專利名稱:相交轉(zhuǎn)軸間恒等速傳動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)及該凸輪的加工方法
本發(fā)明涉及一種相交轉(zhuǎn)軸間，特別是小角度相交轉(zhuǎn)軸間恒等速傳動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)及該凸輪的加工方法。
現(xiàn)有的相交轉(zhuǎn)軸間恒等速傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)有錐齒輪機(jī)構(gòu)和雙萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)機(jī)構(gòu)。雖然，這兩種機(jī)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)相交轉(zhuǎn)軸間的恒等速傳動(dòng)，但用于小角度相交轉(zhuǎn)軸間傳動(dòng)的錐齒輪，尤其是高轉(zhuǎn)速。大載荷所需的高精度錐齒輪。其加工精度難以滿足要求，且傳動(dòng)效率較低。若用萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)作相交轉(zhuǎn)軸間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，要使傳動(dòng)為恒等速，就需要兩套萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)聯(lián)用，這使結(jié)構(gòu)尺寸增大。
本發(fā)明的任務(wù)是要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，加工方便且易于滿足精度要求的相交轉(zhuǎn)軸間恒等速傳動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)及該凸輪的加工方法。
凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)明任務(wù)是以如下方式完成的裝配好的凸輪組件和滾輪組件按圖1所示安裝在一起，各滾輪軸線均通過(guò)二轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)O，每一凸輪與其相配對(duì)的滾輪構(gòu)成一對(duì)“凸輪-滾輪”運(yùn)動(dòng)副。這樣，滾輪就被限制在凸輪表面上運(yùn)動(dòng)。而凸輪的理論型線是球面長(zhǎng)輻外擺線當(dāng)凸輪體和滾輪盤分別繞各自軸線始終以量值相等，方向成α夾角的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由滾輪軸線與凸輪體內(nèi)球心位于二轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)O的假想球面的交點(diǎn)在該球面上所描繪出來(lái)的曲線。由于本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的凸輪選取了這一曲線作為其理論型線，因而也就必然地實(shí)現(xiàn)了相交轉(zhuǎn)軸間的恒等速傳動(dòng)。
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖2是凸輪體上的凸輪在以相交轉(zhuǎn)軸軸線交點(diǎn)O為球心，以r為半徑的球面上的理論型線和實(shí)際型線的示意展開(kāi)圖。
圖3是凸輪的直角座標(biāo)系和球面座標(biāo)系，圖中的平面A為成α交角的二相交轉(zhuǎn)軸軸線所在的分界平面，平面B為凸輪的縱向?qū)ΨQ平面。平面C為凸輪體橫斷面，它通過(guò)二相交轉(zhuǎn)軸軸線的交點(diǎn)O且與凸輪體軸線垂直。平面D為滾輪軸線平面，它是滾輪軸線和凸輪體軸線所在的平面。圖中，α為二相交轉(zhuǎn)軸軸線的交角，β為滾輪軸線在凸輪體橫斷面上的投影與Z軸間的夾角。γ為滾輪軸線在凸輪縱對(duì)稱平面上的投影與Z軸之間的夾角。ψ為凸輪縱對(duì)稱平面轉(zhuǎn)離分界平面的轉(zhuǎn)角。
圖4是滾輪軸線位置圖，圖中ν角為滾輪軸線與滾輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)平面E(即赤道平面)之間的夾角
稱為緯度角。
圖5是滾輪軸線處于不同緯度角時(shí)的凸輪理論型線對(duì)比圖。
參照?qǐng)D1，凸輪體〔2〕被固定在軸〔1〕的軸端上，這里，凸輪體〔2〕的園周面上布有N個(gè)凸輪〔3〕，這N個(gè)凸輪最好在凸輪體園周面上均勻分布。凸輪可以在凸輪體上加工出來(lái)，也可以單獨(dú)做成一件安裝在凸輪體上。為了使傳動(dòng)連續(xù)穩(wěn)定凸輪數(shù)目N應(yīng)取除1、2和4以外的數(shù)，一般取N＝3，當(dāng)傳遞力矩較大時(shí)，也可取N＝6或其他適當(dāng)值。圖2是當(dāng)緯度角ν＝0(參照?qǐng)D4)時(shí)。 凸輪在以相交轉(zhuǎn)軸軸線交點(diǎn)O為球心，以r為半徑的球面上的理論型線和實(shí)際型線的示意展開(kāi)圖。參照?qǐng)D3，設(shè)當(dāng)凸輪的縱向?qū)ΨQ平面轉(zhuǎn)離分界平面的轉(zhuǎn)角為ψ時(shí)，滾輪軸線上從二相交轉(zhuǎn)軸軸線交點(diǎn)O到該球面的半徑矢量為 ()/(r) 。則凸輪的理論型線在O-XYZ直角座標(biāo)系上的方程(即矢量 ()/(r) 的方程)為rx＝r(COSαSinν+SinαCOSψCOSν)ry＝-r(Sin2(α)/2 Sin2ψCOSν+SinαSinψSinν) (1)rz＝r〔COSν(Sin2ψ+COSαCOS2ψ)-SinαCOSψSinν〕若緯度角ν＝O，則(1)式簡(jiǎn)化成rX＝rSinαCOSψrY＝-rSin2(α)/2 Sin2ψ (2)rZ＝r(Sin2ψ+COSαCOS2ψ)若把球面半徑r也視為參變量，則式(1)和(2)就成了該凸輪的理論型面方程。
參照?qǐng)D5，對(duì)不同的緯度角ν，凸輪有不同的理論型線。由于緯度角增大會(huì)導(dǎo)致最大的滾輪壓力角增大。故最好取ν＝O。
凸輪的前后兩端還應(yīng)作如圖2所示的處理切去一小部分凸輪型面，以防止由于加工誤差引起的運(yùn)動(dòng)干涉現(xiàn)象的發(fā)生。凸輪的中部尖角處也應(yīng)作修園處理，以防凸輪進(jìn)行熱處理時(shí)損傷該處的凸輪型面。
與N個(gè)凸輪相配對(duì)的N個(gè)滾輪〔4〕應(yīng)按所對(duì)應(yīng)的N個(gè)凸輪的布置關(guān)系(最好為均布)用螺釘或其他聯(lián)接方式安裝在滾輪盤〔5〕上，滾輪盤〔5〕又被安裝在轉(zhuǎn)軸〔6〕上。在此，滾輪可以直接用滾動(dòng)軸承做成，也可以用帶滑動(dòng)軸承的普通滾輪做成。
安裝凸輪組件和滾輪組件時(shí)，應(yīng)保證凸輪理論型線所在球面的球心O(即O-XYZ直角座標(biāo)系和球面座標(biāo)系的原點(diǎn))與各滾輪軸線的交點(diǎn)重合在二相交轉(zhuǎn)軸軸線的交點(diǎn)上，以防止由于非法安裝而引起的傳動(dòng)的等速性誤差或運(yùn)動(dòng)干涉。
該凸輪機(jī)構(gòu)用作相交轉(zhuǎn)軸間傳動(dòng)的好處在于實(shí)現(xiàn)了恒等速傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。零件加工方便且容易滿足精度要求，并可傳遞較大的力矩，傳動(dòng)效率高。另外，該機(jī)構(gòu)中的任一轉(zhuǎn)軸均可作為主動(dòng)軸，并可作正反轉(zhuǎn)傳動(dòng)。
該凸輪機(jī)構(gòu)的好處還在于它既可以用于軸線固定的二相交轉(zhuǎn)軸間的傳動(dòng)，又可用于一轉(zhuǎn)軸軸線相對(duì)另一轉(zhuǎn)軸軸線在以α為半錐角的園錐面上周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的二相交轉(zhuǎn)軸間的傳動(dòng)(即周轉(zhuǎn)傳動(dòng))，其中包括二轉(zhuǎn)軸的自轉(zhuǎn)角速度為零這一特例。
該凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪加工方法的發(fā)明任務(wù)是以如下方式完成的參照?qǐng)D3，圖中的角度β和ν是按下述二式規(guī)律變化的
r = t g-1(C o s a S i n ν + S i n a C o s φ Cos νC o s ν ( S i n2φ + C o s α C o s2φ ) - S i n α C o s φ S i n ν) ( 4 )]]>在數(shù)控機(jī)床上，只要控制銑刀軸線在凸輪體橫斷面上的轉(zhuǎn)角和凸輪縱對(duì)稱平面上的轉(zhuǎn)角分別按式(3)和(4)規(guī)律變化，并保證銑刀半徑與滾輪半徑一致，就能加工出所需的凸輪。
該加工方法的優(yōu)點(diǎn)是加工方便，并且只要把銑刀換成砂輪，就可對(duì)凸輪進(jìn)行磨削加工，因而加工精度較高。
權(quán)利要求
1.一種由凸輪體[2]、凸輪[3]、滾輪[4]和滾輪盤[5]組成的相交轉(zhuǎn)軸間恒等速傳動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)。其特征在于a.凸輪體[2]上沿園周方向布有一組凸輪[3]，其理論型線為球面長(zhǎng)輻外擺線。b.凸輪體軸線與滾輪盤軸線相交成固定夾角α。c.凸輪與滾輪構(gòu)成一對(duì)“凸輪-滾輪”運(yùn)動(dòng)副。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述機(jī)構(gòu)，其特征在于“凸輪-滾輪”運(yùn)動(dòng)副數(shù)目為除1，2和4以外的數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述機(jī)構(gòu)，其特征在于凸輪的理論型線是滾輪軸線緯度角ν＝0時(shí)的球面長(zhǎng)輻外擺線
4.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述機(jī)構(gòu)，其特征在于凸輪的理論型線是滾輪軸線緯度角ν≠0時(shí)的球面長(zhǎng)輻外擺線
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述機(jī)構(gòu)，其特征在于滾輪直接由滾動(dòng)軸承做成。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述機(jī)構(gòu)，其特征在于滾輪由帶滑動(dòng)軸承的普通滾輪做成。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述機(jī)構(gòu)，其特征在于它可以用于軸線固定的二相交轉(zhuǎn)軸間的恒等速轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述機(jī)構(gòu)，其特征在于它可以用于二相交轉(zhuǎn)軸軸線之一相對(duì)于另一轉(zhuǎn)軸軸線在以α為半錐角的園錐面上周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相交轉(zhuǎn)軸間的恒等速傳動(dòng)，其中包括二轉(zhuǎn)軸的自轉(zhuǎn)角速度為零。
9.一種用于相交轉(zhuǎn)軸間恒等速傳動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪的加工方法。其特征在于a.刀具軸線在凸輪體橫斷面上的轉(zhuǎn)角β和凸輪縱向?qū)ΨQ平面上的轉(zhuǎn)角γ分別按下述兩式規(guī)律變化
r = t g-1(C o s a S i n ν + S i n a C o s φ Cos νC o s ν ( S i n2φ + C o s α C o s2φ ) - S i n α C o s φ S i n ν)]]>b.刀具半徑與滾輪半徑一致且刀具可以是園柱銑刀，也可以是園柱砂輪。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于相交轉(zhuǎn)軸間，特別是小角度相交轉(zhuǎn)軸間恒等速傳動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，并提供了該凸輪的加工方法——球面坐標(biāo)法。該機(jī)構(gòu)由以球面長(zhǎng)輻外擺線作為理論型線的凸輪與滾輪構(gòu)成的“凸輪-滾輪”運(yùn)動(dòng)副保證了二相交轉(zhuǎn)軸間的恒等速傳動(dòng)關(guān)系。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、零件加工簡(jiǎn)便，可傳遞力矩較大，傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16H25/04GK85106512SQ85106512
公開(kāi)日1987年3月18日 申請(qǐng)日期1985年8月27日
發(fā)明者張振山, 馬世杰 申請(qǐng)人:海軍工程學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan