专利名称：气动动力转换设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气动动力转换设备，气动就是以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。
背景技术：
由于气动是利用空气具有压缩性的特点，吸入空气压缩储存，空气便像弹簧一样具有了弹力，然后用控制元件控制其方向，带动执行元件的旋转与伸缩。从大气中吸入多少空气就会排出多少到大气中，不会产生任何化学反应，也不会消耗污染空气的任何成分，另外气体的粘性较液体要小，所以说流动速度快，所以说主要特点便是节能环保。另外由于气动装置具有结构简单、轻便、安装维护简单的特点，从而为能够在工况比较恶劣的条件下广泛使用。另外其输出力以及工作速度的调节非常容易、可靠性高，使用寿命长、可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应、可实现缓冲，对冲击负载和过负载有较强的适应能力，这些特点都是如矿山等恶劣工况条件下所需要的。此外在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。因此，在工矿相对比较恶劣，甚至一些比较常规的场合，气动装置都能够得到比较广泛的应用。把压缩气体所蕴含的势能转换成其他形式的能量的装置就是气动元件中的执行元件，比如气缸、气动马达等，其中最终获得转动的元件多是气动马达、气动转盘等，如气动马达，又叫风动马达，是指将压缩空气的压力能转换为旋转的机械能的装置，其最终能量转换的效率取决于气动马达进出口的气体的压力比，相对来说，由于通常情况下出口压力相对比较高，能量损耗比较高，也就是效率比较低。另外气动马达还有一个固有缺陷就是排气压力大造成噪音非常大，还容易产生振动。
发明内容
因此，本发明为了克服现有转动输出的气动装置效率相对较低的缺陷，提供了一种效率较高的气动动力转换设备。本发明采用以下技术方案
该发明气动动力转换设备，包括驱动单元和输出单元，其中输出单元包括主轴和设置在该主轴上的一组被动齿轮；而所述驱动单元包括 后气缸；
杠杆机构，一端联接所述后气缸而构成驱动端；
曲柄连杆，该曲柄连杆的一端联接于所述杠杆机构的另一端；
曲轴，其连杆颈联接所述曲柄连杆的另一端；
后主动齿轮，联接在所述曲轴的主轴颈上，为与一个所述被动齿轮啮合的单向驱动的齿轮；前气缸，连接压缩气源，并通过控制阀连接所述后气缸，以在该前气缸的推进行程做功完毕后连通前气缸与后气缸；
连接杆，一端通过销轴铰接到前气缸的活塞推杆上；
前主动齿轮，固连所述连接杆的另一端，使连接杆形成前主动齿轮的驱动臂；同时前驱动齿轮为与一个所述的被动齿轮啮合的单向驱动的齿轮。由于应用到顶推上的气缸其气源压力都比较高，少则几个公斤力，多则几十个公斤力，惯常的应用就是在其做功后直接将高压气体排放到大气中，造成比较大的浪费。基于本发明的上述结构，把相应冲入前气缸的压力再重复使用，连通到后气缸继续做功，做工完毕后，气体压力已经大大减小，势能也大大减小，可以比较充分的利用气压能，效率大大提 高。采用单向驱动的齿轮可以完成不同驱动阶段的接力，不会因为主动齿轮的复位而逆向驱动，单向齿轮的实现也比较简单，比如使用超越离合器(单向离合器)、棘轮机构，回程阻力也很小，对效率的负面影响也比较小。上述气动动力转换设备，所述前气缸与后气缸的横截面面积比为1 :3. 5飞。上述气动动力转换设备，与每个所述被动齿轮啮合的齿轮当且只有一个。上述气动动力转换设备，所述驱动单元有4、个，周向均勻地配置在所述主轴的周向。上述气动动力转换设备，所述驱动单元为6个。上述气动动力转换设备，所述驱动单元含有一个前气缸和一个后气缸。上述气动动力转换设备，所述连接杆沿所述前驱动齿轮的径向布置。上述气动动力转换设备，所述连接杆在所述前气缸处于下止点位置时垂直于前气缸推杆。
图1为依据本发明技术方案的一种后气缸驱动装置的结构示意图，图中为表示清楚，后气缸与杠杆机构表示在一个平面内。图2为驱动单元的结构示意图，其中被动齿轮的左边为相应于图1的简化结构。图3为多组齿轮啮合状态示意图。图中1、轴承座，2、曲轴，3、连杆颈，4、曲柄连杆，5、销轴，6、连接板，7、杠杆机构， 8、销轴，9、后气缸，10、驱动机构，11、后主动齿轮，12、主轴，13、被动齿轮，14、前主动齿轮， 15、连接杆，16、销轴，17、前气缸。
具体实施例方式参照说明书附图1至3，其示出了一种气动动力转换设备，包括驱动单元和输出单元，其中输出单元包括主轴12和设置在该主轴上的一组被动齿轮13，而所述驱动单元包括
后气缸9 ；
杠杆机构7，一端联接所述后气缸而构成驱动端； 曲柄连杆4，该曲柄连杆的一端联接于所述杠杆机构的另一端；曲轴2，其连杆颈3联接所述曲柄连杆的另一端；
后主动齿轮11，联接在所述曲轴2的主轴颈上，为与一个所述被动齿轮啮合的单向驱动的齿轮；
前气缸17，连接压缩气源，并通过控制阀连接所述后气缸，以在该前气缸的推进行程做功完毕后连通前气缸与后气缸；
连接杆15，一端通过销轴16铰接到前气缸的活塞推杆上；
前主动齿轮14，固连所述连接杆的另一端，使连接杆形成前主动齿轮的驱动臂；同时前驱动齿轮为与一个所述的被动齿轮啮合的单向驱动的齿轮。关于该动力转换装置，还可以配属用于控制前气缸17和后气缸9顶推频率的气压控制回路，也满足主轴动力的可靠输出。气缸顶推频率的设置也比较容易，通过电磁阀的控制即可，当然，这里并不要求太高的频率，这里仅用于动力的转换输出，输出之后再配置减速机构就可以获得相应的转速。这里需要考虑气缸的使用寿命，一般是顶推几十万次，其密封件就会失效，因此，不能有太高的频率。被动齿轮的个数取决于主动齿轮的个数，一般是一一对应，防止相互间产生掣肘， 当然，同一驱动单元内的前、后主动齿轮可以对应一个被动齿轮。关于前气缸和后气缸的底座采用铰接的方案安装在机架上，具有一个摆动的自由度，如说明书附图1所示，后气缸9的推杆通过销轴8与杠杆机构的一端相联，这里需要说明的是，引入杠杆机构主要是放大后气缸的顶推速度，以匹配被动齿轮被前气缸17驱动之后的运动速度。销轴5及曲柄连杆4则是为满足曲轴正常运行必不可少的结构，主要涉及机械上有关摆动/回转运动所涉及中心距变化的匹配。所述前气缸与后气缸的横截面面积比为1 :3. 5飞，基于连通器原理，连通后的前、 后气缸内的气体压强一样，后气缸缸径比较大，推进形程相同的情况下，压强在驱动末端会大幅下降，比如去上述比例为4倍，相同推进形程下，同量的气体倍纳入了 4的平方加1倍的空间内，也就是现在的空气压力是原来的1/17，假定初始进入前气缸的气体压力为17个公斤力，此时也只有一个公斤力了，整个势能被消耗殆尽。当然，这里不能完全耗尽，即便是后气缸的推进末期仍然需要做功，总而言之，参考上述横截面面积的比例关系应考虑气源的压力和最终的排出压力，据此，容易进行匹配，这里之所以限制在一个较小的范围内，就是缸径不可能无限放大，气源压力也不能无限大，是在常用的气源压力范围内的一个较佳的选择范围。进一步地，与每个所述被动齿轮啮合的齿轮当且只有一个，如前所述，主要是为了避免前、后气缸驱动的掣肘。同一驱动单元的前、后气缸依次驱动，避免相应气缸回程时对驱动的负面影响。较佳地，所述驱动单元有4、个，周向均勻地配置在所述主轴的周向，单个驱动单元具有明显的驱动脉动，当然，驱动脉动是不可避免的因素，现在热机都存在这样的问题， 热机一般通过增加缸的个数，从单缸到现在最多的12缸，这里选择驱动单元个数为4、也有此考虑，但本方案中前、后气缸两个冲程与热机还是有比较大的区别的，因此，这里最高选择8个驱动单元，如果太多，结构复杂性就太大，代价太高。如果考虑气缸的回程，一种是无压状态下的自重回程，当然这不符合频率较高的情形，因此，如果考虑频率较高，可以考虑双作用缸，回程用相对比较低的压力进行回程。当然，配合多个驱动单元时，驱动频率相应就有了降低。经过试验，发现所述驱动单元为6个时单位功率输出的成本最低，效率也比较高。如前所述，所述驱动单元含有一个前气缸和一个后气缸，主要是对应一个前主动齿轮和一个后主动齿轮。附图3所示的结构则是每个驱动单元有三个主动齿轮的情形，对应的有4个驱动单元，图中所示，主轴的长度会有明显的增长，如果驱动单元过多，主轴的长度会有更大的延长，整体结构太过庞大。进一步地，所述连接杆沿所述前驱动齿轮14的径向布置，结构紧凑，且前驱动齿轮也不可能360度驱动，径向布置的结构更容易获得比较大的力臂。因此，进一步地，所述连接杆在所述前气缸17处于下止点位置时垂直于前气缸推杆，以获得比较大的驱动力臂。
权利要求
1.一种气动动力转换设备，其特征在于，包括驱动单元和输出单元，其中输出单元包括主轴(12)和设置在该主轴上的一组被动齿轮(13)，而所述驱动单元包括后气缸(9)；杠杆机构(7)，一端联接所述后气缸而构成驱动端；曲柄连杆(4)，该曲柄连杆的一端联接于所述杠杆机构的另一端；曲轴(2)，其连杆颈(3)联接所述曲柄连杆的另一端；后主动齿轮(11)，联接在所述曲轴(2)的主轴颈上，为与一个所述被动齿轮啮合的单向驱动的齿轮；前气缸(17)，连接压缩气源，并通过控制阀连接所述后气缸，以在该前气缸的推进行程做功完毕后连通前气缸与后气缸；连接杆(15)，一端通过销轴(16)铰接到前气缸的活塞推杆上；前主动齿轮(14)，固连所述连接杆的另一端，使连接杆形成前主动齿轮的驱动臂；同时前驱动齿轮为与一个所述的被动齿轮啮合的单向驱动的齿轮。
2.根据权利要求1所述的气动动力转换设备，其特征在于，所述前气缸与后气缸的横截面面积比为1 3. 5 6。
3.根据权利要求1所述的气动动力转换设备，其特征在于，与每个所述被动齿轮啮合的齿轮当且只有一个。
4.根据权利要求1至3之一所述的气动动力转换设备，其特征在于，所述驱动单元有 4、个，周向均勻地配置在所述主轴的周向。
5.根据权利要求4所述的气动动力转换设备，其特征在于，所述驱动单元为6个。
6.根据权利要求5所述的气动动力转换设备，其特征在于，所述驱动单元含有一个前气缸和一个后气缸。
7.根据权利要求1所述的气动动力转换设备，其特征在于，所述连接杆沿所述前驱动齿轮(14)的径向布置。
8.根据权利要求7所述的气动动力转换设备，其特征在于，所述连接杆在所述前气缸 (17)处于下止点位置时垂直于前气缸推杆。
全文摘要
本发明公开了一种气动动力转换设备，包括驱动单元和输出单元，其中输出单元包括主轴和设置在该主轴上的一组被动齿轮；而所述驱动单元包括采用后气缸通过控制阀连接前气缸的方式进行余势能的转换，以提供转换的效率；并且通过单向齿轮来实现齿轮驱动的接力，从而实现了气压能转换成动能。
文档编号F01B9/02GK102287235SQ201110142710
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者吕传庆 申请人:吕传庆