側擺式齒輪減速機的製作方法
2023-10-04 02:57:54 2
專利名稱：側擺式齒輪減速機的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械傳動中的減速裝置。
在所有的減速裝置中，可分為兩種型式，定軸傳動系統，和行星齒輪傳動系統。定軸傳動系統外型尺寸大、笨重。行星齒輪傳動系統外型尺寸小、重量輕。但行星齒輪傳動系統結構複雜，部分傳動件除承擔傳遞動力及運動外，還必須在行星運動的同時自身受到離心力的作用，傳動件及易損壞。為保證整個傳動系統的穩定運行，還必須對稱設計或設置平衡裝置以保證傳動系統不產生振動。
本發明的目的是提供一種僅採用一對齒輪就能實現任何速比的減速裝置，兩個齒輪同一軸線布置，無任一齒輪做行星運動，不需要考慮傳動系統平衡問題。
本發明的側擺式齒輪減速機，是按如下技術方案實現的，側擺式齒輪減速機具有輸入構件、心軸、側擺齒輪、萬向節、被動齒輪、輸出軸、間歇輸出鏈輪、機架，其特徵在於在同一旋轉軸線上，輸入構件上與軸線成一定角度的榫塊插入側擺齒輪的環形榫槽內，與其形成滑動聯接，使側擺齒輪的軸線與旋轉軸線成一定角度，側擺齒輪同被動齒輪嚙合，側擺齒輪經萬向節同心軸聯接，心軸同機架固定，側擺齒輪只能繞一固定點擺動，不能繞旋轉軸線轉動，輸入構件空套在心軸上，各傳動件均布置在同一條旋轉軸線上。
輸入構件勻速轉動，帶動側擺齒輪勻速擺動，側擺齒輪驅動被動齒輪勻速轉動，傳動比關係如下 ω出-被動齒輪的轉速ω入-輸入構件的轉速Z1-側擺齒輪的齒數
Z2-被動齒輪的齒數下面結合附圖和實施例，對本發明的側擺式齒輪減速機作詳細描述。
圖1是側擺式齒輪減速機的傳動示意2是運動關係分析示意3是兩軸用等速萬向節聯接的力矩關係4是兩軸用十字軸萬向節聯接的力矩關係5是兩軸用十字軸萬向節聯接的力矩關係6是圖1中各傳動件的力矩平衡分析7是側擺齒輪減速機中十字軸平面與心軸垂直時的傳動示意8是圖7中各傳動件的力矩平衡分析9是側擺齒輪減速機用等速萬向節的傳動示意10是圖9中各傳動件的力矩平衡分析圖本發明的側擺式齒輪減速機見附圖1，輸入構件1，輸入構件1空套在心軸3上，在一側有一榫塊，榫塊與軸線X-X成α角，並插入側擺齒輪2的環型榫槽內，側擺齒輪2是一平面齒輪，與齒面平面平行的外園面有一環型槽與輸入構件1上的榫塊滑動聯接，在榫塊的作用下側擺齒輪2的軸線與X-X軸線成β角，側擺齒輪2經十字軸萬向節4與心軸3聯接，心軸3同機架固定，O點是側擺齒輪2的軸線同X-X軸線的交點。O點是一固定點，側擺齒輪的齒面與X-X軸線成α角，α+β＝90°，被動齒輪5同輸出軸6剛性聯接，經軸承與機架8鉸接，間歇輸出鏈輪在φ1角內有齒，在φ2角內無齒，剛性固定在輸出軸6上，十字軸4與側擺齒輪2聯接的軸是Y-Y軸，安裝時間歇輸出鏈輪7上的φ1中點與Y-Y軸在同一平面，該平面是Y-φ1平面，側擺齒輪的外徑是φD，被動齒輪的外徑是φd。
側擺式齒輪減速機工作過程如下，原動機使輸入構件1沿ω1的方向勻速轉動，輸入構件1上的榫塊在側擺齒輪2的環型槽內滑動，迫使側擺齒輪2繞O點勻速擺動，其軸線始終與X-X軸線成β角，十字軸萬向節4中的一根軸同心軸3的撥叉聯接，心軸3同機架剛性聯接，側擺齒輪2隻能繞X-X軸線上的O擺動，不能繞X-X軸線轉動。側擺齒輪2上的輪齒依次同被動齒輪5相嚙合，驅動被動齒輪5和輸出軸6沿ω6方向轉動。
輸入構件1同輸出6的運動關係如下
6=-D-dd1]]>式中D-側擺齒輪2的外徑d-被動齒輪5的外徑ω1-輸入構件1的轉速ω6-輸出軸6的轉速設側擺齒輪2的齒數為Z1，被動齒輪5的齒數為Z2，運動關係式如下6=-Z1-Z2Z21]]>本發明的側擺式齒輪減速機，其工作原理如下附圖1中的萬向節4可以採用十字軸萬向節，也可以採用等速萬向節，任一種型式的萬向節只允許側擺齒輪2繞O點擺動，不允許側擺齒輪2繞X-X軸線轉動。
輸入構件1同輸出軸6的運動關係分析見圖2，輸入構件1轉動的一周內，分為0°、90°、180°、270°的4個位置時，側擺齒輪2所對應的4個位置。側擺齒輪2分a、b兩個面，在b面上設A、B、C、D4個點，4個點在園周上分4等份均布；由於側擺齒輪只能繞O點擺動，不能繞X-X軸線轉動，4個點A、B、C、D在X-X軸線上、下和兩側的方位是不能變的。
輸入構件1，在一周的0°時，側擺齒輪，a面在上，b面在下，b面上的A點在X-X軸線上方同被動齒輪5嚙合。
輸入構件1在一周內的90°時，側擺齒輪2上的a面是不可見面，b面是可見面，b面上的A點仍在X-X線上方，b面上的B點同被動齒輪5嚙合。
輸入構件1在一周內的180°時，側擺齒輪2上的b面在上，a面在下，b面上的A點仍在X-X線的上方，b面上的C點在X-X線的下方，同被動齒輪5嚙合。
輸入構件1在一周內的270°時，側擺齒輪2上的a面是可見面，b面是不可見面，b面上的A點仍在X-X線的上方，b面上的D點同被動齒輪5嚙合。
輸入構件1在一周內的360°時，側擺齒輪2同被動齒輪5的相對位置又回到0°時的位置。
經以上分析，側擺齒輪2上的b面始終接觸被動齒輪5，b面上的齒依次同被動齒輪5嚙合，設側擺齒輪2上的b面齒數為Z1，被動齒輪5上的齒輪為Z2。一周內被動齒輪5沿ω6的方向轉動Z1-Z2個齒。推斷輸入構件1同輸出軸6的傳動比關係如下6=-Z1-Z2Z21]]>式中ω1-輸入構件1的轉速ω6-輸入軸6的轉速Z1-側擺齒輪2的齒數Z2-被動齒輪5的齒數輸入構件1同輸出軸6的力矩關係分析為詳細地分析論證力矩關係，需論證十字軸萬向節和等速萬向節兩軸之間的力矩關係。
見圖3中(a)、1和2是兩個傳動軸，1軸在X-X軸線上，兩軸用等速萬向節3聯接，軸2與X-X軸線傾斜β角，根據等速萬向節的特點，軸1所需的主力矩M1和軸2要克服的阻力矩M2始終相等，即M1＝M2見圖3中(b)，力偶矩M1的M2不作用在同一平面內，其向量不能自行封閉，M1的M2始終相等、各軸所受的合力偶矩必處在交角r的角平分線上，也就是r/2角上。M12是軸1對軸2的合力偶矩，與軸2成β/2角，M21是軸2對軸1的合力偶矩，與軸1成β/2角，M12和M21同在一個平面上，方向相反，M12和M21必相等。
見圖3中(c)，合力偶矩M21分解成兩個分力偶矩M21′的M21″，M21′平行與軸1與M1相等，M21″垂直於軸1和X-X軸線，M12分解成M12′和M12″，M12′平行軸2和M2相等，M12″垂直於軸2，M12′、M12″、M21′、M21″和M2關係如下M12=M12cos2=M2]]>M21=M21cos2=M1=M2]]>M12=M12tg2=M2tg2]]>
M21=M21tg2=M2tg2]]>見圖4中(a)，1和2是傳動軸，3是十字軸萬向節、軸1在X-X軸線上，軸2與X-X軸線傾斜β角，根據十軸萬向節的特點，軸1和軸2所受的力偶矩M1和M2不是始終相等的。
見圖4中的(b)，分析十字軸的平衡，因為十字軸平面處於與軸2垂直的位置，軸2上的力偶矩M2對十字軸3的作用是沿著軸2與X-X軸成β角的方向上，軸1上的力偶矩M1沿X-X軸線方向，此時十字軸上受到的外力偶矩不能自行封閉，軸1上的撥叉必然對十字軸3有一垂直力偶矩M1′，M1′垂直於M1使作用在十字軸上的力偶矩矢封閉，M1、M1′和M2的關係如下M1＝M2·cosβM1＝M2·sinβ見圖4中(c)，軸1和軸2對十字軸3所作用的力偶矩，必然產生對自身的反作用力偶矩，M12是十字軸3對軸2的反作用力偶矩，M21和M21′是十字軸對軸1的反作用力偶矩，M12、M21、M21′和M2的關係如下M12＝M2M21＝M12·cosβ＝M2·cosβM21′＝M12·Sinβ＝M2·Sinβ見圖5中(a)，圖5中(a)的各傳動件同圖4中(a)是一樣的，不同之處就是十字軸萬向節3中的十字軸平面由垂直於軸2轉變到垂直於軸1。
見圖5中(b)，分析十字軸的平衡，因為十字軸平面處於與軸1和X-X軸線垂直，M1是沿X-X軸線方向，M2是沿軸2的方向與X-X軸線成β角，此時十字軸3受到的外力偶矩是不能自行封閉的，軸2上的撥叉必然對十字軸3有一垂直力偶矩M2′，M2′垂直於M2使作用在十字軸3上的力偶矩矢封閉，M1、M2′和M2的關係如下M1＝M2/cosβM2′＝M2·tgβ見圖5中(c)，十字軸3對軸1和軸2的反作用力偶矩，M21、M12、M12′和M2的關係如下M12＝M2M21＝M12/cosβ＝M2/cosβ
M21′＝M12·tgβ＝M2·tgβ對此圖4和圖5的分析結果，M2是軸2所要克服的阻力矩，十字軸平面由垂直於軸2變化到垂直於軸1和X-X軸線，軸2上受到的垂直力偶矩由M12′＝0變化到最大值M12′＝M2·tgβ軸1受到垂直力偶矩由M21′＝M2·Sinβ變化到M21′＝0，軸1受到的力偶矩由M1＝M2·cosβ變化到M1＝M2/cosβ，作用在十字軸上的合外力偶矩矢始終自行封閉，說明十字軸受到的各力偶矩中除M2恆等於阻力矩外，其餘各力偶矩同M2的關係均隨兩軸之間的轉角變化、十字軸的位置變化而變化，但合外力偶矩始終為零。
圖3的分析結果，軸1和軸2之間採用等速萬向節聯接，M1和M2是始終相等的，軸1和軸2受到的垂直力偶矩始終是M21=M12=M2tg2.]]>本發明的側擺式齒輪減速機輸入構件1的輸入力矩M1同輸出軸6要克服的阻力矩M6的關係分析見圖6，圖6是側擺式齒輪減速機各傳動件處於圖1位置時，也就是十字軸萬向節4中的十字軸平面同側擺齒輪2軸線垂直時的受力平衡分析圖。
有反作用力的存在，才會有作用力的存在，為此應從輸出軸6的阻力矩M6開始逐個構件進行分析，圖中力的方向⊙是離開紙面，是進入紙面。
圖6中，輸出軸6和被動齒輪5是剛性聯接的，M6是阻力矩，方向向左。
P25是側擺齒輪2對被動齒輪5的嚙合力，距X-X軸線的距離是被動齒輪5的半徑d/2，，該力對X-X軸線的力矩M25M25=P25d2]]>P85是P25向X-X平移後機架8對輸出軸6產生的支反力，該力在X-X軸線上，對X-X軸線力矩是零。
列X-X軸線的平衡方程M25＝M6P25d2=M6]]>P25＝2·M6/d側擺齒輪2的平衡分析在同被動齒輪5的嚙合處有一嚙合力P52，P52同P25是作用力和反作用力，大小相等，方向相反，P52到O點的距離是D/2，P52對O點的力矩M52M52=P52D2]]>
=P25D2]]>=2M6dD2]]>=M6Dd]]>P42是十字軸4對側擺齒輪2由於P52引起的支反力、大小同P52相等、方向相反，P42在側擺齒輪2的軸線同X-X軸線的交點O，對齒擺齒輪2的軸線和X-X軸線均不產生力矩。
M42是十字軸4對側擺齒輪2的反力偶矩，按圖4的分析結果，M42同M52大小相等、方向相反，十字軸4不產生對側擺齒輪2垂直於軸線的力偶矩，為此側擺齒輪2在與輸入構件的榫槽聯接處也無力偶矩。
十字軸4的平衡分析受到側擺齒輪2作用的力偶矩M24，M24同M42大小相等、方向相反，受到心軸3沿X-X軸線的力偶矩M34，和垂直於X-X軸線的力偶矩M34′，按圖4中(b)的分析結果，M24、M34、M34′對十字軸4的合外力偶矩是零，十字軸4受到的合外力偶矩始終是平衡的。
P24是側擺齒輪2對十字軸4的作用力，P24等於P42，P34是心軸3對十字軸的作用力，P34和P24大小相等、方向相反，均在X-X軸線上，對X-X軸線也不產生力矩。
輸入構件1的平衡分析輸入構件1僅在榫塊處同側擺齒輪2的榫槽形成滑動聯接，此時側擺齒輪2的榫槽無力偶矩對榫塊作用，也就是對輸入構件1無阻力矩形成，輸入構件1所需的輸入力矩M1＝0。
心軸3的平衡分析心軸3同機架8剛性固定在一起，同機架8無相對運動，在與十字軸4的聯接處受到的反力偶矩M43、M43′和作用力P43均傳遞到機架8。
按圖6的分析結果，在圖1的位置時，側擺齒輪減速機輸出軸6要克服的阻力矩M6無論何值，輸入構件1的輸入力矩M1同M6無方程關係，即M1＝0。
見圖7，圖7是側擺式齒輪減速機在圖1的位置上輸入構件1沿ω1的方向轉過90°角，使十字軸4的平面由垂直側擺齒輪2的軸線變化到垂直於X-X軸線的位置。
見圖8，圖8是側擺式齒輪減速機處於圖7位置時各傳動件的受力平衡分析圖。
被動齒輪5和輸出軸6的受力狀態和分析，結果同圖6一致。
側擺齒輪2的平衡分析由於十字軸4的平面垂直於X-X軸線，側擺齒輪2相當圖5中傳動軸2的受力狀態，在側擺齒輪2的軸線上，有十字軸4對側擺齒輪2的反偶力矩M42。
M42=M52]]>=P52D2]]>=2M6dD2]]>=M6Dd]]>在垂直於側擺齒輪2的軸線的方向上，有一垂直側擺齒輪2軸線的反力偶矩M42′，按圖5的分析結果M42=M42tg]]>=M6Ddtg]]>按靜力學的平衡原理，在側擺齒輪2的垂線上僅有M42′是不平衡的，此時輸入構件1上的榫塊應對側擺齒輪2有一約束的力偶矩M12，M12同M42′大小相等、方向相反，即M12=M42]]>=M42tg]]>=M6Ddtg]]>輸入構件1的平衡分析輸入構件1在輸入力矩M1和榫塊處側擺齒輪2的環型榫槽的約束力偶矩M21的作用下處於平衡，M21和M12是作用力和反作用的關係，大小相等、方向相反，即M21=M12]]>=M6Ddtg]]>M21的方向與X-X軸線成α角，也就是90°-β，M21可向平行X-X軸線和垂直於X-X軸線的方向上分解成兩個力偶矩，影響輸入構件1繞X-X軸線旋轉的僅是平行X-X軸線上的力偶矩，列對X-X軸線的平衡方程
M1-M12·cosα＝0M1=M12cos]]> =M6DdtgSin]]>十字軸4的平衡狀態分析此時十字軸4受到側擺齒輪2的兩個力偶矩M24和M24′，受到心軸的一個力偶矩M34。按圖5的分析結果，M24、M24′、M34向量自行封閉。
心軸3僅受到一個力偶矩M43，M43傳遞到機架8。
對比圖6和圖8的分析結果，側擺式齒輪減速機輸入構件1在每一轉內，由圖1的位置轉到圖7的位置，也就是轉過90°角，輸入構件1所需的輸入力矩M1由零逐漸變化到M6DdtgSin]]>的最大值，再轉過90°時，又由最大值變化到零。
見圖9，圖9是側擺式齒輪減速機將側擺齒輪2同心軸3聯接的十字萬向節4換成等速萬向節的傳動示意圖。
圖9中的側擺式齒輪減速機輸入構件1同輸出軸6的傳動比關係同圖2的分析是一樣的，即 輸入構件1同輸出軸6的力矩關係見圖10，圖10中被動齒輪5、輸出軸6的受力狀態同圖6是一致的。
側擺齒輪2在軸線受到一個心軸3的約束力偶矩M32，M32同嚙合力P52對軸線產生的力矩M52平衡，M32和M52大小相等、方向相反，即M32=M52]]>=P52D2]]>=M6Dd]]>按圖3的分析結果，心軸3經等速萬向節4產生一恆定的、垂直於側擺齒輪2軸線的力偶矩M32′M32=M32tg2]]>
=M6Ddtg2]]>同圖8分析一致，此時輸入構件1上的榫塊應對側擺齒輪2有一約束的力偶矩M12，M12同M32′大小相等、方向相反，即M12=M32]]>=M6Ddtg2]]>輸入構件1在輸入力矩M1和榫塊處側擺齒輪2的力偶矩M21作用下平衡，M21同M12是作用力和反作用力的關係，大小相等、方向相反，M21與X-X軸線成α角，列輸入構件1在X-X軸線的平衡方程M1-M21·cosα＝0M1=M21cos]]> =M6Ddtg2Sin]]>圖10中得出的M1是一恆定值，不隨輸入構件1的轉角變化而變化。
心軸3受側擺齒輪2作用的力偶矩M23和M23′傳遞到機架8。
將圖9中的側擺齒輪2和被動齒輪5均換成摩擦輪，調整被動輪5距O點，也就是側擺輪2的中心的距離，就能得到一個變化的側擺輪2的接觸直徑D變，按傳動比公式， 可實現無級變速。
權利要求
1.一種側擺式齒輪減速機，具有輸入構件1、側擺齒輪2、心軸3、萬向節4、被動齒輪5、輸出軸6、間歇輸出鏈輪7和機架8，其特徵還在於具有一共同的旋轉軸線，各轉動件均安裝在這同一旋轉軸線，側擺齒輪2是一園環型的平齒輪，內環有兩撥叉與萬向節4的十字軸一根軸聯接，側擺齒輪2的軸線與旋轉軸線成β角，萬向節4的十字軸中另一根軸與心軸3的兩撥叉聯接，心軸3同機架8固定，側擺齒輪2的外園有一平行於齒面的環型榫槽，榫槽與旋轉軸線成α角，a+β＝90°，輸入構件1空套在心軸3上，輸入構件1在一側有一榫塊，榫塊的方向與旋轉軸線成α角，並插入側擺齒輪2的環型榫槽內形成滑動聯接，側擺齒輪2始終同被動齒輪5嚙合，被動齒輪5同輸出軸6是剛性聯接，間歇輸出鏈輪7在φ1角範圍內有齒，在φ2角範圍內無齒，間歇輸出鏈輪7固聯在輸出軸6上時，φ1角的中點同十字軸萬向節4中同側擺齒輪2聯接的軸要處於同一平面內，輸入構件1輸入一勻速旋轉運動，榫塊在側擺齒輪2的環型榫槽內滑動，迫使側擺齒輪2繞兩軸線交點O擺動，不能繞旋轉軸線轉動，側擺齒輪2上的齒依次的同被動齒輪5上的齒嚙合，推動被動齒輪5勻速向輸入運動的相反方向轉動，其轉動關係如下 式中Z1—側擺齒輪2的齒數Z2—被動齒輪5的齒數ω入—輸入構件1的轉速ω出—輸出軸6的轉速
2.如權利要求1所述的側擺式齒輪減速機，其特徵在於採用十字軸萬向節聯接側擺齒輪2和心軸3，當十字軸平面與側擺齒輪2的軸線垂直時，輸入構件1所需的輸入力矩M1同輸出軸6要克服的阻力矩M6無方程關係，M1＜＜M6、在此位置的左右一定範圍內有功率放大作用，間歇輸出鏈輪7的φ1角內的齒在此範圍內驅動鏈條帶動另一被動軸工作，超過此範圍不同鏈條嚙合。
3.如權利要求1所述的側擺式齒輪減速機，其特徵在於採用的萬向節是等速萬向節，是任何一種型式的萬向節。
4.如權利要求1所述的側擺式齒輪減速機，其特徵在於在側擺齒輪2的外環用萬向節同機架8聯接。
5.如權利1要求所述的側擺式齒輪減速機，其特徵在於側擺齒輪2應是任何一種齒輪。
6.如權利要求1所述的側擺式齒輪減速機，其特徵在於側擺齒輪2和被動齒輪5應是摩擦輪，移動被動摩擦輪5，進行無級變速。
7.如權利要求1所述的側擺式齒輪減速機，其特徵在於輸入構件1同側擺齒輪2是榫槽式滑動聯接，迫使側擺齒輪2繞固定點擺動。
8.如權利要求1所述的側擺式齒輪減速機，其特徵在於，在輸出軸6上輸入一個運動，輸入構件1產生輸出運動，間歇輸出鏈輪7安裝在輸入構件1上，φ1角內無齒形，φ2角範圍內有齒形，同十字軸4的相對位置不變，在φ2角範圍內有功率放大作用。
9.如權利要求1所述的側擺式齒輪減速機，其特徵在於輸入構件1同側擺齒輪2的接觸是一個斜面同端面的接觸，輸入構件1的斜面同側擺齒輪2的軸線垂直。
全文摘要
側擺式齒輪減速機具有輸入構件1、側擺齒輪2、心軸3、萬向節4、被動齒輪5、輸出軸6、間歇輸出鏈輪7、機架8組成，側擺齒輪2通過萬向節4、心軸3同機架8聯接。側擺齒輪2和被動齒輪5同一軸線布置，輸入構件1使側擺齒輪2側向擺動，驅動被動齒輪5向輸入構件1相反的轉動方向轉動，其傳動關係同少齒差減速機一樣，且在傳動中無任一傳動件受到離心力的作用，也無系統平衡問題，與少齒差減速機相比，具有效率高、體積小、壽命大、傳動系統簡單、無系統振動的性能，側擺齒輪2和被動齒輪5換成摩擦輪，移動被動輪實現無級變速。
文檔編號F16H1/04GK1553063SQ0314139
公開日2004年12月8日 申請日期2003年6月8日 優先權日2003年6月8日
發明者宋建軍 申請人:宋建軍