CN103161911B - 一种可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械传动领域，涉及机械传动领域一种基于阿基米德螺线共生线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构。本发明把阿基米德螺线与特定的机构相结合，创造出了一种全新的机构，该机构在阿基米德螺线的基础上，演变出了具有全新的运动规律，可以连续地实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，这是一种前所未有的全新的机构，给出了阿基米德螺线在机械领域的又一种应用，当用于传输速度和动力的机械传动时，可以作为分度圆直径连续可变的、等周节、等模数不完全齿轮和节圆直径连续可变的、等齿距不完全销轮来实际应用。
Description
技术领域
本发明属于机械传动领域，涉及机械传动领域一种基于阿基米德螺线共生线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构。可以作为分度圆直径连续可变的、等周节、等模数不完全齿轮和节圆直径连续可变的、等齿距不完全销轮来实际应用。
背景技术
目前已存在的机械结构，无法实现等边长条件下的不完全同心内接多边形机构，致使现有的齿轮和销轮，在其周节、模数不变的条件下，其分度圆直径和齿数只能是固定值，不可改变。所以，迄今为止，齿轮、销轮只能用于定比传动，而不能被用于无级变速，这已经成为当代机械传动领域里的一条公理。
发明内容
本发明把阿基米德螺线与特定的机构相结合，创造出了一种全新的机构，该机构在阿基米德螺线的基础上，演变出了具有全新的运动规律，可以连续地实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，这是一种前所未有的全新的机构，给出了阿基米德螺线在机械领域的又一种应用，当用于传输速度和动力的机械传动时，可以作为分度圆直径连续可变的、等周节、等模数不完全齿轮和节圆直径连续可变的、等齿距不完全销轮来实际应用。由齿轮轮齿的计算公式Z＝D/M(Z-齿数，D-分度圆直径，M-齿轮模数)可知：在模数不变的条件下，当分度圆直径D连续可变时，齿轮的齿数也连续可变。
这个机构具有：无论分布的圆周直径多大，组成该机构的所有铰链的铰接点，始终都分布在同一个圆周上的特点，或者说，在该机构的任一位置上，组成该机构的所有铰链的铰接点所分布的圆周可以形成一组同心圆，并且这些同心圆的直径是可以连续变化的，而以这些铰接点连线为边长的等边多边形，则始终分别与这组同心圆内接。若在所有铰接点的圆柱销一端上都安装有齿轮的轮齿，当结构设计上周节相等且分度圆齿厚等于齿槽宽时，该机构可以作为一种可连续变化分度圆直径、等周节、等模数的不完全齿轮；当所有铰接点都是圆柱销时，该机构可以作为一种可连续变化节圆直径、等齿距的不完全销轮。
技术方案
一种基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构。由带阿基米德螺旋线槽的盘丝1、带有可在阿基米德螺线内移动的凸爪并带有铰链的定向盘爪2、定向盘爪的导向滑道3、若干相同的带有可在阿基米德螺线内移动的凸爪并带有滑槽的移动盘爪4、若干相同的带有可以使其在移动盘爪4上沿盘丝1(原为2)的半径方向移动的卡槽的铰链板5、铰链销6和壳体7组成。
带阿基米德螺旋线槽的盘丝1安装在壳体7上的轴承孔内，可以在壳体上转动。盘丝1一端的盘面上加工有螺距为T、深度为H的阿基米德螺线槽，而另一端盘面上带有与其盘面同心的转动轴，盘丝1通过转动轴与壳体7连接。
在盘丝1上安装有定向盘爪2，定向盘爪2的底面有可在阿基米德螺线槽内移动的若干凸爪(本发明中取2个凸爪为例)，凸爪可以是圆柱形的，也可以是一段阿基米德螺线凸爪，凸爪的直径(对于阿基米德螺线凸爪则是厚度)和凸爪之间的距离都为T，与盘丝1的阿基米德螺线槽的螺距T相等，其高度为H，与盘丝1的阿基米德螺线槽的深度H相等。定向盘爪2通过其上的凸爪与盘丝1的阿基米德螺线槽相连接，并且可以沿槽移动。所有凸爪的轴线都在同一个平面内，该平面为定向盘爪2的对称面，并且与盘丝1的盘面垂直，其在盘丝1盘面上的投影与盘丝1的半径方向重合。在对称于定向盘爪2对称面的左右两个侧面上开有宽度为b、两槽底间距离为a、长度等于定向盘爪长度的矩形滑槽，滑槽的作用是用来导向，称为导向滑槽，导向滑槽对称于定向盘爪2的对称面，并与盘丝1的盘面平行。在这两个侧面上还有铰链板，铰链板与定向盘爪2是一体的，铰链板上有铰链孔，两个铰链孔中心线之间的连线，与定向盘爪2的对称面垂直。导向滑槽也可以是一个轴线在定向盘爪2的对称面内，且与盘丝1的盘面平行的直径为φ的通孔。
定向盘爪2通过其上的导向滑槽与导向滑道3相连接。导向滑道3是一个厚度等于定向盘爪2上滑槽宽度b的板，在板上开有一个矩形孔作为其导向部分，矩形孔的宽度等于定向盘爪2两侧滑槽槽底间的距离a，其两个侧边作为导轨与定向盘爪2的滑槽连接，导向滑道3被固定安装在壳体7上，其纵向对称面在盘丝1盘面上的投影与盘丝1的半径方向一致。定向盘爪2通过其两侧的滑槽与导向滑道连接，并可以沿导向滑道在盘丝1半径的方向上移动，其运动方向所在的平面与盘丝1的盘面平行。导向滑道3的导向部分也可以是一个轴线在定向盘爪2的对称面内，且与盘丝1的盘面平行的直径为φ的轴。
在盘丝1上还安装有若干移动盘爪4，移动盘爪4的底面也有与定向盘爪2相同的、可在阿基米德螺线槽内移动的若干凸爪(本发明中取2个凸爪为例)，凸爪可以是圆柱形的，也可以是一段阿基米德螺线凸爪(本发明取圆柱形凸爪为例)，凸爪的直径(对于阿基米德螺线凸爪则是厚度)和凸爪之间的距离都为T，与盘丝1的阿基米德螺线槽的螺距T相等，其高度为H，与盘丝1的阿基米德螺线槽的深度H相等。移动盘爪4通过其上的凸爪与盘丝1的阿基米德螺线槽相连接，并且可以沿槽移动。所有凸爪的轴线都在同一个平面内，该平面为移动盘爪4的对称面，并且与盘丝1的盘面垂直，其在盘丝1盘面上的投影与盘丝1的方向半径重合。在移动盘爪4上开有与盘丝1的盘面平行的、高度为h的滑(原为“通”)槽，槽的上下平面与移动盘爪4的对称面相垂直，滑(原为“通”)槽左右开口所在的两个侧面与移动盘爪4的对称面平行。
若干个移动盘爪4，相互通过铰链板5、并通过安装在铰链板孔内的铰链销6连接，这些相互连接的移动盘爪4，通过一端的铰链板5，并通过安装在铰链板孔内的铰链销6与定向盘爪2上的铰链板连接，共同组成了一个链条。铰链板5是一个台阶板，台阶板的两端台阶上各有一个铰链销孔，两个铰链销孔中心之间的距离为d，中间一段台阶的厚度等于移动盘爪4的滑(原为“通”)槽高度h，可以安装在移动盘爪4的滑(原为“通”)槽内。铰链板5两端台阶一端高于另一端，一高一低的两端台阶内侧面形成了一个卡槽，卡槽的宽度与移动盘爪4的宽度相等，铰链板5安装在移动盘爪4的滑(原为“通”)槽内，其卡槽与移动盘爪4的滑(原为“通”)槽左右开口所在的两个侧面相配合，形成了一个导向滑道，以保证两个铰链孔中心线之间的连线，与移动盘爪4的对称面垂直，并保证铰链板5在移动盘爪4滑(原为“通”)槽内的运动方向与移动盘爪4的对称面平行。
铰链销6安装在铰链板5的销孔内。
由定向盘爪2、移动盘爪4、铰链板5、铰链销6组成的链条，无论处于盘丝1的任何位置上，其铰链销6之(原为“之6”)间的连线所形成的非闭合的等边多边形，都与同一个圆内接，或者说，这些铰链销都在同一个圆周上。证明如下(见附图10)：
因为定向盘爪2和移动盘爪4上凸爪的螺距和间距，都等于盘丝1的阿基米德螺线槽的螺距T，由阿基米德螺线的曲线方程：ρ＝ρ0+Tθ，若ρ1＝ρ0+aθ，则ρn+1＝ρ0+T(2nπ+θ)＝ρ1+2nπT，即盘爪上任意一点在转过2nπ角度之后，都是在其原位置与盘丝中心连线(即盘丝半径)的延长线上，保证了安装在盘丝上的所有盘爪的纵向对称面(即凸爪的中心连线所在平面)在盘丝盘面上的投影都通过盘丝基圆的圆心，也就是说，盘爪纵向对称面投影的方向就是盘丝半径的方向。安装在盘爪上的所有铰链板5的两个销孔的中心连线与半径方向垂直，铰链板5除了随移动盘爪4沿盘丝1的阿基米德螺线槽移动外，还相对于移动盘爪4盘面的半径方向上运动。在图10中，由定向盘爪2、移动盘爪4、铰链板5、铰链销6组成的链条，在盘丝2的任一位置上，移动盘爪4通过铰链板5、铰链销6相互连接，并通过一端的铰链板5、铰链销6与定向盘爪2连接，OA、OC、OE分别是它们的纵向对称面在盘丝2盘面上的投影方向，与各铰链销中心连线相互垂直，垂足分别为A、C、E，三角形OAB和OBC都是直角三角形，因为：AB＝BC＝d/2，OB＝OB为公共边，由勾股定理可知：OA＝OC，所以两个直角三角形全等，同理可证三角形ODC、三角形ODC和三角形OAB也全等，因此有OB＝OD＝OF，而B、D、F分别是铰链销6的中心，若以OB、OD、OF为半径R画圆，那么，B、D、F点都位于这个半径为R的圆周上，以KB、BD、DF的连线为边长组成的非闭合等边多边形与这个圆内接。转动盘丝1任意角度β，则定向盘爪2相应的沿导向滑道3沿导在盘丝1的半径方向上移动一段距离ΔR，其上的铰链板也随定向盘爪2在半径方向上移动一段距离ΔR，与定向盘爪2的铰链板通过铰链销相连接的移动盘爪4上的铰链板5，除了随移动盘爪4相对盘丝1转过一个角度外，为了保持与定向盘爪2之间的距离BC不变，在定向盘爪2上的铰链板的拉动下，还要在移动盘爪4的滑(原为“通”)槽内沿其纵向对称面的投影方向移动一个距离。以此类推，所有的移动盘爪4同时做相同的运动，当定向盘爪2停止运动后，所有盘爪、铰链板5和铰链销6组成的链条位于新的位置，而所有铰链销6的中心则分布在半径为(R+ΔR)的新圆周上。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，其定向盘爪2的滑槽为矩形；
图2是阿基米德螺线槽盘丝的结构示意图；
图3是凸爪为圆柱形的定向盘爪2结构示意图，其滑槽为矩形；
图4是定向盘爪导向滑道3的结构示意图，其导向部分是矩形槽；
图5是凸爪为圆柱形的移动盘爪4结构示意图；
图6是铰链板5的结构示意图；
图7是铰链销6的结构示意图；
图8是壳体的结构示意图；
图9是移动盘爪4与铰链板的装配示意图；
图10是数学证明图。
图11是凸爪为圆柱形的定向盘爪结构2示意图，其滑槽为通孔；
图12是凸爪为阿基米德螺线的定向盘爪2结构示意图，其滑槽为矩形；
图13是凸爪为阿基米德螺线的定向盘爪2结构示意图，其滑槽为通孔；
图14为本发明的结构示意图，其定向盘爪2的滑槽为通孔；
图15是定向盘爪导向滑道3的结构示意图，其导向部分是圆柱；
图16是凸爪为阿基米德螺线的移动盘爪结构示意图；
六、具体实施方式
安装在铰链板销孔内的所有铰链销6都分布在同一个圆周上，形成一个以该圆直径为分度圆直径(或节圆直径)、两铰链销圆心连线尺寸为周节(或齿距)的齿轮(或销轮)，当盘丝1转动时，由于定向盘爪被盘爪固定装置限定在只能沿盘丝半径方向运动，根据盘丝螺旋旋向的不同，定向盘爪2(原为“固定盘丝”)只能沿盘丝半径方向向内或向外运动，并通过固定在其上铰链板以及铰链销，带动和它铰接的移动(原为“运动”)盘爪4按相同的方向运动，相对于定向盘爪2、移动(原为“运动”)盘爪4以及铰链板5、铰链销6转动，以使铰链销6(原为7)重新分布于另外一个直径的圆周上。
Claims (10)
1.一种基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：由带阿基米德螺旋线槽的盘丝（1）、带有可在阿基米德螺线内移动的凸爪并带有铰链的定向盘爪（2）、定向盘爪的导向滑道（3）、若干相同的带有可在阿基米德螺线内移动的凸爪并带有滑槽的移动盘爪（4）、若干相同的带有可以使其在移动盘爪（4）上沿盘丝（1）的半径方向移动的卡槽的铰链板（5）、铰链销（6）和壳体（7）组成，该机构把阿基米德螺线与铰链机构相结合，实现了一种尚未被实现的全新的运动规律，可以连续地实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，同时也是一种可以实现直径可以连续变化的同心圆的机构，这个机构具有：无论分布的圆周直径多大，组成该机构的所有铰链的铰接点，始终都分布在同一个圆周上的特点，或者说，在该机构的任一位置上，组成该机构的所有铰链的铰接点所分布的圆周可以形成一组同心圆，并且这些同心圆的直径是可以连续变化的，而以这些铰接点连线为边长的等边多边形，则始终分别与这组同心圆内接，作为一种基础的传动结构，可使阿基米德螺线在机械领域的应用范围拓展到有齿的轮类结构，当用于传输速度和动力的机械传动时，可以作为分度圆直径连续可变的、等周节、等模数不完全齿轮和节圆直径连续可变的、等齿距不完全销轮来实际应用，若在所有铰接点的圆柱销一端上都安装有齿轮的轮齿，当结构设计上周节相等且分度圆齿厚等于齿槽宽时，该机构可以作为一种可连续变化分度圆直径、等周节、等模数的不完全齿轮，当所有铰接点都是圆柱销时，该机构可以作为一种可连续变化节圆直径、等齿距的不完全销轮。
2.根据权利要求1 所述基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：定向盘爪（2）的底面有可在阿基米德螺线槽内移动的若干凸爪，凸爪是圆柱形的，凸爪的直径和凸爪之间的距离都为T，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的螺距T相等，其高度为H，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的深度H 相等，定向盘爪（2）通过其上的凸爪与盘丝（1）的阿基米德螺线槽相连接，并且可以沿槽移动，所有凸爪的轴线都在同一个平面内，该平面为定向盘爪（2）的对称面，并且与盘丝（1）的盘面垂直，其在盘丝（1）盘面上的投影与盘丝（1）的半径方向重合，在对称于定向盘爪（2）对称面的左右两个侧面上开有宽度为b、两槽底间距离为a、长度等于定向盘爪长度的滑槽，滑槽对称于定向盘爪（2）的对称面，并与盘丝（1）的盘面平行，在这两个侧面上还有铰链板，铰链板与定向盘爪（2）是一体的，铰链板上有铰链孔，两个铰链孔中心线之间的连线长度为d，与铰链板（5）上的两个铰链销孔中心之间的距离相等，且与定向盘爪（2）的对称面垂直。
3.根据权利要求1 所述基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：定向盘爪（2）的底面有可在阿基米德螺线槽内移动的若干阿基米德螺线凸爪，凸爪的厚度和凸爪之间的螺距都为T，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的螺距T 相等，其高度为H，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的深度H 相等，定向盘爪（2）通过其上的凸爪与盘丝（1）的阿基米德螺线槽相连接，并且可以沿槽移动，在对称于定向盘爪（2）对称面的左右两个侧面上开有宽度为b、两槽底间距离为a、长度等于定向盘爪长度的滑槽，滑槽对称于定向盘爪（2）的对称面，并与盘丝（1）的盘面平行，在这两个侧面上还有铰链板，铰链板与定向盘爪（2）是一体的，铰链板上有铰链孔，两个铰链孔中心线之间的连线长度为d，与铰链板（5）上的两个铰链销孔中心之间的距离相等，且与定向盘爪（2）的对称面垂直。
4.根据权利要求1 所述基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：定向盘爪（2）的底面有可在阿基米德螺线槽内移动的若干凸爪，凸爪是圆柱形的，凸爪的直径和凸爪之间的距离都为T，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的螺距T相等，其高度为H，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的深度H 相等，定向盘爪（2）通过其上的凸爪与盘丝（1）的阿基米德螺线槽相连接，并且可以沿槽移动，所有凸爪的轴线都在同一个平面内，该平面为定向盘爪（2）的对称面，并且与盘丝（1）的盘面垂直，其在盘丝（1）盘面上的投影与盘丝（1）的半径方向重合，在定向盘爪（2）上沿盘丝（1）的半径方向有一直径为φ 的通孔式滑槽，滑槽轴线位于对称于定向盘爪（2）的纵向对称面内，并与盘丝（1）的盘面平行，在这对称于定向盘爪（2）的纵向对称面的两个侧面上还有铰链板，铰链板与定向盘爪（2）是一体的，铰链板上有铰链孔，两个铰链孔中心线之间的连线长度为d，与铰链板（5）上的两个铰链销孔中心之间的距离相等，且与定向盘爪（2）的对称面垂直。
5.根据权利要求1 所述基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：定向盘爪（2）的底面有可在阿基米德螺线槽内移动的若干阿基米德螺线凸爪，凸爪的厚度和凸爪之间的螺距都为T，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的螺距T 相等，其高度为H，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的深度H 相等，定向盘爪（2）通过其上的凸爪与盘丝（1）的阿基米德螺线槽相连接，并且可以沿槽移动，在定向盘爪（2）上沿盘丝（1）的半径方向有一直径为φ 的通孔式滑槽，滑槽轴线位于对称于定向盘爪（2）的纵向对称面内，并与盘丝（1）的盘面平行，在对称于定向盘爪（2）的纵向对称面的两个侧面上还有铰链板，铰链板与定向盘爪（2）是一体的，铰链板上有铰链孔，两个铰链孔中心线之间的连线长度为d，与铰链板（5）上的两个铰链销孔中心之间的距离相等，且与定向盘爪（2）的对称面垂直。
6.根据权利要求1 所述基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：导向滑道（3）是一个厚度等于定向盘爪（2）上滑槽宽度b 的板，板上开有一个矩形孔，矩形孔的宽度等于定向盘爪（2）两侧滑槽槽底间的距离a，其两个侧边作为导轨与定向盘爪（2）的滑槽连接，导向滑道（3）被固定安装在壳体（7）上，其纵向对称面在盘丝（1）盘面上的投影与盘丝（1）的半径方向一致，定向盘爪（2）通过其两侧的滑槽与导向滑道连接，并可以沿导向滑道在盘丝（1）半径的方向上移动，其运动方向所在的平面与盘丝（1）的盘面平行。
7.根据权利要求1 所述基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：导向滑道（3）是一个直径与为φ 的轴，一端被固定安装在壳体（7）上，其轴线与盘丝（1）的盘面平行，且在盘丝（1）盘面上的投影与盘丝（1）的半径方向一致，定向盘爪（2）通过其上的直径为φ 的通孔式滑槽与导向滑道（3）连接，并可以沿导向滑道（3）在盘丝（1）半径的方向上移动，其运动方向所在的平面与盘丝（1）的盘面平行。
8.根据权利要求1 所述基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：移动盘爪（4）的底面有2 个与定向盘爪（2）相同的、可在阿基米德螺线槽内移动的圆柱形凸爪，凸爪的直径和凸爪之间的距离都为T，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的螺距T 相等，其高度为H，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的深度H 相等，移动盘爪（4）通过其上的凸爪与盘丝（1）的阿基米德螺线槽相连接，并且可以沿槽移动，所有凸爪的轴线都在同一个平面内，该平面为移动盘爪（4）的对称面，并且与盘丝（1）的盘面垂直，其在盘丝（1）盘面上的投影与盘丝（1）的方向半径重合，在移动盘爪（4）上开有与盘丝（1）的盘面平行的、高度为h 的通槽，槽的上下平面与移动盘爪（4）的对称面相垂直，通槽左右开口所在的两个侧面与移动盘爪（4）的对称面平行。
9.根据权利要求1 所述基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：移动盘爪（4）的底面有与定向盘爪（2）相同的、可在阿基米德螺线槽内移动的若干阿基米德螺线凸爪，凸爪的厚度和凸爪之间的螺距都为T，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的螺距T 相等，其高度为H，与盘丝（1）的阿基米德螺线槽的深度H 相等，移动盘爪（2）通过其上的凸爪与盘丝（1）的阿基米德螺线槽相连接，并且可以沿槽移动，在移动盘爪（4）上开有与盘丝（1）的盘面平行的、高度为h 的通槽，槽的上下平面与移动盘爪（4）的对称面相垂直，通槽左右开口所在的两个侧面与移动盘爪（4）的对称面平行。
10.根据权利要求1 所述基于阿基米德螺线的可连续实现非闭合、等边长、同心内接多边形的机构，其特征是：铰链板（5）上带有卡槽，卡槽的宽度与移动盘爪（4）的宽度相等，卡槽卡在移动盘爪（4）上形成一个导向滑道，使铰链板（5）可以在移动盘爪（4）上滑动，并使两个铰链孔中心线之间的连线与移动盘爪（4）的对称面垂直。
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| CN101725678A (zh) * | 2008-10-27 | 2010-06-09 | 闫永昌 | 线性、纯齿轮传动无级变速器 |
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| CN103161911A (zh) | 2013-06-19 |
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| GR01 | Patent grant |