CN105114586B

CN105114586B - 一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构

Info

Publication number: CN105114586B
Application number: CN201510629776.4A
Authority: CN
Inventors: 李剑锋; 于洋; 赵宏伟
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: CN105114586A

Abstract

本发明是一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构，该机构主要由输入轴、输入盘、钢球、活齿架、摆动盘、输出轴等构件组成。输入盘在面向活齿架的端面上具有单一连续对称的曲线封闭槽，钢球在活齿架周向均布的径向槽中作往复运动，摆动盘端面上可以有2至4段或更多段不连续的对称曲线封闭槽，每个钢球对应一段不连续的曲线封闭槽，并在输入盘、摆动盘端面封闭槽的交错区域内运动。通过改变摆动盘封闭槽齿廓曲线，可以实现将匀速输入转化为多种形式的摆动凸轮输出运动。

Description

一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构

技术领域

本发明涉及一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构，属于机械传动技术领域。

背景技术

钢球传动是一类以钢球为中介体进行两同轴之间转速变换与动力传递的少齿差行星传动装置，具有结构紧凑、传动效率高、承载能力强以及通过合理设计间隙调整机构可实现无隙啮合等优点。迄今为止已提出了多种结构形式的钢球传动的专利技术。申请号为200920178366.2的实用新型专利公布了《二齿差平面钢球传动装置》，该装置主要由输入轴、动盘、钢球、活齿架、定盘、输出轴和机体等构件组成。输入轴与动盘固联构成激波器，定盘和活齿架分别与机体及输出轴固联为一体，钢球安置在活齿架周向均布的径向槽内，并在动、定盘封闭槽齿廓的交错区域内运动，当输入轴与动盘匀速回转时，动盘封闭槽齿廓推动钢球与定盘封闭槽齿廓接触啮合，钢球在沿活齿架径向槽移动的同时推动活齿架及输出轴作匀速转动，实现输入轴与输出轴之间的转速变换及动力传递。此装置实现了连续的匀速旋转输入运动转化为连续的匀速旋转输出运动。

目前国内提出的多种结构形式的钢球传动的专利技术中，主要是围绕连续的匀速旋转输入、输出的传动。

发明内容

为了满足实际生产中复杂多变的非匀速摆动输出运动规律的要求，本发明提供一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构，通过改变摆动盘端面上封闭槽廓线，可以实现将匀速旋转输入转化为多种形式的摆动输出。

本发明所述的一种新型非匀速摆动输出的活齿凸轮机构，该机构主要由输入轴、输入盘、钢球、活齿架、摆动盘、输出轴等构件组成。输入轴与输入盘固联为一体构成激波器，输出轴与摆动盘固联为一体构成中心轮，钢球安置在活齿架周向均布的径向槽内，并在输入盘、摆动盘封闭槽齿廓的交错区域内运动，输入轴和输出轴通过轴承安装于机架内。

这种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构的机架包括左端盖、左小端盖、右端盖、右小端盖，其中，输入轴和输出轴通过输入轴轴承和输出轴轴承安装于左、右端盖上，左、右端盖内侧与活齿架固联，外侧分别安装有左、右小端盖，把整个机架封闭为一体。整个机构所有构件都沿回转中心对称分布。

这种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构的输入盘在面向活齿架的端面上具有单一连续对称的封闭槽曲线，封闭槽曲线可由齿廓方程S＝R+e cos nθ和其内、外等距线确定，式中，θ、S分别为齿廓曲线的极角和向径，R为基圆半径，e为偏心距，n为齿数。

这种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构根据摆动角度的不同，摆动盘端面上可以有2至4段或者更多不连续的对称的封闭槽曲线，具有2至4段封闭槽曲线的摆动盘可实现输出180度以内任意角度的摆动。

这种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构的摆动盘端面上封闭槽曲线的形状主要取决于摆动盘的输出运动规律，根据《自动机械凸轮机构实用设计手册》(刘昌祺著，科学出版社，2013)，选择不同的封闭槽曲线会对机构的运动和动力特性产生较大的影响。封闭槽曲线选择修正梯形曲线适用于加速度较小、传动平稳的摆动；修正等速曲线适用于凸轮机构的尺寸和压力角比较小的摆动；摆线曲线适用于加速度比较大的高速摆动；修正正弦曲线是最常用的标准曲线，曲线变化平滑，可实现平稳的摆动。

活齿架端面上可以有2个或者3个或者4个径向槽，每个径向槽对应一个钢球，钢球对称分布，且同时传递转矩，所以，每个钢球具有相同的负载。

本发明的有益效果是：

1.整个机构结构简单，所有构件都沿回转中心对称分布，从而使整机的动、静平衡。

2.机构结构紧凑，传动效率高，接触强度高，可实现无侧隙啮合。

3.每个钢球承受相同的载荷，输入、摆动盘廓线连续可导，且封闭槽深度恒定，从而实现平稳传动，避免了传动机构的振动激励。

4、通过改变摆动盘封闭槽齿廓曲线，可以实现多种非匀速的摆动输出。

附图说明

图1一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构；

图2-1输入盘的主视图；

图2-2输入盘的剖视图；

图3-1摆动盘的主视图；

图3-2摆动盘的剖视图；

图4-1活齿架的主视图；

图4-2活齿架的剖视图；

图5-1输入盘、摆动盘与钢球的啮合原理图；

图5-2输入盘转θ度、摆动盘摆动α度与钢球的啮合原理图；

图6输入盘端面上的廓线；

图7摆动盘端面上的廓线为摆线曲线摆动60度的输入盘、摆动盘廓线；

图8-1摆动输出的曲线为无停留修正梯形曲线，摆动10度的输入盘、摆动盘廓线；

图8-2摆动输出的曲线为无停留修正梯形曲线，摆动30度的输入盘、摆动盘廓线；

图8-3摆动输出的曲线为无停留修正梯形曲线，摆动45度的输入盘、摆动盘廓线；

图8-4摆动输出的曲线为无停留修正梯形曲线，摆动60度的输入盘、摆动盘廓线；

图8-5摆动输出的曲线为无停留修正梯形曲线，摆动90度的输入盘、摆动盘廓线；

图8-6摆动输出的曲线为无停留修正梯形曲线，摆动120度的输入盘、摆动盘廓线；

图8-7摆动输出的曲线为无停留修正梯形曲线，摆动150度的输入盘、摆动盘廓线；

图8-8摆动输出的曲线为无停留修正梯形曲线，摆动180度的输入盘、摆动盘廓线；

图9输入盘、摆动盘与钢球的啮合原理图(实施方式2)；

图10输入盘、摆动盘与钢球的啮合原理图(实施方式3)；

图中：1、输入轴，2、输入轴轴承，3、左支撑轴承，4、输入盘，5、钢球，6、活齿架，7、右端盖，8、输出轴轴承，9、输出轴，10、摆动盘，11、右小端盖，12、右支撑轴承，13、左端盖，14、左小端盖，15、输入盘封闭槽，16、摆动盘封闭槽，17、活齿架径向槽

具体实施方式

实施方式1：

如图1～4所示，该机构的结构如下所述：主要由输入轴1、输入盘4、钢球5、活齿架6、摆动盘10、输出轴9等构件组成。输入轴1与输入盘4固联为一体构成激波器，输出轴9与摆动盘10固联为一体构成中心轮，钢球5安置在活齿架6周向均布的径向槽17中，并在输入盘4的封闭槽15、摆动盘10的封闭槽16的交错区域内运动，活齿架6和机架固联在一起。输入轴1和输出轴9通过输入轴轴承2和输出轴轴承8安装于左端盖13、右端盖7上，左端盖13、右端盖7内侧与活齿架6固联，外侧分别安装有左小端盖14、右小端盖11，把整个机架封闭为一体，从而实现输入轴与输出轴之间的运动和动力的传递。

该机构的工作原理：图5-1为初始状态的输入盘、摆动盘廓线位置。当输入轴1逆时针方向转动θ角时，如图5-2所示，输入盘封闭槽推动钢球在活齿架径向槽中由b向a运动。由于活齿架固联在机架上，钢球又与摆动盘封闭槽始终接触啮合，迫使钢球推动摆动盘顺时针摆动α角。钢球从输入盘封闭槽的波峰运动到波谷，即输入盘旋转45度，与此同时，钢球在摆动盘封闭槽中由d运动到c，完成一次摆动。输入轴继续逆时针方向旋转，推动钢球在活齿架径向槽中由a向b运动，此时摆动盘在钢球的推动下，向逆时针方向摆动。当钢球到达输入盘封闭槽的波峰时，即输入盘再次逆时针旋转45度，钢球在摆动盘封闭槽中由c运动到d，完成一次往复摆动。从而在两轴之间实现连续的整周旋转输入转化为往复的摆动输出运动。

这种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构的输入盘在面向活齿架的端面上具有单一连续对称的封闭槽曲线，如图6所示，封闭槽曲线可由齿廓方程S＝R+e cos nθ和其内、外等距线确定，式中，θ、S分别为齿廓曲线的极角和向径，R为基圆半径，e为偏心距，n为齿数，图6中齿数为4。

这种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构的摆动盘端面上有4段不连续的对称的封闭槽曲线，封闭槽曲线的形状主要取决于摆动盘的输出运动规律，根据《自动机械凸轮机构实用设计手册》(刘昌祺著，科学出版社，2013)，封闭槽曲线选择修正梯形曲线适用于加速度较小、传动平稳的摆动；修正等速曲线适用于凸轮机构的尺寸和压力角比较小的摆动；摆线曲线适用于加速度比较大的高速摆动；修正正弦曲线是最常用的标准曲线，曲线变化平滑，可实现平稳的摆动。以摆线曲线摆动输出60度为例，设基圆半径R＝50，偏心距e＝10，输入轴的角速度ω₀＝2，输入盘齿数n＝4，输入盘转过最大转角摆动盘最大摆角摆线曲线角位移方程为其中T为无量纲时间t₀为输入盘转过最大角所需要的时间通过时间t建立输入盘转角θ与摆动盘摆角α之间的联系，输入盘转角θ＝ω₀t、摆动盘摆角α＝S·ψ，由角度之间的几何关系得：

输入盘的廓线方程为：

摆动盘的廓线方程为：

通过软件作出输入盘、摆动盘廓线，如图7所示。

这种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构的摆动盘可实现输出180度以内任意角度的摆动。以《自动机械凸轮机构实用设计手册》(刘昌祺著，科学出版社，2013)中的无停留修正梯形曲线为摆动输出曲线，输出分别摆动10度、30度、45度、60度、90度、120度、150度、180度的输入盘、摆动盘廓线，如图8-1至8-8所示。

实施方式2：

本施方式与实施方式1的结构和传动原理基本相同，不同之处在于实施方式2的活齿架端面上有2个径向槽，每个径向槽对应一个钢球，并且输入盘端面上的封闭槽曲线发生了改变。如图9所示，两个钢球同时在径向槽中作往复运动，传递运动和动力。

实施方式3：

本施方式与实施方式1的结构和传动原理基本相同，不同之处在于实施方式3的活齿架端面上有3个径向槽，每个径向槽对应一个钢球，并且输入盘端面上的封闭槽曲线发生了改变。如图10所示，三个钢球同时在径向槽中作往复运动，传递运动和动力。

根据摆动盘运动规律，设计出摆动盘封闭槽形状，可以实现本发明的一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构。

Claims

1.一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构，包括输入轴(1)、输入盘(4)、钢球(5)、活齿架(6)、摆动盘(10)和输出轴(9)这些构件；输入轴(1)与输入盘(4)固联为一体构成激波器，输出轴(9)与摆动盘(10)固联为一体构成中心轮，钢球(5)安置在活齿架(6)周向均布的径向槽(18)中，并在输入盘(4)端面上封闭槽(15)、摆动盘(10)端面上封闭槽(16)内运动，活齿架(6)和机架固联在一起；输入轴(1)和输出轴(9)通过输入轴轴承(2)和输出轴轴承(8)安装于左端盖(13)、右端盖(7)上，左端盖(13)、右端盖(7)内侧与活齿架(6)固联，外侧分别安装有左小端盖(14)、右小端盖(11)，把整个机架封闭为一体；整个机构所有构件都沿回转中心对称分布；其特征在于：输入盘在面向活齿架的端面上具有单一连续对称的曲线封闭槽，封闭槽曲线由齿廓方程S＝R+ecosnθ和其内、外等距线确定，式中，θ、S分别为齿廓曲线的极角和向径，R为基圆半径，e为偏心距，n为齿数；摆动盘端面上根据摆动角度的不同，有2至4段或者更多段不连续的对称的封闭槽曲线，具有2至4段封闭槽曲线的摆动盘实现输出180度以内任意角度的摆动。

2.根据权利要求1所述的一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构，其特征在于：根据摆动输出运动规律要求，摆动盘端面上的封闭槽曲线选择修正梯形曲线、或修正等速曲线、或摆线曲线、或修正正弦曲线、或修正梯形摆线曲线。

3.根据权利要求1所述的一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构，其特征在于：活齿架端面上有4个径向槽，每个径向槽对应一个钢球。

4.根据权利要求1所述的一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构，其特征在于：活齿架端面上有3个径向槽，每个径向槽对应一个钢球。

5.根据权利要求1所述的一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构，其特征在于：活齿架端面上有2个径向槽，每个径向槽对应一个钢球。