并聯(lián)減變速一體化滾動(dòng)活齒機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于變速比傳動(dòng)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種變速比滾動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，常規(guī)的勻速傳動(dòng)在很多場(chǎng)合已經(jīng)無(wú)法滿足新工藝 和新設(shè)備的要求，而根據(jù)實(shí)際工況反求出的變速比運(yùn)動(dòng)規(guī)律，往往是設(shè)備運(yùn)行的理想狀態(tài)， 因此變速比傳動(dòng)在機(jī)械領(lǐng)域占據(jù)愈來(lái)愈重要的地位。
[0003] 在眾多變速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，非圓齒輪結(jié)合了凸輪與齒輪的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)兩軸間 精確的變速比規(guī)律。與連桿機(jī)構(gòu)相比，非圓齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡；與凸 輪機(jī)構(gòu)相比，非圓齒輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)的非勻速傳動(dòng)，故非圓齒輪在各個(gè)領(lǐng) 域得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)兩個(gè)非圓齒輪的齒數(shù)不同時(shí)，可W實(shí)現(xiàn)減變速傳動(dòng)規(guī)律，但是由于非圓 齒輪構(gòu)造的特殊性，非圓齒輪的減速比等于大、小非圓齒輪節(jié)曲線的周期之比，運(yùn)就導(dǎo)致非 圓齒輪只能實(shí)現(xiàn)某些角速度大小和周期固定的減變速傳動(dòng)規(guī)律。而實(shí)際生產(chǎn)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的速度要求具有多樣性，因此非圓齒輪在使用時(shí)，往往需要與一級(jí)甚至兩級(jí)圓齒輪副配合 使用，造成機(jī)構(gòu)冗長(zhǎng)，占用空間大，傳動(dòng)效率下降等問(wèn)題。
[0004] 活齒機(jī)構(gòu)是在行星齒輪基礎(chǔ)上演化而成的一種高效高強(qiáng)度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般用作 勻速傳動(dòng)。鑒于活齒機(jī)構(gòu)具有多齒曬合，承載力大，傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比大，制造工藝簡(jiǎn)單等 優(yōu)點(diǎn)，人們將活齒機(jī)構(gòu)拓展的變速比傳動(dòng)領(lǐng)域。陳志同等人在1999年《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》， 35(1) :30-33文中將變速比傳動(dòng)簡(jiǎn)化成線性運(yùn)動(dòng)和正弦運(yùn)動(dòng)的疊加，提出了非勻速活齒機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，該活齒機(jī)構(gòu)的組成與普通活齒機(jī)構(gòu)相同，都是由激波器，活齒架，內(nèi)齒圈和 活齒組成，通過(guò)控制激波器和外齒圈的齒廓形狀實(shí)現(xiàn)變速比傳動(dòng)，但是簡(jiǎn)化的傳動(dòng)函數(shù)不 能完全滿足實(shí)際生產(chǎn)中復(fù)雜多變的非勻速運(yùn)動(dòng)要求。劉大偉等人在2014年《機(jī)械工程學(xué) 報(bào)》，50 (1) :47-54文中借鑒非圓齒輪理論，提出了非勻速推桿活齒機(jī)構(gòu)，其中激波器的齒廓 采用了蝸線函數(shù)，內(nèi)齒圈的齒廓曲線由傳動(dòng)比確定，可實(shí)現(xiàn)多周期非圓齒輪的傳動(dòng)效果。另 外還有一種單列減變速一體化滾動(dòng)活齒機(jī)構(gòu)，是在變速比活齒機(jī)構(gòu)上發(fā)展而來(lái)，其滾動(dòng)體 的中屯、分布在同一個(gè)平面上，故稱(chēng)為單列活齒機(jī)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是能通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速 和變速功能的集成傳動(dòng)。它們的不足之處：使用時(shí)要與減速機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用，不僅增加了機(jī)構(gòu) 的繁瑣程度，降低了系統(tǒng)的效率，而且無(wú)法發(fā)揮出常規(guī)活齒機(jī)構(gòu)大減速比的特點(diǎn)。減速比受 變速比的周期數(shù)控制，只能適應(yīng)某些特殊的場(chǎng)合，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)任意減速比和變速比的復(fù)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)任意減速和變速規(guī)律的復(fù)合傳動(dòng)，從而省掉傳統(tǒng) 變速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的減速機(jī)構(gòu)，提高整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的效率和可靠性，減小其重量和所占空 間的并聯(lián)減變速一體化滾動(dòng)活齒機(jī)構(gòu)。
[0006] 本發(fā)明主要包括激波器，活齒架，內(nèi)齒圈，滾子活齒、輸入軸、輸出軸和機(jī)座。其中， 機(jī)座為中空?qǐng)A柱形殼體，機(jī)座的一側(cè)壁上設(shè)有通孔，通孔內(nèi)部設(shè)有軸承A，輸入軸插接在軸 承A的內(nèi)部，且自由端延伸到機(jī)座一側(cè)壁的外部，輸入軸的另一端穿過(guò)激波器的中部?；铨X 架為一端開(kāi)口的圓筒殼體，活齒架的另一端與機(jī)座的一側(cè)內(nèi)壁固定連接，在活齒架的圓周 外壁上，均勻分布導(dǎo)向槽，即導(dǎo)向槽在活齒架的外壁的軸向方向上間隔分布，在導(dǎo)向槽內(nèi)部 設(shè)有滾子活齒?；铨X架置于激波器與內(nèi)齒圈之間。內(nèi)齒圈的內(nèi)壁上設(shè)有若干列齒廓曲面， 內(nèi)齒圈內(nèi)壁上的齒廓曲面與活齒架外壁導(dǎo)向槽內(nèi)部的滾子活齒相曬合。機(jī)座的另一側(cè)壁上 設(shè)有通孔，通孔內(nèi)部設(shè)有軸承B，輸出軸插接在軸承B的內(nèi)部，且輸出軸的自由端延伸到機(jī) 座另一側(cè)壁的外部，輸出軸的另一端插接在內(nèi)齒圈的中部。
[0007] 在W激波器回轉(zhuǎn)中屯、為原點(diǎn)的極坐標(biāo)系中，激波器的偏屯、圓齒廓曲線方程為
Cl)
[0009] 式中，R為激波器齒廓的半徑；e為激波器齒廓的偏屯、距；d為滾子活齒的直徑； 和妍為激波器齒廓在極坐標(biāo)中的向徑與極角。
[0010] 相應(yīng)的，內(nèi)齒圈上每列齒廓曲線的方程為
口）
[0012] 式中，X2,、y2,-一第j個(gè)活齒對(duì)應(yīng)的內(nèi)齒圈齒廓曲線的坐標(biāo)，其中j為滾子活齒的 序號(hào)；
[0013] d-為滾子活齒的直徑；
[0014] 9ii--第j個(gè)活齒對(duì)應(yīng)的內(nèi)齒圈初始齒廓曲線的極角，其計(jì)算公式為
t為活齒的總個(gè)數(shù)，ii2為激波器與內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速之比，j為滾子活 齒的序號(hào)，巧為激波器齒廓在極坐標(biāo)中的極角；
[001引一-第j個(gè)活齒對(duì)應(yīng)的內(nèi)齒圈初始齒廓曲線的向徑，其計(jì)算公式為
[0016] 式中，R為激波器齒廓的半徑，e為激波器齒廓的偏屯、距，妍為激波器齒廓在極坐 標(biāo)中的極角，j為滾子活齒的序號(hào)，t為活齒的總個(gè)數(shù)；
[0017] in,--第j個(gè)活齒對(duì)應(yīng)的內(nèi)齒圈初始齒廓曲線某一點(diǎn)處的切線與向徑之間的夾 角，其計(jì)算公式為
[001引式中，一-第j個(gè)活齒對(duì)應(yīng)的內(nèi)齒圈初始齒廓曲線的向徑，分母代表對(duì)求關(guān) 于賴(lài)的導(dǎo)數(shù)。
[0019] 為了令內(nèi)齒圈的齒廓曲線光滑且封閉，減變速一體化滾動(dòng)活齒機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比ii2 滿足公式
，:其中，Z2為內(nèi)齒圈單排輪齒的齒數(shù)，巧為激波器齒廓在極坐標(biāo) 中的極角。
[0020] 為了減小激波器和滾子活齒之間的磨損，激波器上可W安裝軸承，軸承外圓的直 徑與公式（1)中激波器齒廓曲線的直徑相同。
[0021] 本發(fā)明在使用時(shí)，激波器作為輸入構(gòu)件與原動(dòng)機(jī)相連，激波器勻速旋轉(zhuǎn)，其偏屯、圓 齒廓推動(dòng)部分滾子活齒沿活齒架的導(dǎo)向槽向內(nèi)齒圈運(yùn)動(dòng)，運(yùn)部分活齒稱(chēng)為主動(dòng)活齒。主動(dòng) 活齒將動(dòng)力傳遞到內(nèi)齒圈對(duì)應(yīng)的齒廓上，推動(dòng)內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)，由于內(nèi)齒圈的每列齒廓曲線方 程都是根據(jù)激波器齒廓和傳動(dòng)比推導(dǎo)出來(lái)的，所W內(nèi)齒圈會(huì)按照給定的具有減變速特征的 傳動(dòng)比進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，另外內(nèi)齒圈上每列齒廓只對(duì)應(yīng)一個(gè)活齒，運(yùn)樣就能夠保證任意減速比和 變速比的復(fù)合。隨著內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)，內(nèi)齒圈會(huì)推動(dòng)另一部分活齒沿導(dǎo)向槽向激波器運(yùn)動(dòng)，運(yùn) 部分活齒稱(chēng)為從動(dòng)活齒。主動(dòng)活齒和從動(dòng)活齒分別運(yùn)動(dòng)到激波器最大和最小向徑處時(shí)，二 者的角色互相轉(zhuǎn)變，由于滾子活齒的個(gè)數(shù)不少于3,運(yùn)樣就保證在任意瞬時(shí)總有一個(gè)主動(dòng)活 齒，保證動(dòng)力能夠隨激波器的轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)傳遞。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] (1)與變速比活齒機(jī)構(gòu)相比，該機(jī)構(gòu)不需減速機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)任意減速和變速的一體 化傳動(dòng)，不僅能夠提高系統(tǒng)效率，縮小傳動(dòng)空間，而且設(shè)計(jì)時(shí)減速比和變速比獨(dú)立調(diào)整，具 有極大的靈活性。
[0024] (2)與非圓齒輪相比，該機(jī)構(gòu)制造方便，滾子和激波器都是標(biāo)準(zhǔn)圓形構(gòu)件，內(nèi)齒圈 可通過(guò)數(shù)控銳或線切割獲得，其齒形相對(duì)非圓齒輪簡(jiǎn)單許多，而且同時(shí)參與曬合的齒數(shù)多， 剛度大，承載能力大，傳動(dòng)平穩(wěn)。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是圓齒輪與非圓齒輪組成的減變速傳動(dòng)輪系；
[0026] 圖2是減變速傳動(dòng)比曲線；
[0027] 圖3是激波器的齒廓曲線；
[0028] 圖4是第一個(gè)活齒對(duì)應(yīng)的內(nèi)齒圈齒廓曲線；
[0029] 圖5是第二個(gè)活齒對(duì)應(yīng)的內(nèi)齒圈齒廓曲線；
[0030] 圖6是第S個(gè)活齒對(duì)應(yīng)的內(nèi)齒圈齒廓曲線；
[0031] 圖7是第四個(gè)活齒對(duì)應(yīng)的內(nèi)齒圈齒廓曲線；
[0032] 圖8是本發(fā)明的裝配圖；
[0033] 圖9是本發(fā)明中激波器，活齒架和內(nèi)齒圈的左視圖。
[0034] 附圖標(biāo)號(hào)：1-激波器、2-內(nèi)齒圈、3-滾子活齒、4-活齒架、5-機(jī)座、6-輸入軸7-輸 出軸。
【具體實(shí)施方式】
[003引圖1為圓齒輪與楠圓齒輪組成的減變速串聯(lián)機(jī)構(gòu)，圖2為該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比曲線，W實(shí)現(xiàn)該減變速串聯(lián)機(jī)構(gòu)的傳