CN1270116C - 非圆齿轮型匀速往复直线运动机构 - Google Patents
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Abstract
现有的用于输出匀速往复直线运动的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中,非圆齿轮有三种形式:椭圆齿轮、卵形齿轮和偏心圆共轭非圆齿轮。这三者在适当选取偏心率后输出的运动规律十分相似,都只是近似的匀速的往复直线运动。本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,其中非圆齿轮传动副中主从动齿轮1、2的节曲线完全按预先设定的理想输出运动曲线设计,与原有的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构相比,滑杆6所输出的运动在动程中部速度不匀完全消失。所提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构是具有真正匀速往复运动特性的往复匀速直线运动机构。
Description
技术领域 本发明涉及的是一种非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,尤其是其中非圆齿轮的节曲线的形状。
背景技术 现有的用于输出匀速往复直线运动的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中,非圆齿轮有三种形式:椭圆齿轮、卵形齿轮和偏心圆共轭非圆齿轮。例如在毛纺高速无捻粗纱机上,为实现匀速往复直线导纱运动,设有一偏心率为0.34(e=0.34)的偏心圆共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构。这三者在适当选取偏心率后输出的运动规律十分相似,都为近似匀速的往复直线运动,因为它们都仅能调节其偏心率,所以要输出理想的速度曲线是根本办不到的。
发明内容 针对上述缺陷,本发明所要解决的技术问题就是要使非圆齿轮型匀速往复直线运动机构在动程的大部分时间内所输出的运动速度达到匀速,从而提供一种用于输出匀速往复直线运动的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构。
本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,由非圆齿轮传动副和正弦机构组合而成,其中正弦机构中的曲柄4的回转中心与非圆齿轮传动副中的从动齿轮2的齿轮轴3在同一轴线上,并且正弦机构中的曲柄与非圆齿轮传动副中的从动齿轮之间有固定的安装夹角,所说的正弦机构包括连杆与曲柄长度比值较大的近似正弦机构的曲柄滑块机构,在所说的非圆齿轮传动副中:
①主动齿轮1的节曲线由下表中同一序号中的极径和极角所确定的极坐标上的点及它们的以其中0°线为对称轴的镜像点平滑连接而成:
序号 | 极径 | 极角 |
0 | 82.509 | 0.000 |
1 | 82.442 | 1.637 |
2 | 82.241 | 3.270 |
3 | 81.912 | 4.898 |
4 | 81.462 | 6.519 |
5 | 80.898 | 8.134 |
6 | 80.232 | 9.741 |
7 | 79.474 | 11.341 |
8 | 78.635 | 12.937 |
9 | 77.724 | 14.529 |
10 | 76.751 | 16.121 |
11 | 75.726 | 17.715 |
12 | 74.655 | 19.315 |
13 | 73.547 | 20.922 |
14 | 72.409 | 22.542 |
15 | 71.246 | 24.177 |
16 | 70.064 | 25.830 |
17 | 68.869 | 27.504 |
18 | 67.665 | 29.204 |
19 | 66.456 | 30.932 |
20 | 65.247 | 32.691 |
21 | 64.042 | 34.486 |
22 | 62.845 | 36.319 |
23 | 61.659 | 38.193 |
24 | 60.489 | 40.111 |
25 | 59.337 | 42.077 |
26 | 58.207 | 44.094 |
27 | 57.104 | 46.162 |
28 | 56.030 | 48.287 |
29 | 54.989 | 50.469 |
30 | 53.985 | 52.710 |
31 | 53.021 | 55.012 |
32 | 52.101 | 57.378 |
33 | 51.228 | 59.805 |
34 | 50.407 | 62.295 |
35 | 49.640 | 64.848 |
36 | 48.931 | 67.459 |
37 | 48.284 | 70.131 |
38 | 47.701 | 72.856 |
39 | 47.185 | 75.636 |
40 | 46.739 | 78.456 |
41 | 46.365 | 81.319 |
42 | 46.054 | 84.216 |
43 | 45.749 | 87.132 |
44 | 45.443 | 90.067 |
45 | 45.136 | 93.023 |
46 | 44.831 | 95.999 |
47 | 44.527 | 98.995 |
48 | 44.226 | 102.012 |
49 | 43.928 | 105.051 |
50 | 43.635 | 108.110 |
51 | 43.347 | 111.191 |
52 | 43.064 | 114.293 |
53 | 42.788 | 117.416 |
54 | 42.521 | 120.561 |
55 | 42.261 | 123.726 |
56 | 42.011 | 126.912 |
57 | 41.772 | 130.118 |
58 | 41.543 | 133.343 |
59 | 41.326 | 136.588 |
60 | 41.122 | 139.850 |
61 | 40.932 | 143.130 |
62 | 40.755 | 146.426 |
63 | 40.593 | 149.738 |
64 | 40.446 | 153.063 |
65 | 40.316 | 156.401 |
66 | 40.201 | 159.751 |
67 | 40.104 | 163.110 |
68 | 40.023 | 166.478 |
69 | 39.961 | 169.852 |
70 | 39.916 | 173.232 |
71 | 39.889 | 176.615 |
72 | 39.879 | 180.000 |
②从动齿轮2的节曲线由下表中同一序号中的极径和极角所确定的极坐标上的点、它们的以其中0°线为对称轴的镜像点和前述所有点以90°线为对称轴的镜像点平滑连接而成:
序号 | 极径 | 极角 |
0 | 77.051 | 0.000 |
1 | 77.119 | 1.750 |
2 | 77.319 | 3.492 |
3 | 77.648 | 5.217 |
4 | 78.099 | 6.919 |
5 | 78.662 | 8.592 |
6 | 79.328 | 10.231 |
7 | 80.086 | 11.835 |
8 | 80.926 | 13.402 |
9 | 81.837 | 14.932 |
10 | 82.809 | 16.425 |
11 | 83.835 | 17.884 |
12 | 84.905 | 19.310 |
13 | 86.013 | 20.704 |
14 | 87.151 | 22.069 |
15 | 88.314 | 23.408 |
16 | 89.496 | 24.721 |
17 | 90.691 | 26.013 |
18 | 91.896 | 27.284 |
19 | 93.104 | 28.536 |
20 | 94.313 | 29.773 |
21 | 95.518 | 30.995 |
22 | 96.715 | 32.205 |
23 | 97.903 | 33.403 |
24 | 99.675 | 34.592 |
25 | 100.220 | 35.776 |
26 | 101.335 | 36.956 |
27 | 102.431 | 38.130 |
28 | 103.513 | 39.294 |
29 | 104.568 | 40.454 |
30 | 105.579 | 41.615 |
31 | 106.541 | 42.777 |
32 | 107.459 | 43.938 |
33 | 108.332 | 45.101 |
34 | 109.153 | 46.264 |
35 | 109.920 | 47.429 |
36 | 110.629 | 48.597 |
37 | 111.280 | 49.766 |
38 | 111.866 | 50.938 |
39 | 112.381 | 52.113 |
40 | 112.824 | 53.290 |
41 | 113.194 | 54.470 |
42 | 113.511 | 55.650 |
43 | 113.811 | 56.828 |
44 | 114.116 | 58.003 |
45 | 114.424 | 59.174 |
46 | 114.730 | 60.342 |
47 | 115.033 | 61.507 |
48 | 115.334 | 62.670 |
49 | 115.632 | 63.830 |
50 | 115.926 | 64.486 |
51 | 116.214 | 66.141 |
52 | 116.497 | 67.293 |
53 | 116.772 | 68.442 |
54 | 117.040 | 69.589 |
55 | 117.299 | 70.735 |
56 | 117.549 | 71.878 |
57 | 117.789 | 73.019 |
58 | 118.018 | 74.159 |
59 | 118.234 | 75.297 |
60 | 118.438 | 73.433 |
61 | 118.629 | 77.568 |
62 | 118.806 | 78.702 |
63 | 118.968 | 79.835 |
64 | 119.114 | 80.967 |
65 | 119.245 | 82.098 |
66 | 119.359 | 83.228 |
67 | 119.457 | 84.358 |
68 | 119.537 | 85.487 |
69 | 119.600 | 86.616 |
70 | 119.645 | 87.744 |
71 | 119.672 | 88.872 |
72 | 119.681 | 90.000 |
其中在描述主动齿轮节曲线的极坐标和描述从动齿轮节曲线的极坐标中极径采用同一长度单位,极角采用角度制;主动齿轮和从动齿轮的回转中心都在各自的极坐标原点上。在实际制作齿轮时主动齿轮1的最大半径处和从动齿轮2的最小半径处最好互为齿槽和齿顶,以便在安装时准确地使主动齿轮上的最大半径处和从动齿轮上的最小半径处啮合。所谓的主动齿轮的最大半径处就是主动齿轮上描述其节曲线的极坐标上的0°线,而从动齿轮上的最小半径处也就是从动齿轮上描述其节曲线的极坐标上的0°线。一般安排在齿槽和齿顶的中心在这条线上。
本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,在非圆齿轮传动副中的主动齿轮1和从动齿轮2上的齿廓为渐开线齿廓。
本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,正弦机构中的曲柄4与非圆齿轮传动副中的从动齿轮2上最大半径所在的轴线重合。即正弦机构中的曲柄与非圆齿轮传动副中的从动齿轮上描述其节曲线的极坐标上的90°(或270°)线的夹角为0°。若使两齿轮的回转中心的连线与滑杆4垂直,则结构比较紧凑。
本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,正弦机构中的曲柄4上的滑块5直接以销轴安装在非圆齿轮传动副中的从动齿轮2上最大半径所在的轴线上。即正弦机构中的曲柄上的滑块直接以销轴安装在非圆齿轮传动副中的从动齿轮上描述其节曲线的极坐标上的90°(或270°)线上,滑块可依销轴转动。
上述确定的非圆齿轮传动副与正弦机构之间的安装关系是一种特殊的安装关系,实际上在本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中,非圆齿轮传动副与正弦机构的安装关系可以为:当滑杆4到达动程端点时,主动齿轮在描述其节曲线的极坐标上的0°点与从动齿轮描述其节曲线的极坐标上的0°(或180°)点啮合即可。
本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,其中非圆齿轮传动副中主从动齿轮的节曲线完全按预先设定的理想输出运动曲线设计,与原有的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构相比,滑杆所输出的运动在动程中部速度不匀完全消失。在考虑了机械可承受冲击能力的前提下,两端低速区间也有了较大缩短。本发明对非圆齿轮节曲线的设计是完全基于样条曲线、CAD技术进行的,节曲线及齿廓完全适宜数控插齿和线切割技术加工。所提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构是具有真正匀速往复运动特性的往复匀速直线运动机构。
附图说明 图1为本发明中一实施例的结构示意图;
图2为本发明中一实施例中正弦机构中的滑杆6所输出的位移—时间曲线和偏心圆(e=0.34)共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中的滑杆所输出的位移—时间曲线及正弦曲线的对照图;
图3为本发明中一实施例中正弦机构中的滑杆6所输出的速度—时间曲线和偏心圆(e=0.34)共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中的滑杆所输出的速度—时间曲线及正弦曲线的对照图;
图4为本发明中一实施例中正弦机构中的滑杆6所输出的加速度—时间曲线和偏心圆(e=0.34)共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中的滑杆所输出的加速度—时间曲线及正弦曲线的对照图。
具体实施方式 本实施方式是用于毛纺高速无捻粗纱机上的,其结构如图1所示,非圆齿轮传动副由卵圆形主动齿轮1和腰形从动齿轮2构成,两者的节曲线坐标长度单位为毫米,可确定其中心距为159.561毫米。主动齿轮的齿数为36齿,从动齿轮的齿数为72齿,主从动齿轮的模数均为3。主动齿轮1上的最大半径处为齿槽中心和从动齿轮2上的最小半径处为齿顶中心,以使在安装时准确地将主动齿轮的最大半径处和从动齿轮的最小半径处作啮合。正弦机构由曲柄4、滑块5、滑槽8和滑杆6构成。主动齿轮的齿轮轴9、从动齿轮的齿轮轴3和滑杆的支架7均以安装构件安装在机架上,且两齿轮的回转中心的连线与滑杆垂直。曲柄是和从动齿轮一体的,滑块以销轴安装在从动齿轮上最大半径所处的轴线上。因导纱动程为200mm,所以曲柄长度定为100mm。本实施方式中滑杆输出的往复直线运动的位移曲线、速度曲线和加速度曲线分别如图2、3、4所示。为比较,图中还分别描绘了用偏心圆(e=0.34)共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构的滑杆所输出的往复直线运动的位移曲线、速度曲线和加速度曲线,以及正弦曲线。图2中坐标轴s为位移,坐标轴t为时间,时间坐标上0-T为一个往复周期,L1为本实施例滑杆的位移曲线,L2为对比的滑杆位移曲线,L3为正弦曲线。图3中坐标轴v为速度,坐标轴t为时间,时间坐标上0-T为一个往复周期,L4为本实施例滑杆的速度曲线,L5为对比的滑杆速度曲线,L6为正弦曲线。图4中坐标轴a为加速度,坐标轴t为时间,时间坐标上0-T为一个往复周期,L7为本实施例滑杆的加速度曲线,L8为对比的滑杆加速度曲线,L9为正弦曲线。
Claims (5)
1、一种非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,由非圆齿轮传动副和正弦机构组合而成,其中正弦机构中的曲柄[4]的回转中心与非圆齿轮中的从动齿轮[2]的齿轮轴[3]在同一轴线上,并且正弦机构中的曲柄与非圆齿轮传动副中的从动齿轮之间有固定的安装夹角,其特征是在所说的非圆齿轮传动副中:
①主动齿轮[1]的节曲线由下表中同一序号中的极径和极角所确定的极坐标上的点及它们的以其中0°线为对称轴的镜像点平滑连接而成:
序号
极径
极角
0
82.509
0.000
1
82.442
1.637
2
82.241
3.270
3
81.912
4.898
4
81.462
6.519
5
80.898
8.134
6
80.232
9.741
7
79.474
11.341
8
78.635
12.937
9
77.724
14.529
10
76.751
16.121
11
75.726
17.715
12
74.655
19.315
13
73.547
20.922
14
72.409
22.542
15
71.246
24.177
16
70.064
25.830
17
68.869
27.504
18
67.665
29.204
19
66.456
30.932
20
65.247
32.691
21
64.042
34.486
22
62.845
36.319
23
61.659
38.193
24
60.489
40.111
25
59.337
42.077
26
58.207
44.094
27
57.104
46.162
28
56.030
48.287
29
54.989
50.469
30
53.985
52.710
31
53.021
55.012
32
52.101
57.378
33
51.228
59.805
34
50.407
62.295
35
49.640
64.848
36
48.931
67.459
37
48.284
70.131
38
47.701
72.856
39
47.185
75.636
40
46.739
78.456
41
46.365
81.319
42
46.054
84.216
43
45.749
87.132
44
45.443
90.067
45
45.136
93.023
46
44.831
95.999
47
44.527
98.995
48
44.226
102.012
49
43.928
105.051
50
43.635
108.110
51
43.347
111.191
52
43.064
114.293
53
42.788
117.416
54
42.521
120.561
55
42.261
123.726
56
42.011
126.912
57
41.772
130.118
58
41.543
133.343
59
41.326
136.588
60
41.122
139.850
61
40.932
143.130
62
40.755
146.426
63
40.593
149.738
64
40.446
153.063
65
40.316
156.401
66
40.201
159.751
67
40.104
163.110
68
40.023
166.478
69
39.961
169.852
70
39.916
173.232
71
39.889
176.615
72
39.879
180.000
②从动齿轮[2]的节曲线由下表中同一序号中的极径和极角所确定的极坐标上的点、它们的以其中0°线为对称轴的镜像点和前述所有点以90°线为对称轴的镜像点平滑连接而成:
序号
极径
极角
0
77.051
0.000
1
77.119
1.750
2
77.319
3.492
3 77.648 5.217
4
78.099
6.919
5
78.662
8.592
6
79.328
10.231
7
80.086
11.835
8
80.926
13.402
9
81.837
14.932
10
82.809
16.425
11
83.835
17.884
12
84.905
19.310
13
86.013
20.704
14
87.151
22.069
15
88.314
23.408
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89.496
24.721
17
90.691
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87.744
71
119.672
88.872
72
119.681
90.000
其中在描述主动齿轮节曲线的极坐标和描述从动齿轮节曲线的极坐标中极径采用同一长度单位,极角采用角度制;主动齿轮和从动齿轮的回转中心都在极坐标原点上。
2、如权利要求1所述的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,其特征是非圆齿轮传动副中的主动齿轮[1]和从动齿轮[2]的齿廓为渐开线齿廓。
3、如权利要求1或2所述的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,其特征是正弦机构中的曲柄[4]与非圆齿轮传动副中的从动齿轮[2]上最大半径所在的轴线重合。
4、如权利要求1或2所述的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,其特征是正弦机构中的曲柄[4]上的滑块[5]直接以销轴安装在非圆齿轮传动副中的从动齿轮[2]上最大半径所在的轴线上。
5、如权利要求3所述的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构,其特征是正弦机构中的曲柄[4]上的滑块[5]直接以销轴安装在非圆齿轮传动副中的从动齿轮2上最大半径所在的轴线上。
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