CN1632347A - 一种基于少齿差传动的旋转与扭振复合运动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于少齿差传动实现旋转和扭振复合运动的传动机构。运动输入由与动力源相接的偏心轴实现；运动转换机构由与偏心轴空套的外齿轮、与外齿轮啮合的内齿轮实现；运动输出机构由与外齿轮固联在一起的拨叉销、与拨叉销插接的带拨叉槽的复合运动输出元件实现。其中偏心轴、外齿轮、内齿轮组成标准的少齿差传动，将转速为n(rpm)的输入旋转运动转化成转速为n/i(rpm)低速公转和转速为n(rpm)、回转半径为e₁的高速旋转平面运动；拨叉销、复合运动输出元件实现将外齿轮的复合运动转换成旋转和扭振复合的运动并输出。与现有的传动方案相比，该机构结构上大大简化，运动参数匹配范围更广，可广泛用于振动攻丝、振动钻削、振动磨削及其他机械加工技术领域。

Description

一种基于少齿差传动的旋转与扭振复合运动机构

技术领域

本发明属于机构学传动技术领域，涉及一种用少齿差传动原理实现旋转与扭振复合运动的传动机构。

背景技术

目前，在机械技术领域中的机构学中，实现旋转和扭转振动复合的方法大致可分为三种。

(1)单动力源机械式运动合成机构：这种复合运动实现方法运用单一动力源，通过两条运动链将一个旋转运动分成两条支路，分别实现复合运动所需的低速旋转和高速旋转运动，然后通过一个运动合成机构，将两个运动合成为低速公转和高速自转复合的运动形式，最后通过一个偏心槽轮输出机构，将复合运动转化成低速旋转和高频扭转振动复合的运动形式输出。如在本发明以前的现有技术中，CN85104259号专利公开的一种三角凸轮振转主轴箱，即采用这种传动方案。

(2)行星式传动运动合成机构：这种复合运动实现方法运用行星式传动的原理，直接将单一的旋转运动转化为行星轮的低速公转和高速自转复合运动，然后通过一个偏心槽轮输出机构，将复合运动转化成低速旋转和高频扭转振动复合的运动形式输出。如在本发明以前的现有技术中，印度学者公布的振动攻丝附件即采用这种机构[Iternational JournalMachine tools Manufacture 1987.27.(3)：343-340]。

(3)双动力源机械式运动合成机构：这种复合运动实现方法采用两个动力源驱动两条相互独立的传动链，分别实现复合运动所需的低速旋转和高速旋转运动，然后通过一个运动合成机构，将两个旋转运动合成为低速公转和高速自转复合的运动形式，最后通过一个偏心槽轮输出机构将复合运动转化成低速旋转和高频扭转振动复合的运动。如在本发明以前的现有技术中，CN86106470号专利公开的一种采用两套转轴轮系传动路线的钻与振铰主轴箱。

上述三种旋转和扭转振动复合运动实现方法各自特点与不足之处分别为：单动力和双动力传动原理基本类似，均通过两条传动链分别实现所需的低速旋转和高速旋转运动，然后再将两个运动进行合成，最后由输出机构实现旋转和扭转振动复合运动的输出，这两种方法的特点是可实现大速比的复合运动，即低速回转与高频扭振的合成，而且速比可以方便实现调整，缺点是传动链长，结构复杂，体积大，合成机构装配和制造结构工艺性差；行星式运动合成机构省略了两条传动链和合成机构，直接通过行星传动将自转和公转合成到行星轮上，结构复杂性得到大大简化，但低速回转与高频扭振的速比受到很大限制，因此这种机构在生产中应用较少。可以看出旋转和扭转振动复合运动在机构实现方面还存在许多问题，从而使得需要该运动的振动攻丝、铰孔、钻削及磨削等先进的振动切削工艺在生产中难以得到有效的推广应用。

发明内容

针对上述旋转和扭振复合运动实现过程中存在的问题，本发明的目的在于提供一种传动简单，结构紧凑，构件数量少，易于实现大速比的低速回转与高频扭振，且振幅调整方便，用少齿差传动实现旋转与扭振复合运动的传动机构。

现将本发明构思及技术解决方案叙述如下：

本发明采用少齿差传动实现旋转与扭振复合运动的传动原理如图1所示，其特征在于：由偏心轴1、与偏心轴1空套的外齿轮2、与外齿轮2啮合的内齿轮3、与外齿轮2固联在一起的拨叉销4、与拨叉销4滑配的带拨叉槽的复合运动输出元件5构成。偏心轴1、内齿轮3、外齿轮2构成标准的少齿差传动，。拨叉销4、带拨叉槽的复合运动输出元件5构成了旋转和扭振复合运动的输出机构，拨叉销4与外齿轮2固联成一体，其运动与外齿轮2上任意一点的运动轨迹完全相同，拨叉销4与带拨叉槽的复合运动输出元件5之间的装配关系如图1和图2所示，拨叉销4的低速公转直接输出为带拨叉槽的复合运动输出元件5的低速旋转，拨叉销4的高速旋转平面运动如图2所示可分解成径向和切向两个垂直方向的振动，其中径向振动被释放掉，不产生输出，而切向振动被转换成带拨叉槽的复合运动输出元件5的扭转振动。从而在带拨叉槽的复合运动输出元件5上获得了需要的旋转和扭振复合运动，该复合运动与输入运动之间的关系为：

(1)低速旋转运动转速n为：

其中：i为少齿差减速比；n_输入为偏心轴1的转速；n_输出为复合运动输出元件5的转速。

(2)扭转振动频率f为：

(3)扭转振动角振幅θ为：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{arctg}\left(\frac{e_1}{e_2}\right)$

其中：e₁为内外齿轮中心距，e₂为拨叉销与输入输出轴中心线之间距离。

本发明与现有的技术相比具有以下几大突出优点：

(1)传动上得到极大简化，整个机构结构紧凑，构件数和重量仅为现有机构的五分之一左右，装配和制造结构工艺性得到很大改善。

(2)容易实现大速比的低速回转与高频扭振，很好满足了振动切削技术的要求。

(3)现有扭振机构角振幅θ的调整只能通过更换不同偏心量的偏心拨叉来实现，而本发明的扭振机构通过改变拨叉销的位置e₂，很容易实现扭转振动角振幅θ的调整。

(4)本发明可广泛用于振动攻丝，铰孔、振动钻削、振动磨削及其他工程领域。

附图说明：

图1：旋转和扭振复合运动传动原理示意图

图2：低速公转和高速旋转平面运动转化为旋转和扭振复合运动轨迹示意图

图3：本发明实施例之一振动攻丝和铰孔机床方案示意图

图4：本发明实施例之二振动磨削机床方案示意图

其中：

图1为本发明旋转和扭振复合运动传动原理图示意图，在本发明提供的这种结构中，只需要5个基本构件即可实现旋转和扭振复合运动，既有偏心轴1、与偏心轴1相接的外齿轮2、与外齿轮2啮合的内齿轮3、与外齿轮2固联在一起的拨叉销4、与拨叉销4滑配的带拨叉槽的复合运动输出元件5构成旋转和扭振复合运动传动机构。当从偏心轴1输入转速为n(rpm)的高速旋转运动时，通过内、外齿轮3、2构成的少齿差传动机构将其转化成转速为n/i(rpm)的低速公转和转速为n(rpm)、回转半径为e₁的高速旋转平面运动，且两个运动被同时复合在外齿轮2上。这样，外齿轮2上任意一点的运动就表现为低速公转和高速旋转平面运动相复合的运动轨迹，如图2所示，至此就具备了实现旋转和扭振复合运动所需的基本条件。

图2为本发明机构中外齿轮2上任意一点所具有的复合运动轨迹，以及旋转与扭振复合运动输出原理。

图3为本发明机构用于振动攻丝和铰孔的台式机方案图，其中：6机床动力源交流电机，7采用本发明机构实现旋转与扭振的振动主轴箱，8台式机立柱，9台式机工作台。

图4为本发明机构用于振动磨削工艺中的外圆磨床工作原理图，其中：10用本发明机构实现复合运动的旋转与扭振振动箱，11拨盘、12砂轮、13工件、14尾座。

具体实施方式：

现结合附图对本发明具体实施方式作进一步说明：

实施例1：将本发明机构用于振动攻丝和铰孔台式机的主轴箱结构中。

参见图3：普通的攻丝和铰孔工艺为安装在主轴上的丝锥或绞刀只进行低速回转运动，切削速度低，加工过程中切削扭矩大，刀具寿命短，切削液润滑效果差，攻制螺纹和铰孔精度较低。振动攻丝和铰孔是在传统攻丝和铰孔方法的基础上，人为地给丝锥或铰刀施加有规律的扭转振动，形成脉冲式间断切削，从而提高丝锥或铰刀瞬时切削速度，使丝锥或铰刀在往复进退的过程中反复熨压已加工表面，降低切削力，提高切削液润滑效果，改善加工表面质量。本发明基于少齿差传动的旋转与扭振复合运动机构是在普通台式机的基础上，将本发明旋转和扭振复合运动机构应用于机床主轴箱部件7，其他部分如动力源6、立柱8和工作台9不做任何变动，即可使主轴获得旋转和扭振复合运动，从而实现振动攻丝与铰孔功能。

实施例2：将本发明机构用于振动磨削工艺的专用设备结构中

参见图4：普通外圆磨削主轴箱10只提供低速回转运动，被安装在主轴箱10和尾座14之间的工件13只能在拨盘11的作用下进行低速回转，高速旋转的砂轮12完成磨削作业，由于工件13不停地旋转并随工作台做纵向进给，砂轮12与工件13之间始终存在较大的比压，磨削温度高，易烧伤工件，磨削效率低。本发明通过将普通外圆磨床主轴箱单向回转运动该为旋转加扭振的复合运动，可形成新的振动磨削方法，该方法具有磨削力小，可防止烧伤等优点，将本发明提供的旋转和扭振复合运动机构应用于普通外圆磨主轴箱部件10，即可使工件13获得旋转和扭振复合运动，实现高效的振动磨削作业。

Claims (3)

1、一种基于少齿差传动实现旋转和扭振复合运动的传动机构，具有运动输入、转换、输出机构，其特征在于：运动输入机构由与动力源相接偏心轴(1)实现；运动转换机构由与偏心轴(1)空套的外齿轮(2)、与外齿轮啮合的内齿轮(3)实现；运动输出机构由与外齿轮(2)固联在一起的拨叉销(4)、与拨叉销(4)插接的带拨叉槽的复合运动输出元件(5)实现。

2、根据权利要求1所述的一种基于少齿差传动实现旋转和扭振复合运动的传动机构，其特征在于：内、外齿轮(3)、(2)构成的少齿差传动将高速旋转运动转化成转速为n/i(rpm)低速公转和转速为n(rpm)、回转半径为e₁的高速旋转平面运动相复合的运动轨迹。

3、根据权利要求1所述的一种用少齿差传动实现旋转和扭振复合运动的传动机构，其特征在于：由拨叉销(4)与复合运动输出元件(5)实现将低速公转与高速旋转平面运动转换成旋转与扭振复合运动：

其中，被转换成的扭转振动频率f为：

被转换成扭转振动的角振幅θ为：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{arctg}\left(\frac{e_1}{e_2}\right)$

式中：n输入为偏心轴(1)的转速；e₁为内、外齿轮2、2的中心距，e₂为拨叉销与输入输出中心线之间距离。

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