[发明专利]往复直线运动与旋转运动转换装置及气缸装置

说明书

本发明公开了一种往复直线运动与旋转运动转换装置及气缸装置，特别是一种应用于机械传动领域的往复直线运动与旋转运动转换装置及气缸装置。本发明采用的往复直线运动与旋转运动转换装置包括主轴、直线运动导向机构、扇齿和齿框，扇齿与主轴固定连接，所述齿框内壁设置有齿条，齿条包括分设在扇齿两侧的第一齿条和第二齿条，往复直线运动与旋转运动转换装置还包括与主轴固定连接的换向机构。本发明采用的气缸装置，包括往复直线运动与旋转运动转换装置、连杆、活塞和缸体，所述缸体套设在活塞上，缸体的一端设置有缸盖。采用本发明的方案可以显著提高传动效率，减少能量损耗，并能实现平稳连续运转。

技术领域

本发明涉及一种往复直线运动与旋转运动转换装置及气缸装置，特别是一种应用于机械传动领域的往复直线运动与旋转运动转换装置及气缸装置。

背景技术

在现有技术中将往复直线运动与旋转运动相互转换的机构有多种形式，其中运用最为广泛的是空气压缩机和发动机中的曲柄连杆机构，但是曲柄连杆机构的传动效率较低。以活塞式发动机为例，采用曲柄连杆机构的发动机的燃料利用率只有30％左右，且长期以来都难以有显著提升。

为了提高活塞发动机效率，相关技术人员对活塞发动机的传动装置进行了不断的改进和优化，例如公开号为CN105114179A的专利文件公开了一种轴式连杆传动系统及对置活塞发动机，该传动系统包括主轴和至少一个直线往复运动单元，直线往复运动单元包括至少一个直线往复运动体，直线往复运动体与对应轴式连杆的一端固定连接，另一端与对应的推拉框连接，推拉框内设置有滑移块，该滑移块的两侧外壁与推拉框的两横向内侧壁形成滑动配合，滑移块的内圈具有其分度圆呈椭圆状的内齿，内齿与对应设置在主轴上的齿轮循环啮合，主轴与换向块之间设置有换向机构。该装置虽然能够将直线往复运动转换成旋转运动，但是由于在工作过程中滑移块会上下移动，增加了系统的负荷和机械摩擦，并会使系统产生上下摆动，其不仅效率低，噪音大，并且运行不稳定，机构容易停滞卡死，可靠性低。

又例如公开号为CN1399063A的发明专利公开了一种扇齿发动机，其利用扇齿轮机构实现活塞往复运动到扇齿轮转动的转换，由扇齿轮同时实现齿条正方向啮合，负方向不啮合的功能。但是该技术方案在扇齿轮与齿条脱离后，与活塞杆连成整体的齿条便失去约束，在活塞带动下仍然会继续运动，造成扇齿无法再次与该齿条重新准确啮合，使传动无法连续平稳进行。

因此，现有技术中还没有一种可以显著提高传动效率，减少能量损耗，并能实现平稳连续运转的往复直线运动与旋转运动转换装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以显著提高传动效率，减少能量损耗，并能实现平稳连续运转的往复直线运动与旋转运动转换装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的往复直线运动与旋转运动转换装置包括主轴、直线运动导向机构、扇齿和可沿直线运动导向机构做直线运动的齿框，所述扇齿与主轴固定连接，所述齿框内壁设置有齿条，所述齿条包括分设在扇齿两侧的第一齿条和第二齿条，所述往复直线运动与旋转运动转换装置还包括与主轴固定连接的换向机构，所述换向机构上设置有导向曲面和导向件，所述齿框上设置有换向块，所述换向块上设置有第一曲面和第二曲面，当往复直线运动与旋转运动转换装置处于传动状态时，扇齿与齿条啮合；当往复直线运动与旋转运动转换装置处于过渡状态时，扇齿与齿条啮合的同时，换向块的第一曲面处于受导向件外表面约束的状态，换向块的第二曲面处于受导向曲面约束的状态；当往复直线运动与旋转运动转换装置处于换向状态时，扇齿与齿条脱开，且换向块的第一曲面处于受导向件外表面约束的状态，换向块的第二曲面处于受导向曲面约束的状态。

进一步的是，所述导向件包括与换向机构固定连接的导向轴和套设在导向轴上的滚轮。

进一步的是，所述滚轮与导向轴之间设置有滚动轴承。

进一步的是，所述齿条为外齿轮型齿条，所述扇齿的轴线与主轴的轴线不重合。

进一步的是，所述直线运动导向机构为导轨，所述导轨与齿框之间设置有滚子。