CN202441828U

CN202441828U - 一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置

Info

Publication number: CN202441828U
Application number: CN2012200360323U
Authority: CN
Inventors: 刘之乾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-06

Abstract

本实用新型属于动力的传递装置，具体地说是一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置，其采用齿轮来传递动力，改变变速器或者工作机旋转方向的，包括壳体，输入轴和输出轴分别经轴承与壳体相连接，输入轴和输出轴经齿轮组相连接，公用齿轮与输入轴经花键连接，可为第一被动齿轮和从动介轮公用，两个被动齿轮与输出轴相连接，其特征在于壳体设有换向机构，输入轴等速旋转状态下，可以使输出轴间歇的转数相同、转向相同输出；转数不同、转向相同输出；转数相同、转向不同输出；转数不同、转向不同输出等多种状态，本实用新型在具有自动换向、传递扭矩大、传动效率高、使用寿命长、结构紧凑等优点，可应用于石油、冶金、矿山、化工等众多恶劣环境。

Description

一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置

技术领域

本实用新型涉及一种采油机械技术领域，具体地说是一种利用自动换向减速机来换向的抽油机。

背景技术

目前在抽油机的设计过程中，在不采用变频器进行软启动时，主要是按电动机单独提升配重块时需要的输出扭矩作为计算依据，电动机的功率选择普遍偏大。比如6-12、即700A型抽油机普遍采用37Kw—6的电机，具有设备投资大、起动电流大等不足。

目前抽油机（游梁机除外）的换向方式主要有两种，其一是采用减速机输出端的机械换向方式。这种换向方式体积庞大，占用了配重块往复行程的空间，从而导致了抽油机整个机架的高度偏大，也就加大了机架的不稳定性。另外，该种换向器寿命短、维修维护不方便。第二种是采用电器方式控制电动机正反转从而实现抽油机的换向。其缺点是，电器控制部分复杂、造价昂贵、寿命低。

发明内容

本实用新型针对现有技术中存在的不足，提出一种自动换向、传递扭矩大、传动效率高、寿命长、结构紧凑，对工作环境无特殊要求的频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置。

本实用新型可以通过如下措施达到：

一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置，包括壳体，输入轴和输出轴分别经轴承与壳体相连接，输入轴和输出轴经齿轮组相连接，其特征在于公用齿轮与输入轴经花键连接，第一被动齿轮、第二被动齿轮与输出轴相连接，壳体设有换向机构，换向机构设有凸轮支座、杠杆支座、换向轮支座和弹簧支座，凸轮、杠杆和换向轮分别与凸轮支座、杠杆支座和换向轮支座相连接，弹簧的一端与弹簧支座相连接，换向轮上分别设有主动偏心销轴和被动偏心销轴，杠杆一端与凸轮顶杆一端相连接，凸轮顶杆另一端与凸轮间歇接触，杠杆另一端分别与弹簧的一端相连接、换向轮连杆的一端相铰接，换向轮连杆的另一端与主动销轴相铰接，拨叉连杆的一端与被动销轴相铰接，另一端与拨叉连接，拨叉与输入轴上的公用齿轮相连接，通过凸轮的旋转可以使拨叉做直线往复运动，以驱动输入轴上的公用齿轮与第一被动齿轮处于啮合或分离状态，当公用齿轮与第一被动齿轮处于啮合状态时，第一被动齿轮随输入轴一起旋转并带动输出轴旋转，当公用齿轮与第一被动齿轮处于分离状态时，第一被动齿轮不随输入轴旋转，输出轴无动力输入而不转动，本实用新型在壳体内设有介轮轴，主动介轮、从动介轮与介轮轴固定连接，从动介轮与第二被动齿轮啮合，通过凸轮的旋转可以使拨叉做直线往复运动，以驱动输入轴上的公用齿轮与从动介轮处于啮合或分离状态，当公用齿轮与从动介轮处于啮合状态时，介轮轴随输入轴一起旋转带动主动介轮旋转，主动介轮与第二被动齿轮啮合，第二被动齿轮随输入轴一起旋转并带动输出轴旋转。

通过公用齿轮与第一被动齿轮和从动介轮的啮合或分离，使输出轴输出相同或不同转数、使输出轴的转向与输入轴相同或相反。

本实用新型可以设有同步驱动齿轮组，同步驱动齿轮组的主动齿轮与输入轴相连接，被动齿轮与凸轮轴相连接，当输入轴旋转时，凸轮轴也随着旋转，从而带动拨叉做直线往复运动，改变输出轴的工作状态。

本实用新型中的同步驱动齿轮组的传动比i₂与输出轴一个工作周期内N的转数满足关系式：aNn_s= n₃i₂，其中：a为凸轮每旋转一圈完成的换向次数；N为输出轴完成一次正反转、即一个工作周期；n_s为输出轴一个工作周期内的转数（正、反转转数之和）；n₃为凸轮的转速；i₂为同步齿轮组的传动比。

本实用新型还可以设有外挂齿轮组，外挂齿轮组的主动齿轮与动力输入轴相连接，被动齿轮与输入轴相连接。

本实用新型在输入轴等速旋转状态下，可以使输出轴间歇的转数相同、转向相同输出；转数不同、转向相同输出；转数相同、转向不同输出；转数不同、转向不同输出等多种状态，具有自动换向、传递扭矩大、传动效率高、使用寿命长、结构紧凑等优点，可广泛应用于石油、冶金、矿山、化工等众多恶劣环境，也可应用在汽车、电力、船舶、以及大型机械加工设备等的自动换向装置中。

附图说明

附图是实用新型的一种示意图，也是一种实施例的示意图。

图1是本实用新型的一种示意图。

图2是本实用新型中换向机构的示意图。

图3是图2的W向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

如图所示，一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置，包括壳体101，输入轴201和输出轴301分别经轴承与壳体101相连接，输入轴201和输出轴301经齿轮组相连接，公用齿轮202与输入轴201经花键连接，公用齿轮202可以没轴向在输入轴201上滑动，被动齿轮302、303与输出轴301相连接，上述各组成部分的结构与连接方式与现有技术相同，此不赘述，壳体101设有换向机构102，换向机构102设有凸轮支座1、杠杆支座2、换向轮支座3和弹簧支座4，凸轮支座1、杠杆支座2、换向轮支座3和弹簧支座4的结构及连接方式与现有技术相同，如凸轮支座1可以认为是壳体101的壁，也可以在壳体101内单独设置，此不赘述，凸轮5、杠杆6和换向轮7分别与凸轮支座1、杠杆支座2和换向轮支座3相连接，凸轮5、杠杆6和换向轮7的结构及与凸轮支座1、杠杆支座2和换向轮支座3的连接方式与现有技术相同，如凸轮5经凸轮轴、轴承、轴承座与凸轮支座1（壳体101的壁）相连接，此不赘述，弹簧8的一端与弹簧支座4相连接，换向轮7上分别设有主动偏心销轴9和被动偏心销轴10，主动偏心销轴9和被动偏心销轴10可以设在同一半径的圆周上，也可以设在不同半径的圆周上，以调节拨叉15的位移距离，杠杆6一端与凸轮顶杆11一端连接，凸轮顶杆11另一端与凸轮5间歇接触，凸轮顶杆11也可以经滚子12与凸轮5间歇接触，以减少对凸轮的磨损，杠杆6另一端与弹簧8的一端相连接、与换向轮连杆13的一端相铰接，换向轮连杆13的另一端与主动销轴9相铰接，拨叉连杆14的一端与被动销轴10相铰接，拨叉连杆14的另一端与拨叉15相铰接，拨叉15与输入轴101上的公用齿轮202相连接，公用齿轮202与输入轴101经花键相连接，通过凸轮5的旋转可以使拨叉15摆动，以驱动输入轴201上的公用齿轮202与被动齿轮302处于啮合或分离状态，当公用齿轮202与被动齿轮302处于啮合状态时，被动齿轮302随输入轴201一起旋转并带动输出轴301旋转，当公用齿轮202与被动齿轮302处于分离状态时，被动齿轮302不随输入轴201旋转，输出轴301无动力输入而不转动。

本实用新型可以在壳体101内设有介轮轴401，从动介轮402、主动介轮403与介轮轴401固定连接，主动介轮403与被动齿轮303啮合，通过公用齿轮202与被动齿轮302或从动介轮402的啮合而使输出轴301输出相同或不同转数、使输出轴301的转向与输入轴201相同或相反，本实用新型可以设有同步驱动齿轮组，同步驱动齿轮组的主动齿轮501与输入轴201相连接，被动齿轮502与凸轮5的凸轮轴相连接，当输入轴201旋转时，凸轮轴也随着旋转，从而带动拨叉15进行摆动，改变输出轴301的工作状态，另外，本实用新型还可以设有外挂齿轮组，外挂齿轮组的主动齿轮601与动力输入轴相连接，被动齿轮602与输入轴201相连接。

本实用新型的传动如图1所示，本实用新型分为动力输入部分（即外挂齿轮组）、凸轮转速控制齿轮组、换向机构和公用齿轮四个部分，各部分的原理与功能如下：

第一部分A：动力输入部分（即外挂齿轮组）由齿轮副Z₁、Z₂（俗称“挂轮”）把经动力输入轴输入的扭矩传递给输入轴201，当改变Z₁、Z₂的齿数比时，可以同时改变凸轮5的凸轮轴、输出轴301的转速，设定轴Ⅰ的输入转速为n₁,输出轴301的输出转速为n₂，那么

，所以，当n₁一定时，为了满足变速器或者工作机对n₂的需求，可以通过改变i₁，即改变Z₁、Z₂的齿数来实现。

第二部分B：凸轮转速控制齿轮组，其由Z₃、Z₄、Z₅、Z₆组成，设定传动比为i₂，凸轮5的凸轮轴的转速、即凸轮的转速为n₃，那么

，

。

第三部分C：换向机构如图2所示，当间凸轮5逆时针旋转，凸轮5上H点运转到B点时，滚子12，由 B点向上移动到B’点，行程为S₁，杠杆6的一端与凸轮顶杆11连接点P点随B点向上移动至P’点，行程为S₂，S₁ =S₂

，在P点向上运动时，会带动杠杆6绕杠杆支座2的C点转动，使杠杆6另一端的D点向下移动，产生行程S3，由于S₁ =S₂，那么

，换向轮连杆13随之向下运动，主动偏心销轴9由E点移至E’点，带动换向轮7围绕换向轮支座3支点O顺时针转动，换向轮上的E点产生行程S4，S4= S3，换向轮7上的被动偏心销轴10同时顺时针旋转由F移至F’，产生行程是S5，由于E点与F点是换向轮7上以O点为圆心的同一圆周上的两个点，所以S5= S4，这时，在被动偏心销轴10的带动下，拨叉连杆14带动拨叉15由K点运行到K’点，凸轮5继续旋转，当I点越过B点的瞬间，凸轮顶杆11、杠杆6、换向轮连杆13通过复位弹簧8恢复到原来的位置，即B’点回复到B点，同时带动换向轮7逆时针旋转，并恢复原来的位置，在被动偏心销轴10的带动下，拨叉连杆14带动公用齿轮202由K’点回到K点。

换向轮7上的被动偏心销轴10通过拨叉15带动公用齿轮202做直线往复运动，其行程为S6，设定公用齿轮202在点K和K'点停歇的时间分别为t1、t2；当 α= 180°，t1=t2；当 α＞180°，t1＞t2；当 α＜180°，t1＜t2；所以，当改变α的值时，可以改变公用齿轮202在K点和K’点停歇的时间。

同时，由于

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，当S1一定时，改变支点C在杠杆6上的位置，可以改变S3的值；当支点C在杠杆6上的位置固定时，改变S1的值，也可以改变整个机构的行程；再者，把支点C与杠杆6的连接做成可调连接，杠杆6做成有一定伸缩性的连杆，那么整个机构行程的可调节性会得到很大的提高。

第四部分D：公用齿轮部分，由齿轮Z₇、Z₈、Z₉、Z₁₀、Z₁₁，其中Z₇= Z₈= Z₉；Z₁₀= Z₁₁。

Z₇、Z₈齿轮组输出转向与动力输入轴的输入转向相同；Z₇、Z₉、Z₁₀、Z₁₁齿轮副输出转向与动力输入轴的输入转向相反，轴201为花键轴，公用齿轮Z₇在拨叉的拨动下，可以沿轴201往返滑动，从而和Z₈ 、Z₉进行离合，当Z₇和Z₈啮合时，轴201通过Z₇把扭矩传递给Z₈，然后传递给轴301，此时Z₉与Z₇处于分离状态，并同向同步运转，当Z₇和Z₉啮合时，轴201通过Z₇把扭矩传递给Z₉，再经过Z₁₀、Z₁₁传递给轴301，此时Z₈与Z₇处于分离状态，并同向同步运转。

公用齿轮Z₇的动作频率由第三部分来控制，由于凸轮的结构形式决定了：在凸轮的一个圆周运动中，转换机构完成一次直线往复运动，即公用齿轮Z₇完成一次离（Z₈）-合（Z₉）-离（Z₉）-合（Z₈），即输出轴301完成一次正、反转转换，如果我们把输出轴301正转、反转各一次称为一个工作周期，一分钟内的工作周期次数为N,一个工作周期内轴301的转数（正向转数n_z，反向转数n_f）为n_s（n_s=n_z+n_f），由于凸轮每旋转一周，换向器完成一个工作周期，那么，如果不计单位的话，N的值等于n₃的值，即N=n₃，由于Nn_s= n₂，₃i₂= n₂那么 Nn_s= n₃i₂，因此，不计单位的话，n_s的值与i₂的值相等，即

，当n₁和i₂一定时，只要改变i₁的值，就可以同步改变n₃和N的值，也就是说，只要改变第一部分齿轮副Z₁、Z₂(俗称“挂轮”)的齿数，就可以改变齿式自动换向器的换向频率，又由于n_s的值等于i₂的值，所以当n₁和i₂一定时，不论i₁的值如何变化，n_s始终为一常数；换言之，就是在轴Ⅰ的输入转速及“间歇与行程可调、垂直与直线往复运动垂直转换机构控制齿轮组”的传动比[Z₄ Z₆/(Z₃ Z₅)]一定时，不论第一部分Z₁、Z₂齿轮副(俗称“挂轮”)的传动比(Z₂/ Z₁)如何变化，轴301在一个工作周期内的转数n_s的值固定不变。

Claims

1.一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置，包括壳体，输入轴和输出轴分别经轴承与壳体相连接，输入轴和输出轴经齿轮组相连接，其特征在于公用齿轮与输入轴经花键连接，第一被动齿轮、第二被动齿轮与输出轴相连接，壳体设有换向机构，换向机构设有凸轮支座、杠杆支座、换向轮支座和弹簧支座，凸轮、杠杆和换向轮分别与凸轮支座、杠杆支座和换向轮支座相连接，弹簧的一端与弹簧支座相连接，换向轮上分别设有主动偏心销轴和被动偏心销轴，杠杆一端与偏心轮连杆一端相铰接，偏心轮支杆另一端与凸轮相抵触，杠杆另一端分别与弹簧的一端相连接、换向轮连杆的一端相铰接，换向轮连杆的另一端与主动销轴相铰接，拨叉连杆的一端与被动销轴相连接，拨叉连杆的另一端与拨叉相连接，拨叉与输入轴上的公用齿轮相连接，公用齿轮与输入轴经花键相连接。

2.根据权利要求1所述的一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置，其特征在于壳体内设有介轮轴，主动介轮和从动介轮与介轮轴固定连接，主动介轮与第二被动齿轮啮合。

3.根据权利要求1或2所述的一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置，其特征在于设有同步驱动齿轮组，同步驱动齿轮组的主动齿轮与输入轴相连接，被动齿轮与凸轮轴相连接。

4.根据权利要求3所述的一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置，其特征在于设有外挂齿轮组，外挂齿轮组的主动齿轮与动力输入轴相连接，被动齿轮与输入轴相连接。

5.根据权利要求1所述的一种频率及间歇转数可调的齿式自动换向装置，其特征在于同步驱动齿轮组的传动比i₂与输出轴一个工作周期内N的转数满足关系式：aNn_s= n₃i₂，其中：a为凸轮每旋转一圈完成的换向次数；N为输出轴完成一次正反转、即一个工作周期；n_s为输出轴一个工作周期内的转数；n₃为凸轮的转速；i₂为同步齿轮组的传动比。