非圓齒輪連杆機構的製作方法
2023-07-22 21:35:01
專利名稱：非圓齒輪連杆機構的製作方法
技術領域：
本發明屬於機械動力傳動技術領域，是一種非圓齒輪連杆機構，具有將往復直線運動轉換為旋轉運動、將旋轉運動轉換為往復直線運動的功能。
在機械動力傳動技術領域，曲柄連杆機構具有實現往復直線運動和旋轉運動相互轉換的功能，是目前機械產品中廣泛應用的一種重要機構，其結構和工作原理簡單、運行方式可靠。但是，曲柄連杆機構產生的機械振動很難完全平衡，機械振動平衡系統非常複雜。因而從整體上看，曲柄連杆機構的機械摩損大、振動大、體積大、質量大、成本高，目前還沒有一種理想的替代機構。凸輪是一種把旋轉運動轉換為往復直線運動的方便工具，並且由於凸輪輪廓可以做成各種各樣的形狀，因而可能得到多種不同的直線運動。但是，這種機構不能將往復直線運動轉換為旋轉遠動，因而應用上受到了很大的限制。
本發明的目的是要提供一種機械振動容易得到完全平衡、摩損小、體積小、重量輕、壽命長、可靠性高、生產成本低、完全可以取代曲柄連杆機構的非圓齒輪連杆機構。
本發明的目的是用以下方式來實現的。該非圓齒輪連杆機構包括一個定軸旋轉的非圓齒輪、兩個基本參數完全相同的圓齒輪、連杆、以及剛性或鉸接連接在連杆兩端的滑塊。滑塊在滑槽內直線滑動，連杆受兩個滑塊的約束只能作往復直線運動。兩個圓齒輪定軸於連杆上，一方面隨連杆作往復直線運動，另一方面與非圓齒輪嚙合滾動，其軸心相對於非圓齒輪的運動軌跡是一條以非圓齒輪軸心為圓心、以兩圓齒輪軸心距離為直徑的圓周上的光滑閉合餘弦線(即諧波線)，波數為奇數(波數為1的餘弦線又被稱為帕斯卡蝸線)。三軸心始終在一條直線上。齒輪的齒廓線也是一條餘弦線(即採用諧波齒)。
下面結合實施例附圖對本發明作進一步的描述。
圖1為本發明結構示意圖。
圖2為工作原理圖。
圖3為圓齒輪圖。
圖4為諧波數為3的餘弦齒輪圖。
圖5為中間滾子餘弦輪連杆機構示意圖。
圖中1——波數為1的非圓齒輪，2——圓齒輪，3——滑塊，4——滑槽，5——連杆，6——非圓齒輪軸，7——圓齒輪軸，8——餘弦線，9——節圓，10——齒廓線。11——中間滾子，12——餘弦輪。
圖1中，非圓齒輪(1)繞自身定軸(6)轉動，波數為1，節圓(9)半徑為極坐標方程ρ＝R＋A(1－cosψ)的內等距線，內移距離為ro＋a，ro＋a為圓齒輪(2)的節圓半徑。齒廓線為r＝ro＋a(1－cos(zθ))其中z為齒數，2a為全齒高(圖3)。圓齒輪定軸於連杆上，兩軸(7)相距2(R＋A)。圓齒輪一方面與非圓齒輪嚙合滾動，另一方面跟隨連杆(5)作往復直線運動。連杆兩端各剛性或鉸接連接一滑塊(3)。滑塊可以在滑槽(4)內滑動，約束連杆只能作往復直線運動。因此，非圓齒輪連杆機構中只有純粹圓周運動和往復直線運動，不存在連杆的平面擺動運動，為簡化機械振動平衡機構提供了先決條件。齒輪嚙合滾動可以保證滾動運動的可靠性，減少滑動摩損，延長使用壽命。在非圓齒輪連杆機構中，由於沿齒輪徑向存在位移和壓力傳遞，故採用諧波齒以防齒間嚙合咬死。
圖2為圖1的工作原理圖。根據齒輪學理論，正常嚙合的兩齒輪在節圓上只存在相對滾動，沒有滑動。因此，圖中實線為齒輪和非圓齒輪的節圓，表示圓齒輪在非圓齒輪上作純滾動。虛線為圓齒輪軸心相對非圓齒輪的運動軌跡，這是一條帕斯卡蝸線。若非圓齒輪作為主動輪以ω轉速繞軸o作反向轉動則非圓齒輪交替地將o1、o2齒輪在x軸上從R位置推到R＋2A位置；由於o1、o2通過連杆剛性連接，故它們同時將對方從R＋2A位置拉到R位置。這樣非圓齒輪的旋轉運動轉換成了圓齒輪、連杆和滑塊的往復直線運動。可以證明，往復直線運動的速度和加速度分別為v＝AωSinψa＝Aω2Cosψ若非圓齒輪為從動輪，它的運動是由圓齒輪交替對非圓齒輪施加一壓力矩產生的。滑塊沿連杆運動方向對o1軸有一推力F1，滑槽壁的反作用對o1產生一側壓力F2、F1、F2的合力N施加在非圓齒輪上產生一力矩推動非圓齒輪轉動。可以證明，力矩大小為M＝F1ASinψ圓齒輪對非圓齒輪作功時總是從R＋2A位置移到R位置，同時將另一個圓齒輪從R位置推到R＋2A位置。
因此，非圓齒輪連杆機構具有曲柄連杆機構的動力傳遞和運動轉換功能。可以證明，非圓齒輪連杆機構的運動方式是曲柄連杆機構的運動方式在連杆無限長時的極限情形。
圖4、是諧波數為3的非圓齒輪。這種齒輪關於中心轉軸對稱，旋轉時不會產生振動。因此，本發明採用這種非圓齒輪時，系統實際上只存在往復直線運動的振動，振動平衡系統更加簡化。但是，由於擺角增大，因而也要求材料有更好的力學性能。餘弦齒輪的波數不同，轉速變換率也不同。往復直線運動頻率f、非圓齒輪轉數n、諧波數μ三者存在關係f∶n＝μ∶1圖5為中間滾子餘弦輪連杆機構，波數為1，是圖1所示的餘弦齒輪連杆機構的一種簡化機構。與之相比，這種機構生產工藝簡單、成本更低，機械摩損增加、可靠性降低。
權利要求
1.一種非圓齒輪連杆機構，包括一個定軸轉動的餘弦齒輪(1)、兩個基本參數完全相同的圓齒輪(2)、滑塊(3)、滑槽(4)、連接兩個圓齒輪和滑塊的連杆(5)，其特徵在於非圓齒輪繞定軸(6)轉動時，兩個圓齒輪被迫相對連杆轉動，通過圓齒輪軸(7)推動連杆和滑塊在滑槽內作往復直線運動；當滑塊和連杆作往復直線運動時，通過圓齒輪軸推動圓齒輪轉動，同時推動非圓齒輪繞其定軸轉動。
2.根據權力要求1所述的非圓齒輪連杆機構，其特徵在於圓齒輪齒廓線(10)用極坐標(r，θ)表示為r＝ro＋a(1－cos(zθ))其中z為齒數，2a為全齒高，ro＋a為節圓半徑。
3.根據權力要求1和2所述的非圓齒輪連杆機構，其特徵在於定軸於連杆上的圓齒輪軸心相對於非圓齒輪的運動軌跡用極坐標(ρ，ψ)表示為ρ＝R＋A(1－cos(μψ))其中μ為諧波數，通常取1、或3、或5等奇數，A為諧波波幅，R＋A為諧波創成半徑，2(R＋A)為兩圓齒輪軸心距離。
4.根據權力要求1、2、3所述的非圓齒輪連杆機構，其特徵在於非圓齒輪的節圓(9)曲線為ρ＝R＋A(1－cos(μψ))的內等距線，內移距離為ro＋a。
5.根據權力要求1、2、4所述的非圓齒輪連杆機構，其特徵在於非圓齒輪的齒廓線(10)為圓齒輪齒廓線的共軛線。
6.根據權力要求1、2、4所述的非圓齒輪連杆機構，其特徵在於固定在連杆上的兩個圓齒輪軸心與非圓齒輪軸心始終保持在一條線上。
7.根據權力要求1、2、4所述的非圓齒輪連杆機構，其特徵在於圓齒輪可以用半徑為ro＋a的中間滾子(11)替換，同時非圓齒輪用型線為其節圓的餘弦輪(12)替換。
全文摘要
本發明屬於機械動力傳動技術領域，是一種非圓齒輪連杆機構，這種機構由一個餘弦齒輪、兩個對稱布置的圓齒輪以及將這兩個齒輪定軸連接的連杆組成。該機構具有與曲柄連杆機構完全相同的動力傳遞和運動轉換功能，只有純粹的圓周運動和往復直線運動，不存在連杆的平面擺動。因此，非圓齒輪連杆機構具有振動平衡系統簡單、機械磨損小、體積小、質量輕、易加工等特點，是曲柄連杆機構的理想替代機構，具有廣泛的應用前景。
文檔編號F16H37/00GK1114724SQ9411106
公開日1996年1月10日 申請日期1994年7月5日 優先權日1994年7月5日
發明者盛利元 申請人:盛利元