CN104913016B - 一种挠性传动用微幅低频型张紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明公开了一种挠性传动用微幅低频型张紧装置。包括机架、行星齿轮机构、曲柄摇杆机构和张紧执行机构；从动轮轴为中空结构，以凸缘、螺栓将其一端与从动轮固接，其另一端则支承在机架上并可转动；行星齿轮机构布置在中空的从动轮圆柱形空间内，齿圈设置在从动轮内侧圆周上，行星齿轮与中心齿轮、齿圈啮合，中心齿轮固接在机架上；在行星架上设置曲柄销，以曲柄销、连杆、摇杆与机架间的铰接构成曲柄摇杆机构，并配置杆长比使摇杆作小摆角运动；压紧轮安装在与摇杆固接的导向杆上。该装置不依赖重力原理，当机架作复杂空间运动或在轻微重力甚至失重环境中，常用张紧方式失效时，仍具有张紧和吸振功能。

Description

一种挠性传动用微幅低频型张紧装置

技术领域

本发明涉及在摩擦型或啮合型挠性传动中常用的张紧方式效果不好甚至不能凑效的场合下使用的自动张紧装置，尤其涉及一种挠性传动用微幅低频型张紧装置。

背景技术

挠性传动在机械传动中非常普遍，可由两个或多个传动轮和中间环形挠性件组成，主动轮运动时，通过挠性件将运动和力矩传递至各传动轮。常见的挠性传动主要有以带轮、链轮和绳轮为传动轮的带传动、链传动和绳传动，其挠性件分别为传递带、传递链和传动绳；从传动原理上而言，常见的挠性传动有摩擦型和啮合型两大类，其中摩擦型挠性传动必伴随有弹性滑动，故不能保证精确的速比，而啮合型挠性传动如同步齿形带则可实现精确的相位匹配；无论是摩擦型还是和啮合型传动都需要张紧装置，同时挠性传动中还不可避免的存在挠性件的摆振问题。常用的张紧方式有：(1)定期张紧，主要通过旋紧调节螺栓予以实施；(2)自动张紧，主要通过重心偏移实现；(3)张紧轮张紧，主要用于中心距不可调的情况。

利用螺旋装置调整中心距适用于传动轮水平布置或垂直布置的情况，且因无张紧轮压紧，不能保证张紧力；利用重力的自动张紧装置，虽构思巧妙经典，但当机架在工作过程中有较大的倾斜时，或工作环境处在轻重力、微重力甚至零重力(即失重)条件下时，这种张紧方式便无法凑效。另外，现有的张紧方式都不具备吸收挠性件摆振的功能。

发明内容

为了解决在摩擦型或啮合型挠性传动中，常用的张紧方式效果不好甚至不能凑效的问题，本发明提供了一种挠性传动用微幅低频型张紧装置。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种挠性传动用微幅低频型张紧装置，其包括：

张紧执行机构，用于压紧挠性传动机构的挠性件；

第一传动机构，用于输出驱动力；以及

第二传动机构，与第一传动机构连接，并具有与张紧执行机构连接且作摆动运动的动力输出部件。

所述张紧执行机构包括与所述第二传动机构的动力输出部件连接的导向杆和套设于导向杆上的压紧轮。

所述第二传动机构为曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构的摇杆作为与所述导向杆连接的动力输出部件，摇杆作微幅低频摆动运动。

所述第二传动机构包括与所述第一传动机构连接的连杆，所述摇杆包括与连杆转动连接的第一杆体和与第一杆体固定连接的第二杆体，所述导向杆与第二杆体连接。

所述第一杆体为直杆，所述第二杆体为弧形。

所述第一传动机构为行星齿轮机构，其包括与所述连杆转动连接的行星架、与行星架连接的行星齿轮、与行星齿轮啮合的齿圈和设置于齿圈内部的中心齿轮。

所述齿圈与挠性传动机构的从动轮同轴固定连接，所述中心齿轮为固定设置，所述行星架的转速小于齿圈的转速。

所述连杆通过曲柄销与所述行星架连接，且曲柄销的轴线与行星架的轴线相平行。

挠性传动用微幅低频型张紧装置还包括机架，所述摇杆与机架转动连接。

所述第一传动机构还包括设置于所述机架上的中心轮轴，所述中心齿轮设置于中心轮轴上。

本发明的挠性传动用微幅低频型张紧装置，具有如下优点：

1.以行星齿轮系的行星架作为曲柄，以曲柄摇杆机构的摇杆带动张紧执行机构，通过行星齿轮系与曲柄摇杆机构的选型组合与匹配设计，实现压紧轮的微幅低频张紧；通过单自由度周转齿轮系——行星齿轮系将挠性传动机构的从动轮的高速运动转换为曲柄的低速运动，实现摇杆运动的低频输出；针对曲柄摇杆机构，通过杆长匹配设计，获得摇杆运动的小摆角范围，实现摇杆的微幅运动；

2.在机架上设置支承座，从动轮轴采用中空结构，以凸缘与螺栓使从动轮轴一端与从动轮固定连接，采用成对安装的角接触球轴承将从动轮轴安装到支承座上，实现从动轮与机架的相对转动；在中心轮轴一端设置外花键，另一端设置凸缘结构，将中心轮轴穿过中空的从动轮轴，使其外花键与中心齿轮内花键结合，使其凸缘结构通过螺栓与支承座端面形成固定连接，实现中心齿轮与机架的固定连接；在空间布局上，将从动轮轴、中心轮轴及其支承装置与曲柄摇杆机构的运动平面分开布置在从动轮或行星齿轮系的运动平面两侧，避免了运动干涉；

3.本挠性件张紧装置不依赖重力原理，当挠性传动的机架作复杂的空间运动时，或挠性传动处在轻重力、微重力甚至零重力(即失重)条件下时依然可以起到张紧作用；

4.本挠性件张紧装置采用大速比行星轮减速技术和小摆角摇杆设计技术，使该装置张紧滚轮具有微幅低频的运动特点，因此，一方面避开了与挠性件发生高频共振的危险，另一方面，橡胶压紧轮还有吸收和减缓挠性件振动的功能。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是机架的结构示意图；

图2是从动轮轴的结构示意图；

图3是从动轮的结构示意图；

图4是中心齿轮的结构示意图；

图5是中心轮轴的结构示意图；

图6是行星齿轮的结构示意图；

图7是行星架的结构示意图；

图8是连杆的结构示意图；

图9是摇杆的结构示意图；

图10本发明张紧装置的结构示意图；

图中标记为：

1、机架；11、底板；12、支承座；13、铰链座；14、通孔；15、沉孔；16、通孔；17、方槽；18、螺纹孔；

2、行星齿轮机构；

21、从动轮轴；211、凸缘；212、通孔；213、外螺纹；214、轴肩；215、第一轴体；

22、从动轮；221、大通孔；222、小通孔；23、齿圈；

24、中心齿轮；241、轮齿；242、内花键；

25、中心轮轴；251、外花键；252、凸缘；253、通孔；254、第二轴体；

26、行星齿轮；261、轮齿；262、通孔；

27、行星架；271、行星轮轴；272、转臂；

3、曲柄摇杆机构；31、曲柄销；32、连杆；321、通孔；322、通孔；

33、摇杆；331、第一杆体；332、第二杆体；3311、通孔；3312、通孔；3321、通孔；

4、张紧执行机构；41、导向杆；42、压紧轮；5、挠性件。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图10所示，本发明提供了一种挠性传动用微幅低频型张紧装置，其包括张紧执行机构4、第一传动机构和第二传动机构。张紧执行机构4是用于压紧挠性传动机构的挠性件5，第一传动机构是用于输出驱动力；从第一传动机构至张紧执行机构4的传动路线上，第二传动机构位于第一传动机构与张紧执行机构4之间，第二传动机构与第一传动机构连接，并具有与张紧执行机构4连接且作微幅低频摆动运动的动力输出部件，即第一传动机构输出的驱动力传递至第二传动机构，带动第二传动机构的动力输出部件作微幅低频摆动运动，该动力输出部件最终带动张紧执行机构4作微幅低频摆动运动。

具体地说，现有的挠性传动机构一般是由两个或多个传动轮和环形的挠性件5组成，传动轮包括主动轮和从动轮，主动轮运转，并通过挠性件5带动从动轮运转。

作为优选的，本张紧装置的第一传动机构的源动力取自挠性传动机构的从动轮22，从动轮22运转，从而将动力经第一传动机构传递至第二传动机构。如图10所示，本张紧装置还包括机架1，从动轮22和第二传动机构均设置于机架1上。机架1包括底板11，底板11为长方形薄板结构。

作为优选的，如图10所示，第一传动机构为行星齿轮机构2，第二传动机构为曲柄摇杆机构3，本张紧装置将行星齿轮机构2与曲柄摇杆机构3相结合，行星齿轮机构2起到传力和减速作用。第一传动机构包括行星架27、设置于行星架27上的行星齿轮26、与行星齿轮26啮合的齿圈23和设置于齿圈23内部的中心齿轮24，行星齿轮26也位于齿圈23内部，并与中心齿轮24保持啮合。

如图3和图10所示，第一传动机构的齿圈23具有一圈与行星齿轮26啮合的内齿，齿圈23并与挠性传动机构的从动轮22同轴固定连接。从动轮22为圆柱形中空壳体结构，其外表面用于安装挠性件5，齿圈23是固定设置于从动轮22的圆柱形轮辋内部，从动轮22通过从动轮轴21设置于机架1上，从动轮22中心处的轮毂与从动轮轴21固定连接。

如图2所示，从动轮轴21包括第一轴体215和设置于第一轴体215一端的凸缘211，第一轴体215为中空圆柱形结构，凸缘为圆盘形结构，凸缘与第一轴体215同轴固定连接。凸缘211上开有4个通孔212，相应在从动轮22中心处的轮毂上设有4个小通孔222，小通孔222位置与凸缘上的通孔212位置对正后安装螺栓，可实现从动轮轴21与从动轮22同轴固定连接。

如图1所示，机架1的底板11上设有用于安装从动轮轴21的支承座12，支承座12几何形状为半圆柱和长方体组合，固定设置在底板11上表面一端，在半圆柱中心开有通孔14，支承座12的两端面各开有同心的沉孔15，支承座12的后端面靠近边缘处还设置有螺纹孔18。如图2所示，从动轮轴21的第一轴体215上设有凸起的轴肩214，用于从动轮轴21与沉孔15之间安装轴承的轴向定位，从动轮轴21通过外圈与沉孔15过盈配合的两个轴承支承于支承座12中。第一轴体215的另一端的外表面设有外螺纹213，外螺纹213处可通过安装螺母，实现从动轮轴21在支承座12上的轴向限位，使从动轮轴21在支承座12上仅能转动。

第一传动机构的中心齿轮24为固定设置，第一传动机构还包括设置于机架1上的中心轮轴25，如图5所示，中心轮轴25包括第二轴体254和设置于第二轴体254一端的凸缘252，第二轴体254的另一端设有外花键251。第二轴体254沿轴向贯穿中空的第一轴体215，第二轴体254上具有外花键的端部从第一轴体215伸出并插入从动轮22内部，中心齿轮24的中心处设置的内花键242与中心轮轴25的外花键251啮合，使中心齿轮24固定于中心轮轴25上。凸缘252上靠近轮缘部分开有通孔253，通孔253与支承座12上的螺纹孔18位置对正，通过双头螺柱实现中心轮轴25与机架11的相对固定，并使中心齿轮24成为固定齿轮。

中心齿轮24结构如图4所示，其轮缘加工有轮齿241，在其轴线位置设有内花键242。行星齿轮26结构如图6所示，其轮缘上设有轮齿261，其中心线处开有通孔262；行星齿轮26分别与中心齿轮24和齿圈23啮合。

第一传动机构的齿圈23作为动力输入部件，中心齿轮24固定，行星架27作为动力输出部件，且行星架27的转速小于齿圈23的转速。行星架27结构如图7所示，其包括转臂272和与转臂272垂直连接的行星轮轴271。转臂272为杆状结构，具有三个，且三个转臂272的一端互成120°固定连接，形成Y形构件，Y形构件的中心位于齿圈23的轴线上。行星轮轴271固定设置于各个转臂272的另一端，各个行星轮轴271上分别设置一个行星齿轮26，装配时，3个行星齿轮26的通孔262松套在三根行星轮轴271上，并在三个行星轮轴271的轴端设置轴向定位结构，用于行星齿轮26的轴向定位。

如图10所示，第二传动机构是由曲柄销31、连杆32和摇杆33所组成，连杆32的一端通过曲柄销31与一个转臂272连接，连杆32另一端与摇杆33转动连接，曲柄销31在转臂272上的位置与Y形构件中心的距离为R，R为曲柄摇杆机构3的曲柄长度。如图8所示，连杆32的杆身部分为长方体，其两端为圆柱状，在圆柱中心线位置分别各开有通孔321和通孔322；装配时，连杆32的通孔321松套在曲柄销31上，并在曲柄销31的轴端设置轴向定位结构，实现曲柄与连杆32的铰链连接。

如图9所示，第二传动机构的摇杆33包括与连杆32转动连接的第一杆体331和与第一杆体331固定连接的第二杆体332，考虑到挠性件5和张紧执行机构4的位置，第一杆体331为直杆，第二杆体332为弧形结构的曲杆，第一杆体331的一端与连杆32转动连接，另一端与第二杆体332的一端固定连接，形成的摇杆33类似于“G”形结构。第一杆体331的两端各开有通孔3311和通孔3312，第二杆体332的另一端开有通孔3321，装配时，以圆柱销穿过通孔3311和通孔322，并在圆柱销的轴端设置轴向定位结构实现连杆32与摇杆33的铰链连接，以圆柱销穿过通孔16和通孔3312，并在圆柱销的轴端设置轴向定位结构，实现摇杆33与底板11上表面上所设的铰链座13铰链连接，铰链座13上并开有通孔16。如图1所示，铰链座13上在沿与通孔16轴线垂直的方向开有方槽17，避免在摇杆33转动时产生阻碍。

如图10所示，张紧执行机构4包括导向杆41和套设于导向杆41上的压紧轮42，导向杆41与第二杆体332的端部垂直连接，导向杆41的轴线与从动轮22的轴线相平行，压紧轮42为橡胶滚轮。装配时，导向杆41与摇杆33的第二杆体332末端通孔3321为过盈配合，导向杆41的一端穿过通孔3321并以螺母锁止，实现导向杆41与摇杆33末端的固定连接。压紧轮42松套在导向杆41杆身上，并在导向杆41的轴端设置轴向定位结构，以导向杆41与橡胶滚轮间的间隙配合实现两者的相对转动；装配后压紧轮42压紧在挠性件5上。

上述结构的张紧装置在工作过程中，挠性传动机构的主动轮运动时，通过挠性件5使从动轮22绕支承座12的轴线做定轴转动，记齿圈23的齿数为Z_w，其转速为n_w；行星架的转速为n_b；中心齿轮24的齿数为Z_n，其转速为n_n＝0；该行星齿轮机构2的速比为：

n_w/n_b＝(Z_w+Z_n)/Z_w (1)

行星架27输出转速为：

n_b＝n_w·Z_w/(Z_w+Z_n) (2)

因Z_w+Z_n>Z_w，所以n_b<n_w，而行星架27与曲柄转速相同，故曲柄摇杆机构3的摇杆33作低频摆动。

支承座12上的通孔14的轴线与铰链座13上的通孔16的轴线之距离就是曲柄摇杆机构3的机架杆长度，曲柄销31至转臂272回转中心线间的距离为曲柄长度，连杆32的两端通孔321和通孔322中心间的距离为连杆32长度，摇杆33的第一杆体331两端通孔3311和通孔3312中心间的距离为摇杆长度，对曲柄摇杆采用小摆角摇杆机构，经几何与尺度设计，将曲柄、连杆32、摇杆、机架杆杆长比匹配为：1:2:10k:10k；k为正实数或正整数。若取k＝1，则摇杆的摆角为5.78°；若取k＝4，则摇杆的摆角为2.87°；因此摇杆为微幅摆动。

因导向杆41与摇杆的第二杆体332的末端固定连接，而压紧轮42松套在导向杆41杆身上，因此，压紧在挠性件5上的压紧轮42亦作微幅低频摆动。压紧轮42的低频微幅振动一方面避开了与挠性件5发生高频共振的危险，另一方面，橡胶材质的压紧轮42还有吸振减振的功能。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种挠性传动用微幅低频型张紧装置，其特征在于，包括：

张紧执行机构，用于压紧挠性传动机构的挠性件；

第一传动机构，用于输出驱动力；以及

第二传动机构，与第一传动机构连接，并具有与张紧执行机构连接且作摆动运动的动力输出部件；

所述第一传动机构为行星齿轮机构，其包括行星架、与行星架连接的行星齿轮、与行星齿轮啮合的齿圈和设置于齿圈内部的中心齿轮；所述齿圈与挠性传动机构的从动轮同轴固定连接，所述中心齿轮为固定设置，行星齿轮位于齿圈内部且与中心齿轮保持啮合，行星架的转速小于齿圈的转速。

2.根据权利要求1所述的挠性传动用微幅低频型张紧装置，其特征在于，所述张紧执行机构包括与所述第二传动机构的动力输出部件连接的导向杆和套设于导向杆上的压紧轮。

3.根据权利要求2所述的挠性传动用微幅低频型张紧装置，其特征在于，所述第二传动机构为曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构的摇杆作为与所述导向杆连接的动力输出部件，摇杆作微幅低频摆动运动。

4.根据权利要求3所述的挠性传动用微幅低频型张紧装置，其特征在于，所述第二传动机构包括与所述第一传动机构连接的连杆，所述摇杆包括与连杆转动连接的第一杆体和与第一杆体固定连接的第二杆体，所述导向杆与第二杆体连接。

5.根据权利要求4所述的挠性传动用微幅低频型张紧装置，其特征在于，所述第一杆体为直杆，所述第二杆体为弧形。

6.根据权利要求4所述的挠性传动用微幅低频型张紧装置，其特征在于，所述行星架与所述连杆转动连接。

7.根据权利要求6所述的挠性传动用微幅低频型张紧装置，其特征在于，所述连杆通过曲柄销与所述行星架连接，且曲柄销的轴线与行星架的轴线相平行。

8.根据权利要求6或7所述的挠性传动用微幅低频型张紧装置，其特征在于，还包括机架，所述摇杆与机架转动连接。

9.根据权利要求8所述的挠性传动用微幅低频型张紧装置，其特征在于，所述第一传动机构还包括设置于所述机架上的中心轮轴，所述中心齿轮设置于中心轮轴上。