[发明专利]一种输出滑块曲轴自转公转的动力传动方法及动力耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及机械动力传动技术领域，特别涉及一种输出滑块曲轴自转公转的动力传动方法及动力耦合器。

背景技术

现代机械传动在机械工程中的应用非常广泛，主要是指利用机械方式传递动力和运动。动力耦合器又称动力联轴器，是一种用来将动力源(通常是发动机或电机)与工作机连接起来的传递旋转动力的机械装置，曾应用于早期的汽车半自动变速器及自动变速器中，后来广泛用于冶金设备、矿山机械、电力设备、化工及各种工程机械中。目前，大多数动力耦合器都是单输入单输出传动，或者双输入单输出、单输入双输出，亦或者实现动力源转换、耦合，期望简化或取消换挡机构的混合动力驱动装置。但是，在一些特殊的机械工程领域，执行机构要求实现同轴自转和公转运动。例如，在石油化工领域，容积式流体输送机械多采用容积泵结构，利用转子在定子内腔中的自转和公转运动实现容积式流体输运过程；在高分子材料加工机械领域，一些塑化输运装置要求传动机构单轴输出自转与公转运动。

在传统机械工程装置中，转子往往需要同时实现自转和公转运动，但是这种自转和公转运动是由于执行机构定子和转子配合运动产生的，而工程机械装置的传动系统仅仅只是由万向联轴器被动接受这种转子轴的复合运动，而不能主动输出自转和公转，仅能依靠转子与定子的啮合，被动的实现公转运动。转子的轴向力和径向力同时作用在万向轴上，且受力面积小，力矩大，长时间使用，万向轴负载过大，寿命短，易损坏，成本高。而且在输运过程中产生的轴向载荷大部分需要定子和转子来承受，传动系统整体稳定性低，造成转子运转不稳定、转子与定子内腔磨损变形等问题。针对此类装置存在的问题，张冠宇等人发明了一种用于单螺杆泵上的万向轴传动机构，轴向力和径向力分别由各个零件承受，且受力面积大，但其结构相对复杂，并没有从根本上解决上述问题。徐华岳等人提出一种曲拐型曲轴传动单螺杆泵，采用曲轴式连接避免花键、传动轴、转子在同一旋转中心线上，但该结构中，只是跟随传动轴、转子作固定的圆周运动，并不能实现同轴输出自转与公转。陈亚轩等人提出的具有十字滑块连接结构的单螺杆泵，简化了结构，缩小长度尺寸和重量，可驱动转子做行星回转运动，但其公转方向与自转方向相同，即等角速度。瞿金平等人提出一种解决方法及其装置，可实现同轴输出自转与公转，并且可承受轴向载荷，主要有齿轮系串联动力输入输出轴和推力轴承组，但在实际使用过程中，其结构相对复杂，机构承载弱。

在运动形式的变换中，滑块与曲轴机构是一种常用的机械结构，具有运动副为低副，各元件间为面接触，构成低副两元件的几何形状比较简单，加工方便，易于得到较高的制造精度等优点。但在高速重载情况下，各元件间面接触会因正应力过大而增大摩擦，曲柄滑块机构在高速下往复运动的动量以及冲压机整机冲击和振动的能量难以平衡。袁永林等人公开的用于曲柄滑块机构的平衡滑块装置，只通过增加平衡滑块平衡冲击，并没有实现能量的有效利用。

综上所述，创新性地开发了一种利用滑块与曲轴实现输出轴自转公转的动力传动方法及动力耦合器，能有效增加系统整体刚性和承载能力，提高运动机构的精度和稳定性，具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输出滑块曲轴自转公转的动力传动方法，该方法可有效增强对应动力传动系统的整体刚性和承载能力，提高运动机构的精度和稳定性。

本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述方法的输出滑块曲轴自转公转的动力耦合器。

本发明的技术方案为：一种输出滑块曲轴自转公转的动力传动方法，输入滑块直轴通过十字滑块带动输出滑块曲轴转动，输出滑块曲轴进行与输入滑块直轴等速同向的偏心自转；同时，输出滑块曲轴上带有反向布置的两个曲柄，一个曲柄与水平方形滑块连接，另一个曲柄与竖直方形滑块连接，输出滑块曲轴转动时，两个曲柄驱动水平方形滑块和竖直方形滑块分别进行直线式往复运动，水平方形滑块和竖直方形滑块所产生的反作用力迫使输出滑块曲轴绕输入滑块直接的中心线进行等速反向的公转运动。

所述输出滑块曲轴的输出端设有偏心系盘，输出滑块曲轴在偏心系盘的约束下进行自转和公转，同时迫使偏心系盘做运动。更准确地说，偏心系盘做与输入滑块直轴速度相等的反向旋转。

所述输出滑块曲轴转动时，水平方形滑块沿水平方向进行直线式往复运动，竖直方形滑块沿竖直方向进行直线式往复运动。

所述输出滑块曲轴进行自转的偏心量为e时，输出滑块曲轴轴线绕输入滑块直轴轴线公转的半径为e，水平方形滑块和竖直方形滑块进行直线式往复运动的运动幅度均为4e。