CN86206319U

CN86206319U - 一种改进的全平衡旋转/往复运动装置

Info

Publication number: CN86206319U
Application number: CN 86206319
Authority: CN
Inventors: 饶润生; 周劲南
Original assignee: WUHAN WATER TRANSPORTATION ENGINEERING COLLEGE
Current assignee: WUHAN WATER TRANSPORTATION ENGINEERING COLLEGE
Priority date: 1986-08-31
Filing date: 1986-08-31
Publication date: 1987-09-30

Abstract

该装置涉及一种可将旋转运动和往复运动进行互相转换的机构。该装置主要由减速传动机构，曲柄连杆机构，平衡块，内齿圈等组成。其特征是曲轴为整体结构，内齿圈的一端为内齿，另一端内孔中嵌有轴承与齿圈结合成为一体，因而加工方便，结构紧凑，并解决了主轴颈和曲柄销压力润滑，提高了装置的机械效率。可用于所有的旋转/往复运动机械中，且无须地脚螺钉固定就能无震动地平稳地工作。

Description

本实用新型涉及一种可将旋转运动和往复运动进行互相转换的机构。

普通的单拐曲柄连杆机构中，由于往复运动质量的惯性力，使得往复运动机械不可避免地出现振动，为了减小这种有害的振动，一般用兰氏平衡法平衡。但兰氏平衡法平衡到二次往复惯性力时，其机构已经变得相当复杂了。

运用Kenjro ISHIDA教授提出的全平衡原理而设计的全平衡旋转／往复运动机构齿轮箱，完满地解决了振动平衡的问题。附件图5、6、7、8所示是1969年英国专利№1223237，是根据上述原理设计成的2种全平衡的内齿轮偏心盘旋转／往复运动装置。这两种装置中连杆的一头是原动机，另一头是能转动的偏心环，偏心距为L，支承在箱体上，能旋转的曲轴，以曲柄销的形式构成了环的转动轴。曲柄销距曲轴转动轴的距离等于L，曲轴能与偏心环配合起来以同样的角速度而互相向相反的方向转动，其效果使杆作直线往复运动。在这两种机构中，平衡的问题是解决了，但仍存在以下三个缺点：

1.）在这种装置中，曲轴必须做成可拆式，偏心盘和行星齿轮才可能装在曲柄销上，这样的曲轴刚性差，为保证曲轴的几何形状及位置精度，必须提高曲轴的制造精度，给加工带来困难。

2.）为保证偏心盘孔包过曲柄销，而偏心盘盘心与曲柄销中心相距为L，则偏心盘直径就须足够大，最小直径必须

D_min≥2〔（L＋ (d)/2 ）＋t〕（式中：L－偏心距，d－曲柄销直径，t－偏心盘径向允许的最薄厚度），不可能再比D_min小了，但偏心盘本身就是一个作往复运动的零件，它必然使往复运动的质量增大，随之而来的自转平衡块和公转平衡块的质量也大，整个装置的体积庞大，虽然平衡性可保证，但机构中另件相互间的作用力增大，摩擦力增大，O₁与O₂处的轴承负荷增大，致使机械效率降低。

3.）润滑油进入曲轴的曲柄销润滑滚针轴承处，润滑油易从两端泄漏；为保证下一级偏心盘轴承的润滑，必须在轴承的两端设置防止润滑油泄漏的密封件。另外，偏心盘是一个直径大、轴向短的形状，使其保油性差。

本实用新型的目的在于设计一种改进的全平衡旋转／往复运动装置，使其曲轴加工容易（不需过高的加工精度），安装方便；结构紧凑，减小体积，改善润滑，提高机构的机械效率。

本实用新型所设计的一种改进的全平衡旋转／往复运动装置，其结构如附图2所示，它包括：（一）箱体（34）、传动轴（3）及其上的两个传动齿轮（6、21）和与之相啮合的偏心孔齿轮（8）；（二）曲轴（13）及固接在曲轴主轴颈（16）上的行星小齿轮（10）；固定在曲柄臂（15）上的自转平衡块（18）和固定在偏心孔齿轮上的公转平衡块（19）；其特征在于：（三）曲轴（13）为整体结构，曲轴的两主轴颈（16）分别插入两偏心孔齿轮（8）的套孔中；两主轴颈上的行星小齿轮（10）与紧靠曲柄臂（15）布置的内齿圈（12）两两啮合；（四）内齿圈（12）的一端为内齿，另一端内孔中嵌有轴承（9）与齿圈结合成为一体。

包括上述结构的装置中，曲轴（13）为整体结构，这种整体式曲轴加工容易，安装方便，克服了可拆式曲轴要求加工精度过高的弊端。

该装置中的内齿圈（12）如图4和图5所示。一端是齿，另一端是与滚动轴承（9）外径同直径的内圆孔，将滚动轴承（9）嵌入或压入内齿圈中，使内齿圈与轴承结合成为一体。在轴承与内齿中间可以有台阶，也可以垫垫片，或在轴承与齿间留有缝隙，以保证滚动轴承（9）的正常运转。最好将内齿圈（12）做成双边卷出的卡瓦形式，利用这种双边卷出部分卡在箱体（34）上，用两个螺钉将半圆形盖压紧，轴承和齿圈都固紧了。并且将这种内齿圈（12）紧靠曲柄臂（15）布置，使整个装置结构紧凑。

与内齿圈（12）啮合的行星小齿轮（10）固接在曲轴的主轴颈（16）上，主轴颈插入偏心孔齿轮（8）的孔套（17）中，这样行星小齿轮（10）带动曲柄臂（15）作行星运动，这种用曲柄臂取代原机构中的偏心盘作行星运动是本发明的特点之一，这样就使往复运动质量大大减小，因而轴承负荷减小，使该装置的机械效率得以提高。由于往复运动质量减小，使两级平衡块（自转平衡块与公转平衡块）质量也随之减小，因而使整个装置的体积减小。

该装置由于上述结构的改进，使润滑油路也可以得到改进，较好的方式是在曲轴的曲柄销（14）和主轴颈（16）上沿轴心开有油道，偏心孔齿轮沿轴心也开有油道，轴心油道均由径向油道连通。这样油管接头（7）通过螺纹旋紧在端盖上，插入偏心孔齿轮的中心孔内，油道如图2中虚线所示，润滑油沿中心线O₁通至偏心孔中段，再垂直通到主轴颈，又经过主轴颈内的油道通至曲柄销（14），实现压力油润滑。这样，改善了主轴颈（16）和曲柄销（14）两处的润滑条件，克服了原机构润滑不良的弊端，减少了摩擦阻力，提高了机构的机械效率。

该装置中的两个传动齿轮（6）和（21）最好是同步可调的，其中齿轮（21）用键（20）与轴（3）固接，另一个齿轮（6）滑套在轴上，联接短轴（5）用键（4）与轴（3）固接，滑套齿轮（6）与短轴（5）由螺钉（2）压紧联接在一起，滑套齿轮（6）上有三个或四个长螺钉孔，沿旋转方向做成月牙形或者长形，齿轮（6）与短轴（5）可相对旋转一个角度，在这个相对转角范围内的任何位置都可由螺钉将它们压紧在一起，这样齿轮（21）与齿轮（6）通过调节，就可以达到同步传递的目的。

本实用新型所述的装置由于加工容易，安装方便，结构紧凑，体积小，润滑充分，机械效率高，往复运动部件（活塞或滑块）不受侧向力，也不会横向撞击缸壁或导轨，即震动小，因而可用于所有的旋转／往复运动机械中，如单缸内燃机、空压机、往复泵、缝纫机、剪草机、喷雾器、高速往复锯床等，配置了本实用新型所述的装置后，上述这类机器就可以不需固定，平放在一定的场所就能无震动地平稳地工作。

附图1、传动装置骨架示意图。

附图2、全平衡旋转往复运动装置装配俯视图。

附图3、全平衡旋转往复运动装置主视图。

附图4、内齿圈（12）的剖视图。

附图5、内齿圈（12）的主视图。

附图6、传动斜齿轮（6）的剖视图。

附图7、传动斜齿轮（6）的主视图。

附图8、往复式摩擦试验机总体布置图。

为了减小往复运动的振动，根据Kenjro ISHIDA教授的全平衡原理，在曲柄臂上固有自转平衡块（18），与曲柄销方向相对；齿轮（8）上固有公转平衡块（19），与偏心孔曲轴颈插入处相对。它们满足下列条件：

m₃·L＝m₃₀·R₃₀

（m₃＋m₂＋m₃₀）L＝m₃₉·R₃₉

式中：m₃——等效往复质量；

m₃₀——以O₂为轴除去平衡旋转质量之外的多余部分质量；

R₃₀——m₃₀质心到O₂的距离；

m₂——以O₁为轴未被平衡的旋转质量；

m₃₉——公转平衡块质量；

R₃₉——公转平衡块质心到O₁轴的距离。

下面是本实用新型的一个实施例，是将该装置用于高速往复式摩擦试验机上。

主电机（22）采用直流电动机，从300～3000转／分可调，通过2根A型三角皮带（24）将动力经皮带轮（23）和（1）传给本装置的输入轴（3），电机轴皮带轮（23）计算直径d₁＝123毫米输入轴端皮带轮（1）计算直径d₂＝165毫米，传动比为1.34。输入轴上的传动齿轮（6）和（21）为斜齿轮，齿数为45。与偏心孔齿轮啮合，齿数为67，传动比为1.488；总传动比i_总＝1.996传动斜齿轮（21）用键与轴（3）联接，齿轮（6）滑套在轴上，并开有四个沿旋转方向的月牙形螺钉孔，联接短轴（5）用键与输入轴（3）联接，用螺钉（2）穿过月牙形孔与齿轮（6）联接，齿轮（6）与短轴（5）之间沿旋转方向可调一个较小的角度，这样就保证了双边输入的同步性。

曲轴的主轴颈（16）套在偏心孔齿轮（8）的偏心孔中，曲轴上的行星小齿轮（10）与固定内齿圈（12）啮合，偏心孔距为27.5毫米，曲柄臂半径为27.5毫米，模数为2.5。故内齿圈分度园直径110毫米，行星小齿轮（10）分度园直径55毫米。内齿圈（12）的齿数是行星小齿轮齿数的两倍。当动力由传动轴（3）输入，经减速传动装置带的齿轮（8）转动，从而带动套在偏心孔中的曲轴颈（16）公转，曲轴颈上的行星小齿轮（10）又与内齿圈（12）啮合，使曲轴绕中心轴线O₁以等角速度ω公转的同时还以同样的角速度ω绕轴O₂作反向自转，这样，曲柄销就以4L为行程作往复直线运动，即连杆11带动下试件（30）在导轨（29）上作往复直线运动。这是将旋转运动转换成往复直线运动；若反过来，将连杆一头与内燃机活塞相连，则可将往复直线运动转换为旋转运动。

图8是上述往复摩擦式试验机总体布置图。它采用了本实用新型所称全平衡传动齿轮箱（34）及其如图2所述结构，将该装置置于机架（25）上，由测速电机（26）反馈电量进行控制，还配有油箱（27）油泵电机（28）。试验机工作时，上试件（31）固定在试验支架（32）上，并由上夹具体（33）支撑。

上述往复式摩擦磨损试验机，由于配置了本实用新型所述装置，与日本同类试验机（昭57－16336）相比，转速提高到1500转／分（日本为1200转／分），行程加长到110mm（日本为50mm），在高速（1500转／分）强载（试件比压120kgf／cm²）未装地脚螺钉条件下进行试验，震动仅在18微米以下。

Claims

1、一种改进的全平衡旋转/往复运动装置，包括：(一)箱体(34)传动轴(3)及其上的两个传动齿轮(6、21)和与之相啮合的偏心孔齿轮(8)；(二)曲轴(13)及固接在曲轴主轴颈(16)上的行星小齿轮(10)；固定在曲柄臂(15)上的自转平衡块(18)和固定在偏心孔齿轮上的公转平衡块(19)；其特征在于：(三)曲轴(13)为整体结构，曲轴的两主轴颈(16)分别插入两偏心孔齿轮(8)的套孔中；两主轴颈上的行星小齿轮(10)与紧靠曲柄臂(15)布置的内齿圈(12)两两啮合；(四)内齿圈(12)的一端为内齿，另一端内孔中嵌有轴承(9)与齿圈结合成为一体。

2、根据权利要求1所述的全平衡旋转／往复运动装置，其特征在于内齿圈（12）做成双边卷出的卡瓦形式，利用双边卷出将内齿圈卡在箱体（34）上。

3、根据权利要求1或2所述的全平衡旋转／往复运动装置，其特征在于曲轴的曲柄销和主轴颈沿轴心开有油道，偏心孔齿轮沿轴心也开有油道，轴心油道均由径向油道连通。

4、根据权利要求1所述的全平衡旋转／往复运动装置，其特征在于所述的传动齿轮（6、21）是可调的，齿轮（21）用键（20）与轴（3）固接，齿轮（6）滑套在轴上，联接短轴（5）用键（4）与轴（3）固接，齿轮（6）上有长螺钉孔，使其在一定角度内可调。