CN104565263A - 非圆齿轮精密型分割器 - Google Patents

Abstract

非圆齿轮精密型分割器包括一个箱体，箱体上有底板，中间隔板，桌台板，导柱，以及固定在底板上的太阳非圆齿轮。箱体上通过轴承支撑有行星架，行星架作为装置的动力输入；行星架通过轴承联接行星齿轮轴，行星齿轮轴的一端为行星非圆齿轮，其与固定在箱体上的太阳非圆齿轮啮合，另一端为行星圆柱齿轮，与输出轴上的输出非圆齿轮啮合。由于采用了外啮合非圆齿轮-圆柱齿轮差动轮系组合机构，分度运动由行星轮和行星架运动合成，具有良好的动力学特性和较大的分度数；使用端面凸轮插销定位的方式，靠孔轴的配合来保证精度，定位精度高，成本低，定位动作流畅稳定，不受非圆齿轮齿面加工精度的影响。输入轴与输出法兰在空间上同轴布置，也可以通过配加传动，实现空间平行轴及交错轴等传动形式，其形式灵活，应用范围大。

Description

非圆齿轮精密型分割器

技术领域

本发明涉及机械传动装置，特别是涉及一种非圆齿轮精密型分割器。

背景技术

分割器又称为间歇机构或者步进机构，也称分度装置，它将连续的输入运动转换为间歇的输出运动，用以实现转位、进给、分度、定位等功能。由于具有简单易行、承载力强、运动准确、刚度大、响应快等优点，即使在数控技术高度发展的今天，间歇机构在轻纺、机电、国防、矿山、冶金等行业中仍然得到广泛的应用。

电子式分割装置是用步进电机或者伺服电机直接驱动滚子使其间歇运动，但其缺点很多，如控制复杂、高速时运动性能不佳、无法自锁、电机容易过热而损坏等。

机械式的分割装置主要是利用间歇机构来实现，它在机构家族中肩负着特殊的使命，常见的间歇机构包括棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构以及各种组合和变异机构等，还有用伺服或者步进电机直接驱动的形式。槽轮机构分度装置和不完全齿轮机构分度装置具有设计简单、加工容易的特点，但动力性能不好，精度低，无法用于高速重载的场合；凸轮式分度装置具有良好的动力学性能，目前广泛应用广泛，但加工困难，易磨损，成本高，且无法实现大分度数；更为重要的凸轮分度机构形式的分度装置，如果要做成精密型的（分度精度为10s以下），必须保证极好的曲面加工精度，这对多轴数控机床的要求很高，造成其价格成本极高。

发明内容

本发明的目的是提供一种非圆齿轮精密型分割器，将分度运动与定位运动独立的设计，通过孔、销配合来保证定位精度，不依赖于复杂曲面的加工精度，在现有工艺水平下即能保证很高的定位精度，并且具有良好的动力学特性和较大的分度数，承载能力高，结构紧凑，易于安装。

本发明实现上述目的技术方案为：包括分度机构和定位机构，

分度机构采用外啮合非圆齿轮差动轮系，行星架运动作为主输入运动，由于太阳齿圈固定，行星齿轮自转并且公转，通过一对非圆齿轮齿圈将其复合运动输出。按照一定的传动比函数设计非圆齿轮的节曲线，即可得到所需的间歇运动输出。

定位机构是在行星架上固联直线滚子端面凸轮，行星架运转时，端面凸轮旋转，从而驱动定位销往复直线运动，定位销插入定位盘的销孔中，实现在分度盘停歇过程中的精确定位。

具体结构是：包括一个箱体，箱体上有底板，中间隔板，桌台板，导柱，以及固定在底板上的太阳非圆齿轮。其特征在于：箱体上通过轴承支撑有行星架，行星架作为装置的动力输入；行星架通过轴承联接行星齿轮轴，行星齿轮轴的一端为行星非圆齿轮，其与固定在箱体上的太阳非圆齿轮啮合，另一端为行星圆柱齿轮 ，与输出轴上的输出非圆齿轮啮合。此外，行星架的内侧端为一个端面凸轮，与滚子接触传力，滚子通过销子固定在定位销上，定位销与固定在箱体中间隔板上的滑槽以相互滑动的形式配合，并在弹簧的作用下，使滚子与行星架的内侧端面凸轮相接触。箱体上还通过轴承支撑有输出法兰轴，其一端通过定位销与输出圆柱齿轮固结，另一端通过螺栓与转盘固结，定位法兰轴的周向上有均布的与分度数相同数量的定位孔，定位销可以在行星架的内侧端面凸轮推动下进入定位孔中，起到定位和锁定的作用。

按上述技术方案，所述的非圆齿轮精密型分割器，其特征在于：行星架（10）类似于轴的形式，其外端与联轴器相联，作为装置的动力输入。

按上述技术方案，所述的非圆齿轮精密型分割器，其特征在于：行星架（10）周向为一蜗轮齿面，与蜗杆（17）啮合，作为装置的动力输入。

运行过程如下：动力从输入行星架输入，由于太阳非圆齿轮固定不动，从而行星齿轮轴及其上的行星圆柱齿轮和行星非圆齿轮自转加公转，从而输出非圆齿轮得到上述两级传动（行星圆柱齿轮-输出圆柱齿轮，行星非圆齿轮-太阳非圆齿轮）的合成运动，即分度所需要的间歇运动，并通过定位法兰轴使转盘也实现上述运动。另一方面，行星架旋转，其内侧端面凸轮也会随即旋转，当定位法兰轴由于上述分度运动的作用处于停歇状态时（此时，理论上定位法兰轴是固定不动的，但是由于加工误差、齿轮间隙，会有轻微的振动），凸轮处于升程状态，驱动滚子转动，同时定位销在滑槽中向上滑动，从而进入定位法兰轴的定位孔中，此时定位法兰轴连同转盘被固死住不再有振动（或者说非常小），并保持一段时间，再由于弹簧和凸轮的作为，定位销退出定位孔。当其完全退出时，行星架刚好完成一圈的运动，进入下一个分度周期。

非圆齿轮的设计

非圆齿轮的节曲线设计按照推导出来的传动比函数，其中非圆齿轮的传动比函数按照以下方法计算（对于不同的分度数要求，以及分度停歇角度的不同，该函数的会有相应的差异）：

式中，为度装置的分度数。停歇期转角为，运动期转角

为另一对圆柱齿轮的传动比，按求出。

按下式用数值方法解出。

非圆齿轮和圆柱齿轮可以根据受力和设计要求选用直齿、斜齿、螺旋齿，其齿廓的形状也可根据设计要求使用渐开线、圆弧、正弦曲线等。

端面凸轮的设计：

端面凸轮按照选定的运动规律，以及装置的运动循环图来进行设计。其廓面方程由两向方向的参变量确定，其具体形式如下：

式中

为滚子与凸轮的空间夹角，在些设计中

为滚子廓面向量且为选定运动规律，可根据速度，载荷要求选取，正弦加速度，修正正弦加速度，多项式等。

本发明的有益效果：

由于采用了外啮合非圆齿轮-圆柱齿轮差动轮系组合机构，分度运动由行星轮和行星架运动合成，具有良好的动力学特性和较大的分度数；

使用端面凸轮插销定位的方式，靠孔轴的配合来保证精度，定位精度高，成本低，定位动作流畅稳定，不受非圆齿轮齿面加工精度的影响。

齿轮选用合理的齿廓可以大大提高承载能力；

输入轴与输出法兰在空间上同轴布置，也可以通过配加传动，实现空间平行轴及交错轴等传动形式，其形式灵活，应用范围大。

附图说明

图1为本发明同轴传动方式的结构示意图。

图2为本发明太阳非圆齿轮主视图。

图3为本发明行星非圆齿轮主视图。

图4为本发明分度机构和定位机构的运动循环图

图5为本发明行星架的三维轴测图

图6为本发明交错轴传动方式的结构示意图。

图中：1.转盘, 2.滑槽, 3.行星圆柱齿轮, 4.定位销,6.滚子  7.行星齿轮  8.行星非圆齿轮, 9.底板,10.行星架,11.桌台板, 12.输出法兰轴, 13.中间隔板,14.输出非圆齿轮,15.导柱,16.太阳非圆齿轮，17. 蜗杆

具体实施方式一

如图1所示，包括一个箱体，箱体上有底板9，中间隔板13，桌台板11，导柱15，以及固定在底板9上的太阳非圆齿轮16。箱体上通过轴承支撑有行星架10，行星架10类似于轴的形式，其外端与联轴器相联，作为装置的动力输入；行星架10通过轴承联接行星齿轮轴7，行星齿轮轴7的一端为行星非圆齿轮8，其与固定在箱体上的太阳非圆齿轮16啮合，另一端为行星圆柱齿轮3 ，与输出轴上的输出非圆齿轮14啮合。此外，行星架10的内侧端为一个端面凸轮，与滚子6接触传力，滚子6通过销子固定在定位销4上，定位销4与固定在箱体中间隔板13上的滑槽2以相互滑动的形式配合，并在弹簧的作用下，使滚子6与行星架10的内侧端面凸轮相接触。箱体上还通过轴承支撑有输出法兰轴12，其一端通过定位销与输出圆柱齿轮14固结，另一端通过螺栓与转盘1固结，定位法兰轴12的周向上有均布的与分度数相同数量的定位孔，定位销4可以在行星架10的内侧端面凸轮推动下进入定位孔中，起到定位和锁定的作用。

具体实施方式二

如图1所示，包括一个箱体，箱体上有底板9，中间隔板13，桌台板11，导柱15，以及固定在底板9上的太阳非圆齿轮16。箱体上通过轴承支撑有输入蜗杆17、行星架10，行星架10周向为一蜗轮齿面，与蜗杆17啮合，作为装置的动力输入；行星架10通过轴承联接行星齿轮轴7，行星齿轮轴7的一端为行星非圆齿轮8，其与固定在箱体上的太阳非圆齿轮16啮合，另一端为行星圆柱齿轮3 ，与输出轴上的输出非圆齿轮14啮合。此外，行星架10的内侧端为一个端面凸轮，与滚子6接触传力，滚子6通过销子固定在定位销4上，定位销4与固定在箱体中间隔板13上的滑槽2以相互滑动的形式配合，并在弹簧的作用下，使滚子6与行星架10的内侧端面凸轮相接触。箱体上还通过轴承支撑有输出法兰轴12，其一端通过定位销与输出圆柱齿轮14固结，另一端通过螺栓与转盘1固结，定位法兰轴12的周向上有均布的与分度数相同数量的定位孔，定位销4可以在行星架10的内侧端面凸轮推动下进入定位孔中，起到定位和锁定的作用。

Claims (3)

1.一种非圆齿轮精密型分割器，其特征在于：包括一个箱体，箱体上有底板（9），中间隔板（13），桌台板（11），导柱（15），以及固定在底板（9）上的太阳非圆齿轮（16）；箱体上通过轴承支撑有行星架（10），行星架（10）作为装置的动力输入；行星架（10）通过轴承联接行星齿轮轴（7），行星齿轮轴（7）的一端为行星非圆齿轮（8），其与固定在箱体上的太阳非圆齿轮（16）啮合，另一端为行星圆柱齿轮（3） ，与输出轴上的输出非圆齿轮（14）啮合；此外，行星架（10）的内侧端为一个端面凸轮，与滚子（6）接触传力，滚子（6）通过销子固定在定位销（4）上，定位销（4）与固定在箱体中间隔板（13）上的滑槽（2）以相互滑动的形式配合，并在弹簧的作用下，使滚子（6）与行星架（10）的内侧端面凸轮相接触；箱体上还通过轴承支撑有输出法兰轴（12），其一端通过定位销与输出圆柱齿轮（14）固结，另一端通过螺栓与转盘（1）固结，定位法兰轴（12）的周向上有均布的与分度数相同数量的定位孔，定位销（4）可以在行星架（10）的内侧端面凸轮推动下进入定位孔中，起到定位和锁定的作用。

2.根据权利要求1所述的非圆齿轮精密型分割器，其特征在于：行星架（10）类似于轴的形式，其外端与联轴器相联，作为装置的动力输入。

3.根据权利要求1所述的非圆齿轮精密型分割器，其特征在于：行星架（10）周向为一蜗轮齿面，与蜗杆（17）啮合，作为装置的动力输入。