專利名稱:一種轉(zhuǎn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的新機(jī)構(gòu)的制作方法
本發(fā)明屬于一種新型的機(jī)械傳動(dòng)。
目前，無(wú)論翻閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》聯(lián)合編寫(xiě)組編寫(xiě)的1983年6月北京3次印刷的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，還是檢索國(guó)際專利文獻(xiàn)，均可得出不通過(guò)任何介質(zhì)，按一定的傳動(dòng)比，直接由連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)變成連續(xù)的直線運(yùn)動(dòng)。且具有很大行程的各種機(jī)構(gòu)，無(wú)非是下列幾種組合(1)螺桿與螺母;
(2)螺桿與齒條;
(3)滾子與螺桿;
(4)齒輪與齒條;
(5)輪子與撓性件。
它們各有所長(zhǎng)，也各有所短，前三者傳動(dòng)的特點(diǎn)在于螺旋面的連續(xù)滑移或滾動(dòng)。主動(dòng)件的圓周速度方向垂直于從動(dòng)件的直線移動(dòng)方向，它們共有減速增力及結(jié)構(gòu)緊湊小巧的優(yōu)點(diǎn)，但(1)、(2)兩組合由于承力的螺旋面滑移速率大，使它們的傳動(dòng)效率很低，磨損較為劇烈;第(3)組合除上述共有的優(yōu)點(diǎn)外，由于承力的螺旋面與滾子互相滾動(dòng)加上制造精度很高，因而還兼有效率高及運(yùn)動(dòng)精細(xì)的優(yōu)點(diǎn)。但隨之而來(lái)的結(jié)構(gòu)脆弱、工藝性能差和價(jià)格較貴，則是它不可避免的缺點(diǎn);(4)、(5)兩種組合的傳動(dòng)特點(diǎn)是主動(dòng)輪外圓(或主動(dòng)輪的節(jié)圓)的圓周速度與從動(dòng)件的直線移動(dòng)速度一致，所以有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)傳動(dòng)效率很高，壽命較長(zhǎng)，但就其組合本身而言。無(wú)減速增力的功能，在低速重載的場(chǎng)合，它們均需配備結(jié)構(gòu)龐大的減速器，因而使整機(jī)的體積增加，成本也隨之大幅度上升。
從以上各種組合的機(jī)構(gòu)可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)緊湊與否或制造成本大小與傳動(dòng)效率高低是一對(duì)明顯存在的似乎不可調(diào)和的矛盾。針對(duì)這個(gè)矛盾，本發(fā)明基于對(duì)上述各種機(jī)構(gòu)傳力原理的分析，提出了由偏心軸、擺塊的直側(cè)面有牙齒的W機(jī)構(gòu)與有牙齒的直桿或鏈條等組成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案。目的在于使這種變轉(zhuǎn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的傳力機(jī)構(gòu)既具有多齒受力(重合度大)、減速性能好和結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)又能具有較低的齒面滑移速度和較高的傳動(dòng)效率。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的(一)主要組成及其運(yùn)動(dòng)方框圖。
主要組成是偏心軸、擺塊直側(cè)面帶牙齒的W機(jī)構(gòu)和有牙齒的直桿或鏈條。
運(yùn)動(dòng)方框圖
(二)各種W機(jī)構(gòu)在本發(fā)明中與“擺塊”的關(guān)系
在《行星齒輪傳動(dòng)》(B·H柯特略者夫著，中譯本，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版，1962年4月第1次印刷。)一文中第5頁(yè)記載著這樣一段文字“現(xiàn)在我們來(lái)討論K-H-V傳動(dòng)(圖6)。在平行軸之間實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比等于+1的機(jī)構(gòu)(以后簡(jiǎn)稱為機(jī)構(gòu)W)是這種傳動(dòng)的不可分割的部分，在W機(jī)構(gòu)中不采用齒輪嚙合……。”在本發(fā)明中W機(jī)構(gòu)也同樣是不可分割的部分，這是由于它具有獨(dú)特運(yùn)動(dòng)的緣故設(shè)兩平行軸分別為A、B。當(dāng)它們之中任一根軸A與機(jī)架固定時(shí)，在偏心軸的帶動(dòng)下，另一根軸B將會(huì)作平動(dòng)，其上的任一點(diǎn)軌跡將會(huì)是一些同樣的以偏心軸的偏心半徑為半徑的圓。本發(fā)明將此B軸作為板塊狀，且在它的直側(cè)面制出足夠多且具有同樣齒廊的牙齒，取名“擺塊”。從上簡(jiǎn)述可知“擺塊”上的牙齒。基于“同樣軌跡”這一點(diǎn)，在來(lái)自與之共軛的帶齒直桿或鏈條上的外力作用下，將會(huì)產(chǎn)生幾乎同樣的應(yīng)力。這就是本發(fā)明之所以有很大重合度的根本所在。
根據(jù)《行星齒輪傳動(dòng)》一文的定義，所指的W機(jī)構(gòu)的范圍最起碼囊括了以下幾種機(jī)構(gòu)，按以上構(gòu)思，它們之中的任一種均可產(chǎn)生本發(fā)明中的”擺塊”(1)平行四邊形機(jī)構(gòu)(附圖4)四桿機(jī)構(gòu)“ABCD”中，曲柄AD與曲柄CB等長(zhǎng)，連桿CD與機(jī)架AB等長(zhǎng)，被稱為平行四邊形機(jī)構(gòu)。當(dāng)作為偏心軸且與AD等長(zhǎng)的另一曲柄EF以角速度+ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿DC上任一點(diǎn)將會(huì)產(chǎn)生E點(diǎn)同樣的軌跡-半徑等于EF的圓，但就連桿本身而言。它只作平動(dòng)，與機(jī)架一樣。它的旋轉(zhuǎn)角速度為零，因而它是W機(jī)構(gòu)的一種。若在這樣的連桿的上側(cè)面制出牙齒，即成為本發(fā)明的“擺塊”了。
(2)少齒差(N型)行星齒輪傳動(dòng)中的輸出機(jī)構(gòu)-包括銷軸式和滑塊式(見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中冊(cè)第二版第674頁(yè)-《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》聯(lián)合編寫(xiě)組編寫(xiě))。
(3)格林聯(lián)軸節(jié)〔十字滾動(dòng)聯(lián)軸節(jié)-《行星齒輪傳動(dòng)》(B·H柯特略者夫著。陳德健等譯，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版。1962年4月第1次印刷)第5頁(yè)注釋?！橙鐚?2)、(3)機(jī)構(gòu)中與行星輪相固連的部分作成“直側(cè)面有牙齒”，也就成為本發(fā)明中的“擺塊”了。
(三)偏心軸、擺塊以及帶齒的直桿或鏈條之間的關(guān)系(附圖2、附圖3)今以直桿或鏈條上的牙齒齒廊是“圓”-取名此“圓”為針輪或滾子，相應(yīng)的直桿為針桿。相應(yīng)的鏈條為滾子鏈;擺塊上的牙齒齒廊是擺線的等距曲線這一情況為例，作出說(shuō)明如下(其它類型的共軛齒的情況與此類同)圖2表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)例的結(jié)構(gòu)原理。
圖3a、3b、3c及3d表示出某瞬時(shí)圖2中的擺塊(11)、(12)、(13)及(14)、針輪(4)和各偏心盤(6)之間的關(guān)系。圖3中的
OO1、
OO2、
OO3及
OO4分別是與擺塊相對(duì)應(yīng)的各偏心盤的偏心半徑，它們的尺寸均為e，而與水平線的夾角即“相位”φ卻分別為0、 1/2 π、π及 3/4 π。它們的相位差△φ＝ 1/2 π。圖3還表示出相鄰擺塊側(cè)面的齒槽(圖3a的“EFG”。圖3d的“E1F1G1”)中心線相對(duì)于通過(guò)各擺塊孔的圓心O1、O2、O3及O4的水平線的位置關(guān)系圖3a兩者重合;圖3d、3c及3b則分別相距C、2C和3C。其中C叫“直線位差”，其值C＝ 1/4 ×2πe＝ 1/2 πe另外(1)當(dāng)擺塊數(shù)為m時(shí)，相位差△φ＝ (2π)/(m) ;直線位差C＝ (2πe)/(m) 。
(2)針輪節(jié)距(或直桿牙齒節(jié)距)＝擺塊牙齒節(jié)距＝T＝2πe，此值與擺塊孔的圓心在整轉(zhuǎn)走過(guò)的路程相吻合。在這節(jié)距中，按需要又可安置n個(gè)齒(n＝1、2、3、4)。這時(shí)節(jié)線上相鄰牙齒同側(cè)齒廊之距離，稱作牙距Tn，其值Tn＝ (T)/(n+1)假設(shè)當(dāng)圖2中的由主動(dòng)軸(5)和偏心盤(6)組成的偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，使圖3中的偏心半徑作逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。在圖示瞬間，擺塊(11)已處在一個(gè)周期的末了位置。即將脫離針輪;擺塊(14)剛好進(jìn)入嚙合;擺塊(13)及(12)均處于脫離位置。若偏心軸轉(zhuǎn)過(guò)四分之一轉(zhuǎn)，也就是偏心半徑按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò) 1/2 π，則各擺塊孔的圓心將分別易位擺塊孔的圓心 易位后所處相位φO4→ OO3→ 3/4 πO2→ πO1→ 1/2 π其結(jié)果是擺塊(14)結(jié)束嚙合，擺塊(13)進(jìn)入嚙合，其余則處于脫離狀態(tài)，……。依此類推，循環(huán)不息。這當(dāng)中每個(gè)擺塊的工作角度均為 1/2 π-從 3/2 π到2π，并依次推動(dòng)帶齒的直桿或鏈條移動(dòng)距離 1/2 πe。在偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)一整轉(zhuǎn)后，直桿或鏈條的累計(jì)移距為2πe。
從上述可知，欲使直桿或鏈條能連續(xù)運(yùn)動(dòng)。擺塊的數(shù)量必須是二塊以上。
(四)在“擺塊”的直側(cè)面加工成一定形狀的牙齒。
本發(fā)明直接承載的從動(dòng)件為帶牙齒的直桿或鏈條，擺塊的牙齒必須與之共軛，即它的齒廊方程應(yīng)以需求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及從動(dòng)件齒廊為條件，以基本嚙合定理為根據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出。作為例子，下面列出與針輪共軛的擺塊齒廊方程如下(附圖5)設(shè)需求的直桿或鏈條的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為S＝ewt。得
式中S為直桿或鏈條的移距;t為時(shí)間參數(shù);e為偏心軸的偏心距;a為針輪外半徑;w為偏心軸的旋轉(zhuǎn)角速度。圖5所示“xoy”是以節(jié)線上一點(diǎn)為原點(diǎn)，且與擺塊固連的直角坐標(biāo)系。
方程(A)所代表的是一條擺線a的等距曲線b。它是這樣得出的用運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化法使擺塊相對(duì)于針桿停止運(yùn)動(dòng)。而針桿額外獲得一個(gè)與擺塊運(yùn)動(dòng)方向相反的平動(dòng)。這時(shí)，與針桿相固定的點(diǎn)O在擺塊平面上經(jīng)過(guò)的軌跡將相當(dāng)于圖5中半徑為e的滾圓d在節(jié)線Ox上滾動(dòng)時(shí)，與之相固定的O點(diǎn)在不動(dòng)平面上經(jīng)過(guò)的軌跡，此軌跡的等距曲線(間距為a)即為方程(A)所代表的曲線b。根據(jù)同樣的理由，當(dāng)擺塊上設(shè)置針輪時(shí)，在移動(dòng)的直桿上的共軛齒廊也將是由滾圓m所形成擺線n的等距曲線。另外，作為齒廊，出于應(yīng)用和加工上的實(shí)際需要，在運(yùn)動(dòng)精度要求不高的使用場(chǎng)合，可以將曲線b用近似的圓弧來(lái)代替。
當(dāng)偏心距e較大時(shí)，用直齒-漸開(kāi)線作為本發(fā)明的共軛齒廊也完全是可行的，總之，只要符合運(yùn)動(dòng)規(guī)律S＝ewt，又互相共軛的齒廊，均可作為本發(fā)明所需要的齒廊。
從上述首先可知，本發(fā)明的齒面重合度很大，這是其特點(diǎn)之一，根據(jù)式S＝ewt;當(dāng)wt＝2π時(shí)，S＝2πe＝T可知當(dāng)偏心距e較小時(shí)，主動(dòng)偏心軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，帶牙齒的直桿或鏈條之移距也較小，因而本發(fā)明具有較好的減速性能，這是其特點(diǎn)之二。當(dāng)采用四塊“擺塊”時(shí)，根據(jù)理論推導(dǎo)得出如果本發(fā)明中的共軛齒廊采用“圓”及“擺線”的等距曲線，它們?cè)趥鲃?dòng)過(guò)程中的損失系數(shù)φ約為8.5%，而對(duì)于螺旋角為2.5°、摩擦系數(shù)為0.1的普通螺旋運(yùn)動(dòng)副說(shuō)來(lái)，其損失系數(shù)則高達(dá)70%。由此可見(jiàn)，本發(fā)明還具有較高的傳動(dòng)效率及較長(zhǎng)的壽命，這是其特點(diǎn)之三。
基于這些特點(diǎn)，在傳遞動(dòng)力相當(dāng)?shù)那闆r下，本發(fā)明的體積和重量只有齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的 1/3 ～ 1/2 ;整機(jī)傳動(dòng)效率則是螺桿螺母機(jī)構(gòu)的2.5～3倍。它可廣泛地應(yīng)用于起重運(yùn)輸機(jī)械和壓力機(jī)械中。
應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例是一個(gè)小型的手動(dòng)起重機(jī)械。整機(jī)構(gòu)如附圖1、2所示。已制成一臺(tái)樣機(jī)，它從運(yùn)動(dòng)原理及承載特點(diǎn)上充分證實(shí)了理論分析的正確。
附圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)例的立體示意圖。
附圖2為同一個(gè)實(shí)例的結(jié)構(gòu)原理圖。(1)是左側(cè)板;(2)是約束滾輪;(3)是針桿;(4)是針輪;(5)是主動(dòng)軸;(6)是偏心盤;(7)是銅套;(8)是限制套;(9)是限制銷軸;(10)是右側(cè)板;(11)、(12)、(13)和(14)是擺塊。這里由(1)、(10)、(8)、(9)及(11)、(12)、(13)和(14)組成了本實(shí)例的W機(jī)構(gòu)-即銷軸式輸出機(jī)構(gòu)。
附圖3是偏心盤、擺塊及針桿的運(yùn)動(dòng)關(guān)系圖。(4)是針輪;(6)是偏心盤;(11)、(12)、(13)和(14)是擺塊;O是主動(dòng)軸的中心;O1、O2、O3和O4是擺塊孔的圓心;e是偏心盤的偏心半徑;T是針桿或牙齒的節(jié)距。
附圖4是平行四桿機(jī)構(gòu)的示意圖。
附圖5是擺線圖。a及n是擺線;d和m是滾圓，它們的半徑為e;c是針輪;b是擺線a的等距曲線?！瞲(t).y(t)〕是該等距曲線上點(diǎn)的坐標(biāo);xoy是以節(jié)線上一點(diǎn)為原點(diǎn)的且與擺塊固連的直角坐標(biāo)系。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的新機(jī)構(gòu)，其特征在于本發(fā)明由偏心軸、擺塊直側(cè)面帶牙齒的W機(jī)構(gòu)與有牙齒的直桿或鏈條等組成。
2.按照權(quán)利要求
1所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于W機(jī)構(gòu)中設(shè)有二塊以上的直側(cè)面有牙齒的擺塊。
3.按照權(quán)利要求
1、2所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于擺塊和直桿或鏈條上的牙齒齒廊互相共軛或接近共軛。
專利摘要
一種轉(zhuǎn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的新機(jī)構(gòu)。采取擺塊的直側(cè)面有牙齒的W機(jī)構(gòu)與有牙齒的直桿或鏈條相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。目的是使該機(jī)構(gòu)既具備多齒受力和大減速能力的承載特點(diǎn)，又有較高的機(jī)械效率。該機(jī)構(gòu)由偏心軸輸入扭矩并帶動(dòng)W機(jī)構(gòu)中的有牙齒的擺塊，后者又通過(guò)共軛齒的嚙合。驅(qū)動(dòng)帶齒的直桿或鏈條作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)可廣泛應(yīng)用于起重運(yùn)輸機(jī)械和壓力機(jī)中。
文檔編號(hào)F16H37/00GK86104622SQ86104622
公開(kāi)日1987年1月14日 申請(qǐng)日期1986年6月27日
發(fā)明者鄒孝淼 申請(qǐng)人:鄒孝淼導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan