CN105299168A - 齿轮组合传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种齿轮组合传动机构，其可包括输入轴和输出轴。特别地，该齿轮组合传动机构还包括：太阳轮，固定于输出轴；中间轴，与输出轴平行间隔地设置；行星轮，安装于中间轴，其与太阳轮啮合；和两个传动组件，配置成：将输入轴的旋转运动分别转换成中间轴的绕输出轴旋转的旋转运动和行星轮的绕中间轴旋转的旋转运动；且至少一个传动组件包括由两个相互啮合的非圆齿轮组成的非圆齿轮副，以使输出轴和输入轴之间的瞬时传动比按照一曲线变化。本发明的齿轮组合传动机构可使输出轴的传动方向、速度及往返幅度均可变化，可适应有往复及往返幅度以及快慢调节运动的机构要求及多种变化。

Description

齿轮组合传动机构

技术领域

本发明涉及机械传动机构，特别是涉及一种齿轮组合传动机构。

背景技术

目前组合圆齿轮传动机构主要是为改变输出轴与输入轴的传动比而设计的，这类机构的输出轴的运动方向及速度大小不能变化。而各种复杂的运动，如往复运动、非匀速运动等大多采用曲柄摇杆机构、凸轮机构、组合机构等来实现。虽然这类机构在应用方面取得了良好的成绩，但也存在传动效率低，运动平稳差，机构复杂等问题。而齿轮机构由于效率高、平稳性好、结构简单等特点一直是传动领域的最佳选择。

由各种调速电机驱动执行部件实现往复变速运动也是当前实际生产中可选方案，但一方面考虑到调速电机及其配套速度调节器(变频器或伺服驱动器)的投入成本和维修成本较大，对运动调节相对固定的场合，采用调速电机在投入和技术上均是一种浪费；另一方面受调速电机技术的限制，在大惯量、重载场合，调速电机还无法胜任大变化扭矩的快速响应。同时调速电机的速度调节器对环境状况要求较高,很多恶略工况下无法正常工作，而机械机构对环境的要求较低。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有的圆齿轮传动机构主要是为改变输出轴与输入轴的传动比、输出轴的方向及速度大小不能变化的缺陷，提供一种齿轮组合传动机构，其可在同样输入情况下，使输出轴的传动方向、速度及往返幅度均可变化，可适应有往复及往返幅度以及快慢调节运动的机构要求及多种变化。

为此，本发明提供了一种齿轮组合传动机构，其可包括输入轴和输出轴。特别地，该齿轮组合传动机构还包括：

太阳轮，固定于所述输出轴；

中间轴，与所述输出轴平行间隔地设置；

行星轮，安装于所述中间轴，其与所述太阳轮啮合；和

两个传动组件，配置成：将所述输入轴的旋转运动分别转换成所述中间轴的绕所述输出轴旋转的旋转运动和所述行星轮的绕所述中间轴旋转的旋转运动；且

至少一个所述传动组件包括由两个相互啮合的非圆齿轮组成的非圆齿轮副，以使所述输出轴和所述输入轴之间的瞬时传动比按照一曲线变化。

可选地，所述两个传动组件分别为第一传动组件和第二传动组件，其中，所述第一传动组件具有所述非圆齿轮副，且所述非圆齿轮副的一个非圆齿轮固定于所述输入轴；而且，所述第一传动组件还包括：

第一轴，与所述输入轴平行间隔地设置，并与所述输出轴处于同一直线上，且所述非圆齿轮副的另一个非圆齿轮固定于所述第一轴；和

系杆，其一端固定于所述第一轴，其另一端安装于所述中间轴。

进一步地，所述第二传动组件包括：

第一齿轮，固定于所述输入轴；

第二齿轮，可转动地安装于所述第一轴，且与所述第一齿轮啮合；

第三齿轮，可转动地安装于所述第一轴，且直接或间接地与所述第二齿轮固定连接；和

第四齿轮，直接或间接地与所述行星轮固定连接，且与所述行星轮同轴设置，并与所述第三齿轮啮合。

进一步地，所述第二传动组件还包括：套筒，套装于所述第一轴，且所述第二齿轮和所述第三齿轮固定于所述套筒的两端。

进一步地，所述中间轴枢接于所述系杆；且所述第四齿轮和所述行星轮固定于所述中间轴的两端。

可选地，所述两个传动组件分别为第一传动组件和第二传动组件，其中，所述第二传动组件具有所述非圆齿轮副；而且，所述第一传动组件包括：

第五齿轮，固定于所述输入轴；

第一轴，与所述输入轴平行间隔地设置，并与所述输出轴处于同一直线上；

第六齿轮，固定于所述第一轴，且与所述第五齿轮啮合；和

系杆，其一端固定于所述第一轴，其另一端安装于所述中间轴。

进一步地，所述非圆齿轮副的一个非圆齿轮固定于所述输入轴，所述非圆齿轮副的另一个非圆齿轮可转动地安装于所述第一轴，且所述第二传动组件还包括：

第三齿轮，可转动地安装于所述第一轴，且直接或间接地与所述第二非圆齿轮固定连接；和

第四齿轮，直接或间接地与所述行星轮固定连接，且与所述行星轮同轴设置，并与所述第三齿轮啮合。

进一步地，所述第二传动组件还包括：

第一齿轮，固定于所述输入轴；和

第二齿轮，可转动地安装于所述第一轴，且与所述第一齿轮啮合；且

所述非圆齿轮副的一个非圆齿轮可转动地安装于所述第一轴，并直接或间接地与所述第二齿轮固定连接；

所述非圆齿轮副的另一个非圆齿轮直接或间接地与所述行星轮固定连接，且与所述行星轮同轴设置。

可选地，所述非圆齿轮副的两个非圆齿轮均为一阶椭圆齿轮。

可选地，两个所述传动组件均包括一个所述非圆齿轮副。

本发明的齿轮组合传动机构因为具有非圆齿轮副，使输出轴和输入轴之间的瞬时传动比按照一曲线变化，可在同样输入情况下，使输出轴的传动方向、速度及往返幅度均可变化，可适应有往复及往返幅度以及快慢调节运动的机构要求及多种变化。

进一步地，本发明的齿轮组合传动机构也可在机构框架不变的情况下，仅改变非圆齿轮副的具体非圆齿轮形式，就可得到在不同的输出运动情况，极大的提高了机构的适用场合与范围，使本齿轮组合传动机构具有相当的柔性。

特别地，本发明提供了一种采用组合机构的技术路线，将非圆齿轮的定轴轮系与行星轮系连接起来，通过设计非圆齿轮节曲线实现两个轮系各自的传动比及它们的组合，以改变输出轴的运动速度、方向及幅度，从而实现满足要求的传动。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的齿轮组合传动机构的示意性结构图；

图2是根据本发明一个实施例的齿轮组合传动机构的输入轴和输出轴的旋转角速度之间的比值曲线；和

图3是根据本发明一个实施例的齿轮组合传动机构的输入轴和输出轴的旋转角角度之间的比值曲线。

具体实施方式

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

图1是根据本发明一个实施例的齿轮组合传动机构的示意性结构图。如图1所示，本发明实施例提供了一种齿轮组合传动机构，其可包括输入轴20和输出轴30。输入轴20可与旋转电机连接，输出轴30用于输出满足运动要求的运动。具体地，该齿轮组合传动机构还包括太阳轮31、中间轴40、行星轮41和两个传动组件。太阳轮31可固定于输出轴30。中间轴40可与输出轴30平行间隔地设置。行星轮41可安装于中间轴40，且与太阳轮31啮合。进一步地，两个传动组件可配置成：将输入轴20的旋转运动分别转换成中间轴40的绕输出轴30旋转的旋转运动和行星轮41的绕中间轴40旋转的旋转运动。特别地，至少一个传动组件包括由两个相互啮合的非圆齿轮组成的非圆齿轮副50，以使输入轴20和输出轴30的旋转角速度之间的比值按照一曲线变化，即使输出轴30和输入轴20之间的瞬时传动比按照一曲线变化。

在本发明的一些实施例中，两个传动组件分别为第一传动组件和第二传动组件，其中，第一传动组件具有非圆齿轮副50，且非圆齿轮副50的一个非圆齿轮固定于输入轴20。进一步地，第一传动组件还包括第一轴60和系杆70。第一轴60与输入轴20平行间隔地设置，并与输出轴30处于同一直线上。非圆齿轮副50的另一个非圆齿轮固定于第一轴60。系杆70一端固定于第一轴60，另一端安装于中间轴40。第二传动组件可包括四个齿轮，分别为第一齿轮81、第二齿轮82、第三齿轮83和第四齿轮84。第一齿轮81固定于输入轴20。第二齿轮82可转动地安装于第一轴60，且与第一齿轮81啮合。第三齿轮83可转动地安装于第一轴60，且直接或间接地与第二齿轮82固定连接。第四齿轮84与第三齿轮83啮合，可直接或间接地与行星轮41固定连接，且与行星轮41同轴设置。

在本发明的一些进一步的实施例中，第二传动组件还包括套筒85，套装于第一轴60，且第二齿轮82和第三齿轮83固定于套筒85的两端。中间轴40可枢接于系杆70；且第四齿轮84和行星轮41固定于中间轴40的两端。非圆齿轮副50的两个非圆齿轮均为一阶椭圆齿轮。第一齿轮81、第二齿轮82、第三齿轮83、太阳轮31和行星轮41均可为圆齿轮。

图2是根据本发明一个实施例的齿轮组合传动机构的输入轴20和输出轴30的旋转角速度之间的比值曲线。图3是根据本发明一个实施例的齿轮组合传动机构的输入轴20和输出轴30的旋转角角度之间的比值曲线。如图2和图3所示，本发明实施例的齿轮组合传动机构中，非圆齿轮副50的两个非圆齿轮、第一齿轮81、第二齿轮82、第三齿轮83、第四齿轮84、行星轮41和太阳轮31的角速度可分别为ω₁、ω₂、ω₃、ω₄、ω₅、ω₆、ω₇、ω₈。系杆70的角速度为ω_H。第三齿轮83、第四齿轮84、行星轮41和太阳轮31的齿数分别为z₅、z₆、z₇、z₈。i₁₂分别为非圆齿轮副50的瞬时传动比，i₃₄可为第一齿轮81和第二齿轮82之间的瞬时传动比，且为常数；在另一些实施方式中，若第一齿轮81、第二齿轮82也同时为非圆齿轮时，即第一传动组件和第二传动组件包括一个非圆齿轮副50，i₃₄可为变数。i₈₁可为输出轴30和输入轴20之间的瞬时传动比。足如下公式：

$\frac{{\mathrm{\ω}}_5-{\mathrm{\ω}}_H}{{\mathrm{\ω}}_8-{\mathrm{\ω}}_H}=\frac{z_6{z}_8}{z_5{z}_7}$

可令：并因ω₅＝ω₄＝ω₃/i₃₄和ω_H＝ω₂＝ω₁/i₁₂，且ω₁＝ω₃，则

${\mathrm{\ω}}_8=(\frac{1}{i_{34}{k}_g}+\frac{k_g-1}{i_{12}{k}_g}){\mathrm{\ω}}_1$

进一步地，则输出轴30与输入轴20得瞬时传动比i₈₁：

$i_{81}=\frac{1}{i_{34}{k}_g}+\frac{k_g-1}{i_{12}{k}_g}$

输出轴30的转角为：

根据上式可知，若i₈₁>0，1/i₃₄＞(1-k_g)/i₁₂，则输出与输入同向；若i₈₁<0，1/i₃₄＜(1-k_g)/i₁₂，则输出与输入反向；若i₈₁＝0，1/i₃₄＝(1-k_g)/i₁₂，则输出停转。

进一步地，在本发明实施例中，本发明实施例的齿轮组合传动机构中，非圆齿轮副50的两个非圆齿轮均为一阶椭圆齿轮。第一齿轮81、第二齿轮82、第三齿轮83、第四齿轮84、太阳轮31和行星轮41均可为圆齿轮。可为输入轴20的旋转角度，可为输出轴30的旋转角度。

则，由于i₃₄为常数，则可计算得到i₈₁。

进一步地，可取非圆齿轮副50的两个非圆齿轮为偏心率k1＝0.4的椭圆，i₃₄＝1，则在不同k_g下计算得到的运动规律如图2和图3所示，其部分数据见下表。

进一步地，以k_g＝0.25为例可说明，在输入轴20转动一周的情况下，输出轴30正向旋转了529.122°，然后反向旋转169.122°。即可实现往返行程不等的运动。图2和图3标号为1曲线是在k_g＝0.25的情况下取得的；图2和图3标号为1曲线是在k_g＝0.391的情况下取得的；图2和图3标号为1曲线是在k_g＝0.563的情况下取得的；图2和图3标号为1曲线是在k_g＝4的情况下取得的。

在本发明的另一些实施例中，第一传动组件可不包括非圆齿轮副50，第二传动组件包括非圆齿轮副50。具体地，第一传动组件包括：第五齿轮、第一轴60、第六齿轮和系杆70。第一轴60与输入轴20平行间隔地设置，并与输出轴30处于同一直线上。第五齿轮可固定于输入轴20。第六齿轮固定于第一轴60，且与第五齿轮啮合。系杆70的一端固定于第一轴60，其另一端安装于中间轴40。非圆齿轮副50的一个非圆齿轮可固定于输入轴20，非圆齿轮副50的另一个非圆齿轮可转动地安装于第一轴60。第二传动组件还可包括第三齿轮83和第四齿轮84。第三齿轮83可转动地安装于第一轴60，且直接或间接地与第二非圆齿轮固定连接。第四齿轮84直接或间接地与行星轮41固定连接，且与行星轮41同轴设置，并与第三齿轮83啮合。

在本发明的又一些实施例中，第一传动组件可不包括非圆齿轮副50，第二传动组件包括非圆齿轮副50。具体地，第一传动组件包括：第五齿轮、第一轴60、第六齿轮和系杆70。第一轴60与输入轴20平行间隔地设置，并与输出轴30处于同一直线上。第五齿轮可固定于输入轴20。第六齿轮固定于第一轴60，且与第五齿轮啮合。系杆70的一端固定于第一轴60，其另一端安装于中间轴40。第二传动组件还包括第一齿轮81和第二齿轮82。第一齿轮81可固定于输入轴20。第二齿轮82可转动地安装于第一轴60，且与第一齿轮81啮合。非圆齿轮副50的一个非圆齿轮可转动地安装于第一轴60，并直接或间接地与第二齿轮82固定连接。非圆齿轮副50的另一个非圆齿轮直接或间接地与行星轮41固定连接，且与行星轮41同轴设置。在本发明的一些实施例中，第一传动组件和第二传动组件包括一个非圆齿轮副50。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种齿轮组合传动机构，包括输入轴和输出轴，其特征在于，还包括：

太阳轮，固定于所述输出轴；

中间轴，与所述输出轴平行间隔地设置；

行星轮，安装于所述中间轴，其与所述太阳轮啮合；和

两个传动组件，配置成：将所述输入轴的旋转运动分别转换成所述中间轴的绕所述输出轴旋转的旋转运动和所述行星轮的绕所述中间轴旋转的旋转运动；且

至少一个所述传动组件包括由两个相互啮合的非圆齿轮组成的非圆齿轮副，以使所述输出轴和所述输入轴之间的瞬时传动比按照一曲线变化。

2.根据权利要求1所述的齿轮组合传动机构，其特征在于，所述两个传动组件分别为第一传动组件和第二传动组件，其中，所述第一传动组件具有所述非圆齿轮副，且所述非圆齿轮副的一个非圆齿轮固定于所述输入轴；而且，所述第一传动组件还包括：

第一轴，与所述输入轴平行间隔地设置，并与所述输出轴处于同一直线上，且所述非圆齿轮副的另一个非圆齿轮固定于所述第一轴；和

系杆，其一端固定于所述第一轴，其另一端安装于所述中间轴。

3.根据权利要求2所述的齿轮组合传动机构，其特征在于，所述第二传动组件包括：

第一齿轮，固定于所述输入轴；

第二齿轮，可转动地安装于所述第一轴，且与所述第一齿轮啮合；

第三齿轮，可转动地安装于所述第一轴，且直接或间接地与所述第二齿轮固定连接；和

第四齿轮，直接或间接地与所述行星轮固定连接，且与所述行星轮同轴设置，并与所述第三齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的齿轮组合传动机构，其特征在于，所述第二传动组件还包括：

套筒，套装于所述第一轴，且所述第二齿轮和所述第三齿轮固定于所述套筒的两端。

5.根据权利要求3所述的齿轮组合传动机构，其特征在于，所述中间轴枢接于所述系杆；且所述第四齿轮和所述行星轮固定于所述中间轴的两端。

6.根据权利要求1所述的齿轮组合传动机构，其特征在于，所述两个传动组件分别为第一传动组件和第二传动组件，其中，所述第二传动组件具有所述非圆齿轮副；而且，所述第一传动组件包括：

第五齿轮，固定于所述输入轴；

第一轴，与所述输入轴平行间隔地设置，并与所述输出轴处于同一直线上；

第六齿轮，固定于所述第一轴，且与所述第五齿轮啮合；和

系杆，其一端固定于所述第一轴，其另一端安装于所述中间轴。

7.根据权利要求6所述的齿轮组合传动机构，其特征在于，所述非圆齿轮副的一个非圆齿轮固定于所述输入轴，所述非圆齿轮副的另一个非圆齿轮可转动地安装于所述第一轴，且所述第二传动组件还包括：

第三齿轮，可转动地安装于所述第一轴，且直接或间接地与所述第二非圆齿轮固定连接；和

第四齿轮，直接或间接地与所述行星轮固定连接，且与所述行星轮同轴设置，并与所述第三齿轮啮合。

8.根据权利要求6所述的齿轮组合传动机构，其特征在于，所述第二传动组件还包括：

第一齿轮，固定于所述输入轴；和

第二齿轮，可转动地安装于所述第一轴，且与所述第一齿轮啮合；且

所述非圆齿轮副的一个非圆齿轮可转动地安装于所述第一轴，并直接或间接地与所述第二齿轮固定连接；

所述非圆齿轮副的另一个非圆齿轮直接或间接地与所述行星轮固定连接，且与所述行星轮同轴设置。

9.根据权利要求1所述的齿轮组合传动机构，其特征在于，所述非圆齿轮副的两个非圆齿轮均为一阶椭圆齿轮。

10.根据权利要求1所述的齿轮组合传动机构，其特征在于，两个所述传动组件均包括一个所述非圆齿轮副。