CN109343579B - 一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构，包括机架、齿轮组、轴承、连接销、支撑块、链接架、齿轮架、齿条、公转导轨以及镜片。在铸造箱体上带有两个输入轴孔与外部相连，该输入轴在箱体内部与两个标准直齿轮啮合用于输入动力及传递扭矩、被直齿轮带动的两组锥齿轮分别用于使定日镜片公转和自转。其中各组锥齿轮的基本参数即模数、齿数、锥角等均相同；通过运动滑块及其上的齿条的驱动由齿轮、轴承组成的传递齿轮轴发生转动，并引起与镜片通过铰链连接的直齿条发生运动，最终实现镜片的自转运动。通过镜片的自转及公转的运动合成，从而实现定日镜片绕双轴的旋转运动。本发明是一套传动精确的双自由度定日镜控制结构。

Description

一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构
技术领域
本发明涉及一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构，属于机械设计及制造领域。
背景技术
在太阳能领域，定日镜的应用十分广泛。在传统定日镜运动传递中往往采取纯齿轮机构进行控制及位置调节，但是其内部密集的齿轮部件导致成本大大增加。因此，如何调整定日镜结构，在少量齿轮驱动的基础上，增加杆件，保证机构控制的精确度，延长使用寿命。需要稳定性高、传动精确的传动装置，从而更有效得控制定日镜镜面的双向角度变化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对装置齿轮结构复杂、杆件传动摩擦较大、时产生机构位置误差导致降低传递精确性。为此，提供一种传递精度高的传动装置。
本发明设计的一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构，包括机架、齿轮组、轴承、连接销、支撑块、链接架、齿轮架、齿条、公转导轨以及镜片。在铸造箱体上带有两个输入轴孔与外部相连，该输入轴在箱体内部与两个标准直齿轮啮合用于输入动力及传递扭矩、被直齿轮带动的两组锥齿轮分别用于使定日镜片公转和自转。其中各组锥齿轮的基本参数即模数、齿数、锥角等均相同，从而保证精确控制及运动。
由大主动锥齿轮所传递的速度和扭矩被由轴承和滑块组成的公转、自转速度分解机构分解，从而获得定日镜镜片的公转速度。
由小主动锥齿轮所传递的速度和扭矩由齿轮往复驱动直线机构转化为直线运动并将运动速度转化为三角函数形式。
齿轮往复驱动直线机构由输入轴、行星架、行星直齿轮、内齿圈、固定滑块及运动滑块组成。并将输入轴所传递的速度和扭矩最终转变为运动滑块的确定运动。
通过运动滑块及其上的齿条的驱动由齿轮、轴承组成的传递齿轮轴发生转动，并引起与镜片通过铰链连接的直齿条发生运动，最终实现镜片的自转运动。
通过镜片的自转及公转的运动合成，从而实现定日镜片绕双轴的旋转运动。
本发明的优点在于设计了一套传动精确的双自由度定日镜控制结构。
附图说明
图1是整体结构的外观图。
图2是整体结构(无机架)的外观图。
图3是整体结构(无机架)的主视图。
图4是速度分解机构的主视图。
图5是齿轮往复驱动直线机构的主视图。
图6是齿条速度传递机构(无机架)的主视图。
图7是齿条速度传递机构的主视图。
图8是镜片驱动机构的主视图。
图中，1.大主动锥齿轮，2.大从动锥齿轮，3大行星锥齿轮，4.小主动锥齿轮，5.小从动锥齿轮，6.主动力传入轴，7.副动力传入轴，8.大轴承，9.定位销，10.支撑架，11.固定盘及机架滑块，12.副动力传递轴，13.行星架，14.行星直齿轮，15.内齿轮圈，16.垫块，17.运动滑块及一级齿条，18.定位块，19.齿轮轴，20.小传递直齿轮，21.小轴承，22.二级齿条，23.镜片导轨，24.定日镜片，25.大传递直齿轮。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1-8所示，一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构，包括机架、速度分解机构、齿轮往复驱动直线、齿条速度传递机构、镜片驱动机构和定日镜片24。镜片24由二级齿条22支撑及控制，二级齿条22由齿条速度传递机构传动，齿条速度传递机构被齿轮往复驱动直线机构所控制，齿轮往复驱动直线机构由速度传递机构传出的分解速度所控制，其动力来源于机架外部的输入。
机架为一圆桶状箱体，圆桶状箱体内部下侧及侧壁均布有导轨，以便于整体结构的转动。
所述速度分解机构由公转系统和自转系统组成。公转系统是由大主动锥齿轮1，大从动锥齿轮2，大行星锥齿轮3，主动力传入轴6，副动力传入轴7，大轴承8，定位销9，支撑架10，固定盘及机架滑块11组成。自转系统是由小主动锥齿轮4，小从动锥齿轮5及副动力传递轴12组成。大主动锥齿轮1为一锥角为45°的锥齿轮，大主动锥齿轮1的齿轮轴通过键与一个直齿轮相连接，直齿轮的齿轮轴与副动力传入轴7连接，该直齿轮与主动力传入轴6上的直齿轮相啮合，并由此大主动锥齿轮1得到动力；大主动锥齿轮1与大行星锥齿轮3相啮合，大行星锥齿轮3又与大从动锥齿轮2相啮合，大主动锥齿轮1、大从动锥齿轮2和大行星锥齿轮3这三个齿轮参数相同的锥齿轮通啮合构成一套行星锥齿轮系统。大行星锥齿轮3通过大轴承8安装在固定盘及机架滑块11的机架滑块上。大从动锥齿轮2的齿轮轴的尾端为方形，并开有一个矩形孔，通过定位销9将大从动锥齿轮2固定于支撑架10上，支撑架10由螺栓固定于固定盘及机架滑块11上。固定盘及机架滑块11与大行星锥齿轮3为同轴配合但两者中由大轴承8作为支撑，以保证运动时减小摩擦，固定盘及机架滑块11的下端与在机架内部下侧的导轨相连接，以减少磨损。由于大从动锥齿轮2被固定于大行星锥齿轮3所在的行星架系统上，固定盘及机架滑块11、支撑架10和定位销9构成行星架系统，所以大从动锥齿轮2的转动速度并非传统行星锥齿轮系统中的绝对静止，而是与大行星锥齿轮3被由轴承所分解的公转转速所保持一致。
通过轴承滑动而带来的分解使大主动锥齿轮1：大从动锥齿轮2：大行星锥齿轮3的转速比为3：1：2，其转速比的确定，保证了大行星锥齿轮3运动的可控。
自转系统的动力是由小主动锥齿轮4所传入，当公转系统完成公转方向的旋转并且位置确定后，小主动锥齿轮4将动力传递给小从动锥齿轮5，小主动锥齿轮4和小从动锥齿轮5两个锥齿轮的各项齿轮参数均相同，并以中心轴互相垂直的方式啮合。小主动锥齿轮4与大主动锥齿轮1共中心线，即小主动锥齿轮4嵌套在大主动锥齿轮1的空心轴套中，从而保证运动精确。小从动锥齿轮5嵌套于大行星锥齿轮3和固定盘及机架滑块11的中，也通过中心线重合的方式，从而对小从动锥齿轮5进行固定。小从动锥齿轮5通过键与副动力传递轴12相连，并将自转动力传递给副动力传递轴12，进而传递给齿轮往复驱动直线机构。
所述齿轮往复驱动直线机构包含副动力传递轴12，行星架13，行星直齿轮14，内齿轮圈15，垫块16，运动滑块及一级齿条17和定位块18。当副动力传递轴12将由自转系统的动力传递到齿轮往复驱动直线机构后，由于副动力传递轴12与行星架13由键相连，行星架13与副动力传递轴12转速一致，在行星架13的另一端嵌套一个标准直齿轮即行星直齿轮14，行星架13的转动会导致行星直齿轮14绕传递轴12转动。在行星直齿轮14的外侧，一个模数相同齿数为行星直齿轮14两倍的内齿轮圈15与之啮合，行星直齿轮14与内齿轮圈15的内壁相啮合。在行星直齿轮14的端面上有两螺纹孔，垫块16通过螺栓固定于螺纹孔上，也即固定在行星直齿轮14上。垫块16上开有一通孔，通孔的中心线与行星直齿轮14的分度圆柱面相切。通过调节行星直齿轮14的位置，将垫块16上通孔的中心线与内齿轮圈15的中心线重合。运动滑块及一级齿条17的运动由行星直齿轮14的转动所驱动。在内齿轮圈15的上端固定有定位块18，运动滑块及一级齿条17的转动被定位块18限制，受定位块18限制以及由副动力传递轴12经齿轮往复驱动直线机构传递的动力，运动滑块及一级齿条17实现绝对的竖直方向运动，且运动速度与时间的转速呈现正弦函数关系，正弦函数的幅值为副动力传递轴12的转速。
运动滑块及一级齿条17经过齿条速度传递机构的传递，驱动二级齿条22的直线运动。所述齿条速度传递机构包括：运动滑块及一级齿条17、齿轮轴19、小传递直齿轮20、小轴承21、二级齿条22、镜片导轨23和大传递直齿轮25。通过运动滑块及一级齿条17的竖直运动，带动在齿轮轴19上的大传递直齿轮25转动。齿轮轴19通过两个小轴承22的承载和定位固定于镜片导轨23上。镜片导轨23固定于机架侧壁的滑道以及内齿轮圈15上并由速度分解机构中的公转系统确定位置。当公转系统不再发生运动时，镜片导轨23位置即固定。齿轮轴19发生转动后，通过键连接于齿轮轴19的另外两个小传递直齿轮20也发生转动。与小传递直齿轮20相啮合的两个二级齿条22产生运动，由于二级齿条22的位置受到镜片导轨23的影响，只能进行直线运动，直线运动方向与运动滑块及一级齿条17一致。
二级齿条22的一端设有与定日镜片24进行铰接的铰接孔，通过二级齿条22左右两侧的铰接，保证定日镜片24不发生侧翻，定日镜片24的另一侧固定于镜片导轨23的滑轨内，实现定日镜片24位置的全约束。
由于行星直齿轮14与内齿轮圈15的齿数比为1：2，所以行星直齿轮14的分度圆总是和内齿轮圈15的分度圆直径相切，且切点为内齿轮圈15的分度圆圆心。
整体定日镜控制机构受到两个驱动的影响，分别为从主动力传入轴6传入的公转驱动力和从副动力传入轴7传入的自转驱动力，公转驱动力通过速度分解机构传递至固定盘及机架滑块11，由于该部件与镜片导轨23通过螺栓相连。所以主动力传入轴6传入的公转驱动力最终体现于镜片导轨23所受力偶，并引发其连同定日镜片24公转。自转驱动力通过小锥齿轮系、齿轮往复驱动直线机构以及齿条速度传递机构的传递最终使得二级齿条22受到竖直方向的驱动力，并引起定日镜片24的自转。定日镜片24自转和公转的组合构成了其双向变角度运动。

Claims (4)

1.一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构，其特征在于：包括机架、速度分解机构、齿轮往复驱动直线、齿条速度传递机构、镜片驱动机构和定日镜片(24)；定日镜片(24)由二级齿条(22)支撑及控制，二级齿条(22)由齿条速度传递机构传动，齿条速度传递机构被齿轮往复驱动直线机构所控制，齿轮往复驱动直线机构由速度传递机构传出的分解速度所控制，其动力来源于机架外部的输入；
机架为一圆桶状箱体，圆桶状箱体内部下侧及侧壁均布有导轨，以便于整体结构的转动；
所述速度分解机构由公转系统和自转系统组成；公转系统是由大主动锥齿轮(1)，大从动锥齿轮(2)，大行星锥齿轮(3)，主动力传入轴(6)，副动力传入轴(7)，大轴承(8)，定位销(9)，支撑架(10)，固定盘及机架滑块(11)组成；自转系统是由小主动锥齿轮(4)，小从动锥齿轮(5)及副动力传递轴(12)组成；大主动锥齿轮(1)为一锥角为45°的锥齿轮，大主动锥齿轮(1)的齿轮轴通过键与一个直齿轮相连接，直齿轮的齿轮轴与副动力传入轴(7)连接，该直齿轮与主动力传入轴(6)上的直齿轮相啮合，并由此大主动锥齿轮(1)得到动力；大主动锥齿轮(1)与大行星锥齿轮(3)相啮合，大行星锥齿轮(3)又与大从动锥齿轮(2)相啮合，大主动锥齿轮(1)、大从动锥齿轮(2)和大行星锥齿轮(3)这三个齿轮参数相同的锥齿轮通啮合构成一套行星锥齿轮系统；大行星锥齿轮(3)通过大轴承(8)安装在固定盘及机架滑块(11)的机架滑块上；大从动锥齿轮(2)的齿轮轴的尾端为方形，并开有一个矩形孔，通过定位销(9)将大从动锥齿轮(2)固定于支撑架(10)上，支撑架(10)由螺栓固定于固定盘及机架滑块(11)上；固定盘及机架滑块(11)与大行星锥齿轮(3)为同轴配合但两者中由大轴承(8)作为支撑，以保证运动时减小摩擦，固定盘及机架滑块(11)的下端与在机架内部下侧的导轨相连接，以减少磨损；由于大从动锥齿轮(2)被固定于大行星锥齿轮(3)所在的行星架系统上，固定盘及机架滑块(11)、支撑架(10)和定位销(9)构成行星架系统，所以大从动锥齿轮(2)的转动速度并非传统行星锥齿轮系统中的绝对静止，而是与大行星锥齿轮(3)被由轴承所分解的公转转速所保持一致；
自转系统的动力是由小主动锥齿轮(4)所传入，当公转系统完成公转方向的旋转并且位置确定后，小主动锥齿轮(4)将动力传递给小从动锥齿轮(5)，小主动锥齿轮(4)和小从动锥齿轮(5)两个锥齿轮的各项齿轮参数均相同，并以中心轴互相垂直的方式啮合；小主动锥齿轮(4)与大主动锥齿轮(1)共中心线，即小主动锥齿轮(4)嵌套在大主动锥齿轮(1)的空心轴套中，从而保证运动精确；小从动锥齿轮(5)嵌套于大行星锥齿轮(3)和固定盘及机架滑块(11)的中，也通过中心线重合的方式，从而对小从动锥齿轮(5)进行固定；小从动锥齿轮(5)通过键与副动力传递轴(12)相连，并将自转动力传递给副动力传递轴(12)，进而传递给齿轮往复驱动直线机构；
所述齿轮往复驱动直线机构包含副动力传递轴(12)，行星架(13)，行星直齿轮(14)，内齿轮圈(15)，垫块(16)，运动滑块及一级齿条(17)和定位块(18)；当副动力传递轴(12)将由自转系统的动力传递到齿轮往复驱动直线机构后，由于副动力传递轴(12)与行星架(13)由键相连，行星架(13)与副动力传递轴(12)转速一致，在行星架(13)的另一端嵌套一个标准直齿轮即行星直齿轮(14)，行星架(13)的转动会导致行星直齿轮(14)绕副动力传递轴(12)转动；在行星直齿轮(14)的外侧，一个模数相同齿数为行星直齿轮(14)两倍的内齿轮圈(15)与之啮合，行星直齿轮(14)与内齿轮圈(15)的内壁相啮合；在行星直齿轮(14)的端面上有两螺纹孔，垫块(16)通过螺栓固定于螺纹孔上，也即固定在行星直齿轮(14)上；垫块(16)上开有一通孔，通孔的中心线与行星直齿轮(14)的分度圆柱面相切；通过调节行星直齿轮(14)的位置，将垫块(16)上通孔的中心线与内齿轮圈(15)的中心线重合；运动滑块及一级齿条(17)的运动由行星直齿轮(14)的转动所驱动；在内齿轮圈(15)的上端固定有定位块(18)，运动滑块及一级齿条(17)的转动被定位块(18)限制，受定位块(18)限制以及由副动力传递轴(12)经齿轮往复驱动直线机构传递的动力，运动滑块及一级齿条(17)实现绝对的竖直方向运动，且运动速度与时间的转速呈现正弦函数关系，正弦函数的幅值为副动力传递轴(12)的转速；
运动滑块及一级齿条(17)经过齿条速度传递机构的传递，驱动二级齿条(22)的直线运动；所述齿条速度传递机构包括：运动滑块及一级齿条(17)、齿轮轴(19)、小传递直齿轮(20)、小轴承(21)、二级齿条(22)、镜片导轨(23)和大传递直齿轮(25)；通过运动滑块及一级齿条(17)的竖直运动，带动在齿轮轴(19)上的大传递直齿轮(25)转动；齿轮轴(19)通过两个小轴承22的承载和定位固定于镜片导轨(23)上；镜片导轨(23)固定于机架侧壁的滑道以及内齿轮圈(15)上并由速度分解机构中的公转系统确定位置；当公转系统不再发生运动时，镜片导轨(23)位置即固定；齿轮轴(19)发生转动后，通过键连接于齿轮轴(19)的另外两个小传递直齿轮(20)也发生转动；与小传递直齿轮(20)相啮合的两个二级齿条(22)产生运动，由于二级齿条(22)的位置受到镜片导轨(23)的影响，只能进行直线运动，直线运动方向与运动滑块及一级齿条(17)一致；
二级齿条(22)的一端设有与定日镜片(24)进行铰接的铰接孔，通过二级齿条(22)左右两侧的铰接，保证定日镜片(24)不发生侧翻，定日镜片(24)的另一侧固定于镜片导轨(23)的滑轨内，实现定日镜片(24)位置的全约束。
2.根据权利要求1所述的一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构，其特征在于：通过轴承滑动而带来的分解使大主动锥齿轮(1)：大从动锥齿轮(2)：大行星锥齿轮(3)的转速比为3：1：2，其转速比的确定，保证了大行星锥齿轮(3)运动的可控。
3.根据权利要求1所述的一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构，其特征在于：由于行星直齿轮(14)与内齿轮圈(15)的齿数比为1：2，所以行星直齿轮(14)的分度圆总是和内齿轮圈(15)的分度圆直径相切，且切点为内齿轮圈(15)的分度圆圆心。
4.根据权利要求1所述的一种基于齿轮驱动的双向变角度定日镜控制机构，其特征在于：整体定日镜控制机构受到两个驱动的影响，分别为从主动力传入轴(6)传入的公转驱动力和从副动力传入轴(7)传入的自转驱动力，公转驱动力通过速度分解机构传递至固定盘及机架滑块(11)，由于固定盘及机架滑块(11)与镜片导轨(23)通过螺栓相连，所以主动力传入轴(6)传入的公转驱动力最终体现于镜片导轨(23)所受力偶，并引发其连同定日镜片(24)公转；自转驱动力通过小锥齿轮系、齿轮往复驱动直线机构以及齿条速度传递机构的传递最终使得二级齿条(22)受到竖直方向的驱动力，并引起定日镜片(24)的自转；定日镜片(24)自转和公转的组合构成了其双向变角度运动。
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