CN112303188A - 一种机械整流机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械整流机构，涉及机械设计技术领域。前盖和后盖均为二级阶梯的盘式结构，输入轴设有轴肩的阶梯轴；第一支撑轴承的内圈与输入轴的外径过盈配合，外圈与前盖第一阶梯的内径过盈配合；第一单向轴承的内圈通过键与输入轴中部配合，其后端面紧靠前轴肩；第二单向轴承内圈通过键与输入轴的轴肩后部配合；第二单向轴承外圈与凸台齿轮前端内径通过键连接；第四支撑轴承的内圈与输出轴的中部外径过盈配合，外径与后盖的第一阶梯的内径过盈配合；传动轴的前部设有一侧与凸台齿轮啮合的小齿轮，小齿轮的另一侧与内齿圈啮合，内齿圈的外径与第二支撑轴承的内径过盈配合；连接杆为异形杆状结构，两端的通孔通过螺栓与内齿圈固定连接。

Description

一种机械整流机构

技术领域

本发明属于机械设计及机构设计技术领域。

背景技术

机械整流机构目前被广泛用于新能源的采集设备中，如风能，波能及机械能，该机构作用旨在调整输入轴和输出轴的转向，将输入轴双向、不规则的运动通过机械整流机构转变为单向、规则的运动形式，在提高能量转换效率，提高电机寿命等方面有显著作用。目前，在风能采集设备中，在部分风机类型中，不同的风向带动主轴双向转动，借助机械整流机构将其转变为单向旋转，传递单向扭矩至电机主轴以发电；在波能采集设备中，波激励浮子上下往复运动，内部通过换向机构将其转变为主轴的双向旋转，借助机械整流设备传递不间断的单向扭矩到电机主轴发电；同样，在机械能采集设备中，如汽车减振器、轨道能量采集器等，都广泛使用了机械整流器将振动的往复运动或双向旋转转变为单向传动，以带动电机发电。这些设备中依装置安装地、环境、采集方式的不同，机械整流机构的装配、排布方式也有所不同，但其中绝大部分都是各种多级齿轮机构的异构。

经调查检索，目前已有授权并使用机械整流的机构，如公布号为CN104863810A，该专利针对铁轨振动能量设计一种能量采集设备，火车经过铁轨后致其上下振动，通过齿轮齿条转变为主轴的双向转动，经一机械整流轮系转变为输出轴的单向转动，从而带动电机主轴单向旋转发电，但该机械整流设备涉及多级齿轮传动，共使用10个齿轮，装配复杂传动效率低。目前大部分机械整流设备都针对往复运动输入的设备而设计，多设计为与使用场景和设备安装方式相匹配或集成的形式，不能做到模块化设计，存在局限性。此外，针对可能双向旋转输入的发电或新能源采集设备具有广泛的应用前景，如风能采集设备的模块化设计、列车及汽车惯性能量采集设备的双向整流、采集波浪能及环境机械能自供能设备的双向整流等；而现有能量采集设备的转换效率很大程度上依赖于设备的传动系统及整流系统的效率，因此有必要针对该现状设计一种易模块化，结构简单，传动效率高，可调速功能兼具的机械整流机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械整流机构，它能有效地解决无论输入轴的是顺时针还是逆时针旋转运动，输出轴均为逆时针旋转运动的技术问题。

本发明为达到目的所采用的技术方案是：一种机械整流机构，包括前盖，后盖，输入轴和输出轴，所述前盖和后盖均为带法兰边的、具有二级阶梯的盘式结构，中心设有轴孔，输入轴为两端直径相同且在长度四分之一处设有轴肩的阶梯轴；第一支撑轴承的内圈与输入轴的外径过盈配合，外圈与前盖第一阶梯的内径过盈配合，前端面与第一阶梯的内表面紧靠；第一单向轴承的内圈通过键与输入轴中部配合，其后端面紧靠前轴肩，外圈与连接杆中心孔内径通过键连接；第二单向轴承内圈通过键与输入轴的轴肩后部配合，其后端面紧靠后轴肩；第二单向轴承外圈与凸台齿轮前端内径通过键连接，凸台齿轮后端凸台的内孔与输出轴前部外径过盈配合；第四支撑轴承的内圈与输出轴的中部外径过盈配合，外径与后盖的第一阶梯的内径过盈配合；后盖的内表面一侧设有突出的盲孔，第三支撑轴承的外圈与该盲孔的内径过盈配合，内圈与传动轴的后端过盈配合，传动轴的前部设有一侧与凸台齿轮啮合的小齿轮，小齿轮的另一侧与内齿圈啮合，内齿圈的外径与第二支撑轴承的内径过盈配合，外径与后盖的第二阶梯的内径配合；连接杆为中部带有中心孔，两端设有通孔的异形杆状结构，通孔位置开有凹槽，过内齿圈前端面圆心水平中心线两侧边缘设有螺纹孔，连接杆两端的通孔通过螺栓与内齿圈固定连接。

所述输出轴为直轴且与输入轴同轴线。

所述前盖与后盖之间的法兰边通过螺栓固定。

本发明的工作过程和原理是：该机械整流机构旨在实现高效简洁紧凑的机械整流功能，随输入轴旋转方向的不同，内部的传动过程分为顺时针和逆时针两种状态：

输入轴顺时针旋转运动过程：

输入轴顺时针转动时，与第一单向轴承啮合，带动连接杆顺时针转动，由于连接杆与内齿圈由螺栓螺母固定，所以内齿圈也顺时针转动，而内齿圈与小齿轮内啮合，带动小齿轮顺时针转动，小齿轮又与凸台齿轮外啮合，进而带动凸台齿轮逆时针旋转，以此带动输出轴逆时针旋转(此时凸台齿轮内侧的第二单向轴承不啮合)。

输入轴逆时针旋转运动过程：

输入轴逆时针转动时，第二单向轴承啮合，由于第二单向轴承外圈与凸台齿轮键连接，所以带动凸台齿轮逆时针旋转，进而带动输出轴逆时针旋转。(此时第一单向轴承不啮合，与凸台齿轮外啮合的小齿轮顺时针转动，与小齿轮内啮合的内齿圈顺时针转动。)

与现有技术比较，本发明的有益效果是：

一、本发明仅用三个齿轮，传动级数显著降低，机构传动效率高。除输入输出轴外，本发明所涉传动轴仅一根，安装简单方便易封装。

二、本发明对称布置，充分利用齿圈内空间，结构紧凑简洁，封装后仅剩输入轴和输出轴，易于模块化的实现。

三、本发明传动系统采用齿轮传动，传动过程稳定，工作可靠性高，且通过对齿轮参数的合理分配可实现增速或减速的功能。

附图说明

图1是本发明的轴测图

图2是本发明的传动系统轴测图

图3是本发明的传动系统俯视图

图4是本发明的的剖视图

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的一种紧凑高效的机械整流机构，外观上包括前盖1，后盖2，输入轴3和输出轴9，封装上前盖和后盖间通过四对螺栓螺母15固紧。

本发明的传动系统如图2和3所示，由输入轴3和输出轴9，4和5两个单向轴承，连接杆7，内齿圈6，小齿轮13及凸台齿轮10组成。此外，各零部件之间的连接关系如图4所示。

在该机构中，输入轴3、连接杆7、凸台齿轮10及输出轴9旋转中心轴均与整个机械整流机构的旋转中心同轴线，位于整个整流机构的中心，输入轴3为两端直径相同且在长度四分之一处设有轴肩的阶梯轴，输入轴3中部与第一单向轴承4内圈通过键12连接，同时，输入轴3下端与第二单向轴承5通过键17连接，第二单向轴承5外圈与凸台齿轮10内侧通过键21连接；第一单向轴承外圈4与连接杆7中心内孔通过键11连接，连接杆7两端与内齿圈6两侧螺纹孔通过两对螺栓螺母8连接，内齿圈6与小齿轮13内啮合，小齿轮13与凸台齿轮10外啮合，凸台齿轮10的凸台侧内孔与输出轴9过盈配合。

在各个零部件的支撑上，所述输入轴3前部与第一支撑轴承14内圈过盈配合，输出轴9与第四支撑轴承16内圈过盈配合，第一单向轴承4内圈下端面通过输入轴3轴肩的上表面限位，第二单向轴承5内圈上端面通过输入轴3轴肩的下表面限位。所述小齿轮13内孔与传动轴19过盈配合，传动轴19与第三支撑轴承18内圈过盈配合，所述内齿圈6与第二支撑轴承20内圈过盈配合，且内齿圈6通过后盖2第二阶梯内孔的台阶限位。

在整个传动系统及支撑部件的封装上，所述第一支撑轴承14外圈与前盖1第一阶梯内孔过盈配合，第三支撑轴承18和第四支撑轴承16外圈分别与后盖2第一阶梯中心内孔和一侧所设的盲孔过盈配合，内齿圈6与后盖2之间过盈配合。

所述两个单向轴承的啮合方向相反，其中第一单向轴承4在输入轴3顺时针旋转时啮合，第二单向轴承5在输入轴3逆时针旋转时啮合。

所述的内齿圈6，小齿轮13及凸台齿轮10均为直齿，其模数及压力角均相同，齿数分布依次为68:17:34。

本实施例的具体原理是：

当输入轴3顺时针旋转运动过程：

输入轴3顺时针转动时，与第一单向轴承4啮合，带动连接杆7顺时针转动，连接杆7与内齿圈6螺栓螺母固紧，带动内齿圈6顺时针转动，而内齿圈6与小齿轮13内啮合，所以带动小齿轮13顺时针转动，小齿轮13与凸台齿轮10外啮合，进而带动凸台齿10轮逆时针旋转，以带动输出轴9逆时针旋转(此时，凸台齿轮10内侧的第二单向轴承5不啮合)。

输入轴3逆时针旋转运动过程：

输入轴3逆时针转动时，第二单向轴承5啮合，由于第二单向轴承5外圈与凸台齿轮10键连接，所以带动凸台齿轮10逆时针旋转，进而带动输出轴9同样逆时针旋转，达到机械整流的目的。(此时，第一单向轴承4不啮合，与凸台齿轮10外啮合的小齿轮13顺时针转动，与小齿轮13内啮合的内齿圈6顺时针转动)。

Claims (3)

1.一种机械整流机构，包括前盖(1)，后盖(2)，输入轴(3)和输出轴(9)，其特征在于：所述前盖(1)和后盖(2)均为带法兰边的、具有二级阶梯的盘式结构，中心设有轴孔，输入轴(3)为两端直径相同且在长度四分之一处设有轴肩的阶梯轴；第一支撑轴承(14)的内圈与输入轴(3)的外径过盈配合，外圈与前盖(1)第一阶梯的内径过盈配合，前端面与第一阶梯的内表面紧靠；第一单向轴承(4)的内圈通过键(12)与输入轴(3)中部配合，其后端面紧靠前轴肩，外圈与连接杆(7)中心孔内径通过键(11)连接；第二单向轴承(5)内圈通过键(17)与输入轴(3)的轴肩后部配合，其后端面紧靠后轴肩；第二单向轴承(5)外圈与凸台齿轮(10)前端内径通过键(21)连接，凸台齿轮(10)后端凸台的内孔与输出轴(9)前部外径过盈配合；第四支撑轴承(16)的内圈与输出轴(9)的中部外径过盈配合，外径与后盖(2)的第一阶梯的内径过盈配合；后盖(2)的内表面一侧设有突出的盲孔，第三支撑轴承(18)的外圈与该盲孔的内径过盈配合，内圈与传动轴(19)的后端过盈配合，传动轴(19)的前部设有一侧与凸台齿轮(10)啮合的小齿轮(13)，小齿轮(13)的另一侧与内齿圈(6)啮合，内齿圈(6)的外径与第二支撑轴承(20)的内径过盈配合，外径与后盖(2)的第二阶梯的内径配合；连接杆(7)为中部带有中心孔，两端设有通孔的异形杆状结构，通孔位置开有凹槽，过内齿圈(6)前端面圆心水平中心线两侧边缘设有螺纹孔，连接杆(7)两端的通孔通过螺栓(8)与内齿圈(6)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种机械整流机构，其特征在于：所述输出轴(9)为直轴且与输入轴(3)同轴线。

3.根据权利要求1所述的一种机械整流机构，其特征在于：所述前盖(1)与后盖(2)之间的法兰边通过螺栓(15)固定。

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