阅读说明：本技术 齿协同斜盘转缸式轴向活塞驱动装置 (Tooth-cooperated swash plate rotary cylinder type axial piston driving device ) 是由 周留成 延黎 柳平 聂祥樊 邓涛 黄中桓 苗卓广 刘东亮 林敏� 李�瑞 柳明 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种齿协同斜盘转缸式轴向活塞驱动装置,包括基体、缸体、传动组件和协同齿组件；缸体包括平行绕中心轴线圆周阵列布置的至少两个缸,缸体相对于其中心线自转使得缸绕中心线公转；传动组件包括斜盘,包括固定于斜盘上的第一伞状齿轮和固定于缸体上的第二伞状齿轮,利用协同齿协调缸体与斜盘之间的运动(转缸结构),使得缸体与斜盘的同步转动得到约束,从而使得连杆只传递往复驱动力,不参与传递维持斜盘与缸体同步的载荷,去除现有技术的滑靴结构,简化连杆与活塞、连杆与斜盘之间的连接关系,相对于传统的曲轴连杆活塞驱动结构,不仅更加紧凑而且连杆摆角大幅降低,活塞径向载荷减小,机械效率提高,活塞-缸套间不利载荷降低,可扩展应用领域,为设计基于轴向活塞的超紧凑型压缩机和发动机创造活塞驱动解决方案。(The invention discloses a tooth-cooperated swash plate rotary cylinder type axial piston driving device which comprises a base body, a cylinder body, a transmission assembly and a cooperative tooth assembly, wherein the base body is provided with a first end and a second end; the cylinder body comprises at least two cylinders which are arranged in a circumferential array around a central axis in parallel, and the cylinder body rotates relative to the central axis to enable the cylinders to revolve around the central axis; the transmission assembly comprises a swash plate, the transmission assembly comprises a first bevel gear fixed on the swash plate and a second bevel gear fixed on the cylinder body, and the cooperation teeth are utilized to coordinate the motion between the cylinder body and the swash plate (a cylinder rotating structure), so that the synchronous rotation of the cylinder body and the swash plate is restrained, the connecting rod only transmits reciprocating driving force, and the load for maintaining the synchronism of the swash plate and the cylinder body is not transmitted.)

齿协同斜盘转缸式轴向活塞驱动装置

技术领域

本发明涉及传动驱动领域，具体涉及一种齿协同斜盘转缸式轴向活塞驱动装置。

背景技术

轴向活塞装置是利用绕一中心轴线布置的缸、与缸配合的活塞以及转动斜盘形成驱动或被驱动；基本结构是活塞通过连杆连接斜盘，活塞的往复运动通过连杆传递至斜盘，由斜盘利用凸轮传动原理转变为转动输出；或者，由斜盘转动从而改变轴向位置并通过连杆带动活塞形成往复运动并做功。

由上述结构可知，连杆起到至关重要的作用，不但承担传动、传力的作用，还要约束斜盘与缸体(活塞)之间的协同动作，于是在斜盘转动传力至活塞或者由活塞传递力至斜盘，均承载较为复杂，具有各个方向的偏转力矩，因而，通常的结构中会采用滑靴结构适应各个方向的方位改变，结构较为复杂；并且，该结构有受力状态复杂，滑靴结构需要具有充分的润滑，不但使得结构极为复杂，还易于出现磨损导致机器故障，同时，也难于应用到发动机和压缩机等空气介质机械。

因此，需要对现有的轴向活塞装置进行改进，改变连杆的受力状态，从而简化整个装置的结构，延长传动副的使用寿命，节约使用成本，相对于传统的曲轴连杆活塞驱动结构，不仅更加紧凑而且连杆摆角大幅降低，活塞径向载荷减小，机械效率提高，活塞-缸套间不利载荷降低，可扩展应用领域，为设计基于轴向活塞的超紧凑型压缩机和发动机创造活塞驱动解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种齿协同斜盘转缸式轴向活塞驱动装置，改变连杆的受力状态，从而简化整个装置的结构，延长传动副的使用寿命，节约使用成本，相对于传统的曲轴连杆活塞驱动结构，不仅更加紧凑而且连杆摆角大幅降低，活塞径向载荷减小，机械效率提高，活塞-缸套间不利载荷降低，可扩展应用领域，为设计基于轴向活塞的超紧凑型压缩机和发动机创造活塞驱动解决方案。

本发明的齿协同斜盘转缸式轴向活塞驱动装置，包括基体、缸体、传动组件和协同齿组件；

所述缸体具有一中心轴线，且缸体包括平行绕中心轴线按圆周阵列布置的至少两个缸，与所述缸配合设置有活塞，与所述活塞配合设置有连杆，所述缸体相对于基体可绕中心轴线自转使得缸绕中心轴线公转；

所述传动组件包括斜盘，所述斜盘以相对于所述中心轴线倾斜的方式安装，所述连杆一端连接活塞，另一端连接斜盘；所述斜盘以可绕自身轴线转动且相对于所述中心轴线倾斜的方式安装；

所述协同齿组件包括固定于斜盘上的第一伞状齿轮和固定于缸体上的第二伞状齿轮，所述第一伞状齿轮和第二伞状齿轮之间形成啮合，使得斜盘与缸体之间形成在圆周方向的同步。

进一步，所述第二伞状齿轮与所述中心轴线同轴且固定于缸体，所述第一伞状齿轮与斜盘同轴，所述第一伞状齿轮和第二伞状齿轮之间的啮合点与斜盘的转动低点相对应。

进一步，所述缸体的各个缸之间一体成形或固定连接，所述基体形成与中心轴线同轴的支撑轴，所述缸体转动配合支撑于支撑轴。

进一步，还包括固定于基体的上支撑座，上支撑座下端与摆盘配合形成驱动斜面，所述连杆连接于摆盘的外缘附近。

进一步，还包括与缸体间转动配合的下支撑座，所述下支撑座的驱动斜面与上支撑座上端面之间形成用于支撑斜盘的斜形空间，所述斜盘位于该斜形空间内并与下支撑座和上支撑座转动配合。

进一步，还包括主轴；

所述主轴为直轴，且与所述斜盘同轴传动配合用于将动力输出或者输入动力；

或者，所述支撑轴具有中心孔，所述主轴与缸体传动配合并向下转动配合穿过所述中心孔；所述主轴向上延伸并同时用于与第二伞状齿轮传动配合；

或者，所述主轴转动轴线与所述中心轴线重合且主轴穿过斜盘与缸体传动配合，所述斜盘以及第一伞状齿轮与主轴之间具有供斜盘转动的足够空间；且所述主轴同时用于与第二伞状齿轮传动配合。

本发明的有益效果：本发明的齿协同斜盘转缸式轴向活塞驱动装置，利用协同齿协调缸体与斜盘之间的运动(转缸结构)，使得缸体与斜盘的同步转动得到约束，从而使得连杆只传递往复驱动力，不参与传递维持斜盘与缸体同步的载荷，去除现有技术的滑靴结构，简化连杆与活塞、连杆与斜盘之间的连接关系，从而使结构整体简单轻便，延长连接副的使用寿命，节约制造及使用成本；相对于传统的曲轴连杆活塞驱动结构，不仅更加紧凑而且连杆摆角大幅降低，活塞径向载荷减小，机械效率提高，活塞-缸套间不利载荷降低，可扩展应用领域，为设计基于轴向活塞的超紧凑型压缩机和发动机创造活塞驱动解决方案。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明第一种结构示意图；

图2为本发明第二种结构示意图；

图3为本发明第三种结构示意图；

图4为本发明第四种结构示意图；

图5为上支撑套结构示意图；

图6为本发明结构剖视图(第四种结构为例)。

具体实施方式

如图所示，本发明的齿协同斜盘转缸式轴向活塞驱动装置，包括基体1、缸体2、传动组件和协同齿组件；基体1是用于支撑缸体2转动的基础，根据缸体转动时需要限定缸体的转动自由度，采用已知的机械结构即能实现；

所述缸体2具有一中心轴线，且缸体2包括平行绕一中心轴线布置的至少两个缸，如图所示，缸的轴线平行于中心轴线；与所述缸配合设置有活塞8和与活塞8配合设置有连杆7，所述缸体2相对于基体1可绕中心轴线自转使得缸绕中心轴线公转；如图所示，缸以可转动的方式设置于基体，设置方式采用通常的机械结构即可实现，在此不再赘述；

所述传动组件包括斜盘3，所述斜盘3以相对于所述中心轴线倾斜的方式安装；所述连杆8一端连接活塞9，另一端连接斜盘3；所述斜盘以可绕自身轴线转动且相对于所述中心轴线倾斜的方式安装，斜盘的转动是绕自身轴线自转且在自身轴线方向上被限制了轴向自由度，可采用轴向两侧滑动夹持的方式，还可采用现有的其他机械结构，在此不再赘述；连杆与活塞以及与斜盘的连接方式可采用铰链结构，包括球铰或万向节连接，在此不再赘述；

所述协同齿组件6包括固定于斜盘3上的第一伞状齿轮和固定于缸体2上的第二伞状齿轮，所述第一伞状齿轮和第二伞状齿轮之间形成啮合，使得斜盘与缸体之间形成同步，即斜盘的转动通过第一伞状齿传递至与其啮合的第二伞状齿轮，直至传递至缸体，使得缸体与斜盘同步转动，逆过程亦可，在此不再赘述，斜盘与缸体之间在圆周方向的同步指的是二者的转动方向和角速度一致；本发明的结构中，为了保证斜盘和缸体之间的同步，协同齿组件6的第一伞状齿轮和第二伞状齿轮之间的啮合关系需要参数保证，即两个齿轮的参数相同，及结构尺寸以及齿数完全相同，结构紧凑而传递动力稳定，以保证摆盘和缸体之间的圆周方向的同步；图中α角指的是伞状齿轮的的齿顶与其轴线的夹角，摆盘的轴线与所述中心轴线之间的夹角不可能达到或者超过90°，因此，该α角需大于45°，小于90°，在此不再赘述。

本发明的传动原理：外力输入斜盘3或缸体2绕中心轴线转动(缸体自转,而各个缸则绕中心轴线公转)，由于协同齿组件6的作用使得缸体与斜盘同步转动，由于斜盘3自转时在圆周上相对于缸体2高低周期性变化则带动连杆驱动活塞往复运动完成做功；或者，上述过程可逆进行，即活塞主动往复运动做功，带动斜盘高低周期性运动，由于斜盘3被限制在固定的空间内则被迫绕自身轴线自转，通过协同齿组件6带动缸体转动，同时将动力输出；由此可见，无论做功方向如何，斜盘与缸体间的同步运动均不需要连杆参与负载，由此减少运动摩擦副，简化整体结构并延长连杆连接部的使用寿命，，相对于传统的曲轴连杆活塞驱动结构，连杆摆角大幅降低，活塞径向载荷减小，机械效率提高，活塞-缸套间不利载荷降低。

本实施例中，所述第二伞状齿轮与所述中心轴线同轴且固定于缸体2，所述第一伞状齿轮与斜盘3同轴，所述第一伞状齿轮和第二伞状齿轮之间的啮合点与斜盘的转动低点相对应；结构简单紧凑，易于布置。

本实施例中，所述第一伞状齿轮与斜盘3同轴线固定，第二伞状齿轮与缸体转动轴线(所述中心轴线)同轴，如图所示，第一伞状齿轮与斜盘3之间一般可采用一体成形的方式，具有较好的适应性，从而进一步减小偏转力矩。

本实施例中，所述缸体2的各个缸之间一体成形或固定连接，所述基体内设置与缸体共轴的支承轴，所述缸体与所述支承轴转动配合并轴向定位，即限定轴向自由度，保证整个机械结构的整体性，轴向限位方式可采用现有的机械限位方式，如图所示，利用下支撑座对缸体形成向上的限位，支承轴对其形成向下的限位，当然，也可采取其他机械限位结构，在此不再赘述；如图所示，缸体为一整体(可采用整体的圆柱形结构)，缸则圆周阵列设置于缸体外周，中间形成柱状空心，实际使用时，可通过角接触轴承安装于支承轴上，可限制其轴向的自由度；本结构整体结构支撑稳定，转动效率较高。

本实施例中，还包括固定于基体的上支撑座4，上支撑座4下端与摆盘3配合形成驱动斜面4.1，所述连杆连接于摆盘的外缘附近；

本实施例中，还包括与缸体间转动配合的下支撑座，所述下支撑座的驱动斜面与上支撑座上端面之间形成用于支撑斜盘的斜形空间，所述斜盘位于该斜形空间内并与下支撑座和上支撑座转动配合。

如图所示，上支撑座4和下支撑座5共同形成支撑组件，所述斜盘3被可转动的支撑于上支撑座4和下支撑座5之间，如图所示，上支撑座4下端的驱动斜面4.1与下支撑座5上端之间形成环状的倾斜的圆环状空隙(斜形空间)，而斜盘安装在该空隙中并与上支撑座下端与下支撑座转动配合，从而被约束了轴向的自由度；当然，上支撑座与基体之间的固定方式可以是现有的机械方式，在此不再赘述；下支撑座一般通过润滑的轴承可转动的设置于缸体上部，仅起到支撑作用即可，在此不再赘述；斜盘与上支撑座之间以及下支撑座之间均通过减摩处理，设置轴承等方式均可实现。

本实施例中，所述缸体2位于下支撑座5下部，所述上支撑座4和下支撑座5均为柱状中空结构，整体结构紧凑，减小整机体积，便于润滑。

本实施例中，还包括主轴9，用于将动力输出或者输入动力；

如图1所示，所述主轴9为直轴，且与所述斜盘3同轴传动配合用于将动力输出或者输入动力，此时上支撑座4的形状结构并不为规则的柱状体，顶部与斜盘平行，使得结构更为紧凑。

本发明的整体结构也可采用如图2图3所示的结构，所述支撑轴具有中心孔，所述主轴9与缸体2传动配合并向下转动配合穿过所述中心孔9；所述主轴9的上端向上延伸并同时用于与第二伞状齿轮传动配合；图2和图3的上支撑座4的结构具有区别，区别如图所示，图2的上支撑座4的顶部平行于斜盘3，结构更为紧凑、利于减轻重量，而图3所示结构则与缸体转动平面平行，结构规整，在此不再赘述

本发明的整体结构还可采用如图4所示的结构，，所述主轴转动轴线与所述中心轴线重合且主轴穿过斜盘与缸体传动配合，所述斜盘以及第一伞状齿轮与主轴之间具有供斜盘转动的足够空间；且所述主轴同时用于与第二伞状齿轮传动配合；主轴7采用直轴并穿过斜盘，且由于斜盘为倾斜转动，与直轴的转动相位不同，因此，斜盘上用于穿过直轴的通道应预留足够的空间，避免发上干涉而卡住，在此不再赘述；本结构传动刚性大且主轴布置较为合理。

本实施例中，所述连杆7的两端分别以铰接的方式对应连接于斜盘3以及活塞8；如图5所示，本实施例采用球铰的方式连接，节约使用成本，且易于实现。

所述缸体2与下支承座5之间通过带推力轴承转动配合，本实施例采用角接触轴承；

如图1-4所示，所述斜盘3、上支承座4、下支承座5、缸体2均位于基体内，如图所示，所述基体内具有空腔，用于容纳上述组件；

所述主轴9通过轴承转动安装于基体1并伸出基体，主轴9可以与斜盘3传动配合，如图1所示结构，也可以与缸体2传动配合，如图2、3、4所述，但最终需转动配合伸出基体，在此不再赘述；

滑动轴承能够具有更为耐用的使用效果，也可具有符合要求的高转速，还具有更为紧凑的装配体积，适合本发明的需要；

如图6所示，所述斜盘3与上支承座4之间设置有角接触推力轴承，同时承载斜盘传递过来的轴向载荷和径向载荷。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。