CN1011812B - 滚轮传动机构 - Google Patents

Abstract

滚轮传动机构为机械传动装置；比一般的齿轮传动机械效率高、体积小、传动比大、组合形式多、应用范围广，其特征是采用完全不同于渐开线和摆线的修正余弦曲线齿形，分内啮合、外啮合两大类，由弦线轮(a)，滚轮架组件(b)，偏心轮(轴)组件(c)构成，可作加速器，减速器，差速器。

Description

本发明涉及一种机械传动装置。

在现有技术中，为了提高齿轮传动机构的效率，改善传动参数，国内外不少企业和研究单位都在致力于寻求新的啮合原理，研制新型传动机构。如：

1、扇形齿轮传动装置

KENNTGTONFW    08、05、78-US-904024

（16.05.77-GB-020560）（11.03.81）＊US4194-415    F16h-01/32

如图1，该装置由偏心轮（5），啮合元件（29、31）等组成，其齿形属修正渐开线齿形。

2、类似摆线针轮的传动机构

RODAWAYKS    02.11    79-US-090669（20.05.81）

＊DE3040-383，F16h-01/32+F    16h-01/60

如图2，该装置由输入轴（10），输出轴（23），偏心轮（14），两个带凹齿的小齿轮（13、17），两个带凸齿的内齿轮（A、c），输出机构（19）等构成。

上述传动机构其共同点是有一个偏心轮组件，传动比大，但为了运动（动力）的输出，必须制作一系列可动齿板，图2所示的传动机构，仍保留了等速输出机构，前者仍属渐开线1齿差（或少齿差）传动机构，后者采用钝齿，如作为减速机构同传统的摆线针轮传动机构相比，优越性并不明显。

本发明的目的是：在研究啮合原理、设计方法的基础上，采用相应的加工工艺，研制新型传动机构，开发新设备。

本发明的内容：

1、齿形及其参数方程

如图3，偏心轮O₁，半径R，绕O点以匀速转动，滚圆O₂，半径r，与偏心圆贴合，除绕O₂自转外，沿X轴移动。确定三个坐标系，XOY为固定坐标系，X₁OY₁同需形成弦线轮的工件固定在一起，X₂O₂Y₂同滚圆固定在一起，当偏心轮转过φ角时，X₁OY₁转过φ/n，n为弦线轮的齿数，则接触点P₁在X₂O₂Y₂坐标系中，其参数方程：

根据坐标平移关系在XOY坐标系中，其参数方程为：

在X₁OY₁坐标系中，根据转轴变换关系，其参数方程为：

将（2）式代入（3）式

X₁＝ρ（Φ）cos（Φ/n）+rcos（Φ/n）cosθ

+rsin（Φ/n）sinθ

Y₁＝-ρ（Φ）sin（Φ/n）-rsin（Φ/n）cosθ

+rcos（Φ/n）sinθ

整理合并后得

式中：ρ（Φ）＝ecosΦ+ $\sqrt{\mathrm{(R+r)}{}^2\mathrm{-e}{}^2\sin {}^2\phi }$

e为偏心距

根据包络原理，包络方程为：

将（4）式分项求偏导数

代入（5）得：

-rρ′（Φ）cosθ+（r/n）ρ（Φ）sinθ＝0（7）

tgθ＝nρ′（Φ）/ρ（Φ）

θ＝arctg[nρ′（Φ）/ρ（Φ）]（8）

将（8）式代入（5）式得：

将（9）式展开并化简。得齿形方程为：

式中ρ′（Φ）＝-eρ（Φ）sniΦ/ $\sqrt{\mathrm{(R+r)}{}^2\mathrm{-e}{}^2\sin {}^2\phi }$

2、组合方式及分类

（1）内啮合滚轮传动机构

主要组合形式如表1

表中a为弦线轮;b为滚轮架组件;c为偏心轮（轴）。

（2）外啮合滚轮传动机构

如图6，滚轮架b固定，偏心圆环与输入轴相连，外弦线轮与输出轴相连，传动比：

i= (n₀)/(n₁) = 1/(m) （11）

式中：m-外弦线轮的齿数。

输出、输入件可以任意选定，亦同内啮合滚轮传动机构一样，可构成减速器、加速器、差速器，适用于需要外边输入，中心减速输出的场合。如减速皮带轮，还可用于向密闭空间传递动力。其他组合形式同内啮合类似。

3、设计方法

根据使用要求，选定组合方案，然后按下列步骤进行：

（1）初步选定偏心距e，滚柱半径r及R+r值;

（2）根据传动比确定弦线轮齿数n，滚子数则为：（n-1）个（内啮合），根据下式进行曲率半径核校。

$R_o=\frac{{\mathrm{(n}}^2{\rho }^{\mathrm{\prime 2}}{\mathrm{+\rho }}^2{)}^{\frac{3}{2}}}{{\rho }^2{\mathrm{+2n\rho }}^{\mathrm{\prime 2}}\mathrm{-\rho \; ″\rho }}$

式中：n-弦线轮齿数

ρ-弦线轮滚圆中心轨迹极径;

ρ′，ρ″-极径一次导数和二次导数。

必须满足：｜Romin｜＞r

（3）压力角验算：

$\mathrm{tgr=-}\frac{\mathrm{en\; sin(n\phi )}}{\sqrt{{\mathrm{(R+r)}}^2{\mathrm{-e}}^2{\sin }^2\mathrm{(n\phi )}}}$

r_max＝15°～20°为宜

（4）接触强度计算：

F_max＜f_a（14）

$F_{\max }=\frac{\sqrt{{\mathrm{(R+r)}}^2{\mathrm{+e}}^2{\mathrm{(n}}^2\mathrm{-1)}}}{\mathrm{R+r}}{N}_{\max }$

$N_{\max }=\frac{\mathrm{4Ma}\sqrt{{\mathrm{(R+r)}}^2{\mathrm{+c}}^2}}{m^2\mathrm{c(R+r)}}$

$f_a\mathrm{=\pi B\rho }{}_d(\frac{{\mathrm{1-r}}^2{}_1}{E_1}+\frac{{\mathrm{1-r}}^2{}_2}{E_2}{\mathrm{)\sigma }}^2{}_c$

如满足不了（14）式条件，重新调整选定的参数

（5）滚轮架刚度验算;

（6）齿形计算及作图。

整个计算有计算程序，用微处理机进行计算极方便。

本发明同现有技术相比所具有的优点：

试制的滚轮传动机构经初步测试，其综合技术性能如表2。

若以输出轴功率为1马力，输出轴转速18转/分，其性能比较如表3。

从以上比较可以得出，本发明具有如下优点：

1.建立在新的啮合原理的基础上，采用完全不同于渐开线，摆线齿轮加 工的新方法，铣磨由同一设备完成，刀具和加工方法简单;

2.不需专门的输出机构;

3.组合形式多，可根据使用条件确定，用途广泛;

4.相对体积仅为普通减速器的10-20%;

5.传动比大;

6.运动接近纯滚动，效率高;

7.利用该机构的原理和加工方法，可以车削和研磨内外椭园。

图面说明：

图1扇形齿轮传动装置

图2类似摆线针轮的传动机构

图3齿廓形成原理图

图4内啮合原理图

图5外啮合原理图

图6外啮合滚轮传动机构简图

图7滚轮减速器装配图，图7a为纵剖面图，图7b为侧视剖面图

a-弦线轮，b-滚轮架，c-偏心轮组件。

图8为电动天井钻机装配图，是Φ1500mm工业性试验设备装配图照相，缩小比例过大。该设备为矿山专用设备，要求轴（钻杆）固定不动，刀盘转动，连接电机处采用一级滚轮传动机构减速，一级减速机构输出轴带偏心轮，输入第二级滚轮传动机构，第二级减速机构其滚轮架同钻杆固接，弦线轮同刀盘固接带动刀盘转动切削岩石。

图9中，图9a为纵剖面图，图9b为侧视剖面图，采用如表1所列的差动原理，动力由输入轴21输入，20为固定弦线轮，弦线轮12同卷筒固接，输出功率。22滚轮架，两级弦线轮共用。

实现本发明的最好方式：

1、利用本发明试制的滚轮减速器，其装配如图7

2、利用本发明试制的电动天井钻机，其装配如图8

3、利用本发明试制的绞车减速滚筒，其装配如图9，该装置利用差动传动原理，输入轴（21），弦线轮（20）固定，弦线轮（12）同滚筒固接，将运动输出，该装置的滚动件为钢球。

表3

传动机构    行星齿    普通蜗    蜗轮加    谐波    ＊＊

指标    轮传动    轮蜗杆    一对斜    滚轮传

减速器    减速器    齿轮    减速器    动机构

传动比    97.4    108    100    100    90

效率%    85    40    78    82    90

齿轮数    13    2    4    4    2

节园处速度（米/秒）    5.08    5.08    5.08    0.06    0.73

齿滑动速度（米/秒）    8.47    5.08    8.47    0.095    无

同时接触齿数（%）    7    2    3    50    50

安全系数    3    2    2    38    4

轴承数    17    6    6    2    4

高（毫米）    330.2    584.2    406.4    152.4    180

长（毫米）    381.0    482.6    431.8    152.4    160

宽（毫米）    330.2    355.6    254.0    152.4    180

重量（公斤）    111.6    104.3    93    13.6    20

齿接触情况    线    线    线    面    线

运动平稳性    ＊    好    好    好    好

力的平衡    好    不好    不好    好    较好

＊决定于结构及加工情况

＊＊内啮合差动式滚轮传动机构设计计算值。

Claims (4)

1、一种滚轮传动机构由弦线轮，滚轮架组，偏心轮等组成，其特征在于采用完全不同于渐开线和摆线的修正余弦曲线齿轮齿形，采用内啮合滚轮传动，弦线轮位于滚轮架外，偏心轮位于滚轮架内，作为加速、减速机构时，可固定其中任何一件，其余两件作为输入轴或输出轴，作为差速器时，三件均可不固定。

2、按权利要求1所述的滚轮传动机构，其特征在于内啮合类沿圆周均分有（n-1）个窗口，在窗口中安放滚动件（滚珠或滚柱），使其受约束。

3、一种滚轮传动机构由弦线轮，滚轮架组，偏心轮等组成，其特征在于完全不同于渐开线和摆线的修正余弦曲线齿轮齿形，采用外啮合滚轮传动，弦线轮位于滚轮架内，偏心环位于滚轮架外，作减速和加速机构时，可固定其中一件，其余两件作为输入轴或输出轴，作差速器使用时，三件均可不固定。

4、按权利要求3所述的滚轮传动机构，其特征在于外啮合类沿圆周均分有（n+1）个窗口，窗口中安放滚动件（滚珠或滚柱），使其用受约束。

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