專利名稱：一種空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)傳動(dòng)技術(shù),具體涉及一種空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
技術(shù)背景隨著科學(xué)技術(shù)水平和社會(huì)生活水平的提高，機(jī)電產(chǎn)品微小型化成為趨勢(shì)之一。微機(jī)電 系統(tǒng)(MEMS)已成為當(dāng)前機(jī)械領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。而微小/微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或減速器又是微機(jī)電系 統(tǒng)產(chǎn)品的關(guān)鍵部件，因此微小機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)又成為目前機(jī)械學(xué)科的研究熱點(diǎn)之 一。由于微小型/微型機(jī)電產(chǎn)品的最重要特征是小體積(要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)占用空間 小)、輕重量，大多以小動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)傳遞或者分度運(yùn)動(dòng)為主，而不是以大功率的動(dòng)力傳遞 為主，使得常規(guī)工業(yè)廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如齒輪、鏈、帶、連桿等)往往不適用于這類 產(chǎn)品。所以實(shí)現(xiàn)微小機(jī)械傳動(dòng)方法和機(jī)構(gòu)成為微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。目前各國(guó)研究開(kāi)發(fā)的微小機(jī)械傳動(dòng)的方法和機(jī)構(gòu)主要包括(1) 傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的直接微小型化機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)。例如，微泵機(jī)構(gòu)、微彈簧機(jī)構(gòu)、 微流量閥機(jī)構(gòu)、微輪系機(jī)構(gòu)、微并聯(lián)機(jī)構(gòu)、微棘輪機(jī)構(gòu),微液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，等微小機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接微小型化存在著一些明顯的缺點(diǎn)。例如，微小圓柱齒輪制造和安裝精度要求高，且成本較高，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)垂直相交軸間的傳動(dòng)；微小錐齒輪傳動(dòng)無(wú) 法實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比傳動(dòng)，同時(shí)微小錐齒輪制造和安裝更困難；微小摩擦輪傳動(dòng)需要附加正壓 力施加裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且造成軸系的變形和摩擦、磨損加??；微小蝸桿傳動(dòng)則因蝸輪 蝸桿的軸線不在同一平面所占的空間過(guò)大；微螺旋傳動(dòng)效率低，易磨損，低速時(shí)有爬行， 等等。(2) 非傳統(tǒng)機(jī)械微驅(qū)動(dòng)技術(shù)。例如，電-熱驅(qū)動(dòng)，巨磁彈性驅(qū)動(dòng)、電鍍微驅(qū)動(dòng)、形狀 記憶合金(SMA)驅(qū)動(dòng)，熱機(jī)械式驅(qū)動(dòng)，磁流體驅(qū)動(dòng)，壓電驅(qū)動(dòng)，基于無(wú)預(yù)應(yīng)變非傳導(dǎo)性彈 性體人工肌肉驅(qū)動(dòng)器，利用光激發(fā)激光器的微沖擊驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，等等。這些非機(jī)械微驅(qū)動(dòng)技 術(shù)缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，性能不穩(wěn)定。且非傳統(tǒng)機(jī)械微驅(qū)動(dòng)技術(shù)的最重要特征是， 只適用于實(shí)現(xiàn)微小位移或微小力的瞬時(shí)觸發(fā)或者間歇傳動(dòng)，不能夠保證實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的傳 動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，本發(fā)明是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式(齒輪傳動(dòng)形式)進(jìn)行了根本性原理創(chuàng)新(本發(fā)明基于 空間曲線嚙合原理，而傳統(tǒng)齒輪嚙合傳動(dòng)是基于空間曲面嚙合原理)，該微小機(jī)械傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)是一種能夠?yàn)槲⑿C(jī)械裝置提供連續(xù)穩(wěn)定嚙合傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)。極大地簡(jiǎn)化了微機(jī)械傳動(dòng)裝 置的結(jié)構(gòu)，縮小幾何尺寸，減小質(zhì)量,提高操作的靈活性，造價(jià)低廉,便于在微機(jī)電領(lǐng)域的應(yīng) 用。本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)-一種空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、若干個(gè)主動(dòng)輪鉤桿和若干個(gè)從動(dòng)輪 鉤桿，所述主動(dòng)輪鉤桿均勻安裝在主動(dòng)輪的端面上，從動(dòng)輪鉤桿單排均勻布置在從動(dòng)輪的 圓周上，主動(dòng)輪鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿呈共扼的空間嚙合曲線形狀，軸線相互垂直的主動(dòng)輪和 從動(dòng)輪組成一傳動(dòng)副；主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)輪鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿之間產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的嚙合 傳動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)輪鉤桿開(kāi)始與從動(dòng)輪鉤桿接觸時(shí)，從動(dòng)輪鉤桿阻礙主動(dòng)輪鉤桿運(yùn)動(dòng)，其間的 相互作用產(chǎn)生阻力，這個(gè)阻力即為傳動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。上述機(jī)構(gòu)中，所述主動(dòng)輪與微電機(jī)主軸相聯(lián)，從動(dòng)輪與被驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相聯(lián),在微 電機(jī)的帶動(dòng)下，主動(dòng)輪鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿之間實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)。所述主動(dòng)輪鉤桿 為螺旋線形狀，從動(dòng)輪鉤桿的空間曲線與主動(dòng)輪鉤桿的空間曲線共扼。主動(dòng)輪鉤桿和從動(dòng) 輪鉤桿是基于空間共扼曲線設(shè)計(jì)制作出來(lái)的。具體的來(lái)說(shuō)主動(dòng)輪鉤桿形狀為螺旋線形狀， 而從動(dòng)輪鉤桿的空間曲線與主動(dòng)輪鉤桿的空間曲線共扼。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)1、 空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)只有一個(gè)傳動(dòng)副，可以實(shí)現(xiàn)類似蝸輪蝸桿的大傳動(dòng)比傳動(dòng)，由于 兩個(gè)輪軸位于同一個(gè)平面，使得其空間尺寸較小，傳動(dòng)系零件數(shù)也減至最少，與傳統(tǒng)微 小型變速機(jī)構(gòu)(如微小行星齒輪機(jī)構(gòu))相比，該傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單；與其它傳動(dòng)技術(shù)(如SMA傳動(dòng)、熱膨脹傳動(dòng)、壓電傳動(dòng)和電磁傳動(dòng))相比，它能實(shí)現(xiàn)在較高轉(zhuǎn)速(1000 轉(zhuǎn)/分)下的連續(xù)傳動(dòng)。2、 空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工藝性和經(jīng)濟(jì)性好， 一旦研究形成成熟的設(shè)計(jì)理論體系，可以 生產(chǎn)制造成為通用的微小型或微型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或減速器，便于簡(jiǎn)化微小型或微型機(jī)電產(chǎn)品 的結(jié)構(gòu)，節(jié)省空間，減輕質(zhì)量，并且造價(jià)低廉。3、 空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)類似蝸輪蝸桿的大傳動(dòng)比傳動(dòng)，傳動(dòng)比可以達(dá)到10: 1， 同時(shí)，由于兩個(gè)輪軸位于同一個(gè)平面，使得其空間尺寸比蝸桿傳動(dòng)副小得多，且易于加 工。4、 空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)，較之現(xiàn)有的非傳統(tǒng)機(jī)械微驅(qū)動(dòng)技術(shù)有顯著的改進(jìn)和更為廣泛的應(yīng)用。


圖l為本發(fā)明實(shí)施方式中空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施方式中從動(dòng)輪及其鉤桿布置示意圖。 圖3a為本發(fā)明實(shí)施方式中主動(dòng)輪及其鉤桿布置示意圖。 圖3b為圖3b中主動(dòng)輪及其鉤桿的俯視圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施方式中空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)空間嚙合示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明方法及機(jī)構(gòu)適用于為微機(jī)械裝置提供驅(qū)動(dòng)器。如圖l所示，空間曲線嚙合傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)由從動(dòng)輪1，從動(dòng)輪鉤桿2，主動(dòng)輪鉤桿3,主動(dòng)輪4，微電機(jī)5組成。主動(dòng)輪4與微電機(jī)5主 軸相聯(lián)，從動(dòng)輪l與被驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相聯(lián)。主動(dòng)輪4與從動(dòng)輪1之間通過(guò)主動(dòng)輪鉤桿3和 從動(dòng)輪鉤桿2形成傳動(dòng)副?？臻g曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理為主動(dòng)輪在微電機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),其中一對(duì)主 動(dòng)輪鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿接觸，開(kāi)始進(jìn)入嚙合,此時(shí)從動(dòng)輪鉤桿阻礙主動(dòng)輪鉤桿運(yùn)動(dòng)，其間的 相互作用產(chǎn)生阻力，這個(gè)阻力即為傳動(dòng)力，主動(dòng)輪就可以推動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于從動(dòng)輪與被 驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相聯(lián)，從而使得從動(dòng)輪帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)。由于在主動(dòng)輪鉤桿和從動(dòng)輪 鉤桿嚙合過(guò)程中，前一對(duì)鉤桿即將脫離嚙合，但還沒(méi)有完全脫離嚙合時(shí)，下一對(duì)鉤桿又接著 參與了嚙合，因此能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)。如圖2所示,從動(dòng)輪l采用鋁來(lái)制作，圓周面上通過(guò)強(qiáng)力膠粘上從動(dòng)輪鉤桿2，且從動(dòng)輪鉤 桿2采用鎳鉻金屬絲制作，直徑為O. 4mm。如圖3所示，主動(dòng)輪4采用鋁來(lái)制作，端面通過(guò)強(qiáng)力膠 粘上主動(dòng)輪鉤桿3，且主動(dòng)輪鉤桿3采用鎳鉻金屬絲制作，直徑為O. 4mm。主動(dòng)輪鉤桿和從動(dòng)輪 鉤桿的制作方法采用專為本實(shí)例發(fā)明的靠模法。即在制作鉤桿時(shí)，為了保證鉤桿的實(shí)際幾 何形狀和理論的幾何形狀一致，先用數(shù)控車(chē)床與數(shù)控銑床制作出主動(dòng)輪鉤桿和從動(dòng)輪鉤桿 的靠模，即先制作出與鉤桿形狀一致的凹槽，然后再將金屬絲壓入凹槽中，就可制作出鉤 桿。本發(fā)明中的主動(dòng)輪鉤桿和從動(dòng)輪鉤桿的空間曲線方程是以所建立的空間曲線嚙合理論 為基礎(chǔ)推導(dǎo)出來(lái)的。圖4描繪了空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)空間嚙合示意圖。其中S(o-;c，;;,z)及、，力，^)是兩個(gè)空間坐標(biāo)系，r軸與主動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，、軸與從動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)5軸線重合，兩軸之間的夾角為9(T。 x軸與^的間距為6， z軸與x。軸的間距為a。坐標(biāo)系S!(o廣Xi,yi，z^與主動(dòng)輪固聯(lián)，坐標(biāo)系52(02-A,A,&)與從動(dòng)輪固聯(lián)，在起始位置它們分別與 S及&重合。主動(dòng)輪以勻角速度^繞z軸旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪以勻角速度《2繞^軸旋轉(zhuǎn)。從起始 位置經(jīng)一段時(shí)間后，《及&運(yùn)動(dòng)到圖4中的位置，主動(dòng)輪繞z軸轉(zhuǎn)過(guò)^角，從動(dòng)輪繞Zp軸轉(zhuǎn) 過(guò)A角。則主動(dòng)輪鉤桿和從動(dòng)輪鉤桿空間曲線方程可表示為公式(1):<formula>formula see original document page 6</formula>其中式-是空間共軛曲線的嚙合方程。^ 為主動(dòng)輪鉤桿的空間曲線方程； A為嚙合點(diǎn)M的主法失，即，A<formula>formula see original document page 6</formula>且A,<formula>formula see original document page 6</formula>x2 = —sin^2 sin^;c, + sin^2 cos《力—cos^^ + 6 cos^2 < y2 =-cos A 3111^^+cos & cos A乂+5111^6-6 sin &為與主動(dòng)輪鉤桿空間曲線共軛的從 z2 = cos ^ + sin + a動(dòng)輪鉤桿的空間曲線方程；式中a， b —空間坐標(biāo)系Q，q之間的間距(如圖4); 必,，^一主動(dòng)輪與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度；/21 —主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的傳動(dòng)比。本發(fā)明為微小機(jī)械裝置提供了一種能夠連續(xù)穩(wěn)定嚙合傳動(dòng)的方法與機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)能夠 極大地簡(jiǎn)化了微機(jī)械傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，縮小幾何尺寸，減小質(zhì)量，提高操作的靈活性，且制作 簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，便于在微機(jī)電領(lǐng)域的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、一種空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、若干個(gè)主動(dòng)輪鉤桿和若干個(gè)從動(dòng)輪鉤桿，所述主動(dòng)輪鉤桿均勻安裝在主動(dòng)輪的端面上，所述從動(dòng)輪鉤桿單排均勻布置在從動(dòng)輪的圓周上，主動(dòng)輪鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿呈共扼的空間嚙合曲線形狀，軸線相互垂直的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成一傳動(dòng)副；主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)輪鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿之間產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述主動(dòng)輪與微電機(jī)主 軸相聯(lián)，從動(dòng)輪與被驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相聯(lián)，在微電機(jī)的帶動(dòng)下，主動(dòng)輪鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿 之間實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于主動(dòng)輪鉤桿為螺旋 線形狀，從動(dòng)輪鉤桿的空間曲線與主動(dòng)輪鉤桿的空間曲線共扼。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)則是基于空間曲線嚙合原理的新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、若干個(gè)主動(dòng)輪鉤桿和若干個(gè)從動(dòng)輪鉤桿，所述主動(dòng)輪鉤桿均勻安裝在主動(dòng)輪的端面上，從動(dòng)輪鉤桿單排均勻布置在從動(dòng)輪的圓周上，主動(dòng)輪鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿呈共軛的空間嚙合曲線形狀，軸線相互垂直的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成一傳動(dòng)副；主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)輪鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿之間產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)。該機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)機(jī)構(gòu)只有一個(gè)傳動(dòng)副，使得傳動(dòng)系零件數(shù)減至最少，傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單；可以實(shí)現(xiàn)類似蝸輪蝸桿的大傳動(dòng)比傳動(dòng)；由于兩個(gè)輪軸位于同一個(gè)平面，使得其空間尺寸較小，且易于加工。
文檔編號(hào)F16H37/00GK101324265SQ200810029649
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者亮 羅, 強(qiáng) 胡, 陳揚(yáng)枝 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)