1.5～2倍，整体设计结构紧凑、运转稳定，维护方便，便于生产制造。可实现低能耗大输出来降低对能源的消耗，适用范围广；可用于各种电动机、内燃机、汽轮机、水轮机等对能源消耗的大、小机型上。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构剖视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是滑动主轴带动连杆处于下拉状态时的示意图。

图4是滑动主轴带动连杆处于下推状态时的示意图。

图5是滑动主轴带动连杆处于上拉状态时的示意图。

图6是滑动主轴带动连杆处于上推状态时的示意图。

图7是动力输入曲轴的工作原理图。

图8是本发明实施例2的结构示意图。

图中：箱体1，主动齿轮2，输入轴3，第一惰轮4，第二惰轮臂5，惰轮轴6，导向臂7，隔板8，连杆轴9，输出轴10，输出曲柄臂11，连杆12，滑动主轴13，周转轮14，周转轮轴15，滑动附轴16，滑道板17，十字形滑道1701，输入曲柄臂18；滑动主轴轴心A，周转轮轴轴心B，滑动附轴轴心C，输入轴轴心D。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-图2所示，本发明涉及的一种用于增加扭矩的机械装置，包括箱体1和安装在箱体1内的增矩机构，该增矩机构包括动力输入曲轴和动力输出曲轴。

所述动力输入曲轴包括输入轴3、固定在输入轴3一端的输入曲柄臂18和固定在输入曲柄臂18的有效力臂一端的周转轮轴15，动力输入曲轴通过输入轴3和轴承可旋转安装在箱体1内且输入轴3另一端由箱体1一侧穿出；用于连接动力源输入动力。所述输入曲柄臂18是由有效力臂和平衡力臂构成，其中有效力臂为输入曲柄臂18上由输入轴3轴心到周转轮轴15轴心之间的距离，以平衡输入轴3旋转时的偏心力。

所述动力输出曲轴包括输出轴10、固定在输出轴10上的二个输出曲柄臂11和连接二个输出曲柄臂11的有效力臂一端的连杆轴9，所述输出轴10为二段且通过所述二个输出曲柄臂11和连杆轴9相互同轴连接。动力输出曲轴通过输出轴10和轴承可旋转安装在箱体1内；输出轴10一端由箱体1另一侧穿出，用于输出增加后的扭矩。所述输出曲柄臂11是由有效力臂和平衡力臂构成。

在所述周转轮轴15上可旋转安装有周转轮14，在周转轮14一侧沿径向两端分别固定有滑动主轴13和滑动附轴16，在箱体1内靠近周转轮14处固定有滑道板17，在滑道板17上设有十字形滑道1701，所述滑动主轴13和滑动附轴16分别通过间隙配合穿过十字形滑道1701，滑动主轴13通过连杆12与连杆轴9铰接，用于连接动力输入曲轴与动力输出曲轴。

所述输出曲柄臂11的有效力臂长度为输入曲柄臂18的有效力臂长度的二倍，十字形滑道1701的水平或竖直滑道长度为输出曲柄臂11的有效力臂长度的二倍。滑动主轴13和滑动附轴16的中心距为输入曲柄臂18的有效力臂长度的二倍。

在输入轴3与输出轴10之间设有导向机构，所述滑动主轴13在动力输入曲轴的带动下滑动至接近十字形滑道1701的竖直滑道上止点或下止点时，所述输出轴10通过导向机构与输入轴3联动，用于确保动力输出曲轴单向连续旋转。

所述导向机构包括固定在箱体1内位于输入轴3与输出轴10之间的惰轮轴6，在惰轮轴6上通过轴承安装有惰轮组，该惰轮组是由第一惰轮4和第二惰轮臂5连接而成，在所述输入轴3上固定安装有主动齿轮2且与所述第一惰轮4啮合，在所述输出轴10上固定有导向臂7，导向臂7与第二惰轮臂5间歇啮合。

所述第二惰轮臂5和导向臂7分别具有长臂端和短臂端且在长臂端和短臂端的外缘分别均布有齿牙，所述滑动主轴13在动力输入曲轴的带动下滑动至接近十字形滑道1701的竖直滑道上止点时，第二惰轮臂5通过设在其长臂端外缘的齿牙与设在导向臂7短臂端外缘的齿牙啮合，使动力输出曲轴顺利通过上止点位置。所述滑动主轴13滑动至接近十字形滑道1701的竖直滑道下止点时，第二惰轮臂5通过设在其短臂端外缘的齿牙与设在导向臂7长臂端外缘的齿牙啮合；使动力输出曲轴顺利通过下止点位置。

在箱体1内位于输入曲柄臂18与导向机构之间固定有隔板8，所述输入轴3与输出轴10分别贯穿并支撑在隔板8上，所述惰轮轴6固定在隔板8与对应的箱体1侧板之间，以便于安装导向机构。

工作时，通过与输入轴3连接的动力源带动输入轴3旋转，通过输入曲柄臂18和周转轮轴15带动周转轮14围绕输入轴3圆周转动；滑动主轴13和滑动附轴16在十字形滑道1701的限位作用下随着周转轮的圆周转动在十字形滑道1701内进行上下、左右两条直线往复运动，使周转轮在围绕输入轴3圆周转动的同时也进行自转。当周转轮围绕输入轴3圆周转动一周时，其自身会沿着反方向自转两周；同时滑动主轴在十字形滑道内完成一次上下直线往复运动，滑动附轴16在十字形滑道内完成一次左右直线往复运动。

如图3-图6所示，在周转轮的圆周转动作用下，滑动主轴在十字形滑道内完成的一次上下直线往复运动分为下拉、下推、上拉、上推四个动作。具体如下：

1、下拉动作：在周转轮轴15的圆周运动带动下，周转轮沿逆时针方向旋转，当滑动主轴运行到十字形滑道的上止点时，滑动附轴16运行到十字形滑道的中心点位置；随着周转轮的继续旋转，使滑动主轴在周转轮的拉动下由十字形滑道的上止点向下直线运动；同时滑动附轴16在周转轮的推动下由十字形滑道的中心点向左直线运动。

2、下推动作：当滑动附轴16运行到十字形滑道的左止点时，滑动主轴运行到十字形滑道的中心点；随着周转轮的继续旋转，滑动附轴16在十字形滑道的左止点起到支点作用，促使滑动主轴在周转轮的带动下通过十字形滑道的中心点向下继续直线运动；同时滑动附轴16在周转轮的拉动下由十字形滑道的左止点开始向右直线运动；

3、上拉动作：当滑动主轴运行到十字形滑道的下止点时，滑动附轴16再次运行到十字形滑道的中心点；随着周转轮围绕输入轴的继续旋转，促使滑动主轴在周转轮的带动下由十字形滑道的下止点向上直线运动；同时滑动附轴16在周转轮的拉动下由十字形滑道的中心点继续向右直线运动；

4、上推动作：当滑动附轴16运行到十字形滑道的右止点时，滑动主轴再次运行到十字形滑道的中心点；随着周转轮的继续旋转，滑动附轴16在十字形滑道的右止点起到支点作用，促使滑动主轴在周转轮的带动下通过十字形滑道的中心点向上继续直线运动；同时滑动附轴16在周转轮的拉动下由十字形滑道的右止点开始向左直线运动。

当滑动主轴再一次运行到十字形滑道的上止点时，滑动附轴16重新回到十字形滑道的中心点。随着周转轮围绕输入轴3圆周运动，使滑动主轴在到十字形滑道内进行上下直线往复运动，再通过连杆12将滑动主轴的直线往复作用力传给动力输出曲轴，通过输出曲柄臂11带动输出轴10旋转输出扭矩。

在杠杆原理下，动力输入曲轴整体是费力杠杆。动力输入曲轴输入轴3的轴壁到其自身轴心之间是动力臂，输入轴3轴心是支点、轴壁是动力点。动力输入曲轴输入轴3的轴心到周转轮轴15的轴心之间即输入曲柄臂18的有效力臂就是阻力臂，周转轮轴15的轴心是阻力点。

动力输出曲轴整体是省力杠杆。动力输出曲轴输出轴10的轴心到连杆轴9轴心之间即输出曲柄臂11的有效力臂是动力臂，连杆轴9的轴心是动力点。输出轴10的轴心到其自身轴壁之间是阻力臂，轴心是支点、轴壁是阻力点。

周转轮轴轴心的阻力，就是连杆轴9轴心的动力。由于输出曲柄臂11的有效力臂长度是输入曲柄臂18的有效力臂长度的两倍，在杠杆平衡公式下就得出，动力输出曲轴的阻力即输出的扭力，是动力输入曲轴动力的两倍，也是输入扭力的两倍。去掉因摩擦产生的动力损耗，输出扭矩亦可达到输入扭矩的1.5～2倍。

如图7所示，在动力输入曲轴与周转轮整体机构运转中，当滑动主轴在上止点受到来自周转轮轴向左侧的旋转运动力时，滑动主轴会在十字滑道的限位下保持来自周转轮轴的原有拉力不变，并在十字滑道内向下滑动；当滑动主轴滑动到A、B连线与B、D连线形成九十度夹角时，滑动附轴会在十字滑道内成为一个向左滑动的支点。当滑动附轴成为支点时，A、C连线的连杆作用也会起到杠杆作用，滑动主轴就会得到来自滑动附轴杠杆支点的反作用力，这时候滑动主轴会受到两种作用力：一是周转轮轴对滑动主轴的拉力；二是来自滑动附轴的杠杆反作用力。在周转轮轴继续转动下，当A、B连线与B、D连线形成的角小于九十度时，周转轮轴对滑动主轴的向下拉力就会变小，但是滑动主轴受到滑动附轴的杠杆支点反作用力和周转轮轴的拉力合力下，滑动主轴的拉力还能继续保持着周转轮轴原有的拉力一直到A、B连线与B、D连线夹角到达五十度。

当A、B连线与B、D连线的夹角由五十度逐渐变小时，滑动主轴在保持着来自滑动附轴杠杆反作用力下，滑动主轴的拉力也会逐渐小于周转轮轴的原有拉力；当A、B连线与B、D连线重叠在左侧水平线上，这时周转轮轴对滑动主轴的拉力完全消失，滑动主轴只有来自滑动附轴杠杆的反作用力，在A、C连线这种费力杠杆原理下，滑动主轴的受力只有周转轮轴向下拉力的二分之一。

在滑动附轴的支点作用和周转轮轴继续往下转动下，滑动主轴也会往下运动；当A、B连线与B、D连线分开形成的角度逐渐增大，滑动主轴所受到周转轮轴的推力也逐渐增加；当A、B连线与B、D连线分开的角度达到五十度；滑动主轴所受到的推力和周转轮轴的推力达到一致；一直到滑动主轴到达下止点。

上拉动作与下拉动作工作原理相同、上推动作与下推动作工作原理相同。在输入曲轴与周转轮整体机构连贯性运转起来滑动主轴基本可以保持来自周转轮轴的原有力、这就是周转轮轴对滑动主轴整体受力过程。

在动力输入曲轴与周转轮整体机构运转中，当滑动主轴在上止点受到来自周转轮轴向左方向旋转运动力时，滑动主轴会向输入轴轴心滑动运行；AB连线与BD连线会以周转轮轴为轴，实现A、B连线与B、D连线的可重叠的往下收缩运动；当滑动附轴运行到左止点时，A、B连线会与B、D连线重叠在左方的水平线上，滑动主轴也与输入轴轴心D点重叠。当滑动主轴在输入轴轴心往下止点运行时，AB连线会与BD连线向下方展开运动；当滑动主轴运行到下止点时，A、B连线会与B、D连线完全展开，A、B连线和B、D连线重合在下方的竖直垂直线上；同时B、C连线与B、D连线也重叠在下方的竖直垂直线上。当滑动主轴在下止点再一次向输入轴轴心运行时，A、B连线与B、D连线是以往上收缩运动向输入轴轴心运行的；当滑动附轴运行到右止点，A、B连线与B、D连线会再一次重叠在右方水平线上，滑动主轴也会与周转轮轴再一次重叠。当滑动主轴在输入轴轴心再往上止点远行时，A、B连线与B、D连线会以向上展开运动向上止点运行；当滑动主轴运行到上止点，A、B连线在上B、D连线在下垂直在上方竖直垂直线上；同时B、C连线与B、D连线也会再一次重叠在上方竖直垂直线上。这种A、B连线与B、D连线以B为轴D为可以旋转的中心固定点，当滑动主轴在上止点到输入轴轴心作一次收缩运动，A、B连线与B、D连线重叠在水平线时，滑动主轴到输入轴轴心的行程距离就是BD连线即输入曲柄臂的有效力臂的两倍。当滑动主轴在输入轴轴心以展开运动到达下止点时，就又得到B、D连线有效长度的两倍。也就是滑动主轴与输入轴轴心以收缩运动和展开运动各完成一次运动时，就是滑动主轴上下往复行程距离的有效长度，也是B、D连线有效长度的四倍和输出曲柄臂的有效力臂长度的两倍，这样利用杠杆原理起到了增力目的。

实施例2

如图8所示，本发明涉及的一种用于增加扭矩的机械装置，包括箱体1和安装在箱体1内的增矩机构，所述增矩机构为三套，且依次串联安装在箱体1内；第一套增矩机构的输出轴10为第二套增矩机构的输入轴3；第二套增矩机构的输出轴10为第三套增矩机构的输入轴3。本实施例其它结构同实施例1，本实施例不再赘述。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种用于增加扭矩的机械装置，其特征在于：包括箱体和设在箱体内的增矩机构，该增矩机构包括动力输入曲轴和动力输出曲轴；

所述动力输入曲轴包括输入轴、设在输入轴一端的输入曲柄臂和设在输入曲柄臂的有效力臂一端的周转轮轴，动力输入曲轴通过输入轴可旋转安装在箱体内；用于连接动力源输入动力；

所述动力输出曲轴包括输出轴、设在输出轴上的二个输出曲柄臂和连接二个输出曲柄臂的有效力臂一端的连杆轴，动力输出曲轴通过输出轴可旋转安装在箱体内；用于输出增加后的扭矩；

周转轮，其可旋转安装在所述周转轮轴上，在周转轮一侧沿径向两端分别设有滑动主轴和滑动附轴，在箱体内靠近周转轮处设有十字形滑道，所述滑动主轴和滑动附轴分别通过间隙配合穿过十字形滑道，滑动主轴通过连杆与连杆轴铰接，用于连接动力输入曲轴与动力输出曲轴；

所述输出曲柄臂的有效力臂长度为输入曲柄臂的有效力臂长度的二倍，十字形滑道的水平或竖直滑道长度为输出曲柄臂的有效力臂长度的二倍。

2.根据权利要求1所述的一种用于增加扭矩的机械装置，其特征在于：所述输入曲柄臂是由有效力臂和平衡力臂构成。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于增加扭矩的机械装置，其特征在于：所述输出曲柄臂是由有效力臂和平衡力臂构成。

4.根据权利要求1所述的一种用于增加扭矩的机械装置，其特征在于：在输入轴与输出轴之间设有导向机构，所述滑动主轴在动力输入曲轴的带动下滑动至接近十字形滑道的竖直滑道上止点或下止点时，所述输出轴通过导向机构与输入轴联动，用于确保动力输出曲轴实现单向连续旋转。

5.根据权利要求4所述的一种用于增加扭矩的机械装置，其特征在于：所述导向机构包括设在箱体内位于输入轴与输出轴之间的惰轮轴，在惰轮轴上安装有可旋转的惰轮组，该惰轮组是由第一惰轮和第二惰轮臂连接而成，其中第一惰轮与设在所述输入轴上的主动齿轮啮合，第二惰轮臂与设在所述输出轴上的导向臂间歇啮合。

6.根据权利要求5所述的一种用于增加扭矩的机械装置，其特征在于：所述第二惰轮臂和导向臂分别具有长臂端和短臂端，所述滑动主轴滑动至接近十字形滑道的竖直滑道上止点时，第二惰轮臂通过设在其长臂端外缘的齿牙与设在导向臂短臂端外缘的齿牙啮合；所述滑动主轴滑动至接近十字形滑道的竖直滑道下止点时，第二惰轮臂通过设在其短臂端外缘的齿牙与设在导向臂长臂端外缘的齿牙啮合；以确保动力输出曲轴顺利通过上、下止点。

7.根据权利要求4-6任一项所述的一种用于增加扭矩的机械装置，其特征在于：在箱体内位于输入曲柄臂与导向机构之间设有隔板，所述输入轴与输出轴分别贯穿隔板，所述惰轮轴设在隔板与对应的箱体侧板之间，以便于安装导向机构。

8.根据权利要求1所述的一种用于增加扭矩的机械装置，其特征在于：所述增矩机构为三套，且依次安装在箱体内；第一套增矩机构的输出轴为第二套增矩机构的输入轴；第二套增矩机构的输出轴为第三套增矩机构的输入轴。