CN105508536A - 一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构 - Google Patents

Abstract

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，属于机械领域。该机构包括输入轴、输入盘、内、外层钢球、活齿架、旋转盘、摆动盘、旋转轴、摆动轴、机架。输入轴与输入盘固连成一体组成激波器；活齿架固连在机架上，内、外层钢球分别均布在活齿架上沿周向分布的内、外层径向槽内，并时刻分别处于输入盘端面齿廓槽与旋转盘、摆动盘端面齿廓槽的交错区域；旋转盘、摆动盘分别与旋转轴和摆动轴固连。本发明实现单轴匀速输入，同时输出旋转和摆动两种运动，而且传动比、旋转轴的转向以及摆动轴的初始摆动方向、摆动角度、摆动规律、承载能力可以根据实际应用进行组合，达到了单一装置输出多种运动的目标，扩大了机构的应用范围。

Description

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构

技术领域

本发明涉及一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，属于机械传动技术领域。

背景技术

目前，单一机构输出的运动多为旋转运动或摆动运动等单一类型。随着纺织机械、印刷机械、农业机械以及自动化办公设备等性能不断提升，对运动类型的需求也变得越来越多样化，现有输出运动类型单一的设备逐渐不能满足现代化工业的需求。因此，设计一种能够同时输出承载能力强、传动比范围广的匀速运动及摆角范围大、传动精度高的摆动运动的机构显得尤为重要。

发明内容

本发明实现了一根输入轴匀速输入，同时输出匀速运动和摆动运动。

本发明所述的一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，该机构包括输入轴、输入盘、内、外层钢球、活齿架、旋转盘、摆动盘、旋转轴、摆动轴、机架。输入轴与输入盘固连成一体组成激波器；活齿架固连在机架上，内、外层钢球分别均布在活齿架上沿周向分布的内、外层径向槽内，并时刻分别处于输入盘端面齿廓槽与旋转盘、摆动盘端面齿廓槽的交错区域；旋转盘、摆动盘分别与旋转轴和摆动轴固连。输入盘齿廓槽随输入盘匀速转动，推动钢球沿活齿架径向槽作径向运动，旋转轴在钢球推动下作匀速运动而摆动盘在钢球的推动下作有规律的摆动运动。

活齿架的固定使得同时输出互不影响的匀速旋转运动和变速摆动运动成为可能。

该种单轴匀速输入、同时输出旋转运动和摆动运动的活齿凸轮机构的机架通过螺钉连接着左、右端盖，左侧小端盖、右侧内层小端盖、右侧外层小端盖则分别通过螺钉连接着左端盖、外层输出轴、右端盖，从而实现了整个机构封闭，达到了防尘密封的目的。

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构,其输入盘端面上的齿廓是光滑的且关于几何中心对称的，其内层齿廓的理论齿形为标准的椭圆方程；其外层齿廓的理论齿形方程为P＝R+ecos(nθ)，其中R为基圆半径，e为偏心距，n为齿数，θ为极角。齿数n≥2，依据承载能力选取。活齿架的理论齿形为直线。旋转盘端面齿廓的理论齿形为连续封闭曲线；摆动盘端面齿廓的理论齿形为多条连续非封闭曲线，曲线数量等于齿数。

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其摆动轴的摆动规律为简谐曲线、摆线曲线或无停留修正梯形曲线。

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其摆动轴的初始摆动方向与输入轴旋向相同或相反。

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其摆动轴的摆动角度范围大,在5°～270°范围内任意选择。

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其旋转轴能够实现高承载能力、大范围传动比的匀速输出。

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其旋转轴的转向与输入轴的转向一致或相反。

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其旋转轴的转速、转向以及摆动轴的初始摆动方向、摆动角度、摆动规律、承载能力根据实际应用进行组合，以满足实际需求。

一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其旋转轴及摆动轴的运动的启停具备同步性。

附图说明

图1一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构；

图2-1匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的初始啮合关系图(实施方式1)；

图2-2匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，在摆角由0°→45°变化的中间位置，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的啮合关系图；

图2-3匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，在摆角45°位置，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的啮合关系图；

图2-4匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，在摆角由45°→0°变化的中间位置，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的啮合关系图；

图2-5匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘的主视图；

图2-6匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，活齿架的主视图；

图2-7匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，旋转盘的主视图；

图2-8匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，摆动盘的主视图；

图3-1匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为无停留修正梯形曲线的情况下，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的初始啮合关系图(实施方式2)；

图3-2匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为无停留修正梯形曲线的情况下，输入盘的主视图；

图3-3匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为无停留修正梯形曲线的情况下，活齿架的主视图；

图3-4匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为无停留修正梯形曲线的情况下，旋转盘的主视图；

图3-5匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为无停留修正梯形曲线的情况下，摆动盘的主视图；

图4-1匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为30°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的初始啮合关系图(实施方式3)；

图4-2匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为30°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘的主视图；

图4-3匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为30°，摆动规律为简谐曲线的情况下，活齿架的主视图；

图4-4匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为30°，摆动规律为简谐曲线的情况下，旋转盘的主视图；

图4-5匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为30°，摆动规律为简谐曲线的情况下，摆动盘的主视图；

图5-1匀速输出机构的传动比i＝-8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的初始啮合关系图(实施方式4)；

图5-2匀速输出机构的传动比i＝-8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘的主视图；

图5-3匀速输出机构的传动比i＝-8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，活齿架的主视图；

图5-4匀速输出机构的传动比i＝-8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，旋转盘的主视图；

图5-5匀速输出机构的传动比i＝-8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，摆动盘的主视图；

图6-1匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为3，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的初始啮合关系图(实施方式5)；

图6-2匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为3，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘的主视图；

图6-3匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为3，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，活齿架的主视图；

图6-4匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为3，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，旋转盘的主视图；

图6-5匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为3，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，摆动盘的主视图；

图7-1匀速输出机构的传动比i＝7，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的初始啮合关系图(实施方式6)；

图7-2匀速输出机构的传动比i＝7，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘的主视图；

图7-3匀速输出机构的传动比i＝7，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，活齿架的主视图；

图7-4匀速输出机构的传动比i＝7，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，旋转盘的主视图；

图7-5匀速输出机构的传动比i＝7，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相同，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，摆动盘的主视图；

图8-1匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相反，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘、活齿架、钢球、旋转盘、摆动盘之间的初始啮合关系图(实施方式7)；

图8-2匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相反，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，输入盘的主视图；

图8-3匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相反，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，活齿架的主视图；

图8-4匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相反，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，旋转盘的主视图；

图8-5匀速输出机构的传动比i＝8，摆动轴的初始摆动方向与输入轴的转向相反，齿数为4，摆角为45°，摆动规律为简谐曲线的情况下，摆动盘的主视图；

图中：1、输入轴，2、左侧小端盖，3、左支撑轴承，4、左端盖，5、输入盘，5.1、输入盘内层齿廓槽，5.2、输入盘外层齿廓槽，6、内层钢球，7、外层钢球，8、活齿架，8.1、内层径向槽，8.2、外层径向槽，9、摆动盘，9.0、摆动盘齿廓槽，10、右端盖，11、旋转盘，11.0、旋转盘齿廓槽，12、右侧外层支撑轴承，13、外层普通平键，14、右侧内层小端盖，15、内层普通平键，16、旋转轴，17、摆动轴，18、右侧内层支撑轴承,19、右侧外层小端盖，20、右侧轴承，21、中间轴，22、左侧轴承。

具体实施方式

实施方式1：

如图1、图2-1～图2-8所示，该机构包括输入轴1、输入盘5、内层钢球6、外层钢球7、活齿架8、摆动盘9、旋转盘11、旋转轴16、摆动轴17。输入轴1与输入盘5固连成一体组成激波器；活齿架8固连在机架上，内层钢球6、外层钢球7均布在活齿架8上沿周向分布的径向槽内，并时刻分别处于输入盘5端面齿廓槽与旋转盘11端面齿廓槽的交错区域及输入盘5端面齿廓槽与摆动盘9端面齿廓槽的交错区域；旋转盘11、摆动盘9分别与设有平键的旋转轴16和摆动轴17固连。激波器通过中间轴21上左侧轴承22和左支撑轴承3支撑；旋转盘11由中间轴21上右侧轴承20及右侧内层支撑轴承18支撑；右侧内层支撑轴承18以及右侧外层支撑轴承12对摆动盘9起支撑作用。左支撑轴承3的左端盖4及右侧外层支撑轴承12的右端盖10皆通过螺钉连接在机架上，左侧小端盖2、右侧内层小端盖14、右侧外层小端盖19分别通过螺钉与左端盖4、摆动轴17、右端盖10连接。输入盘5的端面上分布着内、外两层封闭齿廓槽，分别对应着旋转盘11的端面上封闭齿廓槽及摆动盘9的端面上多条连续非封闭齿廓槽。

摆动输出传动原理：因为该摆动输出结构关于几何中心对称，啮合部位的传力原理相同，因此以图2-1中右侧外层钢球为例进行说明。图示为机构初始位形，外层钢球7处于活齿架8上的外层径向槽8.2一端的极限位置a处，当输入盘外层齿廓槽5.2随输入盘5逆时针转动时，推动分布于活齿架的外层径向槽8.2中的外层钢球7由a到b运动，由于活齿架8固定不动，同时外层钢球7也处于摆动盘齿廓槽9.0中，则外层钢球7推动摆动盘9逆时针转动，图2-2为摆动盘9逆时针转动未到达极限位置时的中间位形，如图2-3所示，当外层钢球7处于b点时，摆动盘9逆时针转动到达了极限位置，若此时输入盘继续逆时针转动，则外层钢球7在外层齿廓槽5.2的推动下以及活齿架8的限制作用下，由b到a运动，并且推动摆动盘9顺时针转动，顺时针转动的中间位形如图2-4所示，到达极限位置时的啮合位形与图2-1一致，如此往复，进而实现了摆动盘9(亦是摆动轴17)的摆动输出。

匀速输出传动原理：图2-1所示为匀速输出结构的初始位形，内层钢球6(序号1～14)时刻在输入盘内层齿廓槽5.1与旋转盘齿廓槽11.0的交错区域内运动，当输入盘内层齿廓槽5.1随输入盘5逆时针转动时，推动内层钢球6沿活齿架8的内层径向槽8.1作直线运动，内层钢球6在输入盘内层齿廓槽5.1的推动作用以及内层径向槽8.1的限制作用的共同作用下推动旋转盘逆时针匀速转动，实现了输入轴1与旋转轴16之间定传动比的转速变换和动力传递。

实施方式2：

本施方式与实施方式1在机构的传动原理方面相同，不同点在于实施方式2的摆动规律为无停留修正梯形曲线。构件的轮廓图如图3-2～图3-5所示。

实施方式3：

本施方式与实施方式1在机构的传动原理方面相同，不同点在于实施方式3的摆角为30°。构件的轮廓图如图4-2～图4-5所示。

实施方式4：

本施方式与实施方式1在机构的传动原理方面相同，不同点在于实施方式4的旋转轴的转向与输入轴相反。构件的轮廓图如图5-2～图5-5所示。

实施方式5：

本施方式与实施方式1在机构的传动原理方面相同，不同点在于实施方式5的齿数为3。构件的轮廓图如图6-2～图6-5所示。

实施方式6：

本施方式与实施方式1在机构的传动原理方面相同，不同点在于实施方式6的匀速输出机构的传动比i＝7。构件的轮廓图如图7-2～图7-5所示。

实施方式7：

本施方式与实施方式1在机构的传动原理方面相同，不同点在于实施方式7的摆动轴的初始摆动方向与输入轴相反。构件的轮廓图如图8-2～图8-5所示。

Claims (9)

1.一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其特征在于：该机构包括输入轴(1)、输入盘(5)、内层钢球(6)、外层钢球(7)、活齿架(8)、摆动盘(9)、旋转盘(11)、旋转轴(16)、摆动轴(17)。输入轴(1)与输入盘(5)固连成一体组成激波器；活齿架(8)固连在机架上，内层钢球(6)、外层钢球(7)均布在活齿架(8)上沿周向分布的径向槽内，并时刻分别处于输入盘(5)端面齿廓槽与旋转盘(11)端面齿廓槽的交错区域及输入盘(5)端面齿廓槽与摆动盘(9)端面齿廓槽的交错区域；旋转盘(11)、摆动盘(9)分别与设有平键的旋转轴(16)和摆动轴(17)固连。激波器通过中间轴(21)上左侧轴承(22)和左支撑轴承(3)支撑；旋转盘(11)由中间轴(21)上右侧轴承(20)及右侧内层支撑轴承(18)支撑；右侧内层支撑轴承(18)以及右侧外层支撑轴承(12)对摆动盘(9)起支撑作用。左支撑轴承(3)的左端盖(4)及右侧外层支撑轴承(12)的右端盖(10)皆通过螺钉连接在机架上，左侧小端盖(2)、右侧内层小端盖(14)、右侧外层小端盖(19)分别通过螺钉与左端盖(4)、摆动轴(17)、右端盖(10)连接。输入盘(5)的端面上分布着内、外两层封闭齿廓槽，分别对应着旋转盘(11)的端面上封闭齿廓槽及摆动盘(9)的端面上多条连续非封闭齿廓槽。

2.根据权利要求1所述的一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其特征在于单轴输入匀速运动，能够同时输出旋转运动与摆动运动。

3.根据权利要求1所述的一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其特征在于输入盘端面上的齿廓是光滑的且关于几何中心对称的，其内层齿廓的理论齿形为标准的椭圆方程；其外层齿廓的理论齿形方程为P＝R+ecos(nθ)，其中R为基圆半径，e为偏心距，n为齿数，θ为极角。齿数n≥2，依据承载能力选取。活齿架的理论齿形为直线。旋转盘端面齿廓的理论齿形为连续封闭曲线；摆动盘端面齿廓的理论齿形为多条连续非封闭曲线，曲线数量等于齿数。

4.根据权利要求1所述的一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其特征在于摆动轴的摆动规律为简谐曲线、摆线曲线、无停留修正梯形曲线，依据实际需求进行选取。

5.根据权利要求1所述的一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其特征在于摆动轴的初始摆动方向与输入轴相同或相反，根据实际应用进行选取。

6.根据权利要求1所述的一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其特征在于摆动轴的摆角范围大,在5°～270°范围内任意选择。

7.根据权利要求1所述的一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其特征在于能够实现高承载能力、大范围传动比的匀速输出，依据实际应用对传动比进行选取。

8.根据权利要求1所述的一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其特征在于旋转轴的转向与输入轴的转向一致或相反，依据实际应用进行选择。

9.根据权利要求4、5、6、7、8所述的一种单轴匀速输入同轴输出旋转与摆动运动的活齿凸轮机构，其特征在于该机构的传动比、旋转轴的转向以及摆动轴的初始摆动方向、摆动角度、摆动规律、承载能力根据实际应用进行组合，以满足实际需求。