CN108895124A - 一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构。曲柄滑块式绿篱机加速度波动大，输入端小齿轮易损坏。本发明经第一齿轮与第二齿轮啮合将动力传给第三齿轮；第四齿轮、第三齿轮和下齿圈组成行星轮系减速机构将动力传给第五齿轮；第五齿轮与上齿圈啮合；第五齿轮端面上的第二销轴中心轴线在第五齿轮端面上的投影为第五齿轮分度圆上的点；刀片尾部与第二销轴固定；第五齿轮在上齿圈上滚动的同时带动刀片沿着上齿圈的直径方向做往复直线运动，实现对园林的修剪。本发明刀片不产生侧向力，第二销轴不易折断，从而允许提高切割速度，提高工作效率；齿数最少的第三齿轮相比于传统采用的小齿轮有更多的齿数，加速度变化更加平稳。

Description

一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构

技术领域

本发明属于园林机械领域，具体涉及一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构。

背景技术

绿篱机是一种常见的园林机械，适用于茶叶修剪，以及公园、庭院、路旁树篱等园林绿化的专业修剪，主要由外壳、手柄、驱动装置、传动机构和剪切机构几个部分构成。其中，驱动装置通过传动机构与剪切机构连接，从而将驱动装置输出的动力传递给剪切机构，进而使得剪切机构的刀片进行往复直线式运动，实现对园林的修剪功能。

传统绿篱机采用大减速比单级齿轮减速机构，减速比为6-10。在绿篱机工作过程中，由于齿轮箱需要人工手持，所以这必然要求齿轮箱的小型化和轻量化，为了保证减速比，只能使用尺寸很小且齿数很少的小齿轮，但是小齿轮转速高、受力大，因此发生损坏的几率较高。即便通过齿轮材料和加工工艺的保障来提高小齿轮的耐用性，由于小齿轮的工作环境恶劣，仍然存在较高的损坏率。

传统绿篱机在输出端方面，在大齿轮的一侧上设置有偏心轮，连杆的输入端与该偏心轮进行滑动配合，当大齿轮旋转时就会带动连杆的输入端在偏心轮上转动，连杆的输出端与剪切机构的刀片通过销轴连接，该连杆与大齿轮之间实际上构成了一个以大齿轮作为曲柄的曲柄滑块机构，从而将曲柄的旋转通过连杆转变为刀片的往复直线运动。由于剪切往复运动频率一般为1500-1900次/分，运动频率高，传统绿篱机上采用的曲柄滑块机构在高速往复运动状态下的加速度变化较大，从而随之产生的振动噪声较大，加剧了刀片往复运动的不稳定性，不利于人工手持操作。

综合以上提出的传统绿篱机的两个缺点，进而带来了如下需求：在保证绿篱机工作效率(即保证剪切力和刀片的往复运动频率)和齿轮箱尺寸大致不变的前提下，不仅要使得输入端小齿轮的尺寸和齿数得到一定的增大而且还需保证剪切机构具有相对较小的加速度波动，从而具有较好的运动平稳性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，具有运动平稳，噪声小，损坏率低等特点。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括传动机构组件、剪切机构组件、第一壳体和第二壳体。第二壳体呈筒状，固定在第一壳体顶面；第一壳体与第二壳体的内腔连通。

所述的传动机构组件包括第一轴承、第二轴承、第三轴承、滚针轴承、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一传动轴、第二传动轴、行星架底座、第一销轴和下齿圈；所述的第一传动轴通过第一轴承和第二轴承支承在第一壳体上；第一传动轴与第一齿轮过盈配合；第一齿轮与第二齿轮啮合；第二传动轴的一端与第二齿轮过盈配合，另一端与第三齿轮过盈配合；第二传动轴通过第三轴承支承在行星架底座上；行星架底座的花键与第二壳体内的花键槽连接；第四齿轮同时与第三齿轮和下齿圈啮合；第一销轴中部与第四齿轮过盈配合，底端与滚针轴承的内圈过盈配合；滚针轴承的外圈与行星架底座开设的圆形轨道构成滚动磨擦副；下齿圈的花键与第二壳体内的花键槽连接。

所述的剪切机构组件包括第五齿轮、上齿圈、第二销轴和刀片。所述的第五齿轮与第一销轴顶端过盈配合，并与上齿圈啮合，上齿圈的花键与第二壳体内的花键槽连接；第五齿轮的端面上设有一体成型的第二销轴，第二销轴的中心轴线在第五齿轮端面上的投影为第五齿轮分度圆上的点；第五齿轮的分度圆直径等于上齿圈的分度圆半径；所述的刀片尾部嵌入第二壳体侧壁顶部开设的槽口内，并与第二销轴固定。

所述的第一传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第一轴承和第二轴承均设置在第一壳体内；第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、上齿圈、行星架底座、第一销轴和下齿圈均设置在第二壳体内；第二传动轴的底端设置在第一壳体内，顶端设置在第二壳体内。

所述的第三轴承采用角接触球轴承。

所述的上齿圈、下齿圈及行星架底座的花键大小、形状完全一致，且花键的各个键齿周向位置一一对齐。

所述的第一壳体侧面与第一壳盖通过螺栓连接；第二壳体顶面与第二壳盖通过螺栓连接。

所述第三齿轮的上平面、第四齿轮的上平面和下齿圈的上平面均平齐，第三齿轮齿宽为5mm，第四齿轮齿宽为5mm，下齿圈的齿宽为8mm，第四齿轮的下平面与下齿圈的下平面有3mm的距离；第二壳体的上平面比上齿圈的上平面高出3mm；第五齿轮的齿宽为5mm，上齿圈的齿宽为9mm，并且第五齿轮的上平面比上齿圈的上平面高1-2mm。

所述第一齿轮和第二齿轮的减速比为1.2，行星轮系减速机构的减速比为5.1。

所述的第一齿轮设有十五个齿，第二齿轮设有十八个齿，第三齿轮加工有九个齿，第四齿轮设有十四个齿，下齿圈设有三十七个齿，第五齿轮加工有二十三个齿，上齿圈加工有四十六个齿。

本发明的有益效果是：

1、相比于传统采用的曲柄滑块机构实现刀片往复运动而言，本发明采用行星齿轮机构实现刀片的往复直线运动，刀片不产生侧向力(与刀片平移方向垂直的力)，第二销轴不易折断，从而允许提高切割速度，提高工作效率。机构结构紧凑。

2、本发明中的第三齿轮相比于传统采用的小齿轮有更多的齿数，从而有更高的强度，可以降低小齿轮的损坏率，增长使用寿命。

3、行星齿轮机构相比于传统采用的曲柄滑块机构而言，在保证刀片行程和转速一致的前提下，行星齿轮机构的加速度变化更加平稳，加速度波动更小，从而行星齿轮机构工作时产生的振动更小，噪声更小，有助于人工手持作业，对人体的危害小。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图。

图2为本发明去除第一壳体、第二壳体、第一壳盖、第二壳盖和刀片后的侧视立体图。

图3为本发明去除第一壳体、第二壳体、第一壳盖、第二壳盖、刀片、上齿圈及下齿圈后的侧视立体图。

图4为本发明的爆炸视图。

图5为本发明的刀片与传统采用的曲柄滑块机构的刀片位移随曲柄转角变化的曲线对比图。

图6为本发明的刀片与传统采用的曲柄滑块机构的刀片加速度随曲柄转角变化的曲线对比图。

具体实施方式

以下结合附图所示对本发明作进一步说明。

如图1、2和4所示，一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，包括传动机构组件、剪切机构组件、第一壳体1和第二壳体9。第二壳体9呈筒状，固定在第一壳体1顶面。

如图2、3和4所示，传动机构组件包括第一轴承5、第二轴承6、第三轴承11、滚针轴承12、第一齿轮7、第二齿轮8、第三齿轮13、第四齿轮14、第一传动轴3、第二传动轴4、行星架底座18、第一销轴19和下齿圈17；第一传动轴3、第一齿轮7、第二齿轮8、第一轴承5和第二轴承6均设置在第一壳体1内；第三齿轮13、第四齿轮14、第五齿轮15、上齿圈16、行星架底座18、第一销轴19和下齿圈17均设置在第二壳体9内；第二传动轴4的底端设置在第一壳体1内，顶端设置在第二壳体9内；第一传动轴3通过第一轴承5和第二轴承6支承在第一壳体1上。第一传动轴3通过第一轴承5和第二轴承6支承在第一壳体1上。第一传动轴3的一端由驱动装置驱动(本实施例中为小型汽油机的输出轴与第一传动轴3通过联轴器连接)，另一端与第一齿轮7(锥齿轮)过盈配合，第一齿轮7设有十五个齿，第一齿轮7与第二齿轮8(锥齿轮)啮合，第二齿轮8设有十八个齿，第二传动轴4的一端与第二齿轮8过盈配合，另一端与第三齿轮13过盈配合，第三齿轮13加工有九个齿；第二传动轴4通过第三轴承11支承在行星架底座18上；第三轴承11采用角接触球轴承，可以承受一定的轴向力；行星架底座18的花键与第二壳体9内的花键槽连接；第三齿轮13、第四齿轮14和下齿圈17组成行星轮系减速机构，第四齿轮14同时与第三齿轮13和下齿圈17啮合；第四齿轮14设有十四个齿，下齿圈17设有三十七个齿，行星轮系减速机构的减速比为5.1，第三齿轮13的上平面、第四齿轮14的上平面和下齿圈17的上平面均平齐，第三齿轮13齿宽为5mm，第四齿轮14齿宽为5mm，下齿圈17的齿宽为8mm，第四齿轮14的下平面与下齿圈17的下平面有3mm的距离。第一销轴19中部与第四齿轮14过盈配合，底端与滚针轴承12的内圈过盈配合；滚针轴承12的外圈与行星架底座18开设的深度为6mm的圆形轨道构成滚动磨擦副；下齿圈17的花键与第二壳体9内的花键槽连接。

如图2、3和4所示，剪切机构组件包括第五齿轮15、上齿圈16、第二销轴20和刀片21。第五齿轮15与第一销轴19顶端过盈配合，并与上齿圈16啮合，上齿圈16的花键与第二壳体9内的花键槽连接；第二壳体9的上平面比上齿圈16的上平面高出3mm；第五齿轮15加工有二十三个齿，上齿圈16加工有四十六个齿；第五齿轮15的端面上设有一体成型的第二销轴20，第二销轴20的中心轴线在第五齿轮15端面上的投影为第五齿轮15分度圆上的点；第五齿轮15的分度圆直径等于上齿圈16的分度圆半径，从而当第五齿轮15沿上齿圈16滚动时，第五齿轮15上的第二销轴20运动轨迹是一条过上齿圈16旋转中心的直线，即第二销轴20沿上齿圈16的直径方向作往复直线运动；刀片21尾部嵌入第二壳体9侧壁顶部开设的槽口内，并与第二销轴20固定；第二销轴20带动刀片21作往复直线运动。第五齿轮15的齿宽为5mm，上齿圈16的齿宽为9mm，并且第五齿轮15的上平面比上齿圈16的上平面高1-2mm，从而可以避免刀片21在上齿圈16上的摩擦。

如图1和4所示，上齿圈16、下齿圈17和行星架底座18的花键大小、形状完全一致，且花键的各个键齿周向位置一一对齐。第一壳盖2与第一壳体1侧面通过螺栓连接，第一壳盖2的设置方便第一传动轴3、第二传动轴4、第一齿轮7和第二齿轮8的拆装。第二壳盖10与第二壳体9顶面通过螺栓连接，第二壳盖10的设置在防尘的同时方便第三齿轮13、第四齿轮14、第五齿轮15、上齿圈16、行星架底座18、第一销轴19和下齿圈17的拆装。

该行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构的主要参数如下：

总减速比：6.12

1)第一齿轮7和第二齿轮8组成的第一级齿轮减速机构主要参数：

减速比：1.2

齿轮模数：1.25

第一齿轮7齿数：15

第二齿轮8齿数：18

第一齿轮7齿宽：5mm

第二齿轮8齿宽：5mm

2)第三齿轮13、第四齿轮14和下齿圈17形成的第二级齿轮减速机构主要参数：

减速比：5.1

齿轮模数：1.25

第三齿轮13齿数：9

第四齿轮14齿数：14

下齿圈17齿数：37

第三齿轮13齿宽：5mm

第四齿轮14齿宽：5mm

下齿圈17齿宽：8mm

3)第五齿轮15和上齿圈16的主要参数：

齿轮模数：1.25

第五齿轮15齿数：23

上齿圈16齿数：46

第五齿轮15齿宽：5mm

上齿圈16齿宽：9mm

第一级齿轮减速机构设置较小的减速比是因为第一传动轴3所承受的扭矩不宜过大，从而延长第一传动轴3的使用寿命。

该行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构的工作原理如下：

驱动装置(小型汽油机)将动力传递给第一传动轴3，第一传动轴3经过一对锥齿轮(第一齿轮7和第二齿轮8)的减速(减速比为1.2)将动力再传递给第二传动轴4，第二传动轴4上的第三齿轮13与下齿圈17和第四齿轮14组成行星轮系减速机构(减速比为5.1)，从而第三齿轮13带动第四齿轮14绕第二传动轴4运动，第四齿轮14和其正上方的第五齿轮15通过第一销轴19连接，从而带动第五齿轮15在上齿圈16上滚动，第一销轴19底端与滚针轴承12配合，沿着行星架底座18上的圆形轨道旋转；第五齿轮15分度圆上的第二销轴20上安装刀片21，第五齿轮15在上齿圈16上滚动的同时带动刀片21沿着上齿圈16的直径方向做往复直线运动，实现对园林的修剪。

如图5和6所示，为本发明的刀片与传统绿篱机采用曲柄滑块机构的刀片的位移和加速度曲线对比图。在曲柄滑块机构中设置曲柄长度为50mm，连杆长度为100mm，滑块与曲柄偏距为10mm，曲柄转速为500r/min；本发明设置第五齿轮15半径为25mm，上齿圈16半径为50mm，第二传动轴4的转速为500r/min。由图5可知，两机构在曲柄与第二传动轴4转速相同情况下旋转一圈时，刀片往复运动的行程均为100mm，即通过以上参数的设置可以保证两机构运动效率和刀片往复运动的位移一致。由图6可知，在保证两机构运动效率和刀片往复运动的位移一致的前提下，本发明的刀片加速度曲线明显比曲柄滑块机构的刀片的加速度曲线更平稳，加速度波动更小，从而本发明工作时产生的振动更小，噪声更小。

Claims (8)

1.一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，包括传动机构组件、剪切机构组件、第一壳体和第二壳体；第二壳体呈筒状，固定在第一壳体顶面；第一壳体与第二壳体的内腔连通，其特征在于：所述的传动机构组件包括第一轴承、第二轴承、第三轴承、滚针轴承、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一传动轴、第二传动轴、行星架底座、第一销轴和下齿圈；所述的第一传动轴通过第一轴承和第二轴承支承在第一壳体上；第一传动轴与第一齿轮过盈配合；第一齿轮与第二齿轮啮合；第二传动轴的一端与第二齿轮过盈配合，另一端与第三齿轮过盈配合；第二传动轴通过第三轴承支承在行星架底座上；行星架底座的花键与第二壳体内的花键槽连接；第四齿轮同时与第三齿轮和下齿圈啮合；第一销轴中部与第四齿轮过盈配合，底端与滚针轴承的内圈过盈配合；滚针轴承的外圈与行星架底座开设的圆形轨道构成滚动磨擦副；下齿圈的花键与第二壳体内的花键槽连接；

所述的剪切机构组件包括第五齿轮、上齿圈、第二销轴和刀片；所述的第五齿轮与第一销轴顶端过盈配合，并与上齿圈啮合，上齿圈的花键与第二壳体内的花键槽连接；第五齿轮的端面上设有一体成型的第二销轴，第二销轴的中心轴线在第五齿轮端面上的投影为第五齿轮分度圆上的点；第五齿轮的分度圆直径等于上齿圈的分度圆半径；所述的刀片尾部嵌入第二壳体侧壁顶部开设的槽口内，并与第二销轴固定。

2.根据权利要求1所述的一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，其特征在于：所述的第一传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第一轴承和第二轴承均设置在第一壳体内；第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、上齿圈、行星架底座、第一销轴和下齿圈均设置在第二壳体内；第二传动轴的底端设置在第一壳体内，顶端设置在第二壳体内。

3.根据权利要求1所述的一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，其特征在于：所述的第三轴承采用角接触球轴承。

4.根据权利要求1所述的一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，其特征在于：所述的上齿圈、下齿圈及行星架底座的花键大小、形状完全一致，且花键的各个键齿周向位置一一对齐。

5.根据权利要求1所述的一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，其特征在于：所述的第一壳体侧面与第一壳盖通过螺栓连接；第二壳体顶面与第二壳盖通过螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，其特征在于：所述第三齿轮的上平面、第四齿轮的上平面和下齿圈的上平面均平齐，第三齿轮齿宽为5mm，第四齿轮齿宽为5mm，下齿圈的齿宽为8mm，第四齿轮的下平面与下齿圈的下平面有3mm的距离；第二壳体的上平面比上齿圈的上平面高出3mm；第五齿轮的齿宽为5mm，上齿圈的齿宽为9mm，并且第五齿轮的上平面比上齿圈的上平面高1-2mm。

7.根据权利要求1所述的一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，其特征在于：所述第一齿轮和第二齿轮的减速比为1.2，行星轮系减速机构的减速比为5.1。

8.根据权利要求7所述的一种行星齿轮传动的绿篱机传动及剪切机构，其特征在于：所述的第一齿轮设有十五个齿，第二齿轮设有十八个齿，第三齿轮加工有九个齿，第四齿轮设有十四个齿，下齿圈设有三十七个齿，第五齿轮加工有二十三个齿，上齿圈加工有四十六个齿。