專利名稱：將直線往復運動轉變成旋轉運動的裝置的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種將直線往復運動轉變成旋轉運動的裝置。
本發明一般應用于這類場合，即所述直線往復運動是由一動力源(如內燃機或壓縮空氣發動機)的活塞產生的。但本發明并不限制在任何特定的應用場合。
瑞典專利說明書No.8702622-5描述了一種利用凸輪將直線往復運動轉變成旋轉運動的裝置。更具體說，該專利說明書描述了一種將一動力源產生的直線運動轉變成旋轉運動的裝置，其中一個直線運動的零件用來旋轉一根安裝有凸輪的軸，該零件接觸所述凸輪。該裝置包括兩個凸輪，它們相互平行地安裝在一根共同的軸上。每個凸輪帶有兩個從所述軸突出的相互對置的翼形部分，并且兩個凸輪相互交錯90°。該裝置還包括兩個在運力源作用下朝向和離遠所述軸作直線運動的零件，其中第一個零件作用于第一個凸輪，而第二個零件作用于另一個凸輪。所述兩個零件相對而置并沿朝向和離遠所述軸的方向動作。這兩個零件還借助于一個鉤卡件相互連接。
根據上述專利說明書的方案所產生的最大扭矩大于傳統的具有相同沖程長度的曲軸。此外，一根曲軸在旋轉一周時僅承受一次力，而且僅是在旋轉半周時受力。然而，兩個以相位差為180°連接的方案在每轉一周中產生兩個扭矩峰值。
根據前述專利說明書的裝置，包括兩個氣缸和兩個凸輪，在上述零件總是與其中一個凸輪保持傳力嚙合的同時，每轉一周該裝置產生四個扭矩峰值。然而，對于活塞-氣缸裝置的每次工作沖程，軸的轉數僅是由兩個活塞-氣缸裝置經曲軸驅動的軸的一半。
根據前述專利說明書的裝置所進行的試驗顯示，與由相同的動力源具有相同沖程長度驅動的傳統曲軸比較，可獲得較高的最大和平均扭矩。
這樣，由所述專利說明書公開的裝置與傳統的曲軸相比就有優點。
然而，由所述專利說明書公開的裝置具有一定的缺點其原因是凸輪安裝在要被轉動的軸上，其結果就是凸輪的制造很昂貴也很復雜。此外，沿活塞-氣缸裝置的縱向所見的該方案的尺寸也較大，凸輪的成形(以形成平穩的返回沖程)也很復雜。此外，為了獲得不同的扭矩曲線而改變凸輪的形狀也十分昂貴。
本發明克服了這些缺點，并提供了一種裝置，該裝置比已知裝置的結構簡單，并能比已知裝置更迅速更廉價地適應不同的需要。
本發明是關于一種將來自動力源的直線運動轉變成旋轉運動的裝置，其中直線運動的第一部件與凸輪配合產生旋轉運動，所述旋轉運動由一根軸實現，其特點是所述第一部件包括一個往復運動的桿件((或類似零件)和所述凸輪，凸輪安裝在桿件的一端上，凸輪僅在遠離所述桿件的表面上帶有曲面部分;一個第二部件包括兩個相互對置以及固接在并從所述軸突出的翼形部分，和一個可轉動地安裝在每個翼形部分外側上的滾子(或相應零件)，所述滾子在所述凸輪上滾動。
下面參照附圖，詳細描述本發明，其中

圖1a-1i示意性地示出了根據本發明的軸旋轉一周的過程;
圖2是本發明的側視圖，包括動力源;
圖3是本發明的俯視圖，包括兩個由鉤卡件連接起來的相互對置的動力源;
圖4是圖3所示裝置的側視圖;
圖5a是本發明的側視圖，包括四個動力源;
圖5b示出了圖5a中不同零件的位置;
圖6a-6d示出了一個凸輪的不同導向裝置，它們形成了本發明的一部分;
圖7a-7b以放大的比例示出了形成本發明一部分的第二部件的一個改進實施例;
圖8是本發明的一個側視圖，包括兩個以相反的轉動方向工作的兩個單元;
圖9是圖8的俯視圖。
圖1示意性地示出了一給定轉動位置的本發明的裝置。圖1b-1i逐步示出了所述裝置的軸轉動一周的過程，本發明的裝置是將動力源1的直線運動轉變成旋轉運動，動力源與凸輪2配合而產生旋轉運動，該旋轉運動由軸3實現。
本發明的裝置包括一個第一部件或單元(它由往復運動的至少一個桿件4或相應的零件組成)和所述凸輪2。凸輪2安裝在桿件4的一端上。圖1實施例的桿件4包括兩個相互平行的桿件，它們形成了動力源的一部分(如可以是氣缸-活塞裝置的活塞桿)。在遠離桿件4的凸輪2的表面5上加工有曲面部分，或凸起。
該裝置還包括一個第二部件或單元，它包括兩個相互對置的翼形部分6、7，它們從軸3向外伸出并剛性連接在所述軸上。用于在凸輪2上滾動的滾子8，9或相應的零件被可轉動地安裝在每個所述翼形部分的外側上。
結合圖2可看出，兩個相互對置及向外伸出的翼形部分3，7由兩個相互平行和相互鄰近的翼形載件10，11構成，滾子8，9的外側就支承在它們之間。每個翼形載件10，11都與所述軸3的一部分連接，所述軸3從各翼形載件的中部伸出。如圖2所示，軸3不是一根連續的軸，而是由翼形載件之間的間隔12分開。
圖1示出了動力源1的一個實施例，其形式為帶有活塞桿4的兩個單動式壓縮空氣活塞-氣缸裝置13，14。每個活塞-氣缸裝置都有一個用于供應壓縮空氣的通道15，16，和每次工作行程之后使氣缸換氣的通道17，18。由于兩個活塞桿4都是剛性地與凸輪2連接，活塞-氣缸裝置是同步的。
從圖1b可見，凸輪2包括兩個曲面部分20，21，當活塞桿4完成工作行程時其中的第一部分20與所述滾子8，9配合。其中第二部分21是與所述滾子8，9配合以便完成活塞桿的返回行程。上述兩個曲面部分20，21大致在凸輪的中間相交并形成一個連續的曲面。
圖1b到1i示出了一個工作行程和一個返回行程。圖1b示出了起始位置。在圖1b中活塞桿4向下移動凸輪2，從而沿箭頭2所指方向從起始位置轉動軸3。在工作行程期間當凸輪2向下移動時，滾子8在凸輪的第一部分20上滾動。隨著凸輪向下移動，滾子8進一步向凸輪外側滾動(如圖1d所示)，直到到達圖1e所示的位置。當到達該位置時就完成了工作行程。如圖1e所示，凸輪的最下部通過了軸3所處高度。正是由于這一原因，軸3不是連續的。由于凸輪能夠通過軸所處的高度，本發明的裝置在高度尺寸上就比根據前述專利的裝置小得多。
如圖2所示，本發明的一個實施例包括一個飛輪23，一旦完成了工作行程，該飛輪就帶著軸3旋轉從而完成返回行程。圖1f-1i示出了返回行程。在返回行程期間，飛輪將沿箭頭22的方向轉動軸3。如圖所示，滾子9將在凸輪2的第二部分21上滾動，從而迫使凸輪向上移動直到到達圖1i所示的位置。當到達該位置時即完成了返回行程。緊跟著返回行程的是一個工作行程，其中滾子9在凸輪的第一部分20上滾動，該工作行程又緊跟著一個返回行程，不斷循環。
軸3每轉一周所述裝置將產生兩個扭矩峰值。應當理解，對于一給定動力源的扭矩值以及工作行程期間扭矩的分布取決于凸輪的第一曲面部分20的形狀。如圖所示第一部分20最好以一個較陡的曲面部分開始，以便提供一個相對較高的起始扭矩。如圖1d所示，隨著滾子進一步向凸輪外側滾動，凸輪的第一部分可為一相對較平的曲面，這是因為較長的力臂可獲得較高的扭矩。
本發明所具有的一重要優點是在工作行程中可以方便地利用凸輪的曲面形狀使扭矩按理想的方式分布。對不同的應用可以采用不同的扭矩分布。與前述專利的裝置不同(其中所用的凸輪沿其整個圓周都有一特定的形狀)，實施本發明時只要成形遠離活塞桿4的凸輪表面就足夠了。凸輪的其余部分可以采用任何形狀，當然該部分最好是平行六面體。
根據本發明的一個最佳和最重要的實施例，兩個曲面部分20，21這樣成形，即當完成一個工作行程以及實現工作行程的其中一個滾子8仍靠在凸輪的一個曲面部分上時，另一個滾子9將接觸所述凸輪的另一個曲面部分21b，見圖1e。這樣，當實現返回行程的滾子開始接觸凸輪時就避免了形成沖擊的危險。而前述專利的裝置只有采用很特殊的曲面時才能獲得這種優點。
然而，當另一個滾子完成工作行程時第一個實現返回行程的滾子不總是一定要或需要在精確的時刻與凸輪接觸。這種實施例必須很精確并且要求凸輪的兩個曲面部分有相互配合的形狀。在兩個滾子不打算同時接觸凸輪的情況下(如圖1e所示)，當第二個滾子完成工作行程的時刻第一個滾子幾乎接觸凸輪。
根據本發明的另一最佳實施例，在翼形載件10，11之間還有滾子24，25，滾子24，25位于翼形載件的外側和其中部之間見圖7a。滾子24，25的目的是當完成一個工作行程以及其中一個實現工作行程的滾子8仍與凸輪的一個曲面部分20接觸時與凸輪的第二曲面部分21接觸。比較圖7a和7b可看出，當軸3轉過一個給定的小角度時，滾子9也將與凸輪的第二部分21接觸。軸3進一步轉動后，就只有滾子9與曲面部分21接觸。
根據一個最佳實施例，凸輪2帶有一個通槽26，它大致平行于凸輪的曲面部分21(返回行程期間滾子即靠在該曲面部分上)延伸，并與該曲面部分向內隔開一距離。當滾子與曲面部分21接觸時該槽26提供一彈簧或彈性效應。由槽26形成的舌部27將沿圖7a所示的箭頭28的方向略微地彈性變形。
上述實施例采用了兩上作用于凸輪上的單動式壓縮空氣活塞-氣缸裝置。然而應當理解，本發明也可采用幾個作用于同一軸上的第一和第二部件。
圖5a示出了一個實施例，它包括四個凸輪201-204。這些凸輪作用于四對翼形載件101-104上，載件101-104承載著各自的滾子，所有所述載件都剛性連接于同一根軸130上。所示出的動力源包括四對單動式壓縮空氣活塞-氣缸裝置30-33。關于凸輪和載件的各自位置，圖5a示出了與圖5b所示位置相應的一個狀態。圖5b所示動力源采用與圖5a相同的標號表示。轉動方向由箭頭表示。
應當理解，動力源可以不是壓縮空氣活塞-氣缸裝置，而為其它形式。根據一個最佳實施例，動力源為兩沖程內燃機，其中活塞每次在氣缸中向下運動完成工作沖程，活塞每次在氣缸中向上運動完成返回沖程，這是眾所周知的。由于這種動力源不是本發明的一部分，故這里不詳細描述。
本發明的一個重要優點是在凸輪和滾子之間沒有固定連接。當不需要所有動力時，利用該優點就可以使許多動力源中的一個或數個撤出工作狀態。通過將一個或數個動力源鎖定在最高位置即可方便地達到這一目的，如圖5a所示。在這種情況下，相應的載件和滾子就隨軸3自由轉動，而不會與固定的凸輪接觸。
當凸輪的曲面部分20，21這樣成形從而在另一個滾子完成一個工作沖程的同時一個滾子與第二部分21接觸時，動力源相互同步。
為了直接利用機械手段使兩個或多個動力源同步，根據一個最佳實施例，借助于一個鉤卡件34將第一部件相互連接，如圖3和4所示。圖3和圖4中的參考號35，36分別表示兩對載件10，11。
根據一個最佳實施例，鉤卡件有直的側邊37，38，側邊平行于桿件延伸并在軸承39-42上運動，軸承39-42是用來承受滾子與凸輪配合時所產生的側向力。
在沒有鉤卡件的實施例中，這些側向力必須采用其它裝置承受。圖6a和6b示出了一個實施例，其中凸輪2在一排相互疊置的軸承43-48中運動。圖6c和圖6b示出了其它實施例，其中凸輪2位于導軌49，50的滑動軸承內。
圖8和圖9示出了本發明的又一個實施例，它包括兩個相互連接的凸輪220，221。凸輪的形狀相互對稱，一個凸輪220迫使相關的第二部件222向圖9中的右側移動，而另一個凸輪221迫使相關的第二部件223向圖9中的左側移動。該實施例可以減少可能產生的任何斜向載荷。當兩個凸輪相互離得近，斜向載荷減少的更明顯。
在圖8和9所示的實施例中，上述的兩個第二部件相互由一個齒輪機構連接，齒輪機構包括兩個傘齒輪224，225和四個行星齒輪226-229。每個行星齒輪繞相對于機構為剛性固定的軸轉動。每個傘齒輪與各自的軸230，231連接。
從上面的描述中可明顯看出，本發明解決了前述專利中存在的問題。
本發明的主要優點是凸輪的設計十分簡單，制造起來成本也很低并且在機構的工作行程中也可以方便地提供理想的扭矩分布。此外，凸輪可以方便地成形使得實現返回行程的滾子可以在另一個滾子完成工作行程的同時接觸凸輪。這就避免了在滾子和凸輪之間產生沖擊，同時在上述兩個部件區間獲得了機械同步。
盡管上面描述了許多不同的實施例，應當理解這些實施例可以以多種方式改變。例如，凸輪的曲面形狀和凸輪與活塞桿(或相應的動力源零件)的連接方式都可以改變。動力源的數量也可以改變，等等。
本發明不應限制在上述的實施例內，這是因為在下面的權利要求書范圍內可以有多種改變。
權利要求
1.一種用于將來自動力源的直線運動轉變成旋轉運動的裝置，其中動力源以一種方式與一個凸輪配合從而產生旋轉運動，該旋轉運動由一根軸實現，其特征在于一個第一部件包括一個執行往復運動的桿件(4)或相應另件，還進一步包括安裝在桿件一端上的所述凸輪(2，201-204，220，221)，凸輪的曲面部分(2021)僅位于遠離桿件的表面上，一個第二部件包括兩個相互對置的翼形部分(6，7)，它們從所述軸向外伸出并剛性固定在軸(3)上，和可轉動地安裝在每個翼形部分(6，7)外側上的滾子(8，9)或類似零件，所述滾子在所述凸輪(2，201-204，220，221)上滾動。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述凸輪(2;201-204;220，221)包括兩個曲面部分(20，2121)，其中當桿件(4)執行工作行程時第一曲面部分(20)與所述滾子(8，9)配合，當桿件(4)執行返回行程時第二曲面部分(21)與所述滾子配合。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于所述兩個曲面部分(20，21)相交在一起從而形成一連續的曲面。
4.根據權利要求2或3所述的裝置，其特征在于所述兩個曲面部分(20，21)這樣成形，即當完成一個工作行程及其中一個實現所述工作行程的滾子(8，9)仍與凸輪(2)的一個曲面部分(20)接觸時，另一個所述滾子(8，9)將幾乎接觸所述凸輪的另一個曲面部分(21)。
5.根據權利要求2或3所述的裝置，其特征在于所述兩個曲面部分(20，21)這樣成形，即當完成一個工作行程以及其中一個實現所述工作行程的滾子(8，9)仍接觸凸輪的一個曲面部分(20)時，另一個所述滾子(8，9)將與所述凸輪的另一個曲面部分(21)接觸。
6.根據權利要求1，2，3，4或5所述的裝置，其特征在于所述凸輪(2)帶有一個通槽(26)，它大致平行于在返回行程中接觸滾子(8，9)的凸輪曲面部分(21)，并與該曲面部分向內隔開一距離。
7.根據權利要求1，2，3，4，5或6所述的裝置，其特征在于所述兩個相互對置并向外伸出的翼形部分(6，7)由兩個相互平行并相互鄰近的翼形載件(10，11;101-114)構成，在兩個載件之間支承著滾子(8，9)的外側;在每個翼形載件上連接著所述軸(3，130)的一部分，所述軸從各自翼形載件的中部向外伸出。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于所述兩個翼形載件(10，11)之間，以及在所述翼形部分的外側和其中部之間還帶有一個滾子(24，25)，當完成一個工作行程以及其中一個實現所述工作行程的滾子(8，9)仍接觸所述凸輪的一個曲面部分(20)時，該滾子(24，25)將接觸所述凸輪的另一個曲面部分(21)。
9.根據前面權利要求中任一個所述的裝置，其特征在于分別帶有兩個或多個第一部件(4;2)和第二部件(6-9)，其中第一部件通過一個鉤卡件(34)連接在一起。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于鉤卡件(34)有直的側邊(37，38)，該側邊平行于所述桿件(4)并在承受側向力的軸承(39-42)上滑動。
11.根據前面權利要求中的任一個所述的裝置，其特征在于所述動力源的形式為兩個單動式壓縮空氣活塞-氣缸裝置，它們的活塞桿(4)連接在同一個第一凸輪(2)上。
全文摘要
一種將來自動力源的直線運動轉變成旋轉運動的裝置，其中動力源與凸輪配合產生旋轉運動，旋轉運動由一根軸實現，其特征是第一部件包括一個往復運動的桿件和安裝桿件一端上的凸輪，該凸輪僅在遠離桿件的表面上有曲面部分，第二部件包括兩個相互對置的翼形部分，它們從所述軸向外伸出并剛性連接在軸上，一個滾子可轉動地安裝在每個翼形部分的外側上。滾子在凸輪上滾動，將直線運動轉變成旋轉運動。
文檔編號F16H25/02GK1047136SQ90102660
公開日1990年11月21日 申請日期1990年5月9日 優先權日1989年5月9日
發明者漢斯·卡爾松 申請人:漢斯·卡爾松