CN105546042A - 并联减变速一体化端面活齿机构 - Google Patents

Abstract

减变速一体化端面活齿机构，基座与左端盖连接，左端盖中部设通孔，左端盖中部的通孔处设轴承A，输入轴插接在轴承A中，输入轴与主动盘连接，主动盘上设梯形槽。基座与右端盖连接，右端盖中部设通孔，右端盖中部通孔内设轴承B，输出轴插接在轴承B中，输出轴与从动盘连接，从动盘上设梯形槽。在从动盘与主动盘梯形槽内设循环钢球。基座与活齿架相连，循环钢球沿导向槽移动。本发明不需减速机构，实现减速和变速的一体化传动，提高系统效率，缩小轴向传动空间，减速比和变速比可独立调整，具有灵活性。制造方便，钢球是标准件，主、从动盘齿槽可通过数控铣削获得，其齿形相对非圆齿轮简单许多，参与啮合的齿数多，刚度大，承载能力大，传动平稳。

Description

并联减变速一体化端面活齿机构

技术领域

本发明属于变速比传动领域，具体涉及一种变速比端面活齿传动机构。

背景技术

随着生产多样化，机械随之朝着复杂化方向发展，匀速传动已经不能满足复杂的传动要求。为了实现复杂的生产，非匀速传动在生产中所占的地位越来越重。

凸轮机构是众多变速机构中的一种，它虽然能够实现变速比传动，但是凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高，而且不适用于高速重载设备，因此应用受到很大的局限性；非圆齿轮结合了凸轮与齿轮的特点，能够实现两轴间精确的变速比规律，以实现非匀速连续传动，在提升设备性能和实现特殊功能方面展现出独特的技术优势，但是由于非圆齿轮的制造成本高，动态性能差，不利于高速重载设备的运行。因此设计具有大刚度和高承载能力的变速比传动机构对提升设备性能具有重要意义。

活齿机构是在行星齿轮基础上演化而成的一种高效高强度的传动机构，一般用作匀速传动。考虑到活齿机构啮合度大，承载力大，传动平稳，传动比大，制造工艺简单等优点，人们将活齿机构拓展到变速比传动领域。陈志同等人提出了将变速比传动简化成线性运动和正弦运动的叠加的非匀速活齿机构的设计方法，但是简化的传动函数不能完全满足实际生产中复杂多变的非匀速运动要求。刘大伟等人借鉴非圆齿轮理论，提出了非匀速推杆活齿机构，可实现多周期非圆齿轮的传动效果，但是此机构中零件众多且推杆约有一半周期不受力。另外还有一种单列活齿机构，它虽然能通过简单的结构实现减速和变速功能的集成传动但是使用时要与减速机构串联使用，不仅增加了机构的繁琐程度，降低了系统的效率，而且无法发挥出常规活齿机构大减速比的特点。其减速比受变速比的周期数控制，只能适应某些特殊的场合，而无法实现任意减速比和变速比的复合。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现任意减速和变速规律的复合传动，从而精简减速机构，缩短传动链，提高整个传动系统的效率和可靠性，实现集成化的并联减变速一体化端面活齿机构。

本发明主要包括基座、左端盖、轴承A、输入轴、主动盘、右端盖、轴承B、输出轴、从动盘、循环钢球和活齿架。其中，基座为两侧开口的轴向圆柱形筒体，基座与左端盖通过螺栓进行连接，在左端盖的中部设有通孔，左端盖中部的通孔处设有轴承A，输入轴插接在轴承A中，输入轴与主动盘通过键连接，主动盘上设有若干光滑且连续的梯形槽。基座与右端盖通过螺栓连接，在右端盖的中部设有通孔，右端盖中部的通孔内设有轴承B，输出轴插接在轴承B中，输出轴与从动盘通过键连接，从动盘上设有若干光滑且连续的梯形槽。在从动盘与主动盘的梯形槽内，设有循环钢球。从动盘与主动盘上的梯形槽的数量不同，从动盘与主动盘同轴，均为圆盘形结构。在基座的内部，基座与活齿架通过螺栓相连，循环钢球可沿活齿架的导向槽移动。

并联减变速一体化端面滚珠活齿机构，在以主动盘激波器回转中心为原点的极坐标系中，激波器的偏心圆齿廓曲线方程为

式中，R为激波器齿廓的半径；e为激波器齿廓的偏心距；r₁和分别为激波器齿廓在极坐标中的向径与极角；相应的，激波器齿廓外圈轮廓线曲线的直角坐标系方程为：

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为激波器齿廓在极坐标中的极角；

d为滚珠活齿的直径；

γ——滚珠、主动盘齿廓接触点与滚珠球心所成的夹角的1/2；

μ₁——主动盘上与活齿对应的激波器原始齿廓曲线某一点处的切线与向径之间的夹角，计算公式为

激波器齿廓外圈轮廓线曲线的直角坐标系方程为：

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为激波器齿廓在极坐标中的极角；

d为滚珠活齿的直径；

γ——滚珠、主动盘齿廓接触点与滚珠球心所成的夹角的1/2；

μ₁——主动盘上与活齿对应的激波器原始齿廓曲线某一点处的切线与向径之间的夹角，计算公式为

从动盘的原始齿廓向径与极角公式为：

式中，r₂、分别为从动盘原始齿廓的向径与极角；

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为激波器齿廓在极坐标中的极角；

i_j——减速比，计算公式为i_j＝z₂/z₁，其中z₁、z₂分别为激波器与从动盘的齿数，z₁＝1；

i——减变速比，计算公式为i＝i_j×i_b，ib代表变速比。

相应的，从动盘真实齿廓曲线直角坐标表达的内圈轮廓线为：

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为从动盘原始齿廓的极角；

d为滚珠活齿的直径；

γ——滚珠、主动盘齿廓接触点与滚珠球心所成的夹角的1/2；

μ₂——从动盘上与活齿对应的原始齿廓曲线某一点处的切线与向径之间的夹角，计算公式为

从动盘真实齿廓曲线直角坐标表达的外轮廓线为：

式中，d为滚珠活齿的直径；

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为从动盘原始齿廓的极角；

γ为滚珠、主动盘齿廓接触点与滚珠球心所成的夹角的1/2；

μ₂为从动盘上与活齿对应的原始齿廓曲线某一点处的切线与向径之间的夹角，计算公式为

减变速一体化滚动活齿机构的传动比i满足公式其中，i₁₂＝i_j×i_b，z₂为从动盘的齿数，为激波器齿廓在极坐标中的极角，i为减变速比。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)与变速比活齿机构相比，该机构不需减速机构，可实现任意减速和变速的一体化传动，不仅能够提高系统效率，缩小轴向传动空间，而且设计时减速比和变速比可独立调整，具有极大的灵活性。

(2)与非圆齿轮相比，该机构制造方便，钢球是标准件，主、从动盘齿槽可通过数控铣削获得，其齿形相对非圆齿轮简单许多，而且同时参与啮合的齿数多，刚度大，承载能力大，传动平稳。

附图说明

图1是圆齿轮与椭圆齿轮组成的减变速串联机构；

图2是减变速传动比曲线；

图3是激波器齿廓曲线；

图4是从动盘齿廓曲线；

图5是活齿布置示意图；

图6是活齿架开槽示意图；

图7是活齿机构组装示意图；

具体实施方式

图1为圆齿轮与椭圆齿轮组成的减变速串联机构，图2为该机构的传动比曲线，图3为激波器齿廓曲线，以实现该减变速串联机构的传动比为例，说明并联减变速一体化滚动活齿机构的具体方案。

图1中齿轮1、齿轮2为圆形齿轮，其减速比为8，齿轮3、齿轮4为椭圆齿轮，其变速比ε为椭圆齿轮的偏心率，取ε＝0.2，为非圆齿轮2的转角，m为变速比周期，此例取m＝3，则所实现的减变速传动比为：经计算得到i₁₄与齿轮1转角变化对应数据如表1所示，根据表1中的数据得到图2中的曲线。

表1传动比i₁₄的数据

在本实例中，活齿选用滚珠，其直径d＝16mm，个数t＝3。

激波器的齿廓曲线可根据公式求得，式中i＝1，2，3，R_i为激波器基圆半径，R₁＝50mm，R₂＝70mm，R₂＝90mm，e₁＝0.2R₁＝10mm，e₂＝0.2R₂＝14mm，e₃＝0.2R₃＝18mm，激波器齿廓在极坐标中的极角通过计算可以得到激波齿廓曲线上一些点的极坐标数据和r_i，如表2中所示，根据齿廓曲线的直角坐标数据就可以得到图3中的激波器齿廓曲线。

表2激波器原始齿廓曲线数据

根据与转角之间的关系可得与的对应数据如下表3所示：

表3与对应数据

上述数据代入从动盘原始齿廓曲线公式，因此从动盘齿廓的直角坐标如下表4所示，从而可得直角坐标系下的从动盘原始齿廓曲线。选用锥形铣刀，在盘面上铣槽宽度为6.6mm，在数控机床上编程铣削出从动盘的真实齿廓曲线。

表4从动盘原始齿廓的直角坐标

由于此传动比周期数为3，采用单线单齿并联，可以布置3个滚珠活齿，选用滚珠直径为d＝16mm，根据主、从动盘的瞬时半径与传动比相等的原则布置活齿，在零时刻将活齿布置在如图5所示。根据布齿规律，活齿架的3个槽开设也需要均布，如图6所示。相应地，每个齿槽对应一个活齿，而每个活齿对应一对主、从动齿廓曲线。

最后，并联活齿机构的总装图如图7所示，基座5为两侧开口的轴向圆柱形筒体，基座与左端盖通过螺栓进行连接，在左端盖6的中部设有通孔，左端盖中部的通孔处设有轴承A7，输入轴8插接在轴承A中，输入轴与主动盘9通过键连接，主动盘上设有光滑且连续的梯形槽。基座与右端盖10通过螺栓连接，在右端盖的中部设有通孔，右端盖中部的通孔内设有轴承B11，输出轴12插接在轴承B中，输出轴与从动盘13通过键连接，从动盘上设有光滑且连续的梯形槽。在从动盘与主动盘的梯形槽内，设有循环钢球14。从动盘与主动盘上的梯形槽的数量不同，从动盘与主动盘同轴，均为圆盘形结构。在基座的内部，基座与活齿架15通过螺栓相连，循环钢球可沿活齿架的导向槽移动。输入轴输入匀速转动，即可在输出轴上得到连续的周期性变化的如图2所示减变速比运动。

Claims (2)

1.并联减变速一体化端面活齿机构，主要包括基座、左端盖、轴承A、输入轴、主动盘、右端盖、轴承B、输出轴、从动盘、循环钢球和活齿架，其特征在于：基座为两侧开口的轴向圆柱形筒体，基座与左端盖通过螺栓进行连接，在左端盖的中部设有通孔，左端盖中部的通孔处设有轴承A，输入轴插接在轴承A中，输入轴与主动盘通过键连接，主动盘上设有光滑且连续的梯形槽，基座与右端盖通过螺栓连接，在右端盖的中部设有通孔，右端盖中部的通孔内设有轴承B，输出轴插接在轴承B中，输出轴与从动盘通过键连接，从动盘上设有光滑且连续的梯形槽，在从动盘与主动盘的梯形槽内，设有循环钢球，从动盘与主动盘上的梯形槽的数量不同，从动盘与主动盘同轴，均为圆盘形结构，在基座的内部，基座与活齿架通过螺栓相连，循环钢球可沿活齿架的导向槽移动。

2.并联减变速一体化端面活齿机构，其特征在于：并联减变速一体化端面滚珠活齿机构，在以主动盘激波器回转中心为原点的极坐标系中，激波器的偏心圆齿廓曲线方程为

式中，R为激波器齿廓的半径；e为激波器齿廓的偏心距；r₁和分别为激波器齿廓在极坐标中的向径与极角；相应的，激波器齿廓外圈轮廓线曲线的直角坐标系方程为：

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为激波器齿廓在极坐标中的极角；

d为滚珠活齿的直径；

γ——滚珠、主动盘齿廓接触点与滚珠球心所成的夹角的1/2；

μ₁——主动盘上与活齿对应的激波器原始齿廓曲线某一点处的切线与向径之间的夹角，计算公式为

激波器齿廓外圈轮廓线曲线的直角坐标系方程为：

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为激波器齿廓在极坐标中的极角；

d为滚珠活齿的直径；

γ——滚珠、主动盘齿廓接触点与滚珠球心所成的夹角的1/2；

μ₁——主动盘上与活齿对应的激波器原始齿廓曲线某一点处的切线与向径之间的夹角，计算公式为

从动盘的原始齿廓向径与极角公式为：

式中，r₂、分别为从动盘原始齿廓的向径与极角；

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为激波器齿廓在极坐标中的极角；

i_j——减速比，计算公式为i_j＝z₂/z₁，其中z₁、z₂分别为激波器与从动盘的齿数，z₁＝1；

i——减变速比，计算公式为i＝i_j×i_b，ib代表变速比；

相应的，从动盘真实齿廓曲线直角坐标表达的内圈轮廓线为：

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为从动盘原始齿廓的极角；

d为滚珠活齿的直径；

γ——滚珠、主动盘齿廓接触点与滚珠球心所成的夹角的1/2；

μ₂——从动盘上与活齿对应的原始齿廓曲线某一点处的切线与向径之间的夹角，计算公式为

从动盘真实齿廓曲线直角坐标表达的外轮廓线为：

式中，d为滚珠活齿的直径；

r₁为激波器齿廓在极坐标中的向径；

为从动盘原始齿廓的极角；

γ为滚珠、主动盘齿廓接触点与滚珠球心所成的夹角的1/2；

μ₂为从动盘上与活齿对应的原始齿廓曲线某一点处的切线与向径之间的夹角，计算公式为

减变速一体化滚动活齿机构的传动比i满足公式其中，i₁₂＝i_j×i_b，z₂为从动盘的齿数，为激波器齿廓在极坐标中的极角，i为减变速比。