CN112970451B - 一种电动修枝机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动修枝机，包括电动机(12)、摆动轴承(13)和锯(14、15)，还包括平衡部件，该平衡部件和锯沿着平行方向做相同频率振动，但二者振动相位相差180°，从而，平衡部件的反相振动部分地或全部地抵消了锯的振动。另外，将修枝机中的摆动轴承设置在电动机上侧，使得修枝机的转动杆位于电动机和锯杆之间，这样摆动轴承更靠近了锯杆，缩短了摆动轴承的摆动杆的长度，使得各个部件布局更紧凑，缩小了修枝机的体积。

Description

一种电动修枝机
技术领域
本发明涉及一种修剪工具，具体地说，涉及一种电动修枝机。
背景技术
电动修枝机是用来修剪灌木或其他树木、美化环境的便利的工具。图1示出了一种现有技术的电动修枝机，该电动修枝机包括：手柄、主体部分和锯。该主体部分包括：壳体11，以及布置在壳体11中的电动机12、摆动轴承(wobble bearing)13。锯(14、15)从壳体11内延伸到壳体11外。其中，锯包括锯片14和锯杆15两部分，柱状的锯杆15设置于修枝机壳体11内，锯片14的末端固定到锯杆15前端。锯片14从锯杆15前端向前延伸出修枝机壳体11。电动机12在接通电源时，电动机输出轴转动，并通过传动机构(在图1中示例性地示出了相互啮合的两个齿轮)驱动摆动轴承13运动。摆动轴承13齿将电动机输出轴的旋转运动转换为直线往复运动。摆动轴承13包括转动杆16、关节部和从关节部的外表面向外延伸的摆动杆17，摆动杆17通过该关节部与转动杆16耦合。转动杆16上固定有齿轮，该齿轮与电动机12的输出轴上的齿轮啮合，将电动机12的输出轴的转动传递到转动杆16，使得转动杆16也相应地转动。通过该关节部与转动杆16耦合的摆动杆17随着转动杆16的转动而往复摆动。摆动杆17的球状远端可转动地耦接到锯杆15，摆动杆17的往复摆动驱动锯杆15(从而驱动锯片14)沿着锯杆15的轴向做往复直线运动，即，振动，由此使用锯片14来剪切树叶、树枝等。
由以上电动修枝机的工作原理可以知道，修枝机在工作时，锯会产生很大振动。操作人员在手持电动修枝机修剪灌木等时，修枝机的大幅振动使得操作人员不易控制修枝机修剪灌木或锯木头时的运行方向，另外，容易对操作人员的臂部骨骼和关节造成一定伤害，并且，长时间的振动，使人的肌肉产生疲劳，从而缩短操作人员的工作时间。
因此，需要一种改进的减小振动的修枝机。
另外，也需要一种具有缩小的体积的修枝机，以便于携带，并且存放在仓库、工具箱中时，占据更小的空间。
发明内容
本发明的发明人针对现有修枝机的以上缺陷做出了本发明。
根据本发明的一个方面，在电动修枝机中增加了平衡部件，该平衡部件和锯沿着平行方向做相同频率振动，但二者振动相位相差180°，从而，平衡部件的反相振动部分地或全部地抵消了锯的振动。
根据本发明的另一方面，将修枝机中的摆动轴承设置在电动机上侧，使得修枝机的转动杆位于电动机和锯杆之间，这样摆动轴承更靠近了锯杆，缩短了摆动轴承的摆动杆的长度，使得各个部件布局更紧凑，缩小了修枝机的体积。
根据本发明的一个实施例，提供了一种电动修枝机，包括电动机(12)、摆动轴承(13)和锯(14、15)，其中，摆动轴承(13)包括转动杆(16)和摆动杆(17)，所述电动机(12)能够通过传动机构驱动所述转动杆(16)转动，并进而带动所述摆动杆(17)在平面内进行往复摆动，从而驱动所述锯(14、15)做直线振动；还包括平衡部件(21)，该平衡部件(21)包括轨道(21-2)、滑块(21-3)和与滑块固定安装在一起的突起(21-1)，该突起(21-1)从滑块(21-3)的表面突出，所述轨道(21-2)限制滑块(21-3)和突起(21-1)的运动，使得滑块(21-3)和突起(21-1)沿着该轨道(21-2)在与所述锯的运动方向平行的方向做线性运动；其中，在所述转动杆(16)的外表面形成有环状的凹槽(16-1)，该环状的凹槽(16-1)相对于转动杆(16)倾斜地形成；所述平衡部件(21)布置为临近所述转动杆(16)，使得所述突起(21-1)***到所述凹槽(16-1)中，在所述电动机(12)的驱动下，当所述转动杆(16)转动时，凹槽(16-1)的壁推动所述突起(21-1)，使得滑块(21-3)和突起(21-1)沿着所述轨道(21-2)做直线振动；其中，所述滑块(21-3)的振动频率和所述锯(14、15)的振动频率相同，所述滑块(21-3)的振动相位和所述锯(14、15)的振动相位相差180°。
根据本发明的另一优选实施例，提供了一种电动修枝机，其中，所述锯(14、15)布置在所述电动机(12)的上侧，所述平衡部件(21)和所述摆动轴承(13)也布置在所述电动机(12)的上侧，使得所述平衡部件(21)和所述摆动轴承(13)的转动杆(16)位于所述锯(14、15)和所述电动机(12)之间。
根据本发明的另一优选实施例，提供了一种电动修枝机，其中，滑块(21-3)和突起(21-1)的总质量为M1，所述锯的质量为M2；滑块(21-3)振动的幅度为d1，锯振动的幅度为d2，其中，满足如下关系：
M1<M2；
d1>d2。
根据本发明的另一优选实施例，提供了一种电动修枝机，其中，满足如下关系：
M1*d1＝M2*d2 (1)。
附图说明
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，附图中：
图1是现有技术的修枝机的一个示例的剖视图；
图2是根据本发明一个实施例的修枝机的一个示例的剖视图；
图3A是从图2抽取的与本发明直接相关的部分部件的正视图；
图3B是从后侧方观察图3A所示各部件的透视图；
图4是将图3B中各个部件沿Y方向分离后的分解透视图；
图5是摆动轴承和平衡部件的底侧透视图；
图6是摆动轴承的上侧透视图；
图7A是摆动轴承的转动杆处于相位0°时相关部件的位置的示意图；
图7B是摆动轴承的转动杆处于相位180°时相关部件的位置的示意图；
图8示出了对现有技术的修枝机和根据本发明一个实施例的修枝机的振动幅度的实测结果；
图9示出了根据本发明又一实施例的修枝机的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例并结合附图，对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出根据本发明一个实施例的修枝机的一个示例的剖视图。图2所示的修枝机相对于现有技术的修枝机做了一些改进。首先，与图1所示现有技术示例不同的是，该实施例的摆动轴承13的位置向上移动到了电动机12的大致的上方(在图3所示的抽取出的若干部件的示意图中能够更清楚地看到)，摆动轴承13的转动杆16靠近电动机12，位于电动机12的正上方。这种布置使得摆动轴承13更接近锯杆15，缩短了摆动杆17的长度，也使壳体11内部各个部件布置得更紧凑。另外，修枝机中增加了振动抑制机制。现有技术中修枝机的振动是锯沿其纵向往复振动引起的。为了平抑锯的这种振动，本发明的发明人设计了一种机制，采用平衡部件，使得当锯振动时，平衡部件和锯同步但反相地振动，从而使得修枝机整体上的振动幅度减小。下面详细介绍这种振动抑制机制。
为了清楚起见，从图2抽取出与本发明相关的一些部件，去掉了与这里要介绍的内容无直接关系的部件，将这些部件的正视图显示在图3A中。
参见图2和图3A，该实施例的修枝机还包括平衡部件21，平衡部件上具有突起21-1。另外，摆动轴承13的转动杆16的表面上设置有凹槽16-1，平衡部件上的突起21-1***到凹槽16-1中。凹槽16-1形成为环绕在转动杆16的外表面上，呈倾斜状的环(图5、6的放大图更清楚地示出了凹槽16-1)。凹槽16-1的横截面可以是，但不限于，半圆形，与之相应，突起21-1的端部的横截面是与之相同的形状，使得突起21-1的端部刚好能***到凹槽16-1中。当凹槽16-1随着转动杆16旋转而转动时，凹槽16-1的壁对***到凹槽16-1中的突起21-1施加推力，从而驱动平衡部件21沿着转动杆16的轴向(即，X方向)做线性往复运动。
在图3A中，抽取出的这些部件相互耦合在一起。图3B示出了从右侧方角度观看图3A中耦合在一起的各个部件的透视图。图4示出了图3B中各个部件相互分离的状态，更清楚地显示各个独立部件。
再次参见图3A、图3B以及图4，电动机12的输出轴上固定有一个齿轮12-2，摆动轴承13的转动杆16上固定有另一个齿轮16-2，这两个齿轮作为传动机构而相互啮合。电动机12的输出轴转动时，通过上述相互啮合的两个齿轮带动摆动轴承13的转动杆16转动，并进而带动摆动轴承13的摆动杆17在图3A的画面平面中往复摆动。由于摆动杆17的球状末端可转动地耦接到锯杆15上，因而，摆动杆17的摆动驱动锯(包括锯杆15和锯片14)沿水平方向(即X方向)振动。
此外，图3A和3B所示实施例的转动杆16的外表面上加工有凹槽16-1，图3A示出了位于转动杆16前侧表面上的一段凹槽16-1，该段凹槽16-1呈螺旋形布置在转动杆16的前侧表面，也就是说，凹槽16-1从转动杆16的最顶部沿着转动杆16的前侧外表面螺旋地延伸到转动杆16的最底部。其中，转动杆16的所述最顶部是指，在圆柱状转动杆16处于水平走向(X方向)时，转动杆16圆柱形外表面上处于最高位置上的水平延伸的直线，所述最底部是水平走向的转动杆16的圆柱状外表面的最低位置处的水平延伸的直线。另一方面，在转动杆16后侧表面上设置有另外一段螺旋状凹槽16-1，和前侧表面的一段凹槽16-1镜像对称，两段凹槽16-1首尾相接，形成嵌套在转动杆16外表面上的一个封闭的环。该封闭的环倾斜地形成在转动杆16外表面。
图6从斜上方的角度示出了摆动轴承13。在图6中可以看到转动杆16前侧和后侧的两段凹槽16-1在转动杆16的最顶部平滑地连接在一起。虽然图6没有示出，但可以理解，在转动杆16的最底部前侧和后侧的两段凹槽16-1同样平滑地连接在一起。转动杆16外表面上这一封闭的环可以通过机械加工的方式加工形成。
另外需要注意的是，随着转动杆16的转动，两段凹槽16-1的最初位于转动杆16的最顶部的连接点会逐渐地转动到转动杆16的最底部，同时，最初位于转动杆16的最底部的连接点会逐渐地转动到转动杆16的最顶部。换言之，随着转动杆16的转动，呈封闭环形的凹槽16-1的每个部分(或凹槽16-1上的每个点，如果将凹槽16-1近似看作一条线状环的话)轮流地转动到转动杆16的最顶部，又轮流地转动到转动杆16的最底部，如此往复。
图3A、3B、4所示实施例还包括平衡部件21，该平衡部件21优选布置转动杆16的上侧，在转动杆16和锯之间的位置。平衡部件21在转动杆16的驱动下能够随着锯的振动进行反相振动，从而平抑锯杆15和锯片14的振动引起的整个电动修枝机的振动。
图5是从下侧方观察的平衡部件21和摆动轴承的放大透视图，更清楚地示出了平衡部件21的组成以及平衡部件21的突起21-1和凹槽16-1的位置关系。
参见图5，平衡部件21包括突起21-1、轨道21-2和滑块21-3。轨道21-2固定安装在壳体11中，轨道21-2相对于摆动轴承13的位置固定不变。轨道21-2具有内腔，滑块21-3的横截面尺寸和形状与轨道21-2的内腔的横截面尺寸和形状相匹配，使得滑块21-3能够在轨道21-2的内腔中沿着一个方向(在实施例中是X方向)往复滑动，并且轨道21-2内腔的壁限制滑块21-3不能在其他方向的移动。突起21-1固定在滑块21-3的下表面，从滑块21-3的下表面突起，并穿过轨道21-2在下表面上的开口。突起21-1从滑块21-3下表面突起的高度大于轨道21-2底壁的厚度，使得滑块21-3能够在转动杆16的最顶部***到转动杆16上的凹槽16-1中。
在上述实施例中，轨道21-2大体呈两端开口并且底部也具有开口的箱体形状，但本发明不限于此，轨道21-2也可以是其他形状，只要轨道21-2能够限制滑块21-3沿着与锯的移动方向(X方向)平行地线性移动。
在图5中，为了展示得更清楚，使平衡部件21和摆动轴承13处于分离的状态。可以理解，将平衡部件21向下移动就使得突起21-1在转动杆16的最顶部***到转动杆16上的凹槽16-1中。在突起21-1***到转动杆16上的凹槽16-1中的情况下，转动杆16的转动，使得凹槽16-1的壁推动突起21-1移动。如上所述，平衡部件21的轨道21-2固定安装在壳体11中，相对于转动杆16不动，在凹槽16-1的壁的推动下，突起21-1和滑块21-3一起沿着水平方向(X方向)做线性往复运动。
本领域技术人员容易理解，转动杆16旋转一周，突起21-1和滑块21-3往复运动一个周期，同时，摆动轴承13的摆动杆17也摆动一个周期。摆动杆17的球状末端13-1与锯杆15可转动第耦接在一起。在摆动杆17的驱动下，锯(锯杆15和锯片14)也往复运动一个周期。可见，平衡部件21的振动周期和锯的振动周期是相同的。
图7A、7B分别示出了当转动杆16的相位为0°和相位为180°(即，旋转的半周)时，锯以及突起21-1和滑块21-3相应的位置变化。为了清楚起见，在图中将锯、平衡部件21和摆动轴承13在垂直向(即Y方向)分离开，并且图中去掉了平衡部件21的轨道21-2以及摆动轴承13上的齿轮。
参见图7A，当转动杆16的相位为0°时，如前所述的倾斜布置的环状的凹槽16-1的最左端的点(即，前述两段对称布置的两段凹槽16-1的一个连接点)位于转动杆16最顶部的K1点，倾斜布置的环状的凹槽16-1的最右端的点(即，前述两段凹槽16-1的另一个连接点)位于转动杆16最底部。如前所述，突起21-1在转动杆16的最顶部***到凹槽16-1中，所以，突起21-1的位置与凹槽16-1的处于转动杆16的最顶部的点的位置相同。可见，当转动杆16的相位为0°时，突起21-1的水平方向的位置也位于点K1。同时，摆动轴承13的摆动杆17摆动到最右端的位置，使得锯随着摆动杆17移动到最右端的N1位置。
当转动杆16转动半周，相位为180°时，参见图7B，原来在相位为0°时处于转动杆16最底部的凹槽16-1的最右侧的点转动到转动杆16最顶部的K2点。相应地，突起21-1也由K1点移动到K2点。同时，摆动杆17摆动到最左端的位置，带动锯向左移动到最左端的N2的位置。
总之，随着摆动轴承13的运动，突起21-1以及和突起21-1固定在一起的滑块21-3在K1和K2之间在X方向线性往复运动，锯在N1和N2之间做线性往复运动。滑块21-3(以及突起21-1)与锯的运动方向总是相反的。滑块21-3以及突起21-1的振动与锯的振动频率相同，相位相反(相差180°)，由此降低修枝机的总体振动。
在上述实施方式中，通过转动杆16、其上的凹槽16-1和平衡部件21上的突起21-3将平衡部件21和摆动杆17相关联，使得平衡部件21的滑块21-3和摆动杆17的耦接锯杆15的一端做反相运动。但是本发明不局限于此。应当理解，平衡部件和摆动杆可以以任何其他的方式相关联。例如，可以设想，在转动杆16上不设置凹槽16-1，在平衡部件21上不设置突起21-3，而是将平衡部件21的滑块21-2的侧面和摆动杆17的与耦接到锯杆15的一端13-1相对的另一端13-2上的突起(未示出)通过合适的连杆机构(未示出)耦合在一起，将该另一端的摆动运动通过连接机构传送为滑块21-3在轨道21-2中的往复直线运动；由于摆动杆17的该另一端13-2上的所示突起与其耦接锯杆15的一端13-1的运动是反相的，以此种方式相关联的滑块21-3也和摆动杆17的耦接锯杆15的一端13-1做反相运动，从而与所述锯(14、15)做反相运动，从而达到降低修枝机的总体振动的效果。
再例如，可以设想，不在转动杆16上设置凹槽16-1，不在平衡部件21上不设置突起21-3，也不在滑块和摆动杆之间设置连杆机构，而是在平衡部件21和转动杆16上固定的齿轮16-2之间设置传动机构(例如齿轮组)，将该转动杆16上固定的齿轮16-2的旋转运动传递为滑块21-3在轨道21-2中的往复直线运动。
在上述实施方式中，平衡部件21包括轨道(21-2)和能够在所述轨道(21-2)中做直线运动的滑块(21-3)。但是本发明不局限于此。可以理解，平衡部件21可以是其他构造。例如，平衡部件21可以仅仅是一块配重，设置在摆动杆17的与耦接锯杆15的一端13-1相对的另一端13-2，用于平衡所述摆动杆17和所述锯，由此降低所述修枝机的总体振动。
图7A和7B显示了K1和K2之间的距离为d1，也就是说滑块21-3(以及突起21-1)在距离d1的范围振动。图7A和7B还显示了N1和N2之间的距离为d2，也就是说锯在距离d2的范围振动。图7A和7B中示出的距离d1和d2是示意性的，不意在限定d2>d1。
假设滑块21-3和突起21-1的总质量为M1，锯(锯杆15和锯片14)的总质量为M2。在优选实施例中，优选d1>d2，M1<M2。将M1选择为小于锯的质量M2，有利于减轻整个修枝机的重量。
在另一优选实施例中，M1、M2、d1和d2大致满足以下关系：
M1*d1＝M2*d2 (1)
在满足公式(1)的条件下，滑块21-3和突起21-1在往复运动时的动量大致等于锯在振动时的动量，但二者方向相反，由此，滑块21-3和突起21-1的振动最大程度地抵消了锯的振动。
为了实际检测本发明的修枝机的减振效果，本文对本发明的修枝机和现有技术的修枝机的振动幅度做了实际测量，将测量结果对比可以看到本发明在减振效果上的明显提高。实测时，作为对比例的修枝机是现有技术的修枝机，其中没有安装平衡部件；另一方面，按照本发明的一个实施例改进的修枝机是在上述现有技术的X1型修枝机中安装了重量为1.1公斤的平衡部件。测量了根据本发明改进的修枝机和现有技术修枝机在锯松木时手柄处的振动加速度幅值(单位，m/s2)。图8示出了实测结果，图8的纵轴是实测的振动(加速度)幅度，横轴代表所锯的松木的不同直径。由图8可以看到，对于各种直径的松木，按照本发明改进的修枝机的振动幅度相较于现有技术的修枝机都大约减小了50％。
图9是本发明又一实施例的修枝机的主体部分的剖视图。该实施例与图2、3所示实施例的差别在于，图2、3所示实施例中，电动机12的转动轴与转动杆16平行(即，二者夹角为0)；在图9所示实施例中，电动机12沿逆时针方向转动了α角，这样，电动机12的转动轴的轴线和摆动轴承13的转动杆16的轴线形成α角，α角为锐角，从而使得修枝机内部结构更紧凑，修枝机整体体积更小。α角的范围为0.5-20度，1-15度，2-10度，2-8度，2-6度，3-5度，优选3度。
在以上的各个实施例中，摆动轴承13的转动杆16和平衡部件21布置在锯和电动机12之间，但本发明不限于此，转动杆16和平衡部件21也可以布置在其他部位，例如，转动杆16和平衡部件21布置在电动机12下方。但是，将转动杆16和平衡部件21布置在锯和电动机12之间是优选的。
在以上的各个实施例中，传动机构包括两个齿轮，即，电动机12转动轴上的齿轮12-2，和摆动轴承13的转动杆16上的齿轮，两个相互啮合，从而将电动机12转动轴的转动传递到转动杆16，使得转动杆16也进行转动。本发明不限于此，在另外的实施例中，传动机构可以包括第三齿轮，该第三齿轮分别与电动机12转动轴上的齿轮12-2以及转动杆16上的齿轮啮合，从而将电动机12转动轴的转动传递到转动杆16。在其他的实施例中，传动机构可以包括更多齿轮，安装本领域技术人员理解的方式相互啮合，起到动力传递的效果。在其他的实施例中，可以通过传动带或任何其他合适的传动机构进行传动。
此外，还可以设想转动杆16可以发动机12的输出轴的延伸或者是输出轴的一部分，在此情况下，可以不设置上述实施例中的两个传动齿轮。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明的范围的情况下，还可以对本发明进行各种变化及同等替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (9)

1.一种电动修枝机，包括电动机(12)、摆动轴承(13)和锯(14、15)，其中，所述摆动轴承(13)包括转动杆(16)和摆动杆(17)，所述电动机(12)能够通过传动机构驱动所述转动杆(16)转动，并进而带动所述摆动杆(17)在平面内进行往复摆动，从而驱动所述锯(14、15)做直线振动，其特征在于：
所述电动修枝机还包括平衡部件(21)，该平衡部件(21)包括与所述锯做反相振动的部分，用于平衡所述摆动杆和所述锯，由此降低所述修枝机的总体振动。
2.如权利要求1所述的电动修枝机，其特征在于，所述平衡部件(21)还包括轨道(21-2)，其中，与所述锯做反相振动的部分包括能够在所述轨道(21-2)中做直线运动的滑块(21-3)，所述平衡部件(21)和所述摆动杆(17)相关联，使得所述滑块(21-3)沿着所述轨道(21-2)以与所述锯(14、15)的直线振动相反的相位做直线振动。
3.如权利要求2所述的电动修枝机，其特征在于，所述平衡部件(21)还包括与所述滑块(21-3)固定安装在一起的突起(21-1)，该突起(21-1)从所述滑块(21-3)的表面突出；
在所述转动杆(16)的外表面形成有环状的凹槽(16-1)，该凹槽(16-1)相对于所述转动杆(16)倾斜地形成；
所述平衡部件(21)布置为临近所述转动杆(16)，使得所述突起(21-1)***到所述凹槽(16-1)中，在所述电动机(12)的驱动下，当所述转动杆(16)转动时，所述凹槽(16-1)的壁推动所述突起(21-1)，使得所述滑块(21-3)和所述突起(21-1)沿着所述轨道(21-2)做直线振动。
4.如权利要求2或3中任何一项所述的电动修枝机，其中，所述锯(14、15)布置在所述电动机(12)的上侧，所述平衡部件(21)和所述摆动轴承(13)布置在所述电动机(12)的下侧。
5.如权利要求2或3所述的电动修枝机，其中，所述锯(14、15)布置在所述电动机(12)的上侧，所述平衡部件(21)和所述摆动轴承(13)也布置在所述电动机(12)的上侧，使得所述平衡部件(21)和所述摆动轴承(13)的转动杆(16)位于所述锯(14、15)和所述电动机(12)之间。
6.如权利要求3所述的电动修枝机，其中，所述轨道(21-2)呈中空的箱体形状，使得所述滑块(21-3)能够穿过所述轨道(21-2)的中空空间而线性运动，并且所述轨道(21-2)的侧壁具有开口，所述突起(21-1)从该开口延伸出来以***到所述凹槽(16-1)中。
7.如权利要求3所述的电动修枝机，其中，所述滑块(21-3)和所述突起(21-1)的总质量为M1，所述锯的质量为M2；所述滑块(21-3)振动的幅度为d1，锯振动的幅度为d2，其中，满足如下关系：
M1<M2；
d1>d2。
8.如权利要求7所述的电动修枝机，其中，所述d1,d2,M1和M2满足如下关系：
M1*d1＝M2*d2 (1)。
9.如权利要求2或3所述的电动修枝机，其中，所述电动机(12)的旋转轴线与所述转动杆(16)的旋转轴线平行或成α角。
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