[发明专利]往复运动动力转换成旋转动力的机械机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械机构，特别是一种将往复运动动力转换成旋转动力输出，并可实现无级调速的机械机构。

背景技术

在机械设备中，很多地方需要将往复运动动力源转换成旋转动力输出，例如内燃机、蒸汽机的动力源气缸就是作往复运动的动力，它们需要转换成旋转动力输出；而人力、畜力踩踏作为动力，也是往复运动动力，往往也要转换成旋转动力(例如驱动车轮转动)。现有技术是用曲轴连杆机构来实现这个转换，例如内燃机、蒸汽机是气缸带动曲轴连杆机构后，转换成旋转，人力转换成旋转也是用曲轴连杆机构，例如人蹬动自行车的曲柄使它旋转。

但曲轴连杆机构有明显的缺陷，就是力的转换效率低。这是因为曲轴连杆机构中，只有当曲轴转到与动力源运动方向相垂直位置附近，动力源提供的力才做有用功；而当曲柄转到了与动力源运动方向接近一条直线附近时，即二个端点(死点)附近时，动力源提供的力基本不是作用到旋转输出，而是作用到曲轴的固定轴承上了。另外如果动力源提供的力是均匀的，经曲轴连杆机构后输出的功率就变成以正弦曲线式的、波动的，引起机械设备的震动、运转不平稳。而且曲轴机构会产生与气缸运动方向垂直的分力，使活塞与气缸壁的摩擦力变大，有加快机械磨损和降低机械效率的缺点。

机械设备中有不少需要无级调速，现有技术中常应用电动机或液压系统实施无级调速，用机械机构实施无级调速的很少，这是因为可实现无级调速的机械机构不多，且往往有可调节的范围小、机械效率低的缺点，例如斜面皮带轮机构。而现有的将往复运动动力转换成旋转动力输出的机械机构都是不能调速的，如曲轴连杆机构的尺寸是固定的，所以动力源与输出轴传动的力矩、速度的比值是不可调的。若是需要调速度、力矩的设备，要另加调速机械装置。

发明内容

本发明的目的，是提供一种新的将往复运动转换成旋转动力的机械机构，其效率将高于曲轴机构；同时，这个机械机构可以方便地调节动力源与输出轴之间力矩和速度的转动比，实现无级调速。

本发明是用以下方案实现的：往复运动的动力源(气缸活塞或人力畜力)拉动绳索，绳索的另一端卷在绳鼓上，这样绳索就将往复运动的力作用到绳鼓上，拉动绳鼓旋转，达到了将这动力转换成旋转的目的。由于动力源是往复运动的、是单向出力的，当动力源作功行程结束后，绳鼓就反向旋转将绳索卷回去，所以绳鼓需要通过超越离合器与动力输出轴连接，这样当绳鼓反向旋转而把绳索卷回时，不会影响动力输出轴继续正向旋转。所以，本发明机械机构就是由往复运动的动力源拉动绳索，绳索拉动绳鼓旋转，绳鼓通过超越离合器带动动力输出轴旋转。

卷在绳鼓上的绳索其尾端是固定在绳鼓上的，所以绳索拉动绳鼓并不是依靠摩擦力。

为了能调节动力源与动力输出轴之间力矩和速度的转动比，可在上面技术方案基础上增加一个摆杆，这时本发明机构就改为：往复运动动力源驱动摆杆摆动，通过摆杆上的绳索牵引头拉动绳索，绳索拉动绳鼓旋转，绳鼓通过超越离合器带动动力输出轴旋转。

为了调节速度，绳索牵引头在摆杆上的位置是可以调节的，通过调节绳索牵引头处在摆杆上不同位置，调节动力源与动力输出轴之间的力矩和速度的转动比。从杠杆原理可以得出，在动力源的作用力和速度相同情况下，当绳索牵引头调节到距离摆动圆心近时，动力输出轴的输出力矩大而速度慢，绳索牵引头调节到距离摆动圆心远时，动力输出轴的输出力矩小而速度快。所以，通过调节绳索牵引头在摆杆上不同位置，就可实现调节动力源与动力输出轴之间力矩和速度的转动比的目的。

虽然严格讲，摆杆被推动时走的不是直线而是一个圆弧，但摆杆的摆动角度不大时，此时弧线近似直线，可以用往复运动的动力源推动。

绳索牵引头在摆杆上调整位置，可由销孔与销钉机构实现，或由卡槽与卡子机构实现，或用螺杆滑板装置实现。销孔与销钉、卡槽与卡子等特点是结构简单；而用螺杆滑板装置实现时，绳索牵引头可以调节到摆杆调整范围内的任意位置，可实现无级调速；螺杆还可以用电动机驱动，以便实现自动化控制调速。

为了使动力输出轴有连续的功率输出，本发明机构可用两个或两个以上的往复运动动力源(例如双脚蹬踏，或用两个或更多气缸)，来共同驱动动力输出轴。这样，当一个动力源在作功行程时，另一个动力源在返程，就可达到平稳、连续地输出功率的目的。同理，若有两个以上动力源时，可均匀分配它们的作功行程和返程，相互配合，使功率输出更平稳。