CN106737134B - 一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构 - Google Patents

一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，包括上抛光盘、下抛光盘、安装座、支撑座和转动轴，所述上抛光盘固定在转动轴的一端，转动轴支撑在支撑座上，所述下抛光盘安装在上抛光盘下方的安装座内；还包括第一行星轮系、第二行星轮系、万向轴节和驱动电机；本发明结构简单紧凑，生产成本低，可以从研磨加工运动学原理上解决了加工轨迹线循环闭合的科学问题，在加工精度上相比传统的有理转速的驱动装置有很大的提高；同时可以实现上抛光盘转动时不同倍数的无理数，极大提高了本装置的适用范围。

Description

一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构
技术领域
本发明涉及平面抛光技术领域，更具体的说，尤其涉及一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，主要应用于电子、通信、计算机、激光、航空航天等技术领域。
背景技术
研磨加工已经成为高精密机械、航空航天、光电信息等领域不可或缺的一种精密加工方式，随着产品的不断升级，这些领域对工件表面加工精度和表面质量的要求也愈来愈高。
平面研磨加工须确保平面度、表面粗糙度、表层及亚表层位错形态和残余应力等，研磨加工已经成为后续抛光和特种加工获取超光滑表面的必备工序，而抛光加工主要用于降低工件表面粗糙度，但是抛光时间过长会容易导致平面度降低、抛光表面形成波纹等缺陷，小于100um厚度的超薄晶片对时间要求更高，否则容易出现碎片现象。所以解决这些难题的重要手段是不断提高研磨加工后晶片表面形状精度，直至达到抛光前的技术要求。如何实现高效率、高精度控形的平面研磨加工是当前的主要技术瓶颈。
随着晶体衬底尺寸的增大，研磨均匀性的控制变得越来越困难，研磨轨迹的均匀性已经成为研究的热点。因此，平面研磨加工运动学方法的创新，对获取高精度、超光滑的工件表面具有非常重要的理论意义和科学价值。
公开号为CN105773403A的中国发明专利公开了一种具有无理转速比的研磨抛光机驱动装置，通过驱动装置带动抛光盘无理数转动，在加工精度上相比传统的有理转速的驱动装置有着很大的提高。但是，该装置的局限性较大，无法在普通的平面研磨装置上实现研磨盘转动的无理数。
发明内容
本发明的目的在于克服传统的研磨抛光机在加工工件时由于磨粒在工件上的研磨轨迹重复而导致表面粗糙度下降、抛光表面形成波纹以及橘皮等缺陷不足，提供了一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，在加工精度上相比传统的有理转速的驱动装置有着很大的提高。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，包括上抛光盘、下抛光盘、安装座、支撑座和转动轴，所述上抛光盘固定在转动轴的一端，转动轴支撑在支撑座上，所述下抛光盘安装在上抛光盘下方的安装座内；还包括第一行星轮系、第二行星轮系、万向轴节和驱动电机，所述驱动电机固定不动，驱动电机通过万向轴节连接第一行星轮系并带动第一行星轮系的运动，所述第一行星轮系与第二行星轮系串联连接，所述第二行星轮系连接所述转动轴的顶端；
所述第一行星轮系包括输入直齿锥齿轮、直齿锥齿轮机架和行星架，所述直齿锥齿轮机架固定不动，输入直齿锥齿轮与直齿锥齿轮机架相啮合，输入直齿锥齿轮通过万向轴节连接驱动电机，驱动电机通过万向轴节带动输入直齿锥齿轮转动时带动输入直齿锥齿轮绕直齿锥齿轮机架转动；所述行星架的一端与输入直齿锥齿轮的中心轴固定连接；
所述第二行星轮系包括圆柱直齿行星齿轮、圆柱直齿齿轮机架和圆柱直齿输出齿轮，所述圆柱直齿齿轮机架固定在支撑座上，圆柱直齿输出齿轮设置在圆柱直齿齿轮机架内部，圆柱直齿行星齿轮同时与圆柱直齿齿轮机架的内齿和圆柱直齿输出齿轮的外齿啮合，圆柱直齿输出齿轮与转动轴的另一端固定连接，圆柱直齿行星齿轮转动时绕圆柱直齿齿轮机架的内圈转动并带动圆柱直齿输出齿轮转动；所述行星架的另一端与圆柱直齿行星齿轮的中心轴固定连接；
所述驱动电机、直齿锥齿轮机架、圆柱直齿齿轮机架、圆柱直齿输出齿轮、转动轴和上抛光盘的轴心线都在同一条直线上。
进一步的，所述行星架包括依次连接的第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆，所述第二连接杆的轴心线与直齿锥齿轮机架的轴心线在同一条直线上，所述第一连接杆的一端连接输入直齿锥齿轮的中心轴，所述第四连接杆的一端连接圆柱直齿行星齿轮的中心轴。
进一步的，所述第一连接杆和第三连接杆均垂直于所述第二连接杆设置，所述第一连接杆和第三连接杆相互平行。
进一步的，所述第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆的轴心线在同一平面上。
进一步的，更换不同的行星架，使第一连接杆的长度不同，进而改变直齿锥齿轮机架的轴心线与驱动电机的轴心线的夹角，能够实现上抛光盘转动时不同倍数的无理数。
进一步的，更换输入直齿锥齿轮、直齿锥齿轮机架、圆柱直齿行星齿轮、圆柱直齿齿轮机架和圆柱直齿输出齿轮中任意一个齿轮的齿数，能够实现上抛光盘转动时不同倍数的无理数。
进一步的，所述驱动电机、转动轴和第二连接杆均竖直设置。
本发明的有益效果在于：本发明结构简单紧凑，生产成本低，可以从研磨加工运动学原理上解决了加工轨迹线循环闭合的科学问题，在加工精度上相比传统的有理转速的驱动装置有很大的提高；同时可以实现上抛光盘转动时不同倍数的无理数，极大提高了本装置的适用范围。
附图说明
图1是本发明一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构的轴测图。
图2是本发明一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构的斜轴测图。
图3是本发明驱动电机和第一行星轮系与第二行星轮系的连接示意图。
图4是本发明第一行星轮系与第二行星轮系的结构简图。
图5是本发明的角速度示意图。
图中，1-圆柱直齿行星齿轮、2-圆柱直齿齿轮机架、3-圆柱直齿输出齿轮、4-直齿锥齿轮机架、5-驱动电机、6-万向轴节、7-输入直齿锥齿轮、8-行星架、9-转动轴、10-上抛光盘、11-下抛光盘、12-支撑座、13-安装座、14-第四连接杆、15-第三连接杆、16-第二连接杆、17-第一连接杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～3所示，一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，包括上抛光盘10、下抛光盘11、安装座13、支撑座12和转动轴9，所述上抛光盘10固定在转动轴9的一端，转动轴9支撑在支撑座12上，所述下抛光盘11安装在上抛光盘10下方的安装座13内；还包括第一行星轮系、第二行星轮系、万向轴节6和驱动电机5，所述驱动电机5固定不动，驱动电机5通过万向轴节6连接第一行星轮系并带动第一行星轮系的运动，所述第一行星轮系与第二行星轮系串联连接，所述第二行星轮系连接所述转动轴9的顶端。
所述第一行星轮系包括输入直齿锥齿轮7、直齿锥齿轮机架4和行星架8，所述直齿锥齿轮机架4固定不动，输入直齿锥齿轮7与直齿锥齿轮机架4相啮合，输入直齿锥齿轮7通过万向轴节6连接驱动电机5，驱动电机5通过万向轴节6带动输入直齿锥齿轮7转动时带动输入直齿锥齿轮7绕直齿锥齿轮机架4转动；所述行星架8的一端与输入直齿锥齿轮7的中心轴固定连接。
所述第二行星轮系包括圆柱直齿行星齿轮1、圆柱直齿齿轮机架2和圆柱直齿输出齿轮3，所述圆柱直齿齿轮机架2固定在支撑座12上，圆柱直齿输出齿轮3设置在圆柱直齿齿轮机架2内部，圆柱直齿行星齿轮1同时与圆柱直齿齿轮机架2的内齿和圆柱直齿输出齿轮3的外齿啮合，圆柱直齿输出齿轮3与转动轴9的另一端固定连接，圆柱直齿行星齿轮1转动时绕圆柱直齿齿轮机架2的内圈转动并带动圆柱直齿输出齿轮3转动；所述行星架8的另一端与圆柱直齿行星齿轮1的中心轴固定连接。
所述驱动电机5、直齿锥齿轮机架4、圆柱直齿齿轮机架2、圆柱直齿输出齿轮3、转动轴9和上抛光盘10的轴心线都在同一条直线上。
所述行星架8包括依次连接的第一连接杆17、第二连接杆16、第三连接杆15和第四连接杆14，所述第二连接杆16的轴心线与直齿锥齿轮机架4的轴心线在同一条直线上，所述第一连接杆17的一端连接输入直齿锥齿轮7的中心轴，所述第四连接杆14的一端连接圆柱直齿行星齿轮1的中心轴。
所述第一连接杆17和第三连接杆15均垂直于所述第二连接杆16设置，所述第一连接杆17和第三连接杆15相互平行。
所述第一连接杆17、第二连接杆16、第三连接杆15和第四连接杆14的轴心线在同一平面上。
更换不同的行星架8，使第一连接杆17的长度不同，进而改变直齿锥齿轮机架4的轴心线与驱动电机5的轴心线的夹角，能够实现上抛光盘10转动时不同倍数的无理数。
更换输入直齿锥齿轮7、直齿锥齿轮机架4、圆柱直齿行星齿轮1、圆柱直齿齿轮机架2和圆柱直齿输出齿轮3中任意一个齿轮的齿数，能够实现上抛光盘10转动时不同倍数的无理数。
所述驱动电机5、转动轴9和第二连接杆16均竖直设置。
如图4和图5所示，将一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构简化成机械简图和角速度多边形图，可经过严谨计算得出：
式中，圆柱直齿输出齿轮3、圆柱直齿齿轮机架2、圆柱直齿行星齿轮1、输入直齿锥齿轮7和直齿锥齿轮机架4的齿数分别为：z1＝30，z2＝80，z3＝20，z4＝z7＝30，输入直齿锥齿轮7和直齿锥齿轮机架4的中心线所形成的轴角Σ＝600，输入转速为n7，输出转速为n3。
将数据代入上式得到：该数值为无理数。
应该说明的是，可以通过改变轴角Σ来改变无理数转速比，一个周期内只有有限个时间点时转速比才为有理数，因此可以认为输出的转速为无理数。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (7)

1.一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，包括上抛光盘(10)、下抛光盘(11)、安装座(13)、支撑座(12)和转动轴(9)，所述上抛光盘(10)固定在转动轴(9)的一端，转动轴(9)支撑在支撑座(12)上，所述下抛光盘(11)安装在上抛光盘(10)下方的安装座(13)内；其特征在于：还包括第一行星轮系、第二行星轮系、万向轴节(6)和驱动电机(5)，所述驱动电机(5)固定不动，驱动电机(5)通过万向轴节(6)连接第一行星轮系并带动第一行星轮系的运动，所述第一行星轮系与第二行星轮系串联连接，所述第二行星轮系连接所述转动轴(9)的顶端；
所述第一行星轮系包括输入直齿锥齿轮(7)、直齿锥齿轮机架(4)和行星架(8)，所述直齿锥齿轮机架(4)固定不动，输入直齿锥齿轮(7)与直齿锥齿轮机架(4)相啮合，输入直齿锥齿轮(7)通过万向轴节(6)连接驱动电机(5)，驱动电机(5)通过万向轴节(6)带动输入直齿锥齿轮(7)转动时带动输入直齿锥齿轮(7)绕直齿锥齿轮机架(4)转动；所述行星架(8)的一端与输入直齿锥齿轮(7)的中心轴固定连接；
所述第二行星轮系包括圆柱直齿行星齿轮(1)、圆柱直齿齿轮机架(2)和圆柱直齿输出齿轮(3)，所述圆柱直齿齿轮机架(2)固定在支撑座(12)上，圆柱直齿输出齿轮(3)设置在圆柱直齿齿轮机架(2)内部，圆柱直齿行星齿轮(1)同时与圆柱直齿齿轮机架(2)的内齿和圆柱直齿输出齿轮(3)的外齿啮合，圆柱直齿输出齿轮(3)与转动轴(9)的另一端固定连接，圆柱直齿行星齿轮(1)转动时绕圆柱直齿齿轮机架(2)的内圈转动并带动圆柱直齿输出齿轮(3)转动；所述行星架(8)的另一端与圆柱直齿行星齿轮(1)的中心轴固定连接；所述驱动电机(5)、直齿锥齿轮机架(4)、圆柱直齿齿轮机架(2)、圆柱直齿输出齿轮(3)、转动轴(9)和上抛光盘(10)的轴心线都在同一条直线上。
2.根据权利要求1所述的一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，其特征在于：所述行星架(8)包括依次连接的第一连接杆(17)、第二连接杆(16)、第三连接杆(15)和第四连接杆(14)，所述第二连接杆(16)的轴心线与直齿锥齿轮机架(4)的轴心线在同一条直线上，所述第一连接杆(17)的一端连接输入直齿锥齿轮(7)的中心轴，所述第四连接杆(14)的一端连接圆柱直齿行星齿轮(1)的中心轴。
3.根据权利要求2所述的一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，其特征在于：所述第一连接杆(17)和第三连接杆(15)均垂直于所述第二连接杆(16)设置，所述第一连接杆(17)和第三连接杆(15)相互平行。
4.根据权利要求2所述的一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，其特征在于：所述第一连接杆(17)、第二连接杆(16)、第三连接杆(15)和第四连接杆(14)的轴心线在同一平面上。
5.根据权利要求2所述的一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，其特征在于：更换不同的行星架(8)，使第一连接杆(17)的长度不同，进而改变直齿锥齿轮机架(4)的轴心线与驱动电机(5)的轴心线的夹角，能够实现上抛光盘(10)转动时不同倍数的无理数。
6.根据权利要求1所述的一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，其特征在于：更换输入直齿锥齿轮(7)、直齿锥齿轮机架(4)、圆柱直齿行星齿轮(1)、圆柱直齿齿轮机架(2)和圆柱直齿输出齿轮(3)中任意一个齿轮的齿数，能够实现上抛光盘(10)转动时不同倍数的无理数。
7.根据权利要求2所述的一种能够实现上抛光盘无理数转动的机构，其特征在于：所述驱动电机(5)、转动轴(9)和第二连接杆(16)均竖直设置。
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