振動型行波齒輪傳動裝置製造方法
2023-05-15 10:33:51
振動型行波齒輪傳動裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種振動型行波齒輪傳動裝置，屬於機械傳動領域，它由機體系統、輸入系統和輸出系統三部分組成，該輸入系統和輸出系統安裝在機體系統內；該輸入系統包括彈性體輸入端和貼在該彈性體輸入端上的若干壓電陶瓷片；該輸出系統包括輸出端及設置在該輸出端上的輸出軸；該彈性體輸入端端面與輸出端端面均有齒形，通過輸出端端面齒形與行波振動作用下的彈性體輸入端端面齒形相互嚙合實現運動和動力的傳遞。本發明將超聲行波引入到嚙合傳動領域，利用超聲行波振動原理及共軛包絡原理實現了一種新型的傳動方式，因此可以解決傳統齒輪傳動因存在間隙、摩擦和磨損導致的傳動精度不高的問題。
【專利說明】振動型行波齒輪傳動裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於機械傳動領域，涉及一種振動型行波齒輪傳動裝置，尤其適用於鐘錶傳動等方面。
【背景技術】
[0002]1946年美國麻省理工學院絕緣研究室發現，在鈦酸鋇鐵電陶瓷上施加直流高壓電場，使其自發極化沿電場方向擇優取向，除去電場後仍能保持一定的剩餘極化，使它具有壓電效應，從此誕生了壓電陶瓷。1947年，美國Roberts在BaT13陶瓷上，施加高壓進行極化處理，獲得了壓電陶瓷的電壓性，隨後，日本積極開展利用BaT13壓電陶瓷製作超聲換能器、高頻換能器、壓力傳感器、濾波器、諧振器等各種壓電器件的應用研究。1955年，美國B.Jaffe等人發現了比BaT13壓電性更優越的PZT壓電陶瓷，促使壓電器件的應用研究又大大地向前推進了一大步。人們最初了解的行波驅動原理是在20世紀40年代，由Williams和Brown首先提出的，但是由於當時材料的缺乏、技術的落後，最初的超聲行波驅動模型一直沒有實現。直到1961年，Bulova Watch Ltd.公司首次利用彈性體振動來驅動鐘錶齒輪，工作頻率為360Hz，這種鐘錶走時準確，每月的誤差只有一分鐘，打破了那個時代的紀錄，引起了轟動。
[0003]另一方面，鐘錶齒輪要求傳動比大、力矩比變動率小、齒輪轉動靈活、能量傳遞效率高、對製造誤差不敏感。目前廣泛採用的齒形為圓弧齒形，採用該齒形可以加工很少齒數(如6齒)而無根切現象，這一特點滿足了鐘錶機構中傳動系統要在較小空間內實現較大的傳動比。但其力矩變動比較大，達到20%左右，而且製造不同齒數的齒輪需要用不同的滾刀加工，這使得刀具規格大為增加，加工成本較高。近年來，一些新的齒形如圓弧-直線齒形、橢圓擺線齒形、漸開線修正齒形等被相繼提出，但都沒有在鐘錶齒形中得到推廣應用。
[0004]鑑於上述發展狀況，本發明人經過深入研究發現，如果能將超聲行波引入到嚙合傳動領域，即可解決傳統齒輪傳動因存在間隙、摩擦和磨損導致的傳動精度不高的問題，為提高鐘錶齒輪傳動的靈活性和穩定性提供理論和技術支持，本案由此而產生。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題在於克服現有的鐘表齒輪傳動因存在間隙、摩擦和磨損導致的鐘表傳動精度不高等缺點，而提供一種振動型行波齒輪傳動裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的技術解決方案是:
一種振動型行波齒輪傳動裝置，它由機體系統、輸入系統和輸出系統三部分組成，該輸入系統和輸出系統安裝在機體系統內；該輸入系統包括彈性體輸入端和貼在該彈性體輸入端上的若干壓電陶瓷片；該輸出系統包括輸出端及設置在該輸出端上的輸出軸；該彈性體輸入端端面與該輸出端端面均設有齒形，該傳動裝置通過輸出端端面齒形與行波振動作用下的彈性體輸入端端面齒形相互嚙合實現運動和動力的傳遞。
[0007]優選地，所述的彈性體輸入端端面齒形為直線齒形，直線齒形上的表面質點在行波作用下產生橢圓振動，所述的輸出端端面齒形是依據行波振動原理與共軛包絡原理求得的與橢圓振動下的彈性體輸入端直線齒形相共軛的齒形。
[0008]優選地，所述的機體系統由輸入端端蓋、機體和輸出端端蓋組成，該機體與輸入端端蓋通過螺栓聯接，該機體與輸出端端蓋通過螺栓聯接。
[0009]優選地，所述的彈性體輸入端通過螺栓與輸入端端蓋聯接。
[0010]優選地，所述的輸出軸通過小軸承、大軸承及軸套安裝在機體內部。
[0011]優選地，所述輸出端與輸出軸為一體結構，或者為分體並相互聯接結構。
[0012]採用上述方案後，本發明所述傳動機構在工作時，在輸入端相鄰兩片壓電陶瓷片上分別施加相位差為η/2且頻率相同、幅值相等的正弦電壓，利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在壓電陶瓷和金屬基體組成的複合體上激發出兩個幅值相等、在時間和空間上均相差^/2的駐波，這兩個駐波在複合體上疊加形成行波。行波使得彈性體輸入端表面質點做橢圓軌跡運動，在波峰部分，彈性體輸入端端面齒形與輸出端端面齒形通過齒廓嚙合傳動來驅動輸出機構轉動，輸出軸的轉動方向與所形成的行波方向相同。由於本發明將超聲行波引入到嚙合傳動領域，利用超聲行波振動原理及共軛包絡原理實現了一種新型的傳動方式，因此可以解決傳統齒輪傳動因存在間隙、摩擦和磨損導致的傳動精度不高的問題，應用到鐘錶傳動領域時，可以提高鐘錶齒輪傳動的靈活性和穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明一種振動型行波齒輪傳動裝置的半剖視圖；
圖2是本發明一種振動型行波齒輪傳動裝置的嚙合部分局部放大圖；
圖3是本發明一種振動型行波齒輪傳動裝置的三維視圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳述。
[0015]本發明所揭示的是一種振動型行波齒輪傳動裝置，如圖1至圖3所示，為本發明的較佳實施例。所述的振動型行波齒輪傳動裝置主要由機體系統、輸入系統和輸出系統三部分組成，該輸入系統和輸出系統安裝在機體系統內。其中:
所述的機體系統可以由輸入端端蓋11、機體7和輸出端端蓋I組成，該機體7與輸入端端蓋11可通過螺栓6聯接，該機體7與輸出端端蓋I也可通過螺栓2聯接。
[0016]所述的輸入系統包括彈性體輸入端9和貼在該彈性體輸入端9上的若干壓電陶瓷片10,該彈性體輸入端9可通過螺栓12與輸入端端蓋11聯接。
[0017]所述的輸出系統包括輸出端8及設置在該輸出端上的輸出軸81，更具體的，所述輸出端8與輸出軸81可以為一體結構(圖中實施例所示)，也可以為分體並相互聯接的結構。該輸出軸81可以通過小軸承3、大軸承5及軸套4安裝在機體7內部並可轉動。
[0018]所述的彈性體輸入端9端面與輸出端8的端面均設有齒形，該傳動裝置通過輸出端端面齒形與行波振動作用下的彈性體輸入端端面齒形相互嚙合實現運動和動力的傳遞。進一步的，該彈性體輸入端9的齒形可以為直線齒形，輸出端8的端面齒形是依據行波振動原理與共軛包絡原理求得的與振動過程中的彈性體輸入端9直線齒形相共軛的齒形。
[0019]本發明的工作原理為:傳動初始，在相鄰的兩片壓電陶瓷片10上分別施加相位差為n/2且頻率相同、幅值相等的正弦電壓，利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在壓電陶瓷片10和金屬基體(即彈性體輸入端9)組成的複合體上激發出兩個幅值相等、在時間和空間上均相差π/2的駐波，這兩個駐波在複合體上疊加形成行波(如圖2所示)。行波使得彈性體輸入端9表面質點做橢圓軌跡運動，在波峰部分，彈性體輸入端9的端面齒形與輸出端8端面齒形通過齒廓的哨合傳動來驅動輸出系統轉動，輸出端8的轉動方向與所形成的行波方向相同。這種利用表面質點振動實現的齒輪傳動，就要求輸入端與輸出端上端面齒形滿足齒廓嚙合基本定律，本發明根據共軛包絡原理，先給定彈性體輸入端9端面齒形，通過計算求得振動過程中與之相互嚙合的共軛齒廓作為輸出端8端面齒形。利用有限元方法，在計算得到的振型、振幅、表面質點的橢圓軌跡運動形成的端面齒輪的嚙合傳動運動方程基礎上，建立振動型行波齒輪傳動裝置輸出功率的數學模型，改變輸入機構的幾何尺寸，選取不同的振型、激勵電壓和頻率，獲得振型、振幅對行波機構的輸出功率的影響機理，仿真研究不同端面齒形對行波齒輪傳動機構輸出功率的影響機理。
[0020]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明的技術範圍作任何限制，故但凡依本發明的權利要求和說明書所做的變化或修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋的範圍之內。
【權利要求】
1.一種振動型行波齒輪傳動裝置，其特徵在於:它由機體系統、輸入系統和輸出系統三部分組成，該輸入系統和輸出系統安裝在機體系統內；該輸入系統包括彈性體輸入端(9)和貼在該彈性體輸入端上的若干壓電陶瓷片(10);該輸出系統包括輸出端(8)及設置在該輸出端上的輸出軸(81);該彈性體輸入端端面與該輸出端端面均設有齒形,該傳動裝置通過輸出端端面齒形與行波振動作用下的彈性體輸入端端面齒形相互嚙合實現運動和動力的傳遞。
2.根據權利要求1所述的振動型行波齒輪傳動裝置，其特徵在於:所述的彈性體輸入端端面齒形為直線齒形，直線齒形上的表面質點在行波作用下產生橢圓振動，所述的輸出端端面齒形是依據行波振動原理與共軛包絡原理求得的與橢圓振動下的彈性體輸入端直線齒形相共軛的齒形。
3.根據權利要求1或2所述的振動型行波齒輪傳動裝置，其特徵在於:所述的機體系統由輸入端端蓋(11)、機體(7)和輸出端端蓋(I)組成，該機體(7)與輸入端端蓋(11)通過螺栓(6 )聯接，該機體(7 )與輸出端端蓋(I)通過螺栓(2 )聯接。
4.根據權利要求3所述的振動型行波齒輪傳動裝置，其特徵在於:所述的彈性體輸入端(9 )通過螺栓(12)與輸入端端蓋(11)聯接。
5.根據權利要求3所述的振動型行波齒輪傳動裝置，其特徵在於:所述的輸出軸(81)通過小軸承(3)、大軸承(5)及軸套(4)安裝在機體(7)內部。
6.根據權利要求1或2所述的振動型行波齒輪傳動裝置，其特徵在於:所述輸出端與輸出軸為一體結構，或者為分體並相互聯接結構。
【文檔編號】G04B13/00GK104238338SQ201410368999
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】王建, 蘇德瑜, 羅善明, 常雪峰 申請人:廈門理工學院