一种偏心齿轮传动装置及其传动方法与流程

本发明涉及机械传动技术领域，具体涉及一种偏心齿轮传动装置及其传动方法。

背景技术：

公开号为cn206175085u，授权公告日为2017年05月17的中国实用新型专利“一种模块化多缸自由活塞式斯特林发动机”，该发动机独特的柔性活塞输出最大动力时为竖直直线运动，设计之初是配备直线发电机进行发电用，而直线发电机的造价很高，大批量大规模建立电站需耗费大量资金投入到直线发电机上，为了在发电机上投入更少的资金，可以使用成本更低的旋转式发电机，这就意味着要将活塞的直线运动的动力转换为旋转的转矩输入到旋转式发电机上。

一般常用的将直线运动转换为旋转运动的机构有曲轴连杆机构、齿轮齿条机构、螺旋传动机构等，其中曲轴连杆机构传动时，其活塞运动方向与连杆有动态夹角存在，该夹角的存在不适用于柔性活塞式的发动机；齿轮齿条机构自身结构冲击较大，零部件容易造成疲劳损伤，大大降低零部件的使用寿命；螺旋传动机构能将螺杆的直线运动转变为螺母的旋转运动，也可将螺母的直线运动转变为螺杆的旋转运动，两种方式都需要较大的螺旋升角才能保证不自锁，且传动效率很低，长时间运转容易磨损，而且较大的螺旋升角不容易加工。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种偏心齿轮传动装置及其传动方法，该装置及其方法可通过模块化多缸自由活塞式斯特林发动机在其直线运动轴上施加往复直线运动力，带动位于箱体内部的齿轮传动组做运动，最终将直线运动的动力转换为连续旋转的转矩输出至旋转式发电机上，已达到节约成本的目的，同时也可实现逆向转换，用途灵活，解决了采用其它传动机构带来的，对柔性活塞式发动机的不适用、零部件易损、寿命低，不能用于高速变载荷运动、易自锁、传动效率低、易磨损、不易加工等问题。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种偏心齿轮传动装置，包括有箱体安装板、箱体、滚动轴承、内齿圈、偏心转轴、齿轮轴滚动轴承a、套筒、齿轮轴、直线运动轴、直线轴承、箱盖、直线运动轴密封端盖、直线骨架油封、吊装环、大端盖、旋转骨架油封、小端盖、飞轮、齿轮轴滚动轴承b；所述的箱体安装板上安装箱体，所述的箱体为中空的柱体管状结构，所述的箱体内壁安装内齿圈，并对内齿圈周向进行定位，所述的箱体通过滚动轴承限位安装偏心转轴，所述的偏心转轴由一个柱体及柱体轴心处延伸出的轴组成，所述偏心转轴柱体端部轴向开有偏心轴孔，所述的偏心转轴通过齿轮轴滚动轴承安装，所述的齿轮轴是一端带有z字形偏心轴头，所述的齿轮轴的偏心轴头通过齿轮轴滚动轴承b安装直线运动轴，所述的齿轮轴的偏心轴头位于直线运动轴的中间并与其垂直，所述的齿轮轴的另一端通过齿轮轴滚动轴承a安装在偏心转轴的偏心轴孔内，所述的套筒轴向固定在偏心转轴上的偏心轴孔内。所述的齿轮轴上的齿与内齿圈啮合，所述的直线运动轴的两头通过两个直线轴承定位安装在箱体上，所述的两个直线轴承通过位于箱体左端的箱盖夹紧，所述的直线骨架油封有两个分别套装在直线运动轴的两头，所述的骨架油封通过直线运动轴密封端盖压装在箱体和箱盖上，所述的箱体顶部安装吊装环，所述的吊装环拆卸后可从此处加注润滑油，所述的箱体底部开螺纹孔安装堵头，拆卸堵头后可排出润滑油，所述的大端盖中心开口并安装在箱体的右端面上，所述的偏心转轴的轴从大端盖中心开口处伸出可与旋转式发动机转子连接，所述的大端盖和偏心转轴之间安装旋转骨架油封，所述的旋转骨架油封通过小端盖压装在大端盖，所述的偏心转轴的轴端安装飞轮。

进一步的，所述的齿轮轴与内齿圈的传动比为2：1；

进一步的，所述的齿轮轴滚动轴承a有两组，其中一组靠近偏心转轴偏心轴孔底，另外一组靠近偏心转轴偏心轴孔开口，中间通过套筒进行限位；所述的滚动轴承有两组，分布在偏心转轴的柱体部分的两端，使得偏心转轴在箱体内旋转时更加稳定；所述的齿轮轴滚动轴承b有一组，使得齿轮轴的偏心轴头与直线运动轴之间的限位更加稳固。

进一步的，所述的箱体安装板和箱体的装配方式采用螺钉链接或铸造为一体的方式。

进一步的，所述的箱体和内齿圈的装配方式采用螺钉链接、销钉定位的方式。

进一步的，所述的内齿圈的周向定位方式采用花键定位、普通键连接定位、销钉定位、过盈配合定位中的一种方式。

进一步的，所述的内齿圈可以与箱体做成一体的零件。

进一步的，所述的滚动轴承、齿轮轴滚动轴承a、齿轮轴滚动轴承b采用圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、滚针轴承、液体静压轴承中的一种。

进一步的，所述的内齿圈和齿轮轴的啮合传动方式为直齿齿轮传动、斜齿齿轮传动、锥形齿轮传动、端面齿轮传动、摩擦传动方式中的一种。

进一步的，所述的内齿圈和齿轮轴的齿廓形状为渐开线齿廓、圆弧齿廓、矩形齿廓、三角形齿廓和其他异形齿廓中的一种。

进一步的，所述的内齿圈和齿轮轴根据负载要求采用普通碳钢或结构钢淬火处理，处理后硬度在hrc40-60之间，当发动机功率和输出扭矩较小，且负载较轻时，内齿圈和齿轮轴的材料调制处理即可，硬度在hb180-320之间。

进一步的，所述的直线运动轴采用单侧单轴或双侧双轴输入和输出的方式。

进一步的，本装置可以将复直线运动转变为连续旋转运动，也可以将连续旋转运动转变为往复直线运动。

一种偏心齿轮传动装置的传动方法，将往复直线运动转变为连续旋转运动的包括如下步骤：

第一步：将箱体安装板固定在安装基准面上，直线运动轴的两端安装可以提供往复直线运动的驱动机构，驱动机构施加给直线运动轴两端的驱动力方向相反，根据动力源可在直线运动轴的一端施加驱动力；

第二步：施加给偏心转轴能使其旋转的瞬时启动力矩；

第三步：通过驱动装置向直线运动轴均匀施加周期性的往复直线运动力；

第四步；直线运动轴带动齿轮轴与内齿圈啮合传动，使得齿轮轴的轴线绕着偏心转轴的轴线旋转，从而将转矩传递到偏心转轴上输出，结合偏心转轴上施加的瞬时启动力矩和飞轮的惯性以获得使偏心转轴旋转的力矩；

第五步：偏心转轴带动飞轮做连续旋转运动，即实现了将往复直线运动转变为连续旋转运动的功能。

一种偏心齿轮传动装置的传动方法，将连续旋转运动转变为往复直线运动的包括如下步骤：

第一步：将箱体安装板固定在安装基准面上，偏心转轴上安装可以提供旋转力矩的驱动机构，偏心转轴可正传也可反转，飞轮可以取消；

第二步：偏心转轴将转矩传递给齿轮轴，齿轮轴与内齿圈啮合传动使得齿轮轴的偏心轴头上下移动，齿轮轴的偏心轴头再通过齿轮轴滚动轴承带动直线运动轴做往复直线运动；

第三步：直线运动轴连接执行部件输出往复直线运动，即可实现将连续的旋转运动转化为往复直线运动的功能。

本发明与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本装置结构简单，非标零部件数量少，简单易加工，对于装配精度要求低，

综合制造成本低，多采用标准件以达到设备零部件互换性强的优势，机构组装和拆卸不需要特别的工装夹具，操作极其简单，且效率高；

2、本装置能将发动机活塞输出的往复动力直接转变为旋转扭矩，传动效率高于曲轴和齿轮机构，机构整体可实现无死点逆向运行，即将连续的旋转运动转变为往复直线运动，实现一机多用途的效能，大大增加设备利用率。在机构的输出端安装飞轮以便于储能，使得发动机停机后由于飞轮的转动惯量保证发动机惰转时间长，同时飞轮也能保证运转平稳。

附图说明

图1是本发明一种偏心齿轮传动装置及其传动方法的立体结构示意图；

图2是本发明一种偏心齿轮传动装置及其传动方法的剖面图；

图中，箱体安装板-1、箱体-2、滚动轴承-3、内齿圈-4、偏心转轴-5、齿轮轴滚动轴承a-6、套筒-7、齿轮轴-8、直线运动轴-9、直线轴承-10、箱盖-11、直线运动轴密封端盖-12、直线骨架油封-13、吊装环-14、大端盖-15、旋转骨架油封-16、小端盖-17、飞轮-18，齿轮轴滚动轴承b-19。

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：

本发明具体结构及使用方式请参阅图1和图2，一种偏心齿轮传动装置及其传动方法，包括有箱体安装板1、箱体2、滚动轴承3、内齿圈4、偏心转轴5、齿轮轴滚动轴承a6、套筒7、齿轮轴8、直线运动轴9、直线轴承10、箱盖11、直线运动轴密封端盖12、直线骨架油封13、吊装环14、大端盖15、旋转骨架油封16、小端盖17、飞轮18、齿轮轴滚动轴承b19，所述的箱体安装板1上安装箱体2，所述的箱体2为中空的柱体管状结构，所述的箱体2内壁安装内齿圈4，并对内齿圈4周向进行定位，所述的箱体2通过滚动轴承3限位安装偏心转轴5，所述的偏心转轴5由一个柱体及柱体轴心处延伸出的轴组成，所述偏心转轴5柱体端部轴向开有偏心轴孔，所述的偏心转轴5通过齿轮轴滚动轴承6安装，所述的齿轮轴8是一端带有z字形偏心轴头，所述的齿轮轴8的偏心轴头通过齿轮轴滚动轴承b19安装直线运动轴9，所述的齿轮轴8的偏心轴头位于直线运动轴9的中间并与其垂直，所述的齿轮轴8的另一端通过齿轮轴滚动轴承a6安装在偏心转轴5的偏心轴孔内，所述的套筒7轴向固定在偏心转轴5上的偏心轴孔内。所述的齿轮轴8上的齿与内齿圈4啮合，所述的齿轮轴8采用渐开线直齿圆柱齿轮，齿轮轴8与内齿圈4的传动比为2：1，所述的齿轮轴滚动轴承a6有两组，其中一组靠近偏心转轴5偏心轴孔底，另外一组靠近偏心转轴5偏心轴孔开口，中间通过套筒7进行限位；所述的滚动轴承3有两组，分布在偏心转轴5的柱体部分的两端，使得偏心转轴5在箱体内旋转时更加稳定；所述的齿轮轴滚动轴承b19有一组，使得齿轮轴8的偏心轴头与直线运动轴9之间的限位更加稳固。

所述的直线运动轴9的两头通过两个直线轴承10定位安装在箱体2上，所述的两个直线轴承10通过位于箱体2左端的箱盖11夹紧，所述的直线骨架油封13有两个分别套装在直线运动轴9的两头，所述的骨架油封13通过直线运动轴密封端盖12压装在箱体2和箱盖11上，所述的箱体2顶部安装吊装环14，所述的吊装环14拆卸后可从此处加注润滑油，所述的箱体2底部开螺纹孔安装堵头，拆卸堵头后可排出润滑油，所述的大端盖15中心开口并安装在箱体2的右端面上，所述的偏心转轴5的轴从大端盖15中心开口处伸出可与旋转式发动机转子连接，所述的大端盖15和偏心转轴5之间安装旋转骨架油封16，所述的旋转骨架油封16通过小端盖17压装在大端盖15，所述的偏心转轴5的轴端安装飞轮18，偏心转轴5的延长轴端通过联轴器连接发电机。

在本发明的第一个实施例中，安装板1和箱体2的装配方式采用螺钉链接；箱体2和内齿圈4的装配方式采用螺钉链接；内齿圈4的周向定位方式采用花键定位；滚动轴承3、齿轮轴滚动轴承a6、齿轮轴滚动轴承b19采用圆柱滚子轴承；内齿圈4和齿轮轴8的啮合传动方式为直齿齿轮传动；内齿圈4和齿轮轴8的齿廓形状为渐开线齿廓；内齿圈4和齿轮轴8根据负载要求采用普通碳钢淬火处理，处理后硬度为hrc40，当发动机功率和输出扭矩较小，且负载较轻时，内齿圈4和齿轮轴8的材料调制处理即可，硬度为hb180；当本装置将往复直线运动转变为旋转运动时，直线运动轴9采用单侧单轴输入方式，即直线运动轴9一端可用于动力输入。

在本发明的第二个实施例中，箱体安装板1和箱体2可铸造为一体；箱体2和内齿圈4的装配方式采用销钉定位；内齿圈4的周向定位方式采用普通键连接定位；滚动轴承3、齿轮轴滚动轴承a6、齿轮轴滚动轴承b19采用深沟球轴承；内齿圈4和齿轮轴8的啮合传动方式为斜齿齿轮传动；内齿圈4和齿轮轴8的齿廓形状为圆弧齿廓；内齿圈4和齿轮轴8根据负载要求采用普通碳钢淬火处理，处理后硬度为hrc50，当发动机功率和输出扭矩较小，且负载较轻时，内齿圈4和齿轮轴8的材料调制处理即可，硬度为hb250；当本装置将往复直线运动转变为旋转运动时，直线运动轴9采用双侧双轴输入的方式，即直线运动轴9两端都可用于动力输入。

在本发明的第三个实施例中，箱体安装板1和箱体2可铸造为一体；箱体2和内齿圈4的装配方式采用销钉定位；内齿圈4的周向定位方式采用过盈配合定位；滚动轴承3、齿轮轴滚动轴承a6、齿轮轴滚动轴承b19采用角接触球轴承；内齿圈4和齿轮轴8的啮合传动方式为锥形齿轮传动；内齿圈4和齿轮轴8的齿廓形状为矩形齿廓；内齿圈4和齿轮轴8根据负载要求采用普通碳钢淬火处理，处理后硬度为hrc60，当发动机功率和输出扭矩较小，且负载较轻时，内齿圈4和齿轮轴8的材料调制处理即可，硬度为hb320；当本装置将旋转运动转变为往复直线运动时，直线运动轴9采用单侧单轴输出方式，即直线运动轴9两端都可用于动力输出。

在本发明的第四个实施例中，安装板1和箱体2的装配方式采用螺钉链接；内齿圈4可以与箱体2做成一体的零件；内齿圈4的周向定位方式采用销钉定位；滚动轴承3、齿轮轴滚动轴承a6、齿轮轴滚动轴承b19采用滚针轴承；内齿圈4和齿轮轴8的啮合传动方式为端面齿轮传动；内齿圈4和齿轮轴8的齿廓形状为三角形齿廓；内齿圈4和齿轮轴8根据负载要求采用结构钢淬火处理，处理后硬度为hrc40，当发动机功率和输出扭矩较小，且负载较轻时，内齿圈4和齿轮轴8的材料调制处理即可，硬度为hb180；当本装置将旋转运动转变为往复直线运动时，直线运动轴9采用双侧双轴输出方式。

在本发明的第五个实施例中，箱体安装板1和箱体2可铸造为一体；箱体2和内齿圈4的装配方式采用销钉定位；内齿圈4的周向定位方式采用过盈配合定位；滚动轴承3、齿轮轴滚动轴承a6、齿轮轴滚动轴承b19采用液体静压轴承；内齿圈4和齿轮轴8的啮合传动方式摩擦传动；内齿圈4和齿轮轴8的啮合传动方式为直齿齿轮传动；内齿圈4和齿轮轴8的齿廓形状为异形齿廓；内齿圈4和齿轮轴8根据负载要求采用结构钢淬火处理，处理后硬度为hrc50，当发动机功率和输出扭矩较小，且负载较轻时，内齿圈4和齿轮轴8的材料调制处理即可，硬度为hb250；当本装置将往复直线运动转变为旋转运动时，直线运动轴9采用单侧单轴输入方式。

在本发明的第六个实施例中，安装板1和箱体2的装配方式采用螺钉链接；内齿圈4可以与箱体2做成一体的零件；内齿圈4的周向定位方式采用销钉定位；滚动轴承3、齿轮轴滚动轴承a6、齿轮轴滚动轴承b19采用圆锥滚子轴承；内齿圈4和齿轮轴8的齿廓形状为异形齿廓；内齿圈4和齿轮轴8根据负载要求采用结构钢淬火处理，处理后硬度为hrc60，当发动机功率和输出扭矩较小，且负载较轻时，内齿圈4和齿轮轴8的材料调制处理即可，硬度为hb320；当本装置将往复直线运动转变为旋转运动时，直线运动轴9采用单侧单轴输入方式。

上述实施例中的装置可实现将往复直线运动转变为连续旋转运动，具体传动方法如下：

将箱体安装板固定在安装基准面上，直线运动轴的两端安装可以提供往复直线运动的驱动机构，驱动机构施加给直线运动轴两端的驱动力方向相反，根据动力源可在直线运动轴的一端施加驱动力；施加给偏心转轴能使其旋转的瞬时启动力矩；通过驱动装置向直线运动轴均匀施加周期性的往复直线运动力；直线运动轴带动齿轮轴与内齿圈啮合传动，使得齿轮轴的轴线绕着偏心转轴的轴线旋转，从而将转矩传递到偏心转轴上输出，结合偏心转轴上施加的瞬时启动力矩和飞轮的惯性以获得使偏心转轴旋转的力矩；偏心转轴带动飞轮做连续旋转运动，即实现了将往复直线运动转变为连续旋转运动的功能。

上述实施例中的装置传动可实现将往复直线运动转变为连续旋转运的逆向动作：即将连续的旋转运动转化为往复直线运动，传动方法如下：

将箱体安装板固定在安装基准面上，偏心转轴上安装可以提供旋转力矩的驱动机构，偏心转轴可正传也可反转，飞轮可以取消；偏心转轴将转矩传递给齿轮轴，齿轮轴与内齿圈啮合传动使得齿轮轴的偏心轴头上下移动，齿轮轴的偏心轴头再通过齿轮轴滚动轴承带动直线运动轴做往复直线运动；直线运动轴连接执行部件输出往复直线运动，即可实现将连续的旋转运动转化为往复直线运动的功能。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围。