一种直线往复运动机构的制作方法

专利名称：一种直线往复运动机构的制作方法
技术领域：
本发明属于机械工程技术领域，涉及一种往复运动机构，特别地 涉及一种能实现直线往复运动的机构。
背景技术：
往复式运动机构广泛应用于压縮机、发动机以及各种流体泵，其 最典型的形式为曲柄连杆往复运动机构，它主要由曲柄、连杆、活塞 或滑块等部件组成，其中连杆的一端与曲柄转动配合，连杆的另一端 与活塞或滑块配合，由此实现曲柄的旋转运动与活塞或滑块的往复运 动的转换。众所周知，传统曲柄连杆机构的连杆以摆动的运动方式进 行工作，因此连杆作用到活塞上的力是一个摆动的力，毋庸置疑它将 会造成活塞对气缸产生拍击而导致噪声，并使活塞对气缸产生较大的 侧压力而增加摩擦损耗。为了克服传统曲柄连杆机构的上述弊端，人 们于是寻求能实现直线往复驱动活塞或滑块的机构，其中现有技术中
一种直线往复运动机构方案如图1和图2所示，它有一对大小相同并 相互啮合且转向相反的齿轮l、 2，并在这两个齿轮l、 2上镜像对称地 各设置有柄销11、 22，另外设置有一个往复架3，往复架3上开有长 直状的导槽33，导槽33上设置有两条相互平行的导轨A、 B，上述柄 销11、 22同时插入该导槽33内并与导轨A、 B配合，或在柄销11、 22 上套装滚子4后再与导轨A、 B配合；另外设置有活塞或滑块5并用导 杆6与换向架3连接，活塞或滑块5与缸体7滑动配合。当齿轮l、 2 啮合转动时，其上的柄销11、22将直接或间接作用到导槽33的导轨A、 B上，并因此驱动往复架3产生运动，不难看出，基于对称的缘故上述往复架3必然作直线往复运动，此时的活塞或滑块5亦必然为直线往 复运动。然而经实践发现，上述直线往复运动机构尚有需要改进之处， 主要表现在1)首先，导轨A、 B与柄销ll、 22或滚子4的配合间隙 处在两难选择的尴尬境地，如果配合间隙取得过小，将使柄销11、 22 或滚子4极易同时接触到两导轨A、 B，结果导致它们滚动不畅而增加 摩擦损失，而如果两者的配合间隙取得过大，则又势必会导致往复运 动时产生很大的撞击噪声；2)其次，往复架3及活塞或滑块5的往复 运动必然存在往复惯性力，众所周知的是这个往复惯性力是导致机构 产生振动噪声的主要原因之一；3)最后， 一字型平直状的导槽33以 及导轨A、 B只能使活塞或滑块5获得单一的运动模式如简谐运动，而 不能按照需要获得某些特定的运动规律，比如压縮机在压縮排气行程 时希望控制活塞5运动得慢一些以减少排气爆发噪声，而在进气行程 时则希望活塞5运动得快一些以提高工作效率。

发明内容
本发明提供一种直线往复运动机构，目的在于实现机构的直线往 复运动的前提下能减少机构产生噪声的根源。 本发明的目的是这样实现的
一种直线往复运动机构，它包括往复架、导杆以及一对大小相 同并相互啮合且转向相反的齿轮，所述齿轮上镜像对称地各设置有一 个柄销，所述导杆的一端与往复架相互连接，导杆的另一端可以与活 塞或滑块连接，在往复架上开设有导槽，所述导槽上设置有两条相互 平行的导轨，所述柄销插入上述导槽内，其特征在于
每个柄销上同时套装有至少一个独立的滚子，这些滚子分别地只 与导槽上的其中一个导轨单独接触配合1)若每个柄销上同时套装有 两个及两个以上的滚子，则该柄销上至少有一个滚子与所述两条导轨 中的一条导轨接触配合，而与此同时其余滚子与另一条导轨应保持接触配合，2)若每个柄销上仅套装有一个滚子，则柄销11、 22与所属 齿轮1、 2采用转动配合，这时柄销11、 22实际上就是一个滚子，亦 即每个柄销上只设置一个滚子，也可以实现机构"往"与"复"运动 转换过程的平稳过渡。
上述机构设置有两块旋向相反的离心力型平衡块，它们各分别与 其中一个齿轮同步旋转，所述两块平衡块可以独立设置也可以直接设 置在两个齿轮上，平衡块的布置原则是使它们所产生的离心惯性力的 合力的方向与机构所有往复运动件所产生的往复惯性力的合力的方向 相反。
上述导槽及导轨为直线型或V型或曲线型，以此获得所需的活塞 或滑块的直线往复运动规律，所述的导轨的横断面为平直线状、矩形 状、梯形状或圆弧形状。
上述的平衡块由若干块小平衡块组成。
上述的每一个柄销上套装的滚子的数量为两个或三个，每一个滚 子的外径相等。
上述导轨的两侧各布置有一套导杆、活塞或滑块，导杆与活塞或 滑块。
上述的导杆与活塞或滑块为一体结构或紧固连接或铰接连接。 上述的导杆与换向架为一体结构或紧固连接或铰接连接。 上述的导杆上套装有导套，导套与导杆滑动配合。 上述的导杆上套装有密封件，密封件与导杆密封配合。 一种直线往复运动机构的用途，可用于制造压縮机、真空泵、发
动机、阻尼减震器、排线机、往复机械手、往复筛、往复针纺头、往
复送料和排料装置。
由于本发明直线往复运动机构的每个柄销上均同时套装有若干个
相互独立的滚子，且这些滚子分别地只与导槽上的其中一个导轨单独接触配合，由不同的滚子及相对应的导轨分别负责驱动往复架的"往" 与"复"，由于滚子与导轨可以做到始终保持接触，因此滚子可以灵活 地并可靠地与导轨实现滚动配合，故既能减少摩擦又能减少撞击噪声； 另外，本发明直线往复运动机构通过设置两个离心力型平衡块分别各 与其中一个齿轮同步旋转，并使它们所产生的离心惯性力的合力的方 向与机构所产生的往复惯性力的方向相反，由此亦可有效减少机构的 振动噪声；最后，本发明直线往复运动机构采用曲线状的导槽及导轨 设计，可以获得机器实现低噪声性能所需的活塞或滑块升程规律。


图1是现有技术中一种直线往复运动机构的结构示意图； 图2是图1所示现有直线往复运动机构的剖面示意图； 图3是本发明的导轨为直线型导轨的结构示意图； 图4是本发明的每个柄销配装两个滚子的剖面示意图； 图5是本发明的每个柄销配装三个滚子的剖断面示意图； 图6是本发明的导轨为V型直导轨的结构示意图； 图7是本发明的导轨为曲线状导轨的结构示意图。
具体实施例方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图3—7: 图3至图7给出了本发明一种直线往复运动机构的示意图，图中 零件的标号、名称及功能继承图1和图2所示现有直线往复机构。本 发明直线往复运动机构包括有 一对大小相同并相互啮合且转向相反
的齿轮1、 2，分别在这两个齿轮1、 2上镜像对称地各设置一个柄销 11、 22，所谓镜像对称是指两柄销l、 2的旋转半径相同且旋转相位正 好反相，或者说无论如何转动，齿轮1、 2的齿轮轴线XI、 X2与柄销 11、 22的柄销轴线X11、 X22相互平行，且柄销轴线Xll、 X22构成的 一个动平面与齿轮轴线X1、 X2构成的定平面始终保持平行(允许存在一定的制造误差和装配误差)；另外设置有一个开设有导槽33的往复 架3，导槽33内设有两条相互平行的导轨A、 B，所述柄销ll、 22同 时插入上述导槽33内，每个柄销ll、 22上转动套装有二个(见图4) 或三个(见图5)或更多个相互独立的滚子4，这些滚子4分别地只与 导槽33上的其中一个导轨A或者导轨B单独接触配合，与现有技术的 显著区别是，本发明由不同的滚子4及相对应的导轨A、 B分别负责驱 动往复架3的"往"与"复"，因此滚子4可以灵活地并可靠地与导轨 A、 B实现滚动配合，这就是所谓的"分轨驱动"方案，此时与导轨A 接触的滚子4的滚动转向和与导轨B接触的滚子4的滚动转向是相反 的，尤为可贵的是因为采用分轨驱动，本发明可以做到让不同的滚子4 分别地同时与导轨A、 B保持滚动接触配合，甚至可以让它们预先保持 一定的接触压力，这样可以大大减少乃至完全消除滚子4与导轨A、 B 之间的间隙，无疑十分有利于减少撞击噪声；显然，当齿轮l、 2啮合 转动时，由于对称的缘故上述往复架3必然作直线往复运动，此时若 将各种构件如活塞或滑块5等连接到往复架3上则必会获得直线往复 运动(允许存在因制造误差和安装误差而导致的微小摆动)；特别需要 指出的是，本发明中的活塞或滑块5是一种泛指，它可以是压縮机或 发动机上的各种活塞，也可以是流体泵或阻尼器上的柱塞或活塞，还 可以是其它往复机件的功能件如往复杆、往复钩或往复滑块等，活塞 或滑块5可以通过导杆6与往复架3进行连接，它们的连接有多种形 式，比如导杆6与活塞或滑块5采用紧固连接或干脆将它们一起整体 制作，也可以采用铰接连接的方式将导杆6与活塞或滑块5连接在一 起，另外导杆6与往复架3可以采用紧固连接或者一起整体制作，也 可通过轴销8将导杆6铰接到往复架3上，这样可有效消除因制造误 差、安装误差及各种变形等带来的干涉现象；上述导杆6的杆身可以 是各种杆柱状如圆柱杆、椭圆柱杆、矩形柱杆或其他异形柱杆，导杆6的形状还可以做成像目前压縮机或发动机所常用的连杆的形状如工字
形杆身、板状形杆身等等；上述活塞或滑块5、导杆6可以是单套使用 也可以是多套一起使用，当采用多套活塞或滑块5及导杆6时，可以 将它们分置在导轨A、 B的两侧也可以布置在导轨A、 B的同一侧(图 中未示出)，其中以使用两套活塞或滑块5及导杆6并将它们分置在导 轨A、B的两侧为最佳，因为这样机构的布局及受力均为最好，以双缸 压縮机为例，采用两组活塞或滑块5和缸体7分别布置在导轨A、 B的 两侧，可以使压縮机在换向架3 "往"与"复"的过程中均做功，换句 话说与同等排量的单缸压縮机相比较，柄销11、 22及滚子4的受力峰 值可以大大减少，同时排气压力脉冲峰值也小，对降低噪声有利；需 要说明的是，滚子4可以是滚动轴承也可以是滚套，其数量以每个柄 销11、 22上各套装两个或者三个滚子4为最佳，其中一个滚子4与导 轨A或导轨B接触而其余滚子4则与另一条导轨B或导轨A接触，另 外，所有滚子4的尺寸包括内径、外径及厚度可以做成相同的尺寸也 可以做成不同的尺寸，其中以同一柄销11或22上所装滚子4的外径 尺寸取相同值为最佳，这样方便加工、安装和调整，这里所说的滚子4 的外径是指滚子4与导轨发生接触配合的外径；值得说明的是，每个 柄销11、 22上还可仅套装一个滚子4 (图中未示出)，这种情形下柄销 11、 22与所属齿轮1、 2采用转动配合，也就是说柄销ll、 22实际上 也是一个滚子，此时该柄销ll、 22和套装在其上的滚子4分别单独地 与其中一条导轨A或导轨B接触配合，也就是说即使每个柄销ll、 22 上只设置一个滚子4也可以实现机构"往"与"复"运动转换过程的 平稳过渡；为了防止导杆6在工作时发生大的晃动，可以设置导套9 与导杆6滑动配合，从而约束导杆6的晃动；另外为了防止润滑油由 齿轮室窜到缸体7，可以设置密封件10与导杆6密封配合，此时导杆 6的杆身截断面以圆形或者椭圆形为最佳；导轨A、 B可以采用一字型直导轨布局也可以采用v型直导轨状布局，其中一字型直导轨布局的 加工工艺性好，而V型直导轨布局则具有更好的稳定性，V型直导轨布 局的导轨A、 B可以是正V型也可以是倒V型，无论那一种布局，两呈 V型布局的导轨A、 B必须为关于两齿轮轴线X1、 X2垂直连线之中垂线 的对称分布，此对称是指两导轨A、 B与所述中垂线之夹角对称且相等， 但其导轨轨长可以相等也可以不相等；另外，导轨A、 B可以采用平面 轨也可以采用凸轨或者凹轨，相应地导轨的横断面可为平直线状(如 图所示)或矩形状或梯形状或圆弧形状等形态(图中未示出)，而与之 配合的滚子4也应具有相似的配合断面；上述齿轮1、 2的形式可以采 用目前常用的各种齿轮形式，其转动可以由原动机直接驱动也可以通 过另外的驱动齿轮间接驱动，甚至还可以通过皮带进行驱动。
必须指出的是，上述导槽33和导轨A、 B还可设计成特定的曲线 状(见图7)，以此获得机器实现低噪声性能所需的活塞或滑块5的直 线往复运动规律，以压縮机为例希望压縮行程时活塞或滑块5运动得 慢一些以降低排气爆破声，而在吸气行程时则希望活塞或滑块5运动 的快一些以提高工作效率；所述曲线状导轨A、 B的布局应该为关于两 齿轮轴线X1、 X2垂直连线之中垂线的对称分布，此对称分布是针对两 导轨A、 B的实际工作段而言的；两曲线状导轨A、 B依然采用相互平 行设置的布局，所谓平行设置是指它们的工作轨段符合平移规律。
为了减少往复架3、导杆6、活塞或滑块5等往复件因往复运动而 产生的往复惯性力，本发明特地设置有两块旋向相反的离心力型的平 衡块111、 222，它们各与其中一个齿轮1或齿轮2同步旋转，所述平 衡块lll、 222的大小及相位布置原则是使它们所产生的离心惯性力 的合力的方向与机构所有参与往复运动的零部件所产生的往复惯性力 的合力的方向相反(允许存在一定的相位误差)，另外平衡块lll、 222 所产生的离心惯性力的合力的大小与机构所有参与往复运动的零部件所产生的往复惯性力的合力的大小最好相等或基本相等(允许存在一
定的幅值误差)，这样平衡效果更好，为此应将每个平衡块111、 222 的质量中心尽量布置在所对应的齿轮轴线XI、 X2与柄销轴线Xll、 X22 所构成的平面上，且关于其旋转中心与柄销ll、 22的方位相反，进一 步，平衡块lll、 222的质量中心还应尽量靠近机构往复质量中心所在 的运动平面，最佳情形是平衡块lll、 222所产生的离心惯性力的合力 与机构所有参与往复运动的零部件所产生的往复惯性力的合力之矢量 和为零；平衡块lll、 222可以直接布置在齿轮1、 2上也可以单独设 置，每一块平衡块lll、 222可以是整体一块也可以由多个小块平衡块 等效组成，为了获得上面所说最佳平衡效果，最好将这两块平衡块111、 222关于两齿轮轴线X1、 X2垂直连线之中垂线对称分布；本发明的平 衡方法实际上就是目前平衡往复惯性力的最有效的平衡轴法，容易证 明它基本上可以平衡掉机构的往复件所产生的往复惯性力，故能有效 减少机构的噪声。
本发明直线往复运动机构与传统直线往复运动机构相比，归纳起 来具有以下好处
1) 本发明直线往复运动机构采用每个柄销11、 22上均同时套装 若干个相互独立的滚子4的结构，且这些滚子4分别地只与导槽33上 的其中一个导轨A或导轨B单独接触配合，由不同的滚子4及相对应 的导轨A或导轨B分别负责驱动往复架3的"往"与"复"运动，亦 即实现分轨驱动，因此滚子4可以灵活地并可靠地与导轨A、 B实现滚 动配合，故既能减少摩擦又能减少撞击噪声。
2) 本发明直线往复运动机构采用设置两个平衡块111、 222分别 各与其中一个齿轮1或齿轮2同步旋转，并使它们所产生的离心惯性 力的合力的方向基本与往复架3、活塞或滑块5等往复件所产生的往复 惯性力的方向相反，由此亦可有效减少机构的振动噪声。3)本发明直线往复运动机构采用曲线状的导槽33及导轨A、 B设 计，可获得机器实现低噪声性能所需的活塞或滑块5升程规律。
综上所述，本发明既能实现机构的直线往复运动又能减少机构产 生噪声的根源，其用途可以用在压縮机、真空泵、发动机、阻尼减震 器、排线机、往复机械手、往复筛、往复送料和排料装置、往复针纺 头等，当然也可以用于其他各种需要直线往复运动的装置。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例之一，并非依此限制本发明 的保护范围，故凡依本发明的结构、形状以及原理所做的各种等效 变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种直线往复运动机构，包括往复架、导杆和一对大小相同并相互啮合且转向相反的齿轮，所述齿轮上镜像对称地各设置有一个柄销，所述往复架上设置有导槽，导槽内设有两条相互平行的导轨，其特征在于所述两个柄销上各自同时套装有至少一个独立的滚子，这些滚子分别地只与上述两条导轨中的一条导轨单独接触配合。
2、 根据权利要求1所述的一种直线往复运动机构，其特征在于设 置有两块旋向相反的离心力型平衡块，它们各分别与其中一个齿轮同 步旋转，所述平衡块产生的离心惯性力的合力的方向与机构所有往复 运动件所产生的往复惯性力的合力的方向相反。
3、 根据权利要求2所述的一种直线往复运动机构，其特征在于所述两块平衡块分别设置在两个齿轮上。
4、 根据权利要求2所述的一种直线往复运动机构，其特征在于所述的平衡块由若干块小平衡块组成。
5、 根据权利要求1或2所述的一种直线往复运动机构，其特征在 于所述的导轨为直线型或V型或曲线型。
6、 根据权利要求5所述的一种直线往复运动机构，其特征在于所 述的导轨的横断面为平直线状、矩形状、梯形状或圆弧形状。
7、 根据权利要求1或2所述的一种直线往复运动机构，其特征在 于所述的每一个柄销上套装的滚子的数量为两个或三个。
8、 根据权利要求7所述的一种直线往复运动机构，其特征在于所述的每一个滚子的外径相等。
9、 根据权利要求1或2所述的一种直线往复运动机构，其特征在 于在所述的导轨的两侧各布置有一套导杆、活塞或滑块。
10、 根据权利要求1或2所述的一种直线往复运动机构，其特征在于所述的导杆与活塞或滑块为一体结构或紧固连接或铰接连接。
11、 根据权利要求1或2所述的一种直线往复运动机构，其特征 在于所述的导杆与换向架为一体结构或紧固连接或铰接连接。
12、 根据权利要求1或2所述的一种直线往复运动机构，其特征 在于所述的导杆上套装有导套，导套与导杆滑动配合。
13、 根据权利要求1或2所述的一种直线往复运动机构，其特征 在于所述的导杆上套装有密封件，密封件与导杆密封配合。
14、 一种直线往复运动机构的用途，可以用于制造压縮机、真空 泵、发动机、阻尼减震器、排线机、往复机械手、往复筛、往复针纺 头、往复送料和排料装置。
全文摘要
本发明涉及一种直线往复运动机构，包括一对大小相同并相互啮合且转向相反的齿轮，一个开有导槽的往复架，齿轮上镜像对称地各设有柄销，导槽上设有两条相互平行的导轨，柄销套装有若干个相互独立的滚子，这些滚子分别只与其中一个导轨接触配合；设置有两块旋向相反的平衡块，它们各与其中一个齿轮同步旋转，平衡块所产生的离心惯性力的合力可以平衡机构往复件所产生的往复惯性力；导轨设计成特定的曲线状，以获得低噪声机构所需的活塞或滑块的直线往复运动规律。本发明既能实现机构的直线往复运动又能减少机构产生噪声的根源，可用于制造压缩机、真空泵、发动机、阻尼减震器、排线机、往复机械手、往复筛、往复针纺头、往复送料和排料装置。
文档编号F04B35/00GK101672257SQ200910186109
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者李辛沫, 王治超, 耿爱农, 阮勤江, 陈君立 申请人:浙江鸿友压缩机制造有限公司