CN103901816A - 可调传动轴圆心位置的双偏心圆机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调传动轴圆心位置的双偏心圆机构，其利用机械传动的太阳轮——行星轮机构的运动规律；其特征在于：双偏心圆机构的调整方法包括弧线轨迹移动即弧线移动法和使目标转轴按直线轨迹移动即直线移动法完成；是一种可调安装后转轴中心位置（轴孔座位置固定，调整轴承中心位置）的双偏心圆机构，其采用通过两个内外套在一起偏心环形圈的转动，使内偏心圆环的中孔轴心位置随之移动，达到调整中孔轴心位置的目的，机床所加工零件的精度不仅取决于组成机床的各个零部件本身的加工精度，还取决于传动系中各个传动付的安装精度；相互啮合的齿轮，他们不仅用于传递动力，更主要的功能是精确的提供加工零件所需要的不同转速以及切削刀具精确移动的距离。

Description

可调传动轴圆心位置的双偏心圆机构

技术领域

 本发明涉及一种可调传动轴圆心位置的双偏心圆机构，主要应用于机床设计制造等传动装置，也可涉及轴心（圆心）安装位置调整的机械领域。

背景技术

在机械传动结构如齿轮箱内，相互啮合的齿轮安装在转动轴上，为使齿轮处于最佳啮合的工作状态，希望转动轴的安装相互平行。然而实际上，由于轴孔加工公差、安装公差、温度变化、齿轮磨损等客观现象的存在，转动轴不可能绝对平行，这就是使传动装置产生振动、噪音、增加磨损、缩短寿命、降低加工精度的原因之一。

用一般精度的零件经过科学的组装，能够获得较高安装精度的传动系统，这就是上世纪80年代瑞士钟表匠用上海手表厂生产的零件装配出高于该厂手表产品质量的原因。在材料性能、零件尺寸精度相同的条件下，机床的系统精度主要取决于工艺水平——装配精度。

为简化问题，先假设传动轴的断面是绝对的圆形，而轴孔的孔间距与设计间距之间存在公差，两轴距离与两轴心连线的角度都会发生变化。装配获得的轴孔位置越接近设计值，系统精度及质量就越高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调传动轴圆心位置的双偏心圆机构，是一种可调安装后转轴中心位置（轴孔座位置固定，调整轴承中心位置）的双偏心圆机构，其采用通过两个内外套在一起偏心环形圈的转动，使内偏心圆环的中孔轴心位置随之移动，达到调整中孔轴心位置的目的，机床所加工零件的精度不仅取决于组成机床的各个零部件本身的加工精度，还取决于传动系中各个传动付的安装精度；相互啮合的齿轮，他们不仅用于传递动力，更主要的功能是精确的提供加工零件所需要的不同转速以及切削刀具精确移动的距离。

本发明的技术方案是这样实现的：一种可调传动轴圆心位置的双偏心圆机构，其利用机械传动的太阳轮——行星轮机构的运动规律；其特征在于：双偏心圆机构的调整方法包括弧线轨迹移动即弧线移动法和使目标转轴按直线轨迹移动即直线移动法完成；

（一）“弧线”移动法的具体步骤如下：

1）首先建立纠偏调整机构，设置两个偏心圆环转轮，外转轮A与内转轮B，将外传轮A套在内转轮B外面，将目标转轴F安装在内转轮B的内圆环上，即组成该调整机构；

2）其中外转轮A由外圆及内圆构成，外圆轴心为O^A，内圆轴心为O^B，内外两圆轴心距离为偏心距，偏心半径为R^A；外转轮A的内圆直径等于内转轮B的外圆直径，内转轮B的外圆圆心为O^B，M是目标转轴F的轴心，内外两圆轴心距离为偏心距，偏心半径为R^B；假如R^B=R^A，则转动A轮及B轮可以使M点到达以O^A为圆心，以R^B+R^A为半径的圆面积内任意点位置；

按图纸中的设计轴心对目标转轴F的轴心M进行调整，将M点移动到设计轴心N点，其具体调整步骤如下： 

（1）以O^A  为圆心，以A轮外圆圆心至N点的距离为半径画圆弧，交与内转轮B的圆上的P点；

（2）测绘外转轮A的拟转动的转角α_N-OA-P；即从设计轴心N点到P点的转角α；

（3）再测绘内转轮B的拟转角β_M-OB-P；即从目标转轴F的轴心M点到P点的转角β；

（4）按测绘得到的转角β转动内转轮B；

（5）按测绘得到的转角α转动外转轮A；

所述的调整过程可以分为三种途径：

依次转动α、β完成移动任务。

同时转动α及β完成移动任务。

按α/β之比的数值关系，分为n个脉动节拍，每次脉动节拍分角度α^，=α/n，及β^，=β/n，同时转动一次,依以上步骤执行，即可使M点移动到N点的过程更精确，完成轴心调整或纠偏的目的。

（二）“直线”移动法

    为满足将M点移动到N点按直线移动的设计需求，可以按直线法执行，其具体步骤如下：

1）首先将目标转轴F的轴心M与设计轴心N点做直线连线；

2）将直线L_N-M，依据需要的精度划分n等分，每一等分长度为L^， _N-M（例如100等分）；

3）取L^， _N-M最靠近起点M的一段，“起始段”，按“弧线法”调整规划线路并执行，使M点从“起始段”前端移动至末端。此时M点是移动后的M点新位置；

4）重复上一动作，取L^， _N-M最靠近起点M即新M点的一段，“起始段”，按“弧线”调整法规划线路并执行，使M点从“起始段”前端移动至末端，直至使M点移动到N点，完成调整规划即重复100次；

5）如果需要进一步提高移动路线的精度，可以将“直线”调整法，分为多级进行，即将初次得到的“起始段”再细分第二级即再划分100段，取第二级的“起始段”按“弧线”法规划路线并执行；第二级比第一级精度提高100倍，也可以通过再次分级，如第三、第四满足设计规划精度需要。

本发明的积极效果是在已知轴孔位置设计坐标及实际加工轴孔坐标的条件下（不是公差，是轴孔中心坐标）即可以通过本发明的机构精确的微调轴孔坐标，使实际轴孔中心移动到设计位置，由于需要调整的量很小，比如微米量级1/1000mm，没有机构可以直接调整，其采用通过绕轴转动改变偏心距的方法实现调整即转动偏心圆环180度，当机构的总偏心距为R^A+R^B=0.5毫米时，达到偏心圆环每转动一度微调轴距1/180毫米的目标，其方法动作简单，调整精度高，可以实现机床变速箱在轴孔加工后，根据实际轴孔与设计轴孔位置坐标数据，可通过双偏心圆机构进行精确地修正，达到安装精度与设计精度高度统一，并促进设计精度的提高。从而实现机床安装过程中对轴距的静态的精确调整。可以使用步进电机通过自动控制信号对双圆环的转动量进行精确控制，即可在不拆开机床的情况下，动态调整轴距(微调），实现机床对环境温度变化及齿轮磨损间隙的补偿功能；主要应用于机床设计制造等传动装置，也可涉及轴心（圆心）安装位置调整的情况，如预制块装配式道路基层的异形块。

弧线法是只为达到目标，并不要求路线是两点连线的走法。而直线移动法实质是弧线法的微分化，可以满足线路规划需要，既能到达目标，还能沿着两点连线行进，其过程更细微、精度高、效率低。

附图说明

图1为本发明可调轴距的双偏心圆机构示意图。

图2为本发明“弧线”移动法纠偏操示作意图。

图3为本发明“弧线”移动法纠偏操作示意图。

图4为本发明“弧线”移动法中脉动纠偏操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：

一种可调传动轴圆心位置的双偏心圆机构，利用机械传动的太阳轮——行星轮机构的运动规律；其特征在于：双偏心圆机构的调整方法包括弧线轨迹移动即弧线移动法和使目标转轴按直线轨迹移动即直线移动法完成；

（一）“弧线”移动法的具体步骤如下：

1）首先建立纠偏调整机构，设置两个偏心圆环转轮，外转轮A与内转轮B，将外转轮A套在内转轮B外面，将目标转轴F安装在内转轮B的内圆环上，即组成该调整机构；

2）其中外转轮A由外圆及内圆构成，外圆轴心为O^A，内圆轴心为O^B，内外两圆轴心距离为偏心距，偏心半径为R^A；外转轮A的内圆直径等于内转轮B的外圆直径，内转轮B的外圆圆心为O^B，M是目标转轴F的轴心，内外两圆轴心距离为偏心距，偏心半径为R^B；假如R^B=R^A，则转动外转轮A及内转轮B可以使M点到达以O^A为圆心，以R^B+R^A为半径的圆面积内任意点位置；

如图3所示，按图纸中的设计轴心对目标转轴F的轴心M进行调整，将M点移动到设计轴心N点，其具体调整步骤如下： 

（1）以O^A  为圆心，以外转轮A外圆圆心至N点的距离为半径画圆弧，交与内转轮B的圆上的P点；

（2）测绘外转轮A的拟转动的转角α_N-OA-P；即从设计轴心N点到P点的转角α；

（3）再测绘内转轮B的拟转角β_M-OB-P；即从目标转轴F的轴心M点到P点的转角β；

（4）按测绘得到的转角β转动内转轮B；

（5）再按测绘得到的转角α转动外转轮A。

所述的调整过程可以分为三种途径：

依次转动α、β完成移动任务。

同时转动α及β完成移动任务。

按α/β之比的数值关系，分为n个脉动节拍，每次脉动节拍分角度α^，=α/n，及β^，=β/n，同时转动一次,依以上步骤执行，即可使M点移动到N点的过程更精确，完成轴心调整或纠偏的目的。

（二）“直线”移动法

    如图4所示，为满足将M点移动到N点按直线移动的设计需求，可以按直线法执行，其具体步骤如下：

1）首先将目标转轴F的轴心M与设计轴心N点做直线连线；

2)将直线L_N-M，依据需要的精度划分n等分，每一等分长度为L^， _N-M（例如100等分）；

3)取L^， _N-M最靠近起点M的一段，“起始段”，按“弧线法”调整规划线路并执行，使M点从“起始段”前端移动至末端。此时M点是移动后的M点新位置；

4)重复上一动作，取L^， _N-M最靠近起点M即新M点的一段，“起始段”，按“弧线”调整法规划线路并执行，使M点从“起始段”前端移动至末端，直至使M点移动到N点，完成调整规划即重复100次；

5)如果需要进一步提高移动路线的精度，可以将“直线”调整法，分为多级进行，即将初次得到的“起始段”再细分第二级即再划分100段，取第二级的“起始段”按“弧线”法规划路线并执行；第二级比第一级精度提高100倍，也可以通过再次分级，如第三、第四满足设计规划精度需要。

实施例1

将太阳——行星轮系中的摇杆，用两个偏心圆环代替，即外圆环转轮A与内圆环转轮B。如图1、2所示。

外圆环转轮A由外圆及内圆构成，它的外圆心是太阳轮轴心O^A，它的内圆心是行星轮的轴心O^B，O^A与O^B之间的距离是外圆环偏心距R^A。

内圆环转轮B也是偏心圆环。它的外圆圆心与外圆环转轮A的内圆心重合即O^B。它的内圆圆心M是目标轴轴心，O^B与M之间的距离是内圆环偏心距R^B。

令R^A=R^B,则目标轴轴心M的运动轨迹可以覆盖以O^A为圆心，以R^A+R^B为半径的圆形面积，即M可到达这个圆形面积内的任一点。

混凝土搅拌机、棉花糖机、大理石磨光机等机械都是利用太阳轮——行星轮原理的应用，都是先设置一根一端固定一端自由的摇杆，再于摇杆的自由端上设置另一根摇杆，在摇杆的自由端位置安放目标轴。本发明的独特性在于将摇杆虚化为偏心圆环的偏心距R^A与R^B，由于偏心距可以做到极微小的尺寸量级，因此对目标轴的调整量也就相应的随之减少到微小尺寸量级。具体尺寸量级取决于需要的调整量及零件加工精度。从而达到对目标轴坐标实现微调的目的。这是传统的利用两根摇杆构成的太阳——行星轮系所无法实现的。

偏心双套圆环纠偏的实质是太阳轮与行星轮的关系。外轮功能是太阳轮，内轮是行星轮，有三种运动模式，太阳轮自转（公转）、行星轮自转、太阳轮及行星轮同时转。

1、       只有太阳轮自转（公转）

太阳轮公转，行星轮不自转：行星轮与太阳轮之间无相对运动。行星轮跟随太阳轮，以两轮中心距为半径，绕太阳轮中心转动。即太阳轮转动一周，行星轮也转动一周，并且两轮转动同步进行，看上去似乎行星轮不存在，是画在太阳轮上固定的一点。

2、       只有行星轮自转

当没有公转，只有行星轮自转时，行星轮上点的运动轨迹是绕自身转轴，以行星轮半径转动的圆形。

3、       太阳轮与行星轮同时转动。

行星轮半径小于太阳轮半径时，行星轮上某点的轨迹覆盖图是圆环。圆环外径是R^A+R^B，圆环内径是R^A-R^B，圆环中心是太阳轮中心O^A。

4、       当行星轮与太阳轮的半径相等时，行星轮上点的运动轨迹覆盖面积是圆形。半径是R^A+R^B=2R^A，圆心是太阳轮中心O^A。

假如行星轮上安装有齿轮的转轴，那么通过调整（转动）太阳轮与行星轮就能使齿轮转轴的轴心在半径为R^A+R^B的圆形范围内任意调整。从而达到改变转轴轴心位置的目的。假设R^A=R^B，R^A+R^B=1毫米,那么太阳轮180度，目标轴位移量是外圆环的直径：（R^A+R^B）×2= 2 mm。当行星轮转动180度，目标轴位移量为内圆环直径：2×R^B=1 mm。从而达到通过较大的位移量，调整微小的位移量的目的。

本发明不局限于对微小位移的调整，只要R^A及R^B的数量级足够大，完全可以实现厘米级、分米级甚至米级的位移量调整。

Claims (2)

1.一种可调传动轴圆心位置的双偏心圆机构，其利用机械传动的太阳轮——行星轮机构的运动规律；其特征在于：双偏心圆机构的调整方法包括弧线轨迹移动即弧线移动法和使目标转轴按直线轨迹移动即直线移动法完成；

（一）“弧线”移动法的具体步骤如下：

1）首先建立纠偏调整机构，设置两个偏心圆环转轮，外转轮A与内转轮B，将外传轮A套在内转轮B外面，将目标转轴F安装在内转轮B的内圆环上，即组成该调整机构；

2）其中外转轮A由外圆及内圆构成，外圆轴心为O^A，内圆轴心为O^B，内外两圆轴心距离为偏心距，偏心半径为R^A；外转轮A的内圆直径等于内转轮B的外圆直径，内转轮B的外圆圆心为O^B，M是目标转轴F的轴心，内外两圆轴心距离为偏心距，偏心半径为R^B；假如R^B=R^A，则转动A轮及B轮可以使M点到达以O^A为圆心，以R^B+R^A为半径的圆面积内任意点位置；

按图纸中的设计轴心对目标转轴F的轴心M进行调整，将M点移动到设计轴心N点，其具体调整步骤如下： 

（1）以O^A  为圆心，以A轮外圆圆心至N点的距离为半径画圆弧，交与内转轮B的圆上的P点；

（2）测绘外转轮A的拟转动的转角α_N-OA-P；即从设计轴心N点到P点的转角α；

（3）再测绘内转轮B的拟转角β_M-OB-P；即从目标转轴F的轴心M点到P点的转角β；

（4）按测绘得到的转角β转动内转轮B；

（5）按测绘得到的转角α转动外转轮A；

（二）“直线”移动法

    为满足将M点移动到N点按直线移动的设计需求，可以按直线法执行，其具体步骤如下：

首先将目标转轴F的轴心M与设计轴心N点做直线连线；

将直线L_N-M，依据需要的精度划分n等分，每一等分长度为L^， _N-M（例如100等分）；

取L^， _N-M最靠近起点M的一段，“起始段”，按“弧线法”调整规划线路并执行，使M点从“起始段”前端移动至末端；

此时M点是移动后的M点新位置；

重复上一动作，取L^， _N-M最靠近起点M即新M点的一段，“起始段”，按“弧线”调整法规划线路并执行，使M点从“起始段”前端移动至末端，直至使M点移动到N点，完成调整规划即重复100次；

如果需要进一步提高移动路线的精度，可以将“直线”调整法，分为多级进行，即将初次得到的“起始段”再细分第二级即再划分100段，取第二级的“起始段”按“弧线”法规划路线并执行；第二级比第一级精度提高100倍，也可以通过再次分级，如第三、第四满足设计规划精度需要。

2.根据权利要求1所述的一种可调传动轴圆心位置的双偏心圆机构，其特征在于所述的调整过程可以分为三种途径：

依次转动α、β完成移动任务；

同时转动α及β完成移动任务；

按α/β之比的数值关系，分为n个脉动节拍，每次脉动节拍分角度α^，=α/n，及β^，=β/n，同时转动一次,依以上步骤执行，即可使M点移动到N点的过程更精确，完成轴心调整或纠偏的目的。

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