CN103527722B - 杠杆仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械力学结构领域，特别涉及一种杠杆仪，包括齿圈、太阳齿轮、行星齿轮、传动结构、中心轴和传动臂，太阳齿轮固定在中心轴上，齿圈与中心轴转动连接，行星齿轮分别与太阳齿轮和齿圈啮合，传动结构连接行星齿轮，行星齿轮能带动传动结构转动，传动臂与传动结构连接，传动结构能带动传动臂以中心轴为中心转动。本发明提供的杠杆仪，与现有技术相比，是杠杆原理的扩展，其将杠杆变形为齿轮，通过齿轮组的传动，实现了连续转动持续做功。

Description

杠杆仪
技术领域
本发明涉及机械力学结构领域，特别涉及一种杠杆仪。
背景技术
目前，生活中用直线形状杠杆，虽然省力，但是其不能连续、不间断地做功，当走完一个行程后还要回到起点重新做功。而利用杠杆原理的滑轮和滑轮组一样存在这个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种杠杆仪，以解决上述的问题。
在本发明的实施例中提供了一种杠杆仪，包括齿圈、太阳齿轮、行星齿轮、传动结构、中心轴和传动臂，太阳齿轮固定在中心轴上，齿圈与中心轴转动连接，行星齿轮分别与太阳齿轮和齿圈啮合，传动结构连接行星齿轮，行星齿轮能带动传动结构转动，传动臂与传动结构连接，传动结构能带动传动臂以中心轴为中心转动。
本发明实施例提供的杠杆仪，与现有技术相比，是杠杆原理的扩展，其将杠杆变形为齿轮，通过齿轮组的传动，实现了连续转动持续做功。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图俯视立体图；
图2为本发明实施例结构示意图仰视立体图；
图3至图6为本发明实施例原理分析图。
图中，1：齿圈；2：太阳齿轮；3：传动臂；4：从动齿轮；5：中心轴；6：传动轴；7：传动盘；8：行星齿轮；9：行星架；10：主动齿轮；11：拉力端；12：滑轮；13：拉力作用点；14：重物；15：支点；16：固定端；17：墙；18：固定架。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明一种杠杆仪，包括齿圈1、太阳齿轮2、行星齿轮8、传动结构、中心轴5和传动臂3，太阳齿轮2固定在中心轴5上，齿圈1与中心轴5转动连接，行星齿轮8分别与太阳齿轮2和齿圈1啮合，传动结构连接行星齿轮8，行星齿轮8能带动传动结构转动，传动臂3与传动结构连接，传动结构能带动传动臂3以中心轴5为中心转动。
太阳齿轮2固定不动，由齿圈1带动行星齿轮8自转且围绕太阳齿轮2公转，传动结构连接在行星齿轮8上，行星齿轮8使传动结构只能在中心轴5的周向移动，而不能沿中心轴5轴向移动。因此行星齿轮8的公转会进一步带动传动结构围绕中心轴5转动，传动结构再带动传动臂3以中心轴5为圆心转动，从而实现力从齿圈1到传动臂3的传动。
在传动过程中，齿圈1给行星齿轮8一个动力f之后，太阳齿轮2也会同样给行星齿轮8一个动力F，行星齿轮8转动速度为匀速转动，根据力的平衡原理可以得出，行星齿轮8会受到一个相反的力与动力F和f平衡，即传动结构会对行星齿轮8施加一个阻力，其大小会F+f。根据相互作用力的原理，行星齿轮8会对传动结构施加一个反作用力，其大小为F+f，传动结构将反作用力F+f进一步传递给传动臂3，传动臂3受到力F+f而转动，从而输出动力F+f。这样就实现了输入一个动力f后可以输出一个力F+f的功能，即不但像杠杆一样改变了力的大小，而且还实现了持续转动做功。
优选的，传动结构包括传动盘7和传动轴6。
传动盘7与传动轴6的安装方式为：传动盘7固定在行星齿轮8上，传动轴6与传动盘7活动连接，传动轴6与传动臂3连接，带动传动臂3以中心轴5为中心转动。
传动盘7与传动轴6还可以这样安装：传动盘7活动连接在行星齿轮8上，传动轴6设在传动盘7上，传动轴6与传动臂3连接，带动传动臂3以中心轴5为中心转动。
当行星齿轮8公转时，传动盘7、传动轴6和传动臂3都要以中心轴5为中心进行转动。
也就是说，当行星齿轮8在公转的时候，需要带动传动盘7让传动盘7以中心轴5为中心转动。传动轴6一端连接传动臂3，另一端安装在一个轴承上，将轴承安装在传动盘7上，使传动轴6通过轴承连接传动盘7。当传动盘7围绕中心轴5转动时，会带动传动轴6运动。由于传动轴6连接在传动臂3上，而传动臂3转动连接中心轴5，因此传动轴6的运动轨迹为：在杠杆仪上以中心轴5为圆心的圆；在传动盘7上以传动盘7的中心为圆心的圆。
优选的，传动盘7为圆盆状，其盆底固定在行星齿轮8上，传动轴6转动连接在传动盘7内。
传动盘7为圆盆状时，安装传动轴6的轴承直接放进盆内即可实现传动盘7带动传动轴6转动，且不会滑出传动盘7，安装与拆卸都很方便简单。
传动盘7可以是圆盆状，但也不局限于圆盆状。传动盘7还可以是在其盘面上设有环形槽，环形槽轨迹与传动盘7同心，传动轴6转动连接在环形槽内。传动盘7还可以是其他形状，只要其能满足带动传动轴6围绕中心轴5转动即可。
优选的，传动轴6的中心与中心轴5的中心之间的距离等于太阳齿轮2的分度圆半径。
传动轴6靠近中心轴5，就相当于是在杠杆中重物向支点靠近，当重物靠近支点时，其力矩变短，杠杆另一端的力就可以减小。由此可知，传动轴6越靠近中心轴5，齿圈1上所受的力就会越小。当传动轴6的中心与中心轴5的中心之间的距离等于太阳齿轮2的分度圆半径时，齿圈1上所受的力为最小。
传动臂3上固定连接有从动齿轮4，从动齿轮4与中心轴5转动连接。
传动臂3上的力通过从动齿轮4与外界的其他齿轮啮合进行输出，使增大的力得以有所用。
如图2所示，杠杆仪还包括主动齿轮10，主动齿轮10与齿圈1固定连接，与中心轴5转动连接。
齿圈1通过行星架9与主动齿轮10固定连接。
因齿圈1为内齿，其齿还要和行星齿轮8进行啮合，因此对齿圈1的驱动需在外圈或其侧方。齿圈1固定安装的行星架9上，驱动行星架9就相当于在驱动齿圈1，在行星架9上固定安装一个主动齿轮10，在驱动主动齿轮10的时候，会带动行星架9，从而带动齿圈1转动。
传动臂3通过轴承连接中心轴5。
传动臂3连接中心轴5的时候，会有摩擦从而产生阻力，阻力太大的时候会减弱本发明杠杆仪的作用，因此需要减小摩擦。而传动臂3通过轴承连接在中心轴5上，由于轴承转动时的摩擦力很小，从而在受力很大的时候可以忽略不计。
本发明的工作原理为：
本发明是滑轮机构的扩展，如图3所示，当重物14的重心与滑轮12的重心在同一垂直面上时，拉力端11所用的力F1为重物14重力的一半。
当重物14的重心向固定端16移动后，如图4所示，拉力作用点13和支点15的位置不变，将滑轮12通过固定架18安装在墙17上，使滑轮12只能在竖直方向移动而不能在水平方向移动，这样就相当于在杠杆中将阻力作用点向支点靠近，从而缩短了阻力臂，因此可以得出，图4所示的拉力F2小于图3所示的拉力F1。
当重物14的重心继续向固定端16移动后，重物14的重心会出现在支点15的下方，即其在水平方向重合，如图5所示，在理论上可以得出此时的拉力F3为零。
由于F3的拉力为零只是在理想状态下才能出现的，所以，我们对该结构进行一下变形，如图6所示，将固定架18改为轴承，将轴承的外壳固定，将绳绕在轴承外壳上，支点15到重物14的重心的力臂水平时，受力效果与图5所示的一样，重物14的重力大部分作用在绳固定端16上，也就是大部分作用在轴承的外壳上，少部分作用在绳子拉力端11上，重物14会以轴承的轴心为圆心逆时针旋转。
本发明就是将以上原理再进一步扩展，将滑轮、轴承和拉力端都用齿轮代替，即太阳齿轮2代替轴承，行星齿轮8代替滑轮12，齿圈1代替拉力端11，传动轴6相当于是重物14，从而实现给齿圈1输入一个很小的力，在传动轴6处就可以输出一个很大的力。
本发明实施例提供的杠杆仪，是杠杆原理的扩展，其将杠杆变形为齿轮，通过齿轮组的传动，实现了既省力且移动距离又小的功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种杠杆仪，其特征在于，包括齿圈、太阳齿轮、行星齿轮、传动结构、中心轴和传动臂，所述太阳齿轮固定在所述中心轴上，所述齿圈与所述中心轴转动连接，所述行星齿轮分别与所述太阳齿轮和所述齿圈啮合，所述传动结构连接所述行星齿轮，所述行星齿轮能带动所述传动结构转动，所述传动臂与所述传动结构连接，所述传动结构能带动所述传动臂以所述中心轴为中心转动；
所述传动结构包括传动盘和传动轴，所述传动盘固定在所述行星齿轮上，所述传动轴与所述传动盘活动连接，所述传动轴与所述传动臂连接，带动所述传动臂以所述中心轴为中心转动；
或，
所述传动结构包括传动盘和传动轴，所述传动盘活动连接在所述行星齿轮上，所述传动轴设在所述传动盘上，所述传动轴与所述传动臂连接，带动所述传动臂以所述中心轴为中心转动。
2.根据权利要求1所述的杠杆仪，其特征在于，所述传动轴的中心与所述中心轴的中心之间的距离等于所述太阳齿轮的分度圆半径。
3.根据权利要求2所述的杠杆仪，其特征在于，所述传动臂上固定连接有从动齿轮，所述从动齿轮与所述中心轴转动连接。
4.根据权利要求3所述的杠杆仪，其特征在于，还包括主动齿轮，所述主动齿轮与所述齿圈固定连接，与所述中心轴转动连接。
5.根据权利要求4所述的杠杆仪，其特征在于，所述传动轴通过轴承连接所述传动盘。
6.根据权利要求5所述的杠杆仪，其特征在于，所述传动臂通过轴承连接所述中心轴。
7.根据权利要求6所述的杠杆仪，其特征在于，所述齿圈通过行星架与所述主动齿轮固定连接。
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