本發(fā)明設(shè)及一種旋轉(zhuǎn)動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換的沖擊機(jī)構(gòu)，也可稱為曲柄滑塊與曲柄導(dǎo)桿自行互換機(jī)構(gòu)。

在現(xiàn)今的人類生產(chǎn)活動(dòng)中，沖擊機(jī)具是必不可少的，然而現(xiàn)有的沖擊機(jī)具的機(jī)械效率卻低的驚人，比如風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，風(fēng)動(dòng)碎石機(jī)的系統(tǒng)效率只達(dá)到百分之二、三，但人們還必須使用這些機(jī)械，因現(xiàn)有的技術(shù)中作為沖擊機(jī)具的核心-沖擊機(jī)構(gòu)，無論怎么分類其基本原理都是靠彈簧釋放，即氣體彈簧或固體彈簧的能量釋放而獲沖擊功的，這種原理本身就限制了機(jī)械的效率，因動(dòng)力是先對(duì)彈簧作功然后再靠彈簧能量釋放而轉(zhuǎn)變沖擊功，這必然要有二次能量損失。況且，這種彈簧釋放型沖擊機(jī)構(gòu)其能量轉(zhuǎn)換效率又這么低，再加能量的輸送損失，比如風(fēng)動(dòng)沖擊機(jī)具中壓縮空氣的輸送損失是相當(dāng)大的，還有龐大的空氣壓縮機(jī)站的投資建設(shè)，這些相對(duì)其它技術(shù)從經(jīng)濟(jì)效益上講都應(yīng)是落后的。國內(nèi)外現(xiàn)發(fā)展的液壓沖擊機(jī)構(gòu)其原理也是先對(duì)彈簧作功，然后再靠彈簧釋放而轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊功，這樣其機(jī)械效率也不能很高，沖擊速度的提高也很困難。

本發(fā)明的目的就是要提供一種旋轉(zhuǎn)動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換的沖擊機(jī)構(gòu)或者也可稱為曲柄滑塊與曲柄導(dǎo)桿自行互換機(jī)構(gòu)來取代現(xiàn)有的沖擊機(jī)具的技術(shù)其技術(shù)特征在于：把旋轉(zhuǎn)動(dòng)能直接通過剛性機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊功，而不是通過彈簧的二次能量轉(zhuǎn)換獲得，這樣其機(jī)械效率無論從機(jī)具本身講還是整個(gè)系統(tǒng)效率講都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有沖擊機(jī)具技術(shù)，另由于“可操縱的摩擦角自鎖離合器”（中國專利申請(qǐng)?zhí)枺?5107370）的發(fā)明，解決了沖擊速度的提高與沖擊頻率降低的矛盾，這將使多年人們努力從事于解決的從提高沖擊速度來降低沖擊質(zhì)量的研究課題得以解決。手持式?jīng)_擊機(jī)具也會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破現(xiàn)有的6～12公斤·米的范圍。

發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，曲柄與連桿還通過一滑塊結(jié)合，曲柄與連桿在鉸接副中，各自是缺圓或其一是缺圓，由于在運(yùn)動(dòng)中曲柄與連桿在鉸接副中有相對(duì)的角位移或可通過另外機(jī)構(gòu)控制其產(chǎn)生角位移，因此可以實(shí)現(xiàn)曲柄與連桿運(yùn)動(dòng)到某個(gè)位置時(shí)脫離鉸接，又由于曲柄與連桿還通過滑塊結(jié)合，所以該機(jī)構(gòu)即換變?yōu)轭愃魄鷮?dǎo)桿機(jī)構(gòu)，但該機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)已不是1而是2，這樣滑塊對(duì)沖擊物的沖擊反力已不會(huì)對(duì)剛性機(jī)構(gòu)產(chǎn)生破壞的作用，從而實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)動(dòng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊功的實(shí)施應(yīng)用。另曲柄與連桿脫離鉸接后，還以機(jī)構(gòu)自由度數(shù)為2的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)到某個(gè)位置時(shí)曲柄與連桿還能自行再次鉸接而成為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的基本原理及具體結(jié)構(gòu)特征通過以下的附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明

以下通過示意圖1～6說明：

該機(jī)構(gòu)有曲柄〔5〕，連桿〔2〕，滑塊〔1〕，滑塊〔4〕，連桿〔2〕與滑塊〔1〕鉸接，曲柄〔5〕與連桿〔2〕通過滑塊〔4〕結(jié)合，滑塊〔4〕隨曲柄〔5〕回轉(zhuǎn)，并可以在連桿〔2〕的滑道N中往復(fù)運(yùn)動(dòng)曲柄〔5〕與連桿〔2〕間還有一個(gè)可以把二者鉸接的鉸接副，如果曲柄〔5〕與連桿〔2〕分別以鉸接軸〔3〕和鉸接套〔6〕構(gòu)成鉸接副，那么其鉸接軸〔3〕與鉸接套〔6〕各自是缺圓結(jié)構(gòu)或鉸接套〔6〕是缺圓結(jié)構(gòu)，其鉸接套〔6〕的缺圓開口H至少是一個(gè)并大于鉸接軸〔3〕的缺圓最窄處l;如鉸接軸〔3〕是整圓，其鉸接套〔6〕的缺圓開口H至少要大于整圓的一半。鉸接軸〔3〕或鉸接套〔6〕相對(duì)曲柄〔5〕或連桿〔2〕是固結(jié)的;或是運(yùn)動(dòng)的，這種運(yùn)動(dòng)可以通過一個(gè)機(jī)構(gòu)控制。

結(jié)合圖7給出的鉸接軸〔3〕或鉸接套〔6〕（附圖未畫出）相對(duì)曲柄〔5〕的運(yùn)動(dòng)，是鉸接軸〔3〕或鉸接套〔6〕相對(duì)自身的軸線以一定的偏心距e伸入列凸輪槽〔26〕中，其偏心距e即是凸輪的擺桿長，凸輪〔26〕與以l長為擺動(dòng)從動(dòng)件構(gòu)成的凸輪機(jī)構(gòu)，控制鉸接軸〔3〕或鉸接套〔6〕相對(duì)曲柄〔5〕繞自身軸線回轉(zhuǎn)。圖7給出的是以e為偏心的軸〔27〕與鉸接軸〔3〕固結(jié)。圖8是凸輪〔26〕運(yùn)動(dòng)、受力圖。

圖9、10給出的鉸接軸〔3〕和鉸接套〔6〕相對(duì)曲柄〔5〕和連桿〔2〕是固結(jié)的。圖11是固結(jié)連桿〔2〕主視圖;圖12是圖11的A-A剖視;圖13是圖11的B-B剖視;圖14是圖10的A-A剖視。該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征圖15～19說明：該機(jī)構(gòu)有兩個(gè)連桿，即大連桿〔2〕和小連桿〔2′〕，它們以同一軸線鉸接在滑塊〔1〕中，相應(yīng)在同一曲柄〔5〕上有兩個(gè)鉸接副與連桿〔2〕和連桿〔2′〕可以分別鉸接，小連桿〔2′〕與曲柄〔5〕的鉸接副對(duì)曲柄〔5〕回轉(zhuǎn)中心軸線的距離，等于曲柄〔5〕以滑塊〔1〕運(yùn)動(dòng)方向線（該方向線是通過曲柄〔5〕回轉(zhuǎn)中心）為起點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)(π)/2角度驅(qū)動(dòng)滑塊〔1〕所行程的二分之一。大小連桿鉸接副與曲柄〔5〕構(gòu)成的曲柄軸線只是一條曲線。

以上敘述了本發(fā)明的組成及具體結(jié)構(gòu)特征，本發(fā)明的應(yīng)用方法以下給予敘述。

具有以上所述本發(fā)明這些特征組合的機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)曲柄滑塊與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的自行互換。如采用圖7給出的鉸接軸〔3〕或鉸接套〔6〕通過凸輪機(jī)構(gòu)控制相對(duì)曲柄〔5〕繞自身軸線的回轉(zhuǎn)，是很容易實(shí)現(xiàn)曲柄〔5〕與連桿〔2〕脫離鉸接或鉸接的。圖15～19的鉸接軸〔3〕和鉸接套〔6〕分別與曲柄〔5〕和連桿〔2〕是固結(jié)的機(jī)構(gòu)，是采用大連桿〔2〕和小連桿〔2′〕分別完成滑塊〔1〕的行程和回程，即滑塊〔1〕行程中曲柄〔5〕只與大連桿〔2〕鉸接，滑塊〔1〕回程中曲柄〔5〕與小連桿〔2′〕鉸接，大、小連桿〔2〕、〔2′〕與曲柄〔5〕不鉸接的運(yùn)動(dòng)類似曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，圖9～14給出機(jī)構(gòu)鉸接套〔6〕的結(jié)構(gòu)，其開口是兩個(gè)，由此構(gòu)成的鉸接套〔6〕的兩部分是分別在兩個(gè)互不相交的平面，相應(yīng)鉸接軸〔3〕與鉸接套〔6〕可以配合鉸接的部分也分別在兩個(gè)互不相交的平面，這是為了避免在運(yùn)動(dòng)中的軌跡干涉。圖15～19的機(jī)構(gòu)組合有一優(yōu)點(diǎn)，曲柄〔5〕與連桿〔2〕或〔2′〕的鉸接過程沒有沖擊（當(dāng)然在機(jī)構(gòu)自由度數(shù)是2的條件下對(duì)滑塊〔1〕可以采取定位措施）。圖15～19這種機(jī)構(gòu)組合，還可以去掉小連桿〔2′〕，只有一根連桿〔2〕，另有一凸輪機(jī)構(gòu)控制滑塊〔1〕的回程;曲柄與大連桿〔2〕和小連桿〔2′〕的兩個(gè)鉸接副也可以分別在兩個(gè)曲柄中。

以上所述本發(fā)明的技術(shù)已基本解決了本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換為沖擊功的任務(wù)，其應(yīng)用方法是：滑塊〔1〕在與沖擊物沖擊的前一瞬間，曲柄〔5〕與連桿〔2〕脫離鉸接：曲柄〔5〕與連桿〔2〕脫離鉸接后，所述機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)是2?，F(xiàn)有巖石破碎技術(shù)中，對(duì)沖擊機(jī)具的要求是高沖擊速度，低沖擊頻率。圖15～19的這種機(jī)構(gòu)已構(gòu)成了滑塊〔1〕沖程速度高，回程速度低，但這高、低差畢竟是有限的，為使本發(fā)明更有效的實(shí)施，以下本發(fā)明還給出了這種曲柄〔5〕能實(shí)現(xiàn)高、低速度差很大的角速度自行變換的機(jī)構(gòu)組合技術(shù)。

圖20給出的一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)說明這項(xiàng)技術(shù);圖21是圖20的A-A剖視;圖22是圖20的B-B剖視。

曲柄〔5〕固結(jié)在軸〔15上〕，軸〔15〕結(jié)合有超越離合器〔14〕，超越離合器〔14〕外圈固結(jié)齒輪〔13〕，齒輪〔13〕與齒輪〔12〕嚙合，軸〔15〕另一端結(jié)合在離合器〔17〕上;該機(jī)構(gòu)的高速動(dòng)力輸入軸〔8〕中有齒輪〔9〕，軸〔8〕的另一端與離合器〔17〕結(jié)合，齒輪〔9〕帶動(dòng)齒輪〔10〕高速旋轉(zhuǎn)，齒輪〔10〕把高速轉(zhuǎn)矩輸入到減速器〔11〕中，減速器〔11〕的低速轉(zhuǎn)矩由齒輪〔12〕輸出。

以上所述這機(jī)構(gòu)組合，只要曲柄〔5〕的位置變化運(yùn)動(dòng)與一個(gè)可以控制離合器〔17〕接合的機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起，離合器〔17〕一被接通，軸〔15〕將脫離超越離合器〔14〕外圈的低速，帶動(dòng)曲柄〔5〕高速運(yùn)轉(zhuǎn);離合器〔17〕被脫離，軸〔15〕就以超越離合器〔14〕外圈的低速帶動(dòng)曲柄〔5〕運(yùn)動(dòng)，這就實(shí)現(xiàn)了曲柄〔5〕運(yùn)動(dòng)在不同位置自行變換角速度。

現(xiàn)在問題是對(duì)離合器〔17〕的要求，因曲柄〔5〕只旋轉(zhuǎn)(π)/2角度即完成了滑塊〔1〕的沖程，所以離合器〔17〕的基本要求是接合后主、從動(dòng)軸間必須同步，并能用于高速場(chǎng)合。根據(jù)力學(xué)公式力矩M＝角加速度β×轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，和角速度ω＝ωO+2βθ，（θ一旋轉(zhuǎn)角度），所以低速ωO和高速ω相差很大的情況下，離合器〔17〕所傳遞的轉(zhuǎn)矩將是很大的?，F(xiàn)有同步剛性嚙合離合器接合時(shí)都有沖擊，不能用于高速場(chǎng)合;摩擦離合器接合后主、從動(dòng)軸間會(huì)出現(xiàn)不同步，因此也不適應(yīng)要求。如果ω和ωO速度差很大，離合器〔17〕選用的是“可操縱的摩擦角自鎖離合器”（中國專利申請(qǐng)?zhí)枺?5107370），減速器〔11〕選用的是諧波減速器（諧波減速器輸出轉(zhuǎn)向與齒輪〔10〕是一致的。）

圖20～22的實(shí)施例的曲柄〔5〕的位置變化運(yùn)動(dòng)與操縱離合器〔17〕離合的機(jī)構(gòu)是這樣組合的：

有一與曲柄〔5〕構(gòu)成同步運(yùn)轉(zhuǎn)的凸輪槽〔18〕，槽〔18〕上有導(dǎo)桿〔21〕，導(dǎo)桿〔21〕由彈簧〔23〕壓緊在槽〔18〕上，彈簧〔23〕與槽〔18〕可以控制導(dǎo)桿〔21〕往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)桿〔21〕與彈簧〔23〕的導(dǎo)桿〔22〕間還有壓桿〔20〕，壓桿〔20〕的回轉(zhuǎn)中心軸支撐在機(jī)具上，壓桿〔20〕的另一端壓在離合器〔17〕的撥圈〔19〕上，操縱離合器〔17〕離合的推桿〔24〕與撥圈〔19〕結(jié)合，對(duì)壓桿〔20〕產(chǎn)生反力的是彈簧〔16〕，彈簧〔16〕與壓桿〔20〕可以操縱離合器〔17〕離合。

這樣，本發(fā)明所給出的技術(shù)在沖擊具中應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有沖擊機(jī)具的技術(shù)水平-即單項(xiàng)沖擊功與沖擊機(jī)具重量的比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于彈簧釋放型沖擊機(jī)具，如旋轉(zhuǎn)動(dòng)能由飛輪供給，單項(xiàng)沖擊功還可以大于輸入功率，如本發(fā)明用在手持式?jīng)_擊機(jī)具，其動(dòng)力可以由鋼絲軟軸輸入?，F(xiàn)有技術(shù)在鋼對(duì)鋼沖擊副中，加置一個(gè)不斷循環(huán)的工作油液墊可以使鋼對(duì)鋼的沖擊末速度提高到30米/秒以上，而本發(fā)明提供的技術(shù)把滑塊〔1〕的沖擊末速度達(dá)到30米/秒以上是很容易實(shí)現(xiàn)的，這對(duì)彈簧釋放型沖擊機(jī)具卻很不容易實(shí)現(xiàn)。

注意本發(fā)明在沖擊機(jī)具應(yīng)用時(shí)的技術(shù)重點(diǎn)：

a、滑塊〔1〕與沖擊物沖擊前一瞬間，曲柄〔5〕與連桿〔2〕脫離鉸接，b、曲柄〔5〕與連桿〔2〕脫離鉸接后，所述機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)是2，c、滑塊〔1〕與沖擊物的沖擊是高速，d、滑塊〔1〕的回程運(yùn)動(dòng)是低速，e、曲柄〔5〕與連桿〔2〕的鉸接是在低速下進(jìn)行，f、要具備滑塊〔1〕與沖擊物接觸和回彈復(fù)位的時(shí)間。所述特征可參看圖1～6、圖15～19。

圖20～22給出的實(shí)施例設(shè)置彈簧〔29〕控制滑塊〔1〕的回彈高度，彈簧〔30〕吸收滑塊〔1〕空打時(shí)的沖擊功。另高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)構(gòu)的動(dòng)、靜平衡不能忽視，本發(fā)明實(shí)施例采用的是用兩根用樣的連桿〔2〕，分別與兩個(gè)構(gòu)成反向同樣運(yùn)動(dòng)的鉸接副鉸接，這兩個(gè)鉸接副即放在兩個(gè)反向同樣運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪盤中，在兩個(gè)盤中分別設(shè)置平衡重即可以平衡掉一階慣性力和滑塊〔1〕對(duì)機(jī)具的動(dòng)壓力偶。如果需要平衡二階慣性力還可以另設(shè)置機(jī)構(gòu)，總之，在現(xiàn)有技術(shù)中可以解決本發(fā)明在應(yīng)用中所需解決的機(jī)構(gòu)動(dòng)、靜平衡問題。

圖23是連桿〔2〕的主視圖;圖24是圖23的剖視圖;圖25是圖23的側(cè)視圖;圖26是圖23的A-A剖視;圖27是圖23的B-B剖視;圖28是圖23的俯視圖。

本發(fā)明給出的曲柄〔5〕在不同位置自行變換角速度的機(jī)構(gòu)組合技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)任務(wù)，即用在一種運(yùn)動(dòng)體尤其是手榴彈的無起爆發(fā)射器上。這種發(fā)射器示意圖29說明就是一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊〔1〕在起始速度零點(diǎn)時(shí)與運(yùn)動(dòng)體或手榴彈〔31〕接觸，滑塊〔1〕與運(yùn)動(dòng)體或手榴彈〔31〕接觸后，是高速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)把運(yùn)動(dòng)體或手榴彈〔31〕發(fā)射出去后，機(jī)構(gòu)是低速運(yùn)動(dòng)，這樣運(yùn)動(dòng)體或手榴彈的發(fā)射是高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)能發(fā)射的，而不是靠炸藥起爆發(fā)射的。在軍事上手榴彈發(fā)射初速度達(dá)列30～60米/秒就有應(yīng)用價(jià)值，而應(yīng)用本發(fā)明給出的技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)這些要求的。以上所述這種手榴彈發(fā)射器可以是手持式，動(dòng)力由鋼絲軟軸輸入發(fā)射器中，動(dòng)力源可以是小型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，小型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)由作戰(zhàn)人員背持。當(dāng)然這種發(fā)射器可以是支撐式，以上所述手榴彈發(fā)射器還有一優(yōu)點(diǎn)：發(fā)射時(shí)無火光，無起爆聲，而現(xiàn)有消聲技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)小型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)作戰(zhàn)要求。手榴彈的發(fā)射初速還可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。