一種往復直線運動與圓周運動轉換裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種往復直線運動與圓周運動轉換裝置，包括殼體、傳動軸、傳動臂、傳動鏈、傳動鏈槽、驅動板、傳動銷柱、連板、連桿、導向板，傳動鏈槽上下對稱設置兩條，槽外幫與殼體固定連接，槽內幫通過連板與槽外幫固定連接，兩條傳動鏈置于兩條傳動鏈槽中，兩條傳動鏈對應的一個端部或兩個端部與連桿固定連接，傳動軸穿過槽內幫上設置的圓孔安裝在殼體上的軸承座中，傳動臂的一端與傳動軸垂直固定連接，另一端沿中分線設有開口的滑槽；兩條傳動鏈的對應位置分別設有上下對稱的驅動板，驅動板沿中分線設有一端開口的驅動直槽，傳動銷柱置于滑槽中，內端部伸入驅動直槽中。本裝置克服了曲柄連桿機構的缺點，使動力傳遞和運動方式轉換更為合理。
【專利說明】一種往復直線運動與圓周運動轉換裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種往復直線運動與圓周運動轉換裝置，特別是涉及一種鏈柱一搖臂 式發動機活塞運動轉換裝置。

【背景技術】
[0002] 在機械工程領域，工作原理采用往復直線運動與圓周運動相互轉換的機械中，如 活塞式發動機、壓縮機等，目前普遍采用的是曲軸（曲柄）連桿機構設計，其制造工藝和技 術雖已十分完善，但受曲軸（曲柄）連桿機構結構的限制，無論在理論上還是在實際應用中 都存在著難以克服的缺點：
[0003] 1、曲軸（柄）連桿機構轉換效率較低。以活塞一連桿一曲軸（柄）機構發動機 為例，汽缸中的燃氣壓力通過活塞一連桿轉換為曲軸（柄）的扭矩，輸出的扭矩等于曲軸 (柄）的轉動半徑與作用在曲軸（柄）轉動半徑端部的切向力的乘積。由于曲軸連桿機構傳 動角不斷變化，作用在活塞上的燃氣壓力被分解為沿連桿軸線方向的作用力和垂直于汽缸 軸線方向作用在缸壁的側壓力，沿連桿軸向作用力又被分解為垂直曲軸半徑方向的切向力 和沿半徑方向的法向力，燃氣壓力經過分解后得到的切向力已遠小于作用在活塞上的燃氣 壓力，因此由曲軸切向作用力輸出的扭矩也遠小于作用在活塞上的燃氣壓力與曲軸（柄） 轉動半徑的乘積（扭矩）。由此可見，曲軸連桿機構將往復直線運動轉換為圓周運動的轉 換效率較低，即燃氣壓力通過曲軸連桿機構輸出有用功功率較低。計算表明，活塞總作用力 (最大作用力）只有百分之二十左右轉換為產生曲軸扭矩的切向作用力。
[0004] 2、曲軸（柄）連桿幾何機構及其受力狀態復雜，各個部件都處在三向應力狀態。由 于曲軸連桿機構存在曲軸和連桿擺動及上、下止點，作用在活塞上的燃氣壓力被分解為沿 連桿軸線方向的作用力和垂直于汽缸軸線方向作用在缸壁的側壓力，作用在缸壁的側壓力 使活塞與缸壁產生很大的側向摩擦力，不僅降低了活塞的做功效率，而且加快了汽缸壁磨 損速度，增大了 "卡缸"機率，使活塞無法工作。
[0005] 3、活塞軸線方向總作用力等于作用在活塞上燃氣壓力與慣性力、摩擦力的代數 和，曲軸連桿機構的不平衡回轉質量和回轉運動會產生慣性力，而慣性力和摩擦力總是與 燃氣壓力作用方向相反，使活塞軸線方向總作用力小于作用在活塞上的燃氣壓力，降低了 發動機的輸出功率，同時，曲軸連桿機構的不平衡回轉質量和回轉運動產生的慣性力會使 發動機產生較大的振動和噪聲。
[0006] 4、曲軸和連桿的擺動會使活塞與汽缸壁以及曲軸（柄）轉動接觸面產生交變沖擊 力，增大了各個部件間的不均勻摩擦和撞擊，影響發動機性能，如時而發生的敲缸及拉缸現 象，同時，由于曲軸和連桿的擺動，活塞也必須設置較長的活塞裙導向。
[0007] 為了克服曲軸連桿機構發動機的缺陷，多年來許多人試圖研制取代曲軸連桿機構 的往復直線運動轉換為圓周運動的轉換機構，目前，尚未有實用的轉換機構可代替發動機 的曲軸連桿機構。


【發明內容】

[0008] 本發明的目的是提供一種往復直線運動與圓周運動轉換裝置，通過本裝置與發動 機活塞連接，能大幅度提高輸出扭矩，使動力傳遞和運動方式轉換更為合理。
[0009] 為解決上述技術問題，本發明的往復直線運動與圓周運動轉換裝置包括殼體、傳 動軸、傳動臂、傳動鏈、傳動鏈槽、驅動板、傳動銷柱、連板、連桿及導向板，在傳動軸上下對 稱設置兩條傳動鏈槽，兩條傳動鏈槽之間為槽內幫，兩條傳動鏈槽與殼體內壁之間的槽幫 為槽外幫，槽外幫與殼體固定連接，槽內幫通過連板與槽外幫固定連接；兩條傳動鏈分別通 過第一導向裝置置于兩條傳動鏈槽中，傳動鏈的寬度等于傳動鏈槽的寬度；傳動軸穿過槽 內幫上設置的圓孔安裝在殼體上的軸承座中，傳動臂的一端與傳動軸垂直固定連接，傳動 臂的另一端沿自身中分線設有開口的滑槽；兩條傳動鏈的對應位置分別設有一個驅動板， 并使兩條傳動鏈的驅動板成上下對稱設置，當驅動板設在傳動鏈的一端時，每條傳動鏈的 另一端分別與一個連桿固定連接，當驅動板設在傳動鏈的中部時，每條傳動鏈的兩端分別 與一個連桿固定連接，驅動板沿自身中分線設有一端開口的驅動直槽，開口指向槽內幫方 向；傳動銷柱通過第二導向裝置置于滑槽中，傳動銷柱的長度大于傳動臂的厚度，內端部伸 入驅動板上的驅動直槽中；傳動鏈槽包括設在兩端的兩段直槽、兩段形狀相同對稱設置的 轉向槽和中間的圓弧槽，轉向槽設在直槽與圓弧槽之間，并與直槽和圓弧槽平滑銜接，圓弧 槽的圓心與傳動軸的軸心重合，當驅動板設在傳動鏈的一端時，驅動板到傳動鏈另一端的 距離大于圓弧槽的弧長加上轉向槽的弧長的和，對應端的直槽的長度也大于圓弧槽的弧長 加上轉向槽的弧長的和，當驅動板設在傳動鏈的中部時，驅動板到傳動鏈兩端的距離均大 于圓弧槽的弧長加上轉向槽的弧長的和，兩段直槽的長度也均大于圓弧槽的弧長加上轉向 槽的弧長的和；在傳動軸左右對稱設置兩個導向板，兩個導向板與殼體固定連接，導向板上 開設有運動過程中對傳動銷柱的外端部進行導向的導向槽，導向槽的寬度設計成等于傳動 銷柱的直徑。
[0010] 采用本發明提供的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，連桿、傳動鏈、驅動板、傳 動銷柱、傳動臂、傳動軸可實現同步聯動，往復直線運動裝置與連桿連接，圓周運動裝置與 驅動軸連接，往復直線運動裝置行程的左右兩端止點處分別與傳動鏈槽中直槽和轉向槽的 連接處對應，兩條傳動鏈上的兩個驅動板運動到此處時實現驅動直槽端口對接，傳動銷柱 可由一個驅動直槽交替進入另一個驅動直槽，并沿設定路徑做連續的旋轉運動。往復直線 運動裝置為驅動裝置時，例如汽缸活塞，往復直線運動裝置通過連桿帶動兩條傳動鏈沿兩 條傳動鏈槽做同步運動，兩條傳動鏈上的兩個驅動板也做同步運動，并驅動傳動銷柱沿著 一條傳動鏈槽的圓弧槽和轉向槽路徑運動，進而驅動傳動臂和傳動軸做旋轉運動，當往復 直線運動裝置運動到行程的一端止點處時，兩條傳動鏈上的兩個驅動板在傳動軸的一側實 現驅動直槽端口對接，傳動銷柱通過運動慣性從一個驅動板的驅動直槽中進入另一個驅動 板的驅動直槽中，隨后，往復直線運動裝置通過連桿、傳動鏈、驅動板驅動傳動銷柱沿著另 一條傳動鏈槽的圓弧槽和轉向槽路徑向反方向運動，從而驅動傳動臂和傳動軸做連續旋轉 運動，當往復直線運動裝置的運動模塊運動到行程的另一端止點處時，兩條傳動鏈上的兩 個驅動板在傳動軸的另一側再次實現驅動直槽端口對接，傳動銷柱又進入上一個驅動板的 驅動直槽中，繼續驅動傳動臂和傳動軸做旋轉運動，由此實了往復直線運動向圓周旋轉運 動的轉換；圓周運動裝置為驅動裝置時，例如電動機，圓周運動裝置的旋轉運動通過傳動臂 帶動傳動銷柱做旋轉運動，傳動銷柱做旋轉運動過程中交替進入兩條傳動鏈上的兩個驅動 板的驅動直槽中，通過驅動板、傳動鏈和連桿驅動往復直線運動裝置做往復直線運動，從而 實現圓周旋轉運動向往復直線運動的轉換。
[0011] 作為本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置的一種改進結構，其中把驅動直槽 和滑槽的寬度設置等于傳動銷柱的直徑，驅動直槽和滑槽相對于開口端的另一端均設計成 直徑等于傳動銷柱直徑的半圓形，驅動直槽半圓形端部的圓心設在傳動鏈槽的寬度中分線 上，驅動直槽半圓形端部的圓心到開口端的距離設置等于傳動鏈槽寬度的二分之一加上與 直槽對應位置的槽內幫部分的寬度的二分之一，滑槽半圓形端部的圓心到傳動軸軸心的距 離設置等于圓弧槽的寬度中分線到傳動軸軸心的距離。
[0012] 本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置的另一種改進結構是，將傳動鏈設計成 由相同的多個鏈柱相互嚙合組成，鏈柱為圓柱形，鏈柱的一端面開設有優弧滑槽和劣弧滑 槽，優弧滑槽的槽向中分線的曲率與劣弧滑槽槽幫的槽向中分線的曲率相等，優弧滑槽的 槽寬度和槽幫寬度等于劣弧滑槽的槽幫寬度和槽寬度，優弧滑槽的槽深度和槽幫高度等于 劣弧滑槽的槽幫高度和槽深度，優弧滑槽的槽幫平分線與劣弧滑槽的槽幫平分線共線，相 鄰鏈柱通過劣弧滑槽和優弧滑槽的槽幫相互嚙合。進一步的改進結構把驅動板設計成通過 兩個連接鏈柱與傳動鏈連接，連接鏈柱設計成包括半圓柱和棱形柱，半圓柱的直徑設為等 于鏈柱的直徑，半圓柱的一端面開設有與優弧滑槽相同的連接滑槽，棱形柱的高度設為等 于鏈柱的高度，棱形柱的兩個側平面設為寬度相等，交匯處設為圓弧棱，棱形柱的外端面上 設有短圓柱，短圓柱的柱面與棱形柱的兩個側平面內切，兩個連接鏈柱分別通過連接滑槽 與兩段傳動鏈端部的劣弧滑槽的槽幫嚙合連接，驅動板通過沿自身中分線對稱設置的兩個 圓孔再分別與兩個連接鏈柱棱形柱上的短圓柱配合連接。
[0013] 本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置的另一種改進結構是，把第一導向裝置 設計成在傳動鏈槽的內側壁設置導軌，同時在傳動鏈上設置與導軌相配合的導軌槽，導軌 槽由鏈柱上的圓環槽和連接鏈柱上的半圓環槽組合而成，導軌的寬度設為等于圓環槽和半 圓環槽的寬度，導軌的高度設為等于圓環槽和半圓環槽的深度；把第二導向裝置設計成在 滑槽的內側壁上設置導向滑槽，同時在傳動銷柱上設置與導向滑槽相配合的圓環導向軌， 圓環導向軌的寬度等于導向滑槽的寬度，圓環導向軌的高度等于導向滑槽的深度。
[0014] 作為本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置的進一步改進結構，可在轉向槽對 應的槽內幫上關于傳動軸左右對稱設置兩個過渡槽，過渡槽的寬度大于傳動銷柱的直徑， 過渡槽的槽底面與傳動鏈槽內側壁上的導軌的外側面共面，設計過渡槽主要用于運動過程 中使傳動銷柱的內端部可以從中通過，以達到延長傳動銷柱內端部的伸入長度增強傳動平 穩性的目的；進一步的，把導向板上開設的導向槽設計成包括兩段導向彎槽和一段導向直 槽，兩段導向彎槽對稱設置在導向直槽兩端，兩段導向彎槽的一端口分別與導向直槽的兩 個端口平滑銜接，兩段導向彎槽的另一端口的投影要分別與圓弧槽的端口重合，使傳動銷 柱運動到此處時其外端部可以進入導向板上的導向槽中，讓導向槽對傳動銷柱起到導向作 用。
[0015] 為進一步提高本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置傳動的平穩性，還可以在 傳動鏈槽的內側對稱增設一組傳動臂、傳動銷柱、驅動板、過渡槽、導向板，使傳動鏈槽兩側 的傳動臂、傳動銷柱、驅動板、過渡槽和導向板的結構和連接關系均相同，處于完全對稱狀 態。
[0016] 采用本發明提供的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，可以有效實現直線往復運 動與圓周旋轉運動的相互轉換，特別是作為發動機中的曲柄連桿機構的替代裝置，克服了 曲柄連桿機構固有的缺點，使活塞作用力近似等于傳動鏈的軸向力，大幅度提高了輸出扭 矩，力學理論計算表明，本發明的輸出扭矩是曲軸連桿機構輸出扭矩的2倍以上：
[0017] L使活塞軸線方向的總作用力通過鏈條直接轉換為圓周運動的切向力，切向力 通過傳動銷柱驅動傳動臂及傳動軸做圓周運動，提高了直線往復運動與相互轉換的轉換效 率，可有效節省能源；
[0018] 2.使活塞軸線總作用力沿鏈條軸方向傳遞，活塞軸線方向總作用力不會被分解產 生對汽缸內壁的側壓力，不會產生垂直作用于缸壁的側向壓力，避免了活塞和缸壁之間側 向壓力產生的側向摩擦力，減少了因側向摩擦力引起的汽缸壁側向磨損及"卡缸"現象，提 高了活塞的做功效率和活塞的使用壽命；
[0019] 3.由于本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置不存在連桿擺動，避免了活塞與 汽缸壁及轉動接觸面產生的交變沖擊力，減小了各個部件間的不均勻摩擦和撞擊，減少了 敲缸及拉缸現象，同時由于本發明的慣性力小，降低了發動機產生的振動和噪聲，減小了發 動機啟動動力，增強了發動機的性能；
[0020] 4.采用本發明提供的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，提高燃氣壓縮比，以產 生最大燃氣壓力，輸出更大的扭矩。
[0021] 下面結合附圖所示實施方式對本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置作進一 步詳細說明：

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第一種實施方式的主視示意圖；
[0023] 圖2是圖1的A-A截面示意圖；
[0024] 圖3是圖1的B-B截面示意圖；
[0025] 圖4是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第一種實施方式傳動鏈槽結構 示意圖；
[0026] 圖5是圖4的A-A截面不意圖；
[0027] 圖6是圖4的B-B截面示意圖；
[0028] 圖7是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第一種實施方式的鏈柱結構示 意圖；
[0029] 圖8是圖7的H-H截面不意圖；
[0030] 圖9是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第一種實施方式的連接鏈柱結 構示意圖；
[0031] 圖10是圖9的左視圖；
[0032] 圖11是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第一種實施方式的驅動板與傳 動鏈連接方式局部放大示意圖；
[0033] 圖12是圖11的B-B截面示意圖；
[0034] 圖13是圖11的A-A截面示意圖；
[0035] 圖14是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第一種實施方式的傳動臂、傳 動銷柱和傳動軸組合局部放大圖；
[0036] 圖15是圖14的左視圖；
[0037] 圖16是圖14的A-A截面示意圖；
[0038] 圖17是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第一種實施方式的導向板放大 示意圖；
[0039] 圖18是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置在運動過程中當驅動板、傳動 銷柱與傳動臂端部運動到左側且驅動直槽端口對接時的狀態示意圖；
[0040] 圖19是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置在運動過程中當上驅動板、傳 動銷柱與傳動臂端部運動到上圓弧槽中部時的狀態示意圖；
[0041] 圖20是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置在運動過程中當驅動板、傳動 銷柱與傳動臂端部運動到右側且驅動直槽端口對接時的狀態示意圖；
[0042] 圖21是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置在運動過程中當下驅動板、傳 動銷柱與傳動臂端部運動到下圓弧槽中部時的狀態示意圖；
[0043] 圖22是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第二種實施方式的主視示意 圖；
[0044] 圖23是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第三種實施方式的結構示意 圖；
[0045] 圖24是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第三種實施方式的傳動鏈槽結 構示意圖；
[0046] 圖25是圖24的A~A截面不意圖；
[0047] 圖26是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第三種實施方式的驅動板與傳 動鏈連接方式局部放大示意圖；
[0048] 圖27是圖26的B-B截面示意圖；
[0049] 圖28是圖26的A-A截面示意圖；
[0050] 圖29是本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置與電動機連接示意圖。

【具體實施方式】
[0051] 如圖1至圖17所示的本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第一種實施方式 的示意圖中，在傳動軸2上下兩側對稱設置兩條傳動鏈槽5，兩條傳動鏈槽5的槽外幫14與 殼體1固定連接，槽內幫13通過連板11與槽外幫14固定連接；兩條傳動鏈4分別置于兩條 傳動鏈槽5中，傳動鏈4的寬度設計成等于傳動鏈槽5的寬度，每條傳動鏈4的兩端分別與 一個連桿12固定連接；傳動軸2穿過在槽內幫13的中心設置的圓孔安裝在殼體1上的軸承 座中，傳動臂3的一端與傳動軸2垂直固定連接，傳動臂3的另一端沿自身中分線設置開口 的滑槽8 ;兩條傳動鏈4的中部分別設有一個驅動板6,并使兩條傳動鏈4的驅動板6成上 下對稱設置，驅動板6沿自身中分線開設一端開口的驅動直槽9,開口指向槽內幫13方向； 傳動銷柱7置于傳動臂3上滑槽8中，且傳動銷柱7的長度大于傳動臂3的厚度，內端部伸 入驅動板6上的驅動直槽9中，由此可實現傳動鏈4、驅動板6、傳動銷柱7和傳動臂3、傳動 軸2等同步傳動；傳動鏈槽5由設在兩端的兩段直槽501、兩段形狀相同對稱設置的轉向槽 502和中間的圓弧槽503構成，轉向槽502在直槽501與圓弧槽503之間，并與直槽501和 圓弧槽503平滑銜接，以實現傳動鏈4的平滑傳動；兩條傳動鏈槽5中的圓弧槽503的圓心 設在傳動軸2的軸心線上，從而使兩條傳動鏈槽5的圓弧槽503形成上下對稱的兩個圓弧， 在運動過程中使傳動銷柱7沿著圓弧軌跡運動；直槽501的長度設計成大于圓弧槽503的 弧長加上轉向槽502的弧長的和，驅動板6到傳動鏈4兩端的距離也設計成大于圓弧槽503 的弧長加上轉向槽502的弧長的和，以滿足運動形式轉換的行程要求；傳動鏈4與傳動鏈槽 5之間通過第一導向裝置限制傳動鏈4只可沿傳動鏈槽5的槽向方向滑動，第一導向裝置可 以通過在傳動鏈槽5的內側壁設置導軌504和在傳動鏈4上設置與導軌504相配合的導軌 槽來實現，導軌504的寬度和高度設計成等于導軌槽的寬度和深度，使傳動更為精密；傳動 銷柱7與滑槽8之間通過第二導向裝置限制傳動銷柱7只可在滑槽8中轉動或沿滑槽8的 槽向滑動，第二導向裝置可以通過在滑槽8的內側壁設置導向滑槽801和在傳動銷柱7上 設置與導向滑槽801配合的圓環導向軌701來實現，圓環導向軌701的寬度設計成等于導 向滑槽801的寬度，圓環導向軌701的高度設計成等于導向滑槽801的深度；第一導向裝置 和第二導向裝置可以設計成一個或多個，或者設計成其他類似結構；在傳動軸2的左右兩 側對稱設置兩塊導向板18,導向板18與殼體1固定連接，導向板18上設有兩端開口的導向 槽，導向槽的寬度設計成等于傳動銷柱7的直徑，導向槽包括兩段導向彎槽1801和一段導 向直槽1802,兩段導向彎槽1801對稱設置在導向直槽1802兩端，兩段導向彎槽1801的一 端口與導向直槽1802的端口平滑銜接，安裝時，兩段導向彎槽1801另一端口的投影要與圓 弧槽503的端口重合，讓導向板上的導向槽在運動過程中對傳動銷柱7的外端部進行導向。
[0052] 為提高傳動的精密性，可以把驅動直槽9和滑槽8的寬度設計等于傳動銷柱7的 直徑，把驅動直槽9和滑槽8相對于開口端的另一端都設計成直徑等于傳動銷柱7的直徑 的半圓形，并把驅動直槽9半圓形端部的圓心設在傳動鏈槽5的寬度中分線上，使驅動直槽 9半圓形端部的圓心到開口端的距離等于傳動鏈槽5寬度的二分之一加上與直槽501對應 位置的槽內幫13部分的寬度的二分之一，把滑槽8半圓形端部的圓心到傳動軸2軸心的距 離設計等于圓弧槽503的寬度中分線到傳動軸2軸心的距離。
[0053] 在第一種實施方式中，如圖1所示，往復直線運動驅動裝置15與連桿12的外端部 連接，運動過程中往復直線運動驅動裝置15的往復直線運動通過連桿12帶動傳動鏈4沿 傳動鏈槽5做往復運動，傳動鏈4上的驅動板6隨著傳動鏈4的運動也做往復運動，并通過 傳動銷柱7驅動傳動臂3和傳動軸2做圓周旋轉運動。具體運動過程如下：當往復直線運 動驅動裝置15從行程的左端止點處向右運動時，通過連桿12驅動上下兩條傳動鏈4和其 上的上下兩個驅動板6沿上下兩條傳動鏈槽5從左向右同步運動，上傳動鏈4上的上驅動 板6驅動內端部伸入到驅動直槽9中的傳動銷柱7沿上傳動鏈槽5的轉向槽502和圓弧槽 503從左向右運動，傳動銷柱7帶動傳動臂3和傳動軸2順時針轉動；當傳動銷柱7運行到 圓弧槽503和轉向槽502銜接處時，傳動銷柱7的外端部進入導向板18上的導向彎槽1801 的端口，在導向彎槽1801和驅動直槽9的共同作用下，使傳動銷柱7 -邊隨著驅動板6運 動一邊沿著驅動直槽9的槽向方向滑動，當往復直線運動驅動裝置15運動到行程的右端止 點處時，上下兩個驅動板6隨兩條傳動鏈4同步運動至直槽501與轉向槽502交接處，使驅 動直槽9與直槽501垂直，上下兩條傳動鏈4上的上下兩個驅動板6實現驅動直槽9開口 對接，傳動銷柱7的外端部進入導向板18上的導向直槽1802中，導向直槽1802引導傳動 銷柱7從上驅動板6上的驅動直槽9中進入下驅動板6上的驅動直槽9中，隨后往復直線 運動驅動裝置15從右向左運動，通過連桿12驅動上下兩條傳動鏈4和其上的上下兩個驅 動板6沿上下兩條傳動鏈槽5從右向左同步運動，下傳動鏈4上的下驅動板6驅動內端部 伸入驅動直槽9中的傳動銷柱7沿下傳動鏈槽5的轉向槽502和圓弧槽503從右向左運 動，傳動銷柱7帶動傳動臂3和傳動軸2繼續順時針轉動；當往復直線運動驅動裝置15再 次運動到行程的左端止點處時，傳動銷柱7又從下驅動板6上的驅動直槽9中進入上驅動 板6上的驅動直槽9中，繼續通過連桿12、傳動鏈4、驅動板6、傳動銷柱7驅動傳動臂3和 傳動軸2沿順時針轉動，從而實現了往復直線運動向圓周運動的轉換。上面的運動過程描 述使用了上下傳動鏈、上下驅動板、上下傳動鏈槽和沿順時針轉動只是為了表述方便，在往 復直線運動驅動裝置15的運動模塊從左向右運動過程中，如果此時傳動銷柱7處在下驅動 板6上的驅動直槽9中，就會通過連桿12、傳動鏈4、驅動板6、傳動銷柱7驅動傳動臂3和 傳動軸2沿逆時針轉動。根據此運動轉換原理，當傳動軸2與圓周運動驅動裝置連接、連桿 12與往復直線運動從動裝置連接時，也可實現圓周運動向往復直線運動的轉換。
[0054] 如圖7至圖13所示，本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第一種實施方式的 改進結構，把傳動鏈4設計成由多個同為圓柱形的鏈柱16相互嚙合組成，在鏈柱16的一端 面開設優弧滑槽1601和劣弧滑槽1602,使優弧滑槽1601的槽向中分線的曲率與劣弧滑槽 1602槽幫1604的槽向中分線的曲率相等，優弧滑槽1601的槽寬度和槽幫1603寬度設計 成等于劣弧滑槽1602的槽幫1604寬度和槽寬度，優弧滑槽1601的槽深度和槽幫1603高 度設計成等于劣弧滑槽的槽幫1604高度和槽深度，優弧滑槽的槽幫1603平分線與劣弧滑 槽的槽幫1604平分線共線，相鄰鏈柱16通過劣弧滑槽1602和優弧滑槽1601的槽幫1603 相互嚙合，鏈柱16周壁上設置與導軌504配合的圓環槽1605 ;進一步的改進結構可以把驅 動板6設計成通過兩個連接鏈柱17與驅動板6連接，連接鏈柱17包括半圓柱和棱形柱，把 半圓柱的直徑設計成等于鏈柱16的直徑，在半圓柱周壁上開設與導軌504配合的半圓環槽 1703,在半圓柱的外端面開設與優弧滑槽1601相同的連接滑槽1701，棱形柱的高度設計成 等于鏈柱16的高度，棱形柱兩個側平面寬度相等交匯處設成圓弧棱，棱形柱的外端面設置 與驅動板6配合連接的短圓柱1702,短圓柱1702的柱面與棱柱的兩個側平面內切處，兩個 連接鏈柱17通過連接滑槽1701與兩段傳動鏈端部的劣弧槽的槽幫1604嚙合連接，驅動板 6通過沿自身中分線對稱設置的兩個圓孔分別與兩個連接鏈柱17棱柱上的短圓柱1702連 接。這種結構設置的傳動鏈可使傳動更為平滑、穩定。
[0055] 作為本發明第一種實施方式的另一種改進結構，如圖1、圖2、圖4、圖5所示，在轉 向槽502對應的槽內幫13上關于傳動軸2對稱設有左右兩個過渡槽10,過渡槽10的寬度 設計成大于傳動銷柱7的直徑，過渡槽10的槽底面設計成與導軌504的外側面共面，設計 過渡槽10主要用于運動過程中使傳動銷柱7的內端部可以從中通過，以達到延長傳動銷柱 內端部的伸入長度增強傳動的平穩性的目的。
[0056] 如圖22所示的本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第二種實施方式的結構 示意圖中，與第一種實施方式不同的是，把驅動板6設置在兩條傳動鏈4的右端，只在兩條 傳動鏈4的左端分別與一個連桿12固定連接；也可以把驅動板6設在兩條傳動鏈4的左 端，只在兩條傳動鏈4的右端分別與一個連桿12固定連接。這種實施方式簡化了結構，可 節約制造成本，設計和使用中只需考慮單側傳動的協調配合問題，實施更容易。
[0057] 如圖23至圖28所示的本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置第三種實施方式 的結構示意圖中，與第一種實施方式不同的是，在傳動鏈槽5的內側對稱增設一組結構和 連接關系均相同的傳動臂3、傳動銷柱7、驅動板6、過渡槽10、導向板18,讓傳動鏈槽5兩側 的傳動部件處于完全對稱狀態，使傳動達到最佳平衡狀態，進一步增強運動轉換的平穩性。
[0058] 本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置的第四種實施方式是在第二種實施方 式的基礎上，在傳動鏈槽5的內側對稱增設一組結構和連接關系均相同的傳動臂3、傳動銷 柱7、驅動板6、過渡槽10、導向板18,讓傳動鏈槽5兩側的傳動部件處于完全對稱狀態，使 傳動達到最佳平衡狀態，進一步增強運動轉換的平穩性。
[0059] 如圖29所示，本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置有兩種使用方式，一種是 往復直線運動裝置15作為驅動源與連桿12連接，通過傳動鏈4、驅動板6、傳動銷柱7、傳動 臂3和傳動軸2驅動與傳動軸2連接的圓周運動裝置20做圓周旋轉運動，從而實現往復直 線運動向圓周運動的轉換；另一種方式是圓周運動裝置20作為驅動源與傳動軸2連接，通 過傳動臂3、傳動銷柱7、驅動板6、傳動鏈4和連桿12驅動往復直線運動裝置做往復直線運 動，從而實現圓周運動向往復直線運動的轉換。
[0060] 本發明往復直線運動與圓周運動轉換裝置，能有效提高往復直線運動與圓周運動 相互轉換的轉換效率，節省能源；作為發動機中的曲軸（曲柄）連桿轉換機構的替代裝置， 能有效地減少氣缸壁與活塞之間的磨損，降低發動機產生的振動和噪聲；本發明可用于任 何形式的往復直線運動與圓周運動轉換的機械，例如，活塞式油泵、活塞式氣泵、活塞式水 泵、壓縮機等。
[0061] 以上實施例僅是對本發明的優選實施方式進行的描述，并非對本發明請求保護的 范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域工程技術人員依據本發明的技 術方案做出的各種形式的變形，均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種往復直線運動與圓周運動轉換裝置，包括殼體（1)、傳動軸（2)、傳動臂（3)、傳 動鏈⑷、傳動鏈槽（5)、驅動板（6)、傳動銷柱（7)、連板（11)、連桿（12)、導向板（18)，其 特征在于：在所述傳動軸（2)上下對稱設置兩條傳動鏈槽（5)，兩條傳動鏈槽（5)之間為槽 內幫（13)，兩條傳動鏈槽（5)與殼體（1)內壁之間的槽幫為槽外幫（14)，槽外幫（14)與殼 體固定連接，槽內幫（13)通過連板（11)與槽外幫（14)固定連接；兩條傳動鏈（4)分別通 過第一導向裝置置于兩條傳動鏈槽（5)中，傳動鏈（4)的寬度等于傳動鏈槽（5)的寬度；傳 動軸（2)穿過槽內幫（13)上設置的圓孔安裝在殼體（1)上的軸承座中，傳動臂（3)的一端 與傳動軸（2)垂直固定連接，傳動臂（3)的另一端沿自身中分線設有開口的滑槽（8);兩條 傳動鏈（4)的對應位置分別設有一個驅動板￠)，并使兩條傳動鏈（4)的驅動板（6)成上 下對稱設置，當驅動板（6)設在傳動鏈（4)的一端時，每條傳動鏈（4)的另一端分別與一個 連桿（12)固定連接，當驅動板（6)設在傳動鏈（4)的中部時，每條傳動鏈（4)的兩端分別 與一個連桿（12)固定連接，驅動板（6)沿自身中分線設有一端開口的驅動直槽（9)，驅動 直槽（9)的開口指向槽內幫（13)方向；傳動銷柱（7)通過第二導向裝置置于滑槽⑶中， 傳動銷柱（7)的長度大于傳動臂（3)的厚度，內端部伸入驅動板（6)上的驅動直槽（9)中； 傳動鏈槽（5)包括設在兩端的兩段直槽（501)、兩段形狀相同對稱設置的轉向槽（502)和 中間的圓弧槽（503)，轉向槽（502)設在直槽（501)與圓弧槽（503)之間，轉向槽（502)分 別與直槽（501)和圓弧槽（503)平滑銜接，圓弧槽（503)的圓心與傳動軸（2)的軸心重合， 當驅動板（6)設在傳動鏈（4)的一端時，驅動板￠)到傳動鏈（4)另一端的距離大于圓弧 槽（503)的弧長加上轉向槽（502)的弧長的和，對應端的直槽（501)的長度也大于圓弧槽 (503)的弧長加上轉向槽（502)的弧長的和，當驅動板（6)設在傳動鏈（4)的中部時，驅動 板（6)到傳動鏈（4)兩端的距離均大于圓弧槽（503)的弧長加上轉向槽（502)的弧長的和， 兩段直槽（501)的長度也均大于圓弧槽（503)的弧長加上轉向槽（502)的弧長的和；所述 導向板（18)關于傳動軸⑵左右對稱設置兩個，兩個導向板（18)與殼體⑴固定連接，導 向板（18)上開設有運動過程中對傳動銷柱（7)的外端部進行導向的導向槽，導向槽的寬度 等于傳動銷柱（7)的直徑。
2. 按照權利要求1所述的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，其特征在于：所述驅動 直槽（9)和滑槽⑶的寬度等于傳動銷柱（7)的直徑，驅動直槽（9)和滑槽⑶相對于開 口端的另一端均設為直徑等于傳動銷柱（7)直徑的半圓形，驅動直槽（9)半圓形端部的圓 心設在傳動鏈槽（5)的寬度中分線上，驅動直槽（9)半圓形端部的圓心到開口端的距離等 于傳動鏈槽（5)寬度的二分之一加上與直槽（501)對應位置的槽內幫（13)部分的寬度的 二分之一，滑槽（8)半圓形端部的圓心到傳動軸（2)軸心的距離等于圓弧槽（503)的寬度 中分線到傳動軸（2)軸心的距離。
3. 按照權利要求2所述的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，其特征在于：所述傳動 鏈⑷由相同的多個鏈柱（16)相互哨合組成，鏈柱（16)為圓柱形，鏈柱（16)的一端面開 設有優弧滑槽（1601)和劣弧滑槽（1602)，優弧滑槽（1601)的槽向中分線的曲率與劣弧滑 槽（1602)槽幫（1604)的槽向中分線的曲率相等，優弧滑槽（1601)的槽寬度和槽幫（1603) 寬度等于劣弧滑槽（1602)的槽幫（1604)寬度和槽寬度，優弧滑槽（1601)的槽深度和槽幫 (1603)高度等于劣弧滑槽（1602)的槽幫（1604)高度和槽深度，優弧滑槽（1601)的槽幫 (1603)平分線與劣弧滑槽（1602)的槽幫（1604)平分線共線，相鄰鏈柱（16)通過劣弧滑槽 (1602)和優弧滑槽（1601)的槽幫（1603)相互嚙合。
4. 按照權利要求3所述的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，其特征在于：所述驅動 板（6)通過兩個連接鏈柱（17)與傳動鏈（4)連接，連接鏈柱（17)包括半圓柱和棱形柱， 半圓柱的直徑等于鏈柱（16)的直徑，半圓柱的一端面開設有與優弧滑槽（1601)相同的連 接滑槽（1701)，棱形柱的高度等于鏈柱（16)的高度，棱形柱的兩個側平面寬度相等，交匯 處為圓弧棱，棱形柱的外端面上設有短圓柱（1702)，短圓柱（1702)的柱面與棱形柱的兩個 側平面相切，兩個連接鏈柱（17)分別通過連接滑槽（1701)與兩段傳動鏈端部的劣弧滑槽 (1602)的槽幫（1604)嚙合連接，驅動板（6)通過沿自身中分線對稱設置的兩個圓孔分別與 兩個連接鏈柱（17)棱形柱上的短圓柱（1702)配合連接。
5. 按照權利要求4所述的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，其特征在于：所述第一 導向裝置為：傳動鏈槽（5)的內側壁設有導軌（504)，傳動鏈（4)設有與導軌（504)相配合 的導軌槽，所述導軌槽由鏈柱（16)上的圓環槽（1605)和連接柱（17)上的半圓環槽（1703) 組合而成，導軌（504)的寬度等于圓環槽（1605)和半圓環槽（1703)的寬度，導軌（504)的 高度等于圓環槽（1605)和半圓環槽（1703)的深度；所述第二導向裝置為：傳動臂（3)上的 滑槽⑶的內側壁設有導向滑槽（801)，傳動銷柱（7)上設有與導向滑槽（801)相配合的圓 環導向軌（701)，圓環導向軌（701)的寬度等于導向滑槽（801)的寬度，圓環導向軌（701) 的高度等于導向滑槽（801)的深度。
6. 按照權利要求5所述的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，其特征在于：所述轉向 槽（502)對應位置的槽內幫（13)上關于傳動軸（2)左右對稱設有兩個過渡槽（10)，過渡槽 (10)的寬度大于傳動銷柱（7)的直徑，過渡槽（10)的槽底面與導軌（504)的外側面共面， 過渡槽（10)用于運動過程中使傳動銷柱（7)的內端部從中通過；所述導向板（18)上開設 的導向槽包括兩段導向彎槽（1801)和一段導向直槽（1802)，兩段導向彎槽（1801)對稱設 置在導向直槽（1802)兩端，兩段導向彎槽（1801)的一端口分別與導向直槽（1802)的兩端 口平滑銜接，兩段導向彎槽（1801)另一端口的投影分別與圓弧槽（503)的端口重合。
7. 按照權利要求6所述的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，其特征在于：在傳動鏈 槽（5)的內側對稱增設一組傳動臂（3)、傳動銷柱（7)、驅動板（6)、過渡槽（10)、導向板 (18)，傳動鏈槽兩側的傳動臂（3)、傳動銷柱（7)、驅動板（6)、過渡槽（10)、導向板（18)的 結構和連接關系均相同。
8. 按照權利要求1至7任一項所述的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，其特征在于： 還包括往復直線運動裝置（15)和旋轉運動裝置（20)，往復直線運動裝置（15)與連桿（12) 連接，旋轉運動裝置（20)與傳動軸（2)連接。
9. 按照權利要求8所述的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，其特征在于：所述往復 直線運動裝置（15)為氣缸活塞，旋轉運動裝置（20)為從動裝置。
10. 按照權利要求8所述的往復直線運動與圓周運動轉換裝置，其特征在于：所述往復 直線運動裝置（15)為從動裝置，旋轉運動裝置（20)為電動機。
【文檔編號】F16H37/12GK104061304SQ201410280856
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】安里千, 劉慶, 毛靈濤, 劉升貴 申請人:安里千