CN203230797U - 能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系，包括互相啮合的第一非圆齿轮和第二非圆齿轮，第一圆齿轮通过轴与第二非圆齿轮连接，第二圆齿轮与第一圆齿轮啮合；第一非圆齿轮设于行星架的水平部分，行星架的竖直部分端部连接轴；第一非圆齿轮连接第一伺服电机，行星架连接第二伺服电机。本实用新型提供的装置克服了现有技术的不足，能够简洁有效地实现需要的往复运动，还可以输出多种规律的可控往复转动，尤其是摆动中心运动的往复转动；而且能根据实际情况调节输出的特性，减小了对伺服电机大变化扭矩驱动的要求，同时又大大降低了对伺服电机特性选择的要求，柔性化程度大大提高。

Description

能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系

技术领域

本实用新型涉及一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系，属于高频往复运动技术领域。

背景技术

目前，公知的高频往复运动广泛地应用于工程实际中的许多场合，例如在纺织、食品和包装等机械中。传统的实现方式通常采用一个定速电机作为动力源，通过各种传动装置或者执行机构(如曲柄摇杆机构、凸轮机构、组合机构等)来实现往复转动。虽然这类机构具有较高的承载能力、运行速度和生产效率，能很好地满足大批量生产的要求，但是这种方式也存在着一些问题，一方面，用普通的交流电机实现往复运动，中间要经过一些复杂的机构对运动方式进行改变，而且由于惯性力的存在，传动效率比较低，造成能源的浪费；另一方面，这样的传动方式缺乏柔性，要改变系统的输出运动就要改变机构的类型或者尺寸，难以适应产品品种多样性的要求。

采用伺服电机直接驱动执行件来得到往复运动是另一种研究方向，然而，由于目前电机技术的瓶颈，现有的伺服电机还不能实现大惯量、往复动载，且在面对大变化扭矩时不能快速响应。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够简洁高效地实现往复运动、柔性化程度高且性能可靠的单向驱动非圆齿轮差动轮系。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系，其特征在于：包括互相啮合的第一非圆齿轮和第二非圆齿轮，第一圆齿轮通过第一轴与第二非圆齿轮连接，第二圆齿轮设于第三轴上且与第一圆齿轮啮合；第一非圆齿轮设于第二轴上，行星架一端连接第二轴，行星架另一端连接第一轴；第一非圆齿轮连接第一伺服电机，行星架连接第二伺服电机。

本实用新型提供的一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系包含两个伺服输入，一台伺服电机单向驱动第一非圆齿轮，另一台伺服电机直接单向驱动行星架，通过改变不同的伺服驱动输入运动规律组合可得到摆动幅值不同的摆动回转输出。

本实用新型提供的装置克服了现有技术的不足，能够简洁有效地实现需要的往复运动，还可以输出多种规律的可控往复转动，尤其是摆动中心运动的往复转动输出；而且能根据实际情况调节输出的特性，减小了对伺服电机大变化扭矩驱动的要求，同时又大大降低了对伺服电机特性选择的要求，柔性化程度大大提高。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系示意图；

图2为本实用新型提供的一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系左视图；

图3为两匀速转动输入合成往复转动输出角位移曲线；

图4为一匀速转动输入与一单向变速转动输入合成往复转动输出角位移曲线；

图5为两单向变速转动输入合成往复转动输出角位移曲线；

图6为两匀速转动输入合成摆动回转输出角位移曲线；

附图标记说明

1-第一非圆齿轮；2-第二非圆齿轮；3-第一圆齿轮；4-第二圆齿轮；5-行星架；6-第一轴；7-第二轴；8-第三轴。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

图1为本实用新型提供的一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系示意图，所述的一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系为WW型，包括互相啮合的第一非圆齿轮1和第二非圆齿轮2，第一圆齿轮3通过轴6与第二非圆齿轮2连接，结合图2，第二圆齿轮4装在第三轴8上且与第一圆齿轮3啮合；第一非圆齿轮1装在第二轴7上，行星架5一端连接第二轴7，行星架5另一端连接第一轴6；第一非圆齿轮1连接第一伺服电机，行星架5连接第二伺服电机。

第一非圆齿轮1和第二圆齿轮4是太阳轮，第二非圆齿轮2和第一圆齿轮3是行星轮，也是双联齿轮，第一非圆齿轮1与第二非圆齿轮2啮合，第一圆齿轮3与第二圆齿轮4啮合，它们具有相同的中心距。第一非圆齿轮1和行星架5为该差动轮系的输入，第二圆齿轮4为输出。

本实用新型提供的一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系包含两个伺服输入，一台伺服电机单向驱动第一非圆齿轮1，另一台伺服电机直接单向驱动行星架5，通过改变不同的伺服驱动输入运动规律组合可得到摆动幅值不同的摆动输出。

因非圆齿轮传动可以再现某个函数y＝f(x)，不妨设非圆齿轮传动再现的函数形式是y＝f(x)＝k_lsinx+k₂x，x∈(0，2π)，可以令非圆齿轮传动的主动轮转角与自变量x成正比，从动轮的转角与因变量f(x)成正比，即写成

x为再现函数的自变量，y为再现函数的因变量，k₁、k₂为再现函数的系数，

为第一非圆齿轮的转角、

为第二非圆齿轮的转角。

将此非圆齿轮传动用于差动轮系，则对应于差动轮系的转化机构，即有

因第二圆齿轮4与第一圆齿轮3为圆齿轮，令

其中第一圆齿轮3与第二圆齿轮4的传动比

分别为轮系转化机构中第一圆齿轮3和第二圆齿轮4的转角，由

可得出

则

当输入为第一非圆齿轮1和行星架5时，可以令

即

和要满足一定的线性比例关系时，则有这样第二圆齿轮4可以输出正弦规律变化的往复运动，此时可通过调整第一非圆齿轮1或行星架5的输入情况改变输出的规律；当

时，即可以通过调节第一非圆齿轮1或行星架5的输入得到往复摆动中心变动的运动。

根据非圆齿轮节曲线封闭及不出现凹形的条件可求得k₁≤0.5857、k₂＝1，若取k₁＝0.5，

两圆齿轮的参数分别为：模数m＝2mm，齿数z₃＝92，齿数z₄＝46。则r₃＝92mm，r₄＝46mm，两个非圆齿轮的中心距为a＝r₃+r₄＝138mm，第一非圆齿轮1和第二非圆齿轮2的节曲线方程为：

1)两匀速转动输入合成往复转动输出：

分别给第一非圆齿轮1和行星架5添加角速度分别为ω₁＝π(1/s)、ω_H＝2π(1/s)的运动，则：

第二圆齿轮4以周期T＝2s，摆幅1弧度即57.30°做往复转动，如图3所示。

2)一匀速转动输入与一单向变速转动输入合成往复转动输出：

分别给第一非圆齿轮1和行星架5添加角速度分别为

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_1=\mathrm{\π}+\mathrm{\π}\cos \left(\mathrm{\πt}\right)\\ {\mathrm{\ω}}_H=2\mathrm{\π}\end{array}\right.(1/s)$

的运动，则：

第二圆齿轮4理论上以周期T＝2s，摆幅91.75°做往复转动，如图4所示。

3)两单向变速转动输入合成往复转动输出：

分别给第一非圆齿轮1和行星架5添加角速度分别为

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_1=\frac{\mathrm{\π}}{6}+\frac{\mathrm{\π}}{6}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{6}t\right)\≥0\\ {\mathrm{\ω}}_H=\frac{\mathrm{\π}}{3}+\frac{\mathrm{\π}}{3}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{6}t\right)\≥0\end{array}\right.(1/s)$

的运动，则：

第二圆齿轮4以周期T＝6s，摆幅57.30°做往复转动，如图5所示。

4)两匀速转动输入合成摆动回转输出：

分别给第一非圆齿轮1和行星架5添加角速度分别为

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_1=\frac{11\mathrm{\π}}{12}(1/s)\\ {\mathrm{\ω}}_H=\frac{23\mathrm{\π}}{12}(1/s)\end{array}\right.$

的运动，则：

输出齿轮4以摆动幅值为50°、摆动中心每2s前进30°做回转运动，周期T＝12s，如图6所示。

本实用新型提供的一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系通过合理改变单向伺服驱动输入运动规律可获得不同摆动幅值的输出，尤其是摆动中心运动的摆动输出，实现了伺服电机直接单向驱动便能实现摆幅可调输出的目的，能够输出多种形式的往复运动，具有输入简单而输出多样化的优点，可广泛地应用于工程实际中许多需求高频往复运动的场合。

Claims (1)

1.一种能实现可调摆幅输出的单向驱动非圆齿轮差动轮系，其特征在于：包括互相啮合的第一非圆齿轮(1)和第二非圆齿轮(2)，第一圆齿轮(3)通过第一轴(6)与第二非圆齿轮(2)连接，第二圆齿轮(4)设于第三轴(8)上且与第一圆齿轮(3)啮合；第一非圆齿轮(1)设于第二轴(7)上，行星架(5)一端连接第二轴(7)，行星架(5)另一端连接第一轴(6)；第一非圆齿轮(1)连接第一伺服电机，行星架(5)连接第二伺服电机。

Images