CN101672348A - 一种将往复、摆动转换为单向旋转的传动装置 - Google Patents

Abstract

一种将往复、摆动转换为单向旋转的传动装置，这个传动装置是一种刚体机构，由机箱、传动轴、固定齿轮、超越离合器齿轮组成，采用齿轮传动。该装置以五个齿轮组合为最佳实施方式，包括机箱1，轴7、轴8和轴9，轮2、轮3、轮4、轮5和轮6。机箱1起固定和支撑作用，轴7和轴9为动力输入轴，轴8为动力输出轴，轮2、轮3和轮5是固定齿轮；轮4和轮6是超越离合器齿轮，安装时内轮锁定外轮的方向相同。该装置具有动力输入适应性强、动力输出独立、可适应不同的输入输出比、自身逆止等性能。可广泛应用于机械行业，改造内燃机，开发新能源，特别适用于开发自然界中不规则运动的新能源。

Description

一种将往复、摆动转换为单向旋转的传动装置

技术领域

本发明属于一种传动装置。从运动方向转换的角度，提出一个将往复直线运动(往复)、往复圆周运动(摆动)转换为单向圆周运动(单向旋转)的传动装置。该传动装置不限制往复、摆动输入动力的行程，可以将规则的和不规则的直线往复运动、摆动转换为单向圆周运动，可广泛适用于内燃机改造、收集自然界不规则运动能源等方面。

背景技术

在应用广泛的发动机中，不管是外燃机还是内燃机，自18世纪末瓦特将曲柄连杆机构应用到蒸汽机上，到目前为止，曲柄连杆机构仍然是将往复直线运动转换为单向圆周运动的核心机构。该机构将活塞的直线往复转换为单向圆周运动，以此来带动车轮、发电机转子、螺旋浆等机构产生同方向的圆周运动，实现汽车奔驰、机组发电和轮船航行等功能。可以说，曲柄连杆机构在发动机中的成功和广泛应用，为第一次和第二次工业革命带来了蓬勃生机，为人类社会的发展立下了不朽的功勋。

但是，曲柄连杆机构从诞生之日就存在着先天的原理性缺陷：第一是直线运动必须是往复的，行程是固定的；第二是往复掉头时有死点位置；第三是活塞的高速往复和曲轴的高速转动带来的一系列复杂的受力和振动问题。这些缺陷导致曲柄连杆机构的应用范围受到局限，特别是在开发新能源方面无所作为。

多少年来，人们一直在努力寻找替换曲柄连杆机构的传动装置。一部分人从改造整个发动机的思路出发，相继发明了转子式发动机、班克记忆合金式发动机、浮标式空气透平机等各种往复发动机，并取得了一定的成功。一部分人从运动方向转换的角度出发，相继提出了多种旋转运动和往复运动的互相转换的传动装置，比如专利申请(专利)号：99121406.4，提出一种直线与圆周运动互相转换的新型机构；比如申请(专利)号：93239165.6，提出一种用于内燃机的往复直线运动与圆周运动相互转换的装置。申请(专利)号：01202356.6，提出主动轴摆动变为被动轴单向旋转的传动机构。

但是这些装置在往复变回转的机构问题上，并没有真正解决，也没有找到理想的通用刚体机构，以致成为世界性的一道司空见惯的难题。本发明找到了这个刚体机构，并且简单易做，稳定可靠，填补了这一空白。

发明内容

为了克服曲柄连杆机构的缺陷，以改造发动机和开发自然界中不规则运动的新能源为目的，摆脱传统思维的约束，把运动转换方向作为研究和改造的对象，利用超越离合器性能和奇数齿轮组合空间动力传递变向原理，发明了将往复直线运动(往复)、往复圆周运动(摆动)转换为单向圆周运动(单向旋转)的传动装置。

首先，本发明利用了超越离合器单向动力传递的性能，在一根轴上获得两个不同的转速。其次，根据齿轮啮合传递动力方向相反的特点，以奇数个齿轮组合，按照三维空间布置两条动力传递线路。第三，保证两条传递线路中的一条能够利用单向传递性能传递动力，另一条则是利用单向传递性能切断动力。

本发明的传动装置是一种刚体机构，由机箱、传动轴、固定齿轮、超越离合器齿轮组成，采用齿轮传动。

本发明最佳实施方式为五个齿轮组合传动装置，参见本说明书中“具体实施方式”。

本发明的传动装置有以下几个优点：

1)将往复直线运动、往复圆周运动转换为单向圆周运动。在动力输入侧，如将其中一根动力输入轴上固定一个摇柄，摇柄左右转动，动力输出轴都将输出单向的圆周运动；如果固定一个齿轮，在齿轮上再啮合一个直齿，直齿的往复直线运动将带动齿轮转动，同样，动力输出轴能够输出单向的圆周运动。

2)对输入的运动行程没有限制，解决了曲柄连杆机构限制行程的问题。可以看出，上述摇柄转动的行程和直齿运动的行程都不受限制，且同样实现输出单向的圆周运动。

3)这个传动装置是一个基于齿轮传递的刚体机构，受力简单明确，结构稳定可靠，传动效率高；本机构以齿轮和超越离合器高技术的发展为依托，具备了两者的强大技术优势。

4)动力输入适应性强，能够将规则和不规则的运动转换为规则运动，特别是对于开发自然界不规则运动的新能源提供了广阔的新天地。我们知道，煤和石油的燃烧可以通过各种方式调节，使其按照设计的燃烧过程控制输入。但是，自然界中的很多能量是不规则的运动，比如海浪、风、潮汐、温差水等，通过该传动装置就可以将这些能源进行充分的开发和利用。

5)以小变大、以慢变快，适应开发需要。利用杠杆原理，较小的力可以获得较大的输出，在动力输入轮上固定一根长杆，在杆的端部输入较小的力，就可以在动力输出轴上获得较大的输出力；调整输出轮和超越离合器齿轮的传动比，可以获得不同的输出转速。

6)动力独立输出，输出方向稳定不变，不干涉动力输入机构运动，提高了动力输出的效率。这一点是区别于内燃机中曲柄连杆机构的最大特点，内燃机中，飞轮、曲轴、连杆和活塞是一个整体，活塞带动曲轴旋转并带动飞轮一起旋转；相反，飞轮旋转时，曲轴、活塞也得一起旋转。但在本机构中，如果在动力输出轴上固定一个飞轮，当飞轮依靠惯性单向旋转时，飞轮仅能带动动力输出轴和超越离合器的外齿转动，动力输入轴和第一排齿轮则不受影响。

7)超越离合器技术的发展是制约本机构发展的唯一瓶颈。从机构的动力输入过程可以看出，超越离合齿轮的内轮和外轮存在高速的转动，技术研发中需要进行慎重对待。但是，这个相对速度是可以通过减小动力输出轮的直径来降低，是可以解决的。

8)自身逆止性能。动力输出轴只能按照规定的方向单向转动，当其反向转动时，第一排两个啮合齿轮转向相反，起到逆止作用。

本发明是利用已有机构组合而成的新的技术方案，主要使用了固定齿轮和超越离合器齿轮两种构件。目前，齿轮传动的圆周速度可达300m/s，传递功率可达10⁵kW，齿轮直径可从1mm到150m以上。其传动比准确，工作平稳，传动效率高，一般可以达到95％以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到99％；传递功率范围广，可以从仪表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动；速度范围大，齿轮的圆周速度可以从0.1m/s达到200m/s或更高；转速可以从1r/min到20000r/min或更高；结构紧凑、维护简便和使用寿命长。超越离合器是利用牙的啮合、棘轮-棘爪的啮合或滚柱、楔块的楔紧作用单向传递运动或扭矩的离合器，目前发展较多的是滚柱式、楔块式和非接触式单向离合器。该离合器以承载能力大，自锁可靠，反向解脱轻便，结构紧凑，操作方便，在机械传动中得到广泛的应用。

超越离合器齿轮则是在超越离合器的外轮上制造传动齿，其外形同自行车的飞轮，其不同之处是超越离合器齿轮为齿轮传动，自行车飞轮为链传动。

从固定齿轮和超越离合器的特点可以看出，本发明的传动装置的制造规格范围很大，最大的可以带动万吨巨轮。

综上所述，本发明使运动的转换方式有了革命性的突破，为改造以内燃机为首的往复式发动机奠定了基础，为发现新型的发动机奠定了基础，为新能源开发奠定了基础，特别是用于开发自然界中不规则运动的新能源。

附图说明

图1为五个齿轮组合传动装置的平面布置图；

图2为五个齿轮组合传动装置的立视图；

图3为五个齿轮组合传动装置的侧视图；

图4为五个齿轮组合传动装置的顺时针方向动力输入传递图；

图5为五个齿轮组合传动装置的逆时针方向动力输入传递图。

具体实施方式

本发明的最佳实施方式为五个齿轮组合传动装置，结构布置如图1、图2和图3所示。该传动装置的构造包括：机箱1，轴7、轴8和轴9，轮2、轮3、轮4、轮5、轮6。机箱1起固定和支撑作用，轴7和轴9为动力输入轴，轴8为动力输出轴，轮2、轮3和轮5是固定齿轮；轮4和轮6是超越离合器齿轮，安装时内轮锁定外轮的方向相同，本实施例中为内轮锁定外轮均为逆时针方向。

轴7和轴9支撑在机箱1的三道壁板上，轴8支撑在机箱1上部的两道壁板上。轮2和轮4固定在轴7上，轮3和轮6固定在轴9上；轮5固定在轴8上。轮2和轮3相互啮合，轮4、轮5和轮6相互啮合。可以看出，本机构中一共五个齿轮，所以称为五个齿轮组合传动装置。

图4为五个齿轮组合传动装置的顺时针方向动力输入传递图；图中动力输入轴为轴7，动力输出轴为轴8。轴7的动力传递到轴8有两条线路，一条是动力传递线，沿轴7、轮2、轮3、轴9、轮6的内轮、轮6的外轮、轮5直到轴8。具体传递为，轴7顺时针转动，带动轮2顺时针转动，轮2啮合轮3逆时针转动，轮3带动轴9逆时针转动，轴9带动轮6的内轮逆时针转动，当轮6的内轮转速大于外轮转速时，轮6的内轮锁住外轮，带动外轮逆时针转动，轮6的外轮啮合轮5顺时针转动，轮5带动轴8顺时针转动，顺时针方向输出动力。另一条是动力切断线，沿轴7传到轮4的内轮。具体传递为，轴7顺时针转动，带动轮4的内轮顺时针转动，此时轮4的内轮与外轮解脱，动力传递被切断。而轮5啮合轮4的外轮逆时针转动，

图5为五个齿轮组合传动装置的逆时针方向动力输入传递图；图中动力输入轴为轴7，动力输出轴为轴8。此时动力传递也有两条线路，一条是动力传递线，沿轴7、轮4的内轮、轮4的外轮、轮5传到轴8。具体传递为，轴7逆时针转动，带动轮4的内轮逆时针转动，当轮4的内轮转速大于外轮转速时，轮4的内轮锁住外轮，带动外轮逆时针转动，轮4的外轮啮合轮5作顺时针转动，轮5带动轴8顺时针转动，顺时针方向输出动力。另一条是动力切断线，沿轴7、轮2、轮3、轴9、轮6的内轮传递。具体传递为，轴7逆时针转动，带动轮2逆时针转动，轮2啮合轮3顺时针转动，轮3带动轴9顺时针转动，轴9带动轮6的内轮顺时针转动，此时轮6的内轮与外轮解脱，动力传递被切断。而轮5啮合轮6的外轮逆时针转动。

可以看出，动力从轴7传递到轴8的过程中，无论轴7的传递方向如何，总可以通过两条传递线路的其中一条传递动力，而另一条线路利用超越离合器的性能切断了动力传递，使得动力可以源源不断的从轴8输出。

上述五个齿轮组合传动装置的实施方式是针对本发明最佳的实施方案，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明“利用超越离合器性能和奇数齿轮组合空间动力传递变向原理”所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利保护范围之中。

Claims (4)

1.一种将往复、摆动转换为单向旋转的传动装置，该传动装置是一种刚体机构，由机箱、传动轴、固定齿轮、超越离合器齿轮组成，采用齿轮传动。该装置以五个齿轮组合为最佳实施方式，包括机箱1，轴7、轴8和轴9，轮2、轮3、轮4、轮5和轮6。机箱1起固定和支撑作用，轴7和轴9为动力输入轴，轴8为动力输出轴，轮2、轮3和轮5是固定齿轮；轮4和轮6是超越离合器齿轮，安装时内轮锁定外轮的方向相同。

2.根据权利要求1所述的五个齿轮组合的传动装置，其特征在于：当轮4和轮6安装时同为逆时针方向锁定，则轴8输出动力为顺时针方向；当轮4和轮6安装时同为顺时针方向锁定，则轴8输出动力为逆时针方向。

3.根据权利要求1所述的五个齿轮组合的传动装置，其特征在于：在轴7上安装输入齿轮啮合直齿，通过直齿获得往复动力输入；在轴7上安装摇柄，可以获得摆动动力输入。在轴8上安装飞轮，可以储能并获得单向旋转动力输出。

4.根据权利要求1所述的五个齿轮组合的传动装置，其特征在于：通过调节轮4、轮5和轮6的直径比值以增加或降低输出轴的转速。

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