CN109027165B - 一种弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，包括分别套设有互相啮合的同向输入齿轮和反向输入齿轮的同向输入轴和反向输入轴；同向输入轴和反向输入轴上分别连接有结构相同的同向缓冲增速部分与反向缓冲增速部分，二者分别与安装于输出轴的输出齿轮啮合；同向缓冲增速部分包括设置于同向输入轴上且连接有同向套筒的的同向输入端单向轴承，同向套筒与设置于同向止动轴上的同向止动端单向轴承连接，同向止动轴上套设有一端铰接于同向套筒，另一端铰接于同向止动端中间齿轮的同向扭转弹簧，同向止动端中间齿轮与输出齿轮啮合连接。本发明提供的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，能够使一级增速的双向摆动变单向转动速度均匀输出。

Description

一种弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置

技术领域

本发明涉及将双向摆动转化成单向转动技术领域，特别是涉及一种弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置。

背景技术

在某些机械装置中，如机床部件或儿童玩具等，需要将双向摆动转换成单向转动。目前已有的方法采用了如申请号为92108190.1中所公开的锥齿轮结构，还有申请号为201410243779.X公开的棘轮式和单向轴承式。但是目前的双向摆动变单向转动的装置普遍输出速度非常不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够缓和速度与力矩输出，使一级增速的双向摆动变单向转动的输出速度均匀。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，包括并列设置的同向输入轴和反向输入轴，所述同向输入轴上套设有同向输入齿轮，所述同向输入齿轮啮合有反向输入齿轮，所述反向输入齿轮套设于所述反向输入轴上；所述同向输入轴末端连接有同向缓冲增速部分，所述反向输入轴末端连接有反向缓冲增速部分；所述同向缓冲增速部分与所述反向缓冲增速部分结构相同，且分别与一输出齿轮啮合；所述输出齿轮安装于输出轴上；所述同向缓冲增速部分包括设置于所述同向输入轴末端的同向输入端单向轴承，所述同向输入端单向轴承外圈连接有同向套筒，所述同向套筒连接有同向止动端单向轴承，所述同向止动端单向轴承上设置有同向止动轴，所述同向止动轴上套设有同向扭转弹簧；所述同向扭转弹簧一端铰接于所述同向套筒上，另一端铰接有同向止动端中间齿轮；所述同向止动端中间齿轮与所述输出齿轮啮合连接。

可选的，所述同向缓冲增速部分与所述反向缓冲增速部分结构相同；所述反向缓冲增速部分包括设置于所述反向输入轴末端的反向输入端单向轴承，所述反向输入端单向轴承外圈连接有反向套筒，所述反向套筒连接有反向止动端单向轴承，所述反向止动端单向轴承上设置有反向止动轴，所述反向止动轴上套设有反向扭转弹簧；所述反向扭转弹簧一端铰接于所述反向套筒上，另一端铰接有反向止动端中间齿轮；所述反向止动端中间齿轮与所述输出齿轮啮合连接。

可选的，所述同向扭转弹簧内径大于穿插于其中的同向止动轴的外径；所述反向扭转弹簧内径大于穿插于其中的反向止动轴的外径。

可选的，所述同向止动轴和反向止动轴并列固装在安装框架上，所述同向止动轴与所述同向输入轴同轴心，所述反向止动轴与所述反向输入轴同轴心。

可选的，所述同向止动端中间齿轮和反向止动端中间齿轮分别轴向转动安装于所述同向止动轴和反向止动轴上。

可选的，所述同向止动端中间齿轮和反向止动端中间齿轮的齿数与模数均相同；所述同向止动端中间齿轮和反向止动端中间齿轮的直径小于所述同向输入齿轮和反向输入齿轮的直径。

可选的，所述输出齿轮的模数与所述同向止动端中间齿轮及所述反向止动端中间齿轮相同。

可选的，所述同向输入端单向轴承和反向输入端单向轴承的内圈分别固装在所述同向输入轴和反向输入轴上，所述同向输入端单向轴承和反向输入端单向轴承的外圈分别固装在所述同向套筒和反向套筒上；所述同向止动端单向轴承和反向止动端单向轴承的内圈分别固装在所述同向止动轴和反向止动轴上，所述同向止动端单向轴承和反向止动端单向轴承的外圈分别固装在所述同向套筒和反向套筒上。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置能够实现双向摆动变单向转动，并且能够利用双向运动中分别储存的能量缓冲能量输出，实现力矩和速度的平稳输出；结构简单轻便，加工制造成本较低；操作简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置结构示意图；

其中，1为同向输入轴、2为反向输入轴、3为同向输入齿轮、4为反向输入齿轮、5为同向输入端单向轴承、6为反向输入端单向轴承、7为同向套筒、8为反向套筒、9为同向止动端单向轴承、10为反向止动端单向轴承、11为同向扭转弹簧、12为反向扭转弹簧、13为同向止动轴、14为反向止动轴、15为同向止动端中间齿轮、16为反向止动端中间齿轮、17为输出齿轮、18为输出轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够缓和速度与力矩输出，使一级增速的双向摆动变单向转动的输出速度均匀。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置主要包括变向部分和同向缓冲增速部分以及反向缓冲增速部分。外界的往复摆动输入给变向部分，通过一对外啮合齿轮转变成并列的两根轴的相反方向摆动。缓冲增速部分首先利用一对单向轴承在当前的摆动半周期选择其中一根轴输入外部力矩，而在下个摆动半周期选择另一根轴输入外部力矩，这样就保证了每个摆动半周期的输入力矩方向是相同的；然后利用另一对单向轴承保证当前力矩输入端的扭转弹簧运动无阻碍，并存储能量，同时锁止上一个摆动半周期中存储了能量的扭转弹簧，直到其能量完全释放，这样就实现了输入能量的传输、存储和释放；最后，利用一对与扭转弹簧相连接的齿轮同时驱动输出齿轮，最终实现力矩和速度的稳定输出。

具体的，如图1所示，变向部分包括一对并列布置的同向输入轴1、反向输入轴2和一对相互啮合的齿数与模数完全相等的同向输入齿轮3和反向输入齿轮4。同向输入齿轮3固装在同向输入轴1上，反向输入齿轮4固装在反向输入轴2上。外界施加给同向输入轴1的顺时针和逆时针摆动会通过同向输入轴1和反向输入轴2交替地驱动负载，所以驱动负载的输入力矩的方向始终是相同的。

同向输入端单向轴承5和反向输入端单向轴承6的内圈分别固装在同向输入轴1和反向输入轴2上，其外圈分别固装在同向套筒7和反向套筒8上。同向输入端单向轴承5和反向输入端单向轴承6在其外圈固定的情况下，内圈的空转相同。保证在每个摆动半周期中，其中一个单向轴承是锁止的，而另一个单向轴承是空转的，实现同向输入轴1和反向输入轴2交替地输入力矩，并且输入力矩的方向始终一致。

同向止动端单向轴承9和反向止动端单向轴承10的内圈分别固装在同向止动轴13和反向止动轴14上，其外圈分别固装在同向套筒7和反向套筒8上。同向止动端单向轴承9和同向输入端单向轴承5在其外圈固定的情况下，内圈的空转方向相同。当同向输入轴1输入力矩时，同向止动端单向轴承9空转，不阻碍力矩的输入；而当同向输入轴1不输入力矩时，同向止动端单向轴承9在同向扭转弹簧11储存能量时锁止，直到能量完全释放。同样，反向止动端单向轴承10和反向输入端单向轴承6在其外圈固定的情况下，内圈的空转方向相同。当反向输入轴2输入力矩时，反向止动端单向轴承10空转，不阻碍力矩的输入；而当反向输入轴2不输入力矩时，反向止动端单向轴承10在反向扭转弹簧12储存能量时锁止，直到能量完全释放。实现了能量的传输和释放。同向输入端单向轴承5、同向止动端单项轴承9、反向输入端单向轴承6和反向止动端单向轴承10的内圈空转方向相同，可以为均为逆时针或者均为顺时针。如果均为逆时针，则输出轴18的运动方向始终为顺时针方向；如果均为顺时针，则输出轴18的运动方向始终为逆时针。

进一步优选的，同向扭转弹簧11和反向扭转弹簧12的一端分别铰接在同向套筒7和反向套筒8上，而另一端分别铰接在同向止动端中间齿轮15和反向止动端中间齿轮16上；同向扭转弹簧11和反向扭转弹簧12的内径略大于穿插于其中的同向止动轴13和反向止动轴14相对应部位的外径，以达到限制扭转弹簧位置、保证正常工作的功能。通过套筒驱动扭转弹簧旋转，进而驱动止动端中间齿轮旋转和输出轴旋转，不仅可以传输外部能量，还能把多余的能量存储在扭转弹簧中。同向扭转弹簧11和反向扭转弹簧12不用限制弹簧的旋向，因为每一侧的扭转弹簧在不传递外部驱动力矩时，其对套筒施加的力矩是必然与驱动力矩相反，此时的止动轴单向轴承必然处于逆止状态。所以，扭转弹簧的旋向不影响止动轴单向轴承的锁止动作。

同向止动轴13和反向止动轴14并列固装在安装框架上，同向止动轴13与同向输入轴1同轴心，反向止动轴14与反向输入轴2同轴心。同向止动端中间齿轮15和反向止动端中间齿轮16分别轴向固定在同向止动轴13和反向止动轴14上，并且两者均可以围绕各自的轴线转动；同向止动端中间齿轮15和反向止动端中间齿轮16的齿数与模数完全相同；同向止动端中间齿轮15和反向止动端中间齿轮16的直径小于同向输入齿轮3和反向输入齿轮4的直径，防止结构互相干涉。

输出齿轮17同时啮合同向止动端中间齿轮15和反向止动端中间齿轮16；其模数与同向止动端中间齿轮15和反向止动端中间齿轮16相同；输出齿轮17与同向止动端中间齿轮15和反向止动端中间齿轮16的直径比值为该机构的增速比；输出齿轮17固装在输出轴18上，输出轴18连接外部负载。

实施例一

如图1所示，假设同向输入端单向轴承5、同向止动端单向轴承9、反向输入端单向轴承6和反向止动端单向轴承10在外圈静止不动时，内环空转方向均为逆时针，此处所指逆时针和顺时针均是从附图的右侧向左侧观察。同向扭转弹簧11和反向扭转弹簧12均为右旋。

当同向输入轴1在外力矩的作用下作顺时针转动，此时同向输入端单向轴承5处于锁紧状态，其内圈带动外圈和同向套筒7做顺时针旋转。由于同向止动端单向轴承9的内圈固定不动，不会阻碍其外圈随同向套筒7做顺时针旋转。同向筒套7带动同向扭转弹簧11和同向止动端中间齿轮15做顺时针转动，并驱动输出齿轮17和输出轴18做逆时针转动。由于输出轴18上存在负载力矩，同向扭转弹簧11会被压缩。

如果此时反向扭转弹簧12由于前半个摆动周期受反向输入轴2驱动而处于被压缩状态，将会对反向套筒8作用逆时针方向的力矩，由于反向止动端单向轴承10的内圈固定不动，会阻止其外圈的逆时针转动，因此反向扭转弹簧12的能量会被用来通过反向止动端中间齿轮16驱动输出齿轮17和输出轴18做逆时针旋转，这样就能够保证前半个摆动周期的多余能量被分配到下半个摆动周期，实现速度和力矩的均匀输出。与此同时，反向输入轴2和反向输入齿轮4在同向输入齿轮3的带动下做逆时针旋转，同时带动反向输入端单向轴承6的内圈做逆时针旋转。所以，反向输入端单向轴承6呈空转状态，不会阻碍其外圈保持静止状态。

如果此时反向扭转弹簧12处于松弛状态，那么输出齿轮17会带动反向止动端中间齿轮16、反向扭转弹簧12和反向套筒8做顺时针运动。由于反向止动端单向轴承10的内圈固定不动，不会阻碍其外圈跟随反向套筒8做顺时针运动。此时，反向输入端单向轴承6的内圈做逆时针运动，同样不会阻碍其外圈跟随反向套筒8做顺时针运动。由于反向扭转弹簧12不承担负载，因此其一直保持松弛状态。

由于整个运动过程中负载力矩始终为逆时针方向或者为零，所以同向扭转弹簧11和反向扭转弹簧12均处于顺时针压缩或者松弛状态，不会出现被拉伸状态。

经过半个摆动周期之后，输入到同向输入轴1的外力矩为逆时针方向，此时反向轴2做顺时针转动，反向输入端单向轴承6处于锁紧状态，其内圈带动外圈和反向套筒8做顺时针转动。由于反向止动端单向轴承10的内圈固定不动，不会阻碍其外圈跟随反向套筒8做顺时针转动。反向套筒8带动反向扭转弹簧12和反向止动端中间齿轮16做顺时针旋转，并驱动输出齿轮17和输出轴18做逆时针旋转。由于输出轴18上存在负载力矩，反向扭转弹簧12会被压缩。

如果此时同向扭转弹簧11处于被压缩状态，将会对同向套筒7作用逆时针方向的力矩，由于同向止动端单向轴承9的内圈固定不动，会阻止其外圈的逆时针转动，因此同向扭转弹簧11的能量会被用来同时驱动输出齿轮17和输出轴18做逆时针旋转，这样就能够保证上半个摆动周期的多余能量平均分配到下半个摆动周期，实现速度和力矩的均匀输出。与此同时，由于同向输入端单向轴承5的内圈随同向输入轴1做逆时针转动，而其外圈静止不动，因此，同向输入端单向轴承5呈空转状态。

如果此时同向扭转弹簧11处于松弛状态，那么输出齿轮17会带动同向止动端中间齿轮15、同向扭转弹簧11和同向套筒7做顺时针运动。由于同向止动端单向轴承9的内圈固定不动，不会阻碍其外圈跟随同向套筒7做顺时针运动。此时，同向输入端单向轴承5的内圈做逆时针运动，外圈跟随同向套筒7做顺时针运动，所以，同相输入端单向轴承5呈现空转状态。由于同向扭转弹簧11不承担负载，因此其一直保持松弛状态。

如果同向输入端单向轴承5、同向止动端单向轴承9、反向输入端单向轴承6和反向止动端单向轴承10在外圈静止不动时，内环空转方向均为顺时针，那么其运动形式整好相反，输出轴18为逆时针方向旋转。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，其特征在于：包括并列设置的同向输入轴和反向输入轴，所述同向输入轴上套设有同向输入齿轮，所述同向输入齿轮啮合有反向输入齿轮，所述反向输入齿轮套设于所述反向输入轴上；所述同向输入轴末端连接有同向缓冲增速部分，所述反向输入轴末端连接有反向缓冲增速部分；所述同向缓冲增速部分与所述反向缓冲增速部分结构相同，且分别与一输出齿轮啮合；所述输出齿轮安装于输出轴上；所述同向缓冲增速部分包括设置于所述同向输入轴末端的同向输入端单向轴承，所述同向输入端单向轴承外圈连接有同向套筒，所述同向套筒连接有同向止动端单向轴承，所述同向止动端单向轴承上设置有同向止动轴，所述同向止动轴上套设有同向扭转弹簧；所述同向扭转弹簧一端铰接于所述同向套筒上，另一端铰接有同向止动端中间齿轮；所述同向止动端中间齿轮与所述输出齿轮啮合连接。

2.根据权利要求1所述的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，其特征在于：所述同向缓冲增速部分与所述反向缓冲增速部分结构相同；所述反向缓冲增速部分包括设置于所述反向输入轴末端的反向输入端单向轴承，所述反向输入端单向轴承外圈连接有反向套筒，所述反向套筒连接有反向止动端单向轴承，所述反向止动端单向轴承上设置有反向止动轴，所述反向止动轴上套设有反向扭转弹簧；所述反向扭转弹簧一端铰接于所述反向套筒上，另一端铰接有反向止动端中间齿轮；所述反向止动端中间齿轮与所述输出齿轮啮合连接。

3.根据权利要求2所述的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，其特征在于：所述同向扭转弹簧内径大于穿插于其中的同向止动轴的外径；所述反向扭转弹簧内径大于穿插于其中的反向止动轴的外径。

4.根据权利要求2所述的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，其特征在于：所述同向止动轴和反向止动轴并列固装在安装框架上，所述同向止动轴与所述同向输入轴同轴心，所述反向止动轴与所述反向输入轴同轴心。

5.根据权利要求2所述的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，其特征在于：所述同向止动端中间齿轮和反向止动端中间齿轮分别轴向转动安装于所述同向止动轴和反向止动轴上。

6.根据权利要求2所述的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，其特征在于：所述同向止动端中间齿轮和反向止动端中间齿轮的齿数与模数均相同；所述同向止动端中间齿轮和反向止动端中间齿轮的直径小于所述同向输入齿轮和反向输入齿轮的直径。

7.根据权利要求2所述的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，其特征在于：所述输出齿轮的模数与所述同向止动端中间齿轮及所述反向止动端中间齿轮相同。

8.根据权利要求2所述的弹簧缓冲式双向摆动变单向转动增速装置，其特征在于：所述同向输入端单向轴承和反向输入端单向轴承的内圈分别固装在所述同向输入轴和反向输入轴上，所述同向输入端单向轴承和反向输入端单向轴承的外圈分别固装在所述同向套筒和反向套筒上；所述同向止动端单向轴承和反向止动端单向轴承的内圈分别固装在所述同向止动轴和反向止动轴上，所述同向止动端单向轴承和反向止动端单向轴承的外圈分别固装在所述同向套筒和反向套筒上。