CN1114724A

CN1114724A - 非圆齿轮连杆机构

Info

Publication number: CN1114724A
Application number: CN 94111062
Authority: CN
Inventors: 盛利元
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1996-01-10

Abstract

本发明属于机械动力传动技术领域，是一种非圆齿轮连杆机构，这种机构由一个余弦齿轮、两个对称布置的圆齿轮以及将这两个齿轮定轴连接的连杆组成。该机构具有与曲柄连杆机构完全相同的动力传递和运动转换功能，只有纯粹的圆周运动和往复直线运动，不存在连杆的平面摆动。因此，非圆齿轮连杆机构具有振动平衡系统简单、机械磨损小、体积小、质量轻、易加工等特点，是曲柄连杆机构的理想替代机构，具有广泛的应用前景。

Description

非圆齿轮连杆机构

本发明属于机械动力传动技术领域，是一种非圆齿轮连杆机构，具有将往复直线运动转换为旋转运动、将旋转运动转换为往复直线运动的功能。

在机械动力传动技术领域，曲柄连杆机构具有实现往复直线运动和旋转运动相互转换的功能，是目前机械产品中广泛应用的一种重要机构，其结构和工作原理简单、运行方式可靠。但是，曲柄连杆机构产生的机械振动很难完全平衡，机械振动平衡系统非常复杂。因而从整体上看，曲柄连杆机构的机械摩损大、振动大、体积大、质量大、成本高，目前还没有一种理想的替代机构。凸轮是一种把旋转运动转换为往复直线运动的方便工具，并且由于凸轮轮廓可以做成各种各样的形状，因而可能得到多种不同的直线运动。但是，这种机构不能将往复直线运动转换为旋转远动，因而应用上受到了很大的限制。

本发明的目的是要提供一种机械振动容易得到完全平衡、摩损小、体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、生产成本低、完全可以取代曲柄连杆机构的非圆齿轮连杆机构。

本发明的目的是用以下方式来实现的。该非圆齿轮连杆机构包括一个定轴旋转的非圆齿轮、两个基本参数完全相同的圆齿轮、连杆、以及刚性或铰接连接在连杆两端的滑块。滑块在滑槽内直线滑动，连杆受两个滑块的约束只能作往复直线运动。两个圆齿轮定轴于连杆上，一方面随连杆作往复直线运动，另一方面与非圆齿轮啮合滚动，其轴心相对于非圆齿轮的运动轨迹是一条以非圆齿轮轴心为圆心、以两圆齿轮轴心距离为直径的圆周上的光滑闭合余弦线(即谐波线)，波数为奇数(波数为1的余弦线又被称为帕斯卡蜗线)。三轴心始终在一条直线上。齿轮的齿廓线也是一条余弦线(即采用谐波齿)。

下面结合实施例附图对本发明作进一步的描述。

图1为本发明结构示意图。

图2为工作原理图。

图3为圆齿轮图。

图4为谐波数为3的余弦齿轮图。

图5为中间滚子余弦轮连杆机构示意图。

图中：1——波数为1的非圆齿轮，2——圆齿轮，3——滑块，4——滑槽，5——连杆，6——非圆齿轮轴，7——圆齿轮轴，8——余弦线，9——节圆，10——齿廓线。11——中间滚子，12——余弦轮。

图1中，非圆齿轮(1)绕自身定轴(6)转动，波数为1，节圆(9)半径为极坐标方程

ρ＝R＋A(1－cosψ)的内等距线，内移距离为r_o＋a，r_o＋a为圆齿轮(2)的节圆半径。齿廓线为

r＝r_o＋a(1－cos(zθ))其中z为齿数，2a为全齿高(图3)。圆齿轮定轴于连杆上，两轴(7)相距2(R＋A)。圆齿轮一方面与非圆齿轮啮合滚动，另一方面跟随连杆(5)作往复直线运动。连杆两端各刚性或铰接连接一滑块(3)。滑块可以在滑槽(4)内滑动，约束连杆只能作往复直线运动。因此，非圆齿轮连杆机构中只有纯粹圆周运动和往复直线运动，不存在连杆的平面摆动运动，为简化机械振动平衡机构提供了先决条件。齿轮啮合滚动可以保证滚动运动的可靠性，减少滑动摩损，延长使用寿命。在非圆齿轮连杆机构中，由于沿齿轮径向存在位移和压力传递，故采用谐波齿以防齿间啮合咬死。

图2为图1的工作原理图。根据齿轮学理论，正常啮合的两齿轮在节圆上只存在相对滚动，没有滑动。因此，图中实线为齿轮和非圆齿轮的节圆，表示圆齿轮在非圆齿轮上作纯滚动。虚线为圆齿轮轴心相对非圆齿轮的运动轨迹，这是一条帕斯卡蜗线。若非圆齿轮作为主动轮以ω转速绕轴o作反向转动则非圆齿轮交替地将o₁、o₂齿轮在x轴上从R位置推到R＋2A位置；由于o₁、o₂通过连杆刚性连接，故它们同时将对方从R＋2A位置拉到R位置。这样非圆齿轮的旋转运动转换成了圆齿轮、连杆和滑块的往复直线运动。可以证明，往复直线运动的速度和加速度分别为

v＝AωSinψ

a＝Aω²Cosψ

若非圆齿轮为从动轮，它的运动是由圆齿轮交替对非圆齿轮施加一压力矩产生的。滑块沿连杆运动方向对o₁轴有一推力F₁，滑槽壁的反作用对o₁产生一侧压力F₂、F₁、F₂的合力N施加在非圆齿轮上产生一力矩推动非圆齿轮转动。可以证明，力矩大小为

M＝F₁ASinψ圆齿轮对非圆齿轮作功时总是从R＋2A位置移到R位置，同时将另一个圆齿轮从R位置推到R＋2A位置。

因此，非圆齿轮连杆机构具有曲柄连杆机构的动力传递和运动转换功能。可以证明，非圆齿轮连杆机构的运动方式是曲柄连杆机构的运动方式在连杆无限长时的极限情形。

图4、是谐波数为3的非圆齿轮。这种齿轮关于中心转轴对称，旋转时不会产生振动。因此，本发明采用这种非圆齿轮时，系统实际上只存在往复直线运动的振动，振动平衡系统更加简化。但是，由于摆角增大，因而也要求材料有更好的力学性能。余弦齿轮的波数不同，转速变换率也不同。往复直线运动频率f、非圆齿轮转数n、谐波数μ三者存在关系

f∶n＝μ∶1

图5为中间滚子余弦轮连杆机构，波数为1，是图1所示的余弦齿轮连杆机构的一种简化机构。与之相比，这种机构生产工艺简单、成本更低，机械摩损增加、可靠性降低。

Claims

1、一种非圆齿轮连杆机构，包括一个定轴转动的余弦齿轮(1)、两个基本参数完全相同的圆齿轮(2)、滑块(3)、滑槽(4)、连接两个圆齿轮和滑块的连杆(5)，其特征在于非圆齿轮绕定轴(6)转动时，两个圆齿轮被迫相对连杆转动，通过圆齿轮轴(7)推动连杆和滑块在滑槽内作往复直线运动；当滑块和连杆作往复直线运动时，通过圆齿轮轴推动圆齿轮转动，同时推动非圆齿轮绕其定轴转动。

2、根据权力要求1所述的非圆齿轮连杆机构，其特征在于圆齿轮齿廓线(10)用极坐标(r，θ)表示为

r＝r_o＋a(1－cos(zθ))其中z为齿数，2a为全齿高，r_o＋a为节圆半径。

3、根据权力要求1和2所述的非圆齿轮连杆机构，其特征在于定轴于连杆上的圆齿轮轴心相对于非圆齿轮的运动轨迹用极坐标(ρ，ψ)表示为

ρ＝R＋A(1－cos(μψ))其中μ为谐波数，通常取1、或3、或5等奇数，A为谐波波幅，R＋A为谐波创成半径，2(R＋A)为两圆齿轮轴心距离。

4、根据权力要求1、2、3所述的非圆齿轮连杆机构，其特征在于非圆齿轮的节圆(9)曲线为

ρ＝R＋A(1－cos(μψ))的内等距线，内移距离为r_o＋a。

5、根据权力要求1、2、4所述的非圆齿轮连杆机构，其特征在于非圆齿轮的齿廓线(10)为圆齿轮齿廓线的共轭线。

6、根据权力要求1、2、4所述的非圆齿轮连杆机构，其特征在于固定在连杆上的两个圆齿轮轴心与非圆齿轮轴心始终保持在一条线上。

7、根据权力要求1、2、4所述的非圆齿轮连杆机构，其特征在于圆齿轮可以用半径为r_o＋a的中间滚子(11)替换，同时非圆齿轮用型线为其节圆的余弦轮(12)替换。