CN103573949B - 一种具有不完全齿轮机构的往复式齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种往复式齿轮箱，包括安装在箱体内，且相互平行的输入轴、第一输出轴、第二输出轴和往复转动轴。还包括与所述往复转动轴相互垂直的往复输出轴。本发明采用相互配合的两组带有自锁功能的不完全齿轮传动，避免了传统往复运动系统中连杆机构或凸轮机构自身的缺陷。采用两个单向轴承来实现往复运动，具有结构紧凑，成本低廉，设计方便，更换容易等特点。同时利用单向轴承的摩擦传动，增加机构的阻尼，可减少不完全齿轮带来的冲击和振动，降低机构的噪声，在关键时刻起到过载保护。

Description

一种具有不完全齿轮机构的往复式齿轮箱

技术领域

本发明涉及一种采用不完全齿轮传动的往复式齿轮箱。

背景技术

传统齿轮箱的形式多种多样，然而实现动力的往复运动主要靠控制元件使动力源变向、利用连杆机构和凸轮机构来实现。利用控制元件使动力源变向来实现往复运动，使动力源长期工作在正转—停止—反转的情况下，容易加速动力源疲劳破坏，动力源在间歇停止后启动时阻力比较大，常会产生很大的冲击和振动。采用连杆机构常会发生自锁，并会产生难以平衡的惯性力，特别在高速时将会引起较大的振动和动载荷，同时还不能实现往复间歇运动。凸轮机构易磨损，不能用于传力大的场合，同时行程不能过大和加工成本较高。

在工程实际中常需要往复运动与连续运动同时存在，现有的技术常采用多动力源，一个动力源提供往复运动，而连续运动则由另外的动力源提供。采用多动力源无疑使机构占用更大的空间，增加了机构的成本，同时还得考虑各个动力源之间的协调问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种往复式齿轮箱。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种具有不完全齿轮机构的往复式齿轮箱，其特征在于：包括安装在箱体内，且相互平行的输入轴、第一输出轴、第二输出轴和往复转动轴。还包括与所述往复转动轴相互垂直的往复输出轴。

所述输入轴的一端与动力装置连接，输入轴上安装第一主动齿轮，所述动力装置带动第一主动齿轮旋转。

所述第一输出轴上安装第一从动齿轮，所述第一主动齿轮与第一从动齿轮啮合，即输入轴带动第一输出轴旋转。

所述第二输出轴上安装第二从动齿轮，所述第二从动齿轮与第一从动齿轮啮合，即第一输出轴带动第二输出轴旋转。

所述第一输出轴上安装第一主动不完全齿轮，所述第一主动不完全齿轮随第一输出轴旋转。

所述第二输出轴上安装第二主动不完全齿轮，所述第二主动不完全齿轮随第二输出轴旋转。

所述往复转动轴上安装第一单向轴承、第二单向轴承、第一从动不完全齿轮和第二从动不完全齿轮。所述第一单向轴承和第二单向轴承的内环均与往复转动轴固定连接，第一单向轴承的外环与第一从动不完全齿轮固定连接，第二单向轴承的外环与第二从动不完全齿轮固定连接。所述第一单向轴承和第二单向轴承的外环的自由旋转方向相反。

所述第一主动不完全齿轮与第一从动不完全齿轮配合，第二主动不完全齿轮与第二从动不完全齿轮配合。所述第一主动不完全齿轮的有齿部分与第一从动不完全齿轮啮合时，第二主动不完全齿轮与第二从动不完全齿轮锁止。第二主动不完全齿轮的有齿部分与第二从动不完全齿轮啮合时，第一主动不完全齿轮与第一从动不完全齿轮锁止。

所述往复转动轴的一端安装主动锥齿轮，所述往复输出轴的一端安装从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与从动锥齿轮相啮合。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、采用相互配合的两组带有自锁功能的不完全齿轮传动，避免了传统往复运动系统中连杆机构或凸轮机构自身的缺陷。

2、采用两个单向轴承来实现往复运动，具有结构紧凑，成本低廉，设计方便，更换容易等特点。同时利用单向轴承的摩擦传动，增加机构的阻尼，可减少不完全齿轮带来的冲击和振动，降低机构的噪声，在关键时刻起到过载保护。

3、将齿轮安装在齿轮箱里，实现了闭式润滑，减小了齿轮的磨损，延长了齿轮的寿命。同时将多种运动整合到一个齿轮箱里，便于结构功能的模块化。

4、动力源直接与齿轮箱相连不需额外的减速机构，同时该齿轮箱可输出多种定传动比运动和往复运动，可实现单一运动输入多类型运动输出的效果，与现有技术相比，功能多样，满足更多的工程需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中平行轴系的左视图；

图3为两组不完全齿轮的结构示意图；

图4为不完全主动齿轮的立体图；

图5为不完全从动齿轮的立体图。

图中：1、箱体，2、第二主动不完全齿轮，3、第二输出轴，4、第二从动不完全齿轮，5、第一从动不完全齿轮，6、往复转动轴，7、角接触球轴承，8、第二单向轴承，9、第一主动不完全齿轮，10、主动锥齿轮，11、从动锥齿轮，12、第一从动齿轮，13、第一输出轴，14、深沟球轴承，15、输入轴，16、第二主动齿轮，17、第一主动齿轮，18、第三输出齿轮，19、第三输出轴，20、第二从动齿轮，21、往复输出轴，28、第一单向轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种具有不完全齿轮机构的往复式齿轮箱，包括安装在箱体1内，且相互平行的输入轴15、第一输出轴13、第二输出轴3和往复转动轴6。还包括与所述往复转动轴6相互垂直的往复输出轴21。参见图1，所述箱体1具有横截面为矩形的中空内腔。第一输出轴13和第二输出轴3的两端通过轴承安装在箱体1的箱壁上，使其能够自由旋转。而输入轴15、往复转动轴6和往复输出轴21一端通过轴承安装在箱体1的箱壁上，其能够自由旋转。为了不发生机械干涉且各轴上的齿轮能够很好的啮合，实施例中，输入轴15和往复转动轴6位于第一输出轴13和第二输出轴3之间。输入轴15的尾端通过轴承安装在箱体1的右侧箱壁上，往复转动轴6的尾端通过轴承安装在箱体1的左侧箱壁上。输入轴15的首端与往复转动轴6首端相对，且相距一定距离，以便于锥齿轮的安装。所述往复输出轴21的尾端通过轴承安装在箱体1的后侧箱壁上，往复输出轴21的首端面向箱体1的前侧箱壁。往复输出轴21的首端所安装的锥齿轮位于输入轴15的首端和往复转动轴6的首端之间。

所述输入轴15的一端与动力装置连接，输入轴15上安装第一主动齿轮17，所述动力装置带动第一主动齿轮17旋转。进一步地，所述输入轴15上还安装有深沟球轴承14。所述深沟球轴承14的内圈与输入轴15固定、外圈固定在箱体1上。

所述第一输出轴13上安装第一从动齿轮12，所述第一主动齿轮17与第一从动齿轮12啮合，即输入轴15带动第一输出轴13旋转。

所述第二输出轴3上安装第二从动齿轮20，所述第二从动齿轮20与第一从动齿轮12啮合，即第一输出轴13带动第二输出轴3旋转。这样就使得第一输出轴13与第二输出轴3旋转方向相反、但能够同步旋转。

所述第一输出轴13上安装第一主动不完全齿轮9，所述第一主动不完全齿轮9随第一输出轴13旋转。

所述第二输出轴3上安装第二主动不完全齿轮2，所述第二主动不完全齿轮2随第二输出轴3旋转。

所述往复转动轴6上安装第一单向轴承28、第二单向轴承8、第一从动不完全齿轮5和第二从动不完全齿轮4。所述第一单向轴承28和第二单向轴承8的内环均与往复转动轴6固定连接，第一单向轴承28的外环与第一从动不完全齿轮5固定连接，第二单向轴承8的外环与第二从动不完全齿轮4固定连接。所述第一单向轴承28和第二单向轴承8的外环的自由旋转方向（或锁止方向）相反、内环的自由旋转方向（或锁止方向）也是相反的。即第一单向轴承28外圈的锁紧方向与第一主动不完全齿轮9的旋转方向相反，第一单向轴承28内圈的自由旋转方向与第二主动不完全齿轮2的旋转方向相反；第二单向轴承8的外圈的锁紧方向与第二主动不完全齿轮2的旋转方向相反；第二单向轴承8的内圈的自由旋转方向与第一主动不完全齿轮9的旋转方向相反。

进一步，所述往复转动轴6上安装了角接触球轴承7。所述角接触球轴承7的内圈与往复转动轴6固定、外圈安装在箱体1上。

所述第一主动不完全齿轮9与第一从动不完全齿轮5配合，第二主动不完全齿轮2与第二从动不完全齿轮4配合。所述第一主动不完全齿轮9的轮廓与第二主动不完全齿轮2的轮廓相同，所述第一从动不完全齿轮5的轮廓与第二从动不完全齿轮4的轮廓相同。当第一主动不完全齿轮9与第一从动不完全齿轮5通过有齿部分传动时，第二主动不完全齿轮2与第二从动不完全齿轮4的欠齿部分结合；当第二主动不完全齿轮2与第二从动不完全齿轮4通过有齿部分传动时，第一主动不完全齿轮9与第一从动不完全齿轮5的欠齿部分结合。由于第二主动不完全齿轮2和第一主动不完全齿轮9的旋转方向相反，这样就使得往复转动轴6呈周期性地往两个方向旋转。

所述往复转动轴6的一端安装主动锥齿轮10，所述主动锥齿轮10的轴向与往复转动轴6的轴向重合。所述往复输出轴21的一端安装从动锥齿轮11，所述从动锥齿轮11的轴向与往复输出轴21的轴向重合。所述主动锥齿轮10与从动锥齿轮11相啮合。由于往复转动轴6能够周期性地往两个方向旋转，从而带动往复转动轴6往复旋转。

实施例2

本实施例的主体结构同实施例1，只是采用一种较优的不完全齿轮设计。即所述第一主动不完全齿轮9的有齿部分具有n个相邻的轮齿、欠齿部分是锁止弧Ⅰ，所述第一从动不完全齿轮5具有m个有齿部分和m个欠齿部分。第一从动不完全齿轮5的每一个有齿部分具有n个齿槽、欠齿部分是与锁止弧Ⅰ配合的锁止弧Ⅱ。其中，n为自然数，m为大于0的偶数。

参见图3，本实施例采用的主动不完全齿轮有三个相邻的轮齿，这种主动不完全齿轮的欠齿部分是锁止弧。本实施例采用的从动不完全齿轮六个有齿部分和六个欠齿部分。从动不完全齿轮的每一个有齿部分仅有两个轮齿、三个齿槽；从动不完全齿轮的欠齿部分与有齿部分间隔地出现。本实施例从动不完全齿轮的欠齿部分是与主动不完全齿轮的欠齿部分相配合的锁止弧。这种具有锁止弧的不完全齿轮设计，在“不完全齿轮机构中锁止弧的可靠设计――董爱军”中有详细描述。

图3所示即为两组不完全齿轮初始安装时的示意图，所述第一主动不完全齿轮9与第二主动不完全齿轮2的轮廓互为镜像，所述第一从动不完全齿轮5与第二从动不完全齿轮4的轮廓互为镜像。这样就能够保证：第一主动不完全齿轮9传动时，第二主动不完全齿轮2锁死；第一主动不完全齿轮9锁死时，第二主动不完全齿轮2传动；第一主动不完全齿轮9和第二主动不完全齿轮2同时锁死时，均不传动。进而实现具有较小冲击的间歇运动。

进一步，为了满足间歇运动的设计需求，所述第一主动不完全齿轮9（假设）满齿时的齿数为k，n/k小于1/2。所述第一主动不完全齿轮的轮廓9与第二主动不完全齿轮2的轮廓（截面形状）相同，所述第一从动不完全齿轮5的轮廓与第二从动不完全齿轮4的轮廓相同。第一主动不完全齿轮9和第二主动不完全齿轮2的旋转一周的时间为t，间歇运动中，即往复输出轴21的一个旋转周期中：顺时针旋转的时间为T₁=(n/k)×t，逆时针旋转的时间为T₂=(n/k)×t，停止时间（两段间歇时间）为2T₃=2×(1/2-n/k)×t。

实施例3

本实施例的主体结构同实施例2，只是对实施例2的不完全齿轮进行了改进。所述第一主动不完全齿轮9的轮廓与第二主动不完全齿轮2的轮廓相同，所述第一从动不完全齿轮5的轮廓与第二从动不完全齿轮4的轮廓相同；初始安装时，所述第一主动不完全齿轮9与第二主动不完全齿轮2的轮廓互为镜像，所述第一从动不完全齿轮5与第二从动不完全齿轮4的轮廓互为镜像。所述第一主动不完全齿轮9、第一从动不完全齿轮5、第二主动不完全齿轮2和第二从动不完全齿轮4均为不完全斜齿轮；第一主动不完全齿轮9轮齿的旋向与第二主动不完全齿轮2轮齿的旋向相反、且对称地安装在往复转动轴6两侧。如图1中所示，第一从动不完全齿轮5左旋，第二主动不完全齿轮2右旋，以此来平衡往复转动轴6上主动锥齿轮10产生的轴向力。

本实施例中，第一主动不完全齿轮9和第二主动不完全齿轮2对称地安装在往复转动轴6的两侧，不完全齿轮采用斜齿传动，提高了啮合时的重合度，并可以平衡掉锥齿轮带来的轴向力，与传统的直齿传动相比，具有传动平稳，冲击振动小和噪声低的特点。

由于传统不完全齿轮啮入和啮出时的冲击力较大，前面的实施例采用了具有锁止弧的不完全齿轮的设计，虽然能够减小一定的冲击力，但仍有改进的余地。

进一步地，参见图4，对第一主动不完全轮9和/或第二主动不完全齿轮2啮出时的轮齿（第三个轮齿）的齿顶进行修形。这是由于本实施例的从动不完全齿轮的轮齿比主动不完全齿轮少一个，当主动不完全齿轮啮出时，两轮锁紧。因此，为了减小啮出时的冲击，对主动轮的齿顶进行修形，其方法同常规斜齿轮的修形。作为优选，对第一主动不完全轮9和第二主动不完全齿轮2除啮出时的最后一个轮齿外的其他齿不进行修形，以保证传动的可靠性。

参见图5，本实施例还对第一从动不完全齿轮5和/或第二从动不完全齿轮4的啮入端进行修形。即减小不完全齿轮啮入时对主动轮齿根部的冲击。上述设计使轮齿在啮入和啮出时接触面积更大，减小轮齿进入啮合和退出啮合时的单位齿宽载荷，从而提高了轮齿的承载能力。

本实施例还包括安装在箱体1内、且与输入轴15平行的第三输出轴19。所述第三输出轴19上安装第三输出齿轮18，输入轴15上安装第二主动齿轮16，所述第二主动齿轮16与第三输出齿轮18啮合。该设计满足了往复运动与连续运动同时存在的需求，采用一个动力源同时提供往复运动和连续运动，避免多动力源之间的难以克服的协调问题。

Claims (3)

1.一种具有不完全齿轮机构的往复式齿轮箱，其特征在于：包括安装在箱体（1）内，且相互平行的输入轴（15）、第一输出轴（13）、第二输出轴（3）和往复转动轴（6）；还包括与所述往复转动轴（6）相互垂直的往复输出轴（21）；

所述输入轴（15）的一端与动力装置连接，输入轴（15）上安装第一主动齿轮（17），所述动力装置带动第一主动齿轮（17）旋转；

所述第一输出轴（13）上安装第一从动齿轮（12），所述第一主动齿轮（17）与第一从动齿轮（12）啮合，即输入轴（15）带动第一输出轴（13）旋转；

所述第二输出轴（3）上安装第二从动齿轮（20），所述第二从动齿轮（20）与第一从动齿轮（12）啮合，即第一输出轴（13）带动第二输出轴（3）旋转；

所述第一输出轴（13）上安装第一主动不完全齿轮（9），所述第一主动不完全齿轮（9）随第一输出轴（13）旋转；

所述第二输出轴（3）上安装第二主动不完全齿轮（2），所述第二主动不完全齿轮（2）随第二输出轴（3）旋转；

所述往复转动轴（6）上安装第一单向轴承（28）、第二单向轴承（8）、第一从动不完全齿轮（5）和第二从动不完全齿轮（4）；所述第一单向轴承（28）和第二单向轴承（8）的内环均与往复转动轴（6）固定连接，第一单向轴承（28）的外环与第一从动不完全齿轮（5）固定连接，第二单向轴承（8）的外环与第二从动不完全齿轮（4）固定连接；所述第一单向轴承（28）和第二单向轴承（8）的外环的自由旋转方向相反；

所述第一主动不完全齿轮（9）与第一从动不完全齿轮（5）配合，第二主动不完全齿轮（2）与第二从动不完全齿轮（4）配合；所述第一主动不完全齿轮（9）的有齿部分与第一从动不完全齿轮（5）啮合时，第二主动不完全齿轮（2）与第二从动不完全齿轮（4）锁止；第二主动不完全齿轮（2）的有齿部分与第二从动不完全齿轮（4）啮合时，第一主动不完全齿轮（9）与第一从动不完全齿轮（5）锁止；

所述往复转动轴（6）的一端安装主动锥齿轮（10），所述往复输出轴（21）的一端安装从动锥齿轮（11），所述主动锥齿轮（10）与从动锥齿轮（11）相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种具有不完全齿轮机构的往复式齿轮箱，其特征在于：

所述第一主动不完全齿轮（9）的有齿部分具有n个相邻的轮齿、欠齿部分是锁止弧Ⅰ，所述第一从动不完全齿轮（5）具有m个有齿部分和m个欠齿部分；第一从动不完全齿轮（5）的每一个有齿部分具有n个齿槽、欠齿部分是与锁止弧Ⅰ配合的锁止弧Ⅱ；其中，n为自然数，m为大于0的偶数。

3.根据权利要求1所述的一种具有不完全齿轮机构的往复式齿轮箱，其特征在于：还包括安装在箱体（1）内、且与输入轴（15）平行的第三输出轴（19）；所述第三输出轴（19）上安装第三输出齿轮（18），输入轴（15）上安装第二主动齿轮（16），所述第二主动齿轮（16）与第三输出齿轮（18）啮合。