專利名稱：擺線蝸盤減速機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳動機(jī)械，用于動力機(jī)械的變速。
背景技術(shù)：
查考近多年來剛性齒式大速比減變速器的發(fā)展，最早只是齒輪及蝸輪式，隨之又出現(xiàn)一齒差、行星、諧波諸類型，后來又較大規(guī)模地被針輪擺線減速器所替代。目前尚有三環(huán)式、錐齒輪波導(dǎo)式，近來又有大批活齒類在國內(nèi)外出現(xiàn)，例如德國人迪特爾·波爾曼的無齒傳動齒輪(P3801930.2)等等。這些雖然各有優(yōu)點(diǎn)，但目前為止尚無一個兼?zhèn)錂C(jī)械效率、傳動剛度、高速平穩(wěn)性等綜合性能均極優(yōu)良，而且結(jié)構(gòu)簡單、易造的變速機(jī)構(gòu)問世。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種擺線蝸盤減速機(jī)，用簡單達(dá)單級滾動的運(yùn)動付，創(chuàng)造出高勻速度、大速比的減速機(jī)，使傳動剛度、機(jī)械效率、高速平穩(wěn)度及工藝簡易性等綜合指標(biāo)，均達(dá)近于該領(lǐng)域理論上的最高極限水平，使它能遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有各變速器。為此，本發(fā)明由擺線盤，滾盤和機(jī)架組成，擺線盤由盤體，I軸組成，I軸緊固于盤體左側(cè)中心孔內(nèi)，盤體為圓盤狀，它的前側(cè)面為錐形，錐面為“類單葉雙曲面”，面上有曲線槽，這曲線為“雙勻速擺線”公式為 其中R取|R|，r取±|r|；曲線槽的法向切面形狀及各部份幾何參數(shù)計(jì)算關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)化同于齒輪、齒條，或類似于梯形、鋸齒螺紋的幾何關(guān)系；滾盤由盤身，II軸以及K個滾輪、小軸、小套、鎖母組成；盤身為圓盤狀，它的中心右側(cè)固定著II軸，盤周有K個斜孔，斜孔內(nèi)有螺紋配合著小套，小套左端由鎖母鎖定，小軸右端固定著滾輪，小軸的滾輪左側(cè)及小軸左端有軸承安裝于小套內(nèi)；滾輪為單片錐形圓盤狀，它的H側(cè)面為凹錐面或平面，另一J側(cè)面為錐面；滾輪與擺線盤嚙合時它的H側(cè)凹錐面與曲線槽的凸側(cè)面相靠，J側(cè)錐面與曲線槽的凹側(cè)面相靠，這H、J兩側(cè)面交角d取曲線槽兩側(cè)齒形壓力角的和；機(jī)架由機(jī)身，左蓋、右蓋、左壓盤、右壓盤組成；機(jī)身是下部有底板的圓筒，底板是四周有安裝孔的平板，左蓋、右蓋均為盤形，它們分別安裝于機(jī)身的左、右兩端面，左蓋中心固定有與其中心線有一偏斜角的斜套，斜套孔內(nèi)用軸承安裝著I軸，左壓盤固定于斜套左端，它是緊壓I軸左端軸承外圈的圓盤，它中心有孔，用密封圈套于I軸左部；右蓋中心固定有大套，大套孔內(nèi)用軸承安裝著II軸，右壓盤固定于大套右端，它是緊壓II軸外端軸承外圈的圓盤，它中心有孔，用密封圈套于II軸右部；I、II軸均伸出機(jī)架，兩軸中心距為R+r，因左蓋中心與斜套中心線的偏斜角，使它兩成交叉位置，可使?jié)L盤一側(cè)的滾輪與擺線盤一側(cè)的曲線槽達(dá)正確嚙合而另一側(cè)為分離狀態(tài)。
所述的滾輪的H側(cè)如取凹錐面則它的曲率半徑略大于擺線盤外周部曲線槽內(nèi)凸側(cè)面的曲率半徑，滾輪的J側(cè)錐面的曲率半徑略小于擺線盤中心部曲線槽內(nèi)凹側(cè)面的曲率半徑，兩者均成帶狀嚙合面。
所述的滾輪可用多片圓盤與同一套管成一整體或多個盤成滑動配合地套于一管上組成多盤型，這兩種盤的盤數(shù)為≥2的自然數(shù)，這管再用滾動或滑動軸承及小軸裝配于滾盤上。
所述的滾輪也可用錐軸來代替，錐軸的錐角取曲線槽兩側(cè)齒形壓力角的和，錐軸根部由軸承安裝于滾盤分度孔內(nèi)。
所述的機(jī)架的機(jī)身也可以是無底板的法蘭式機(jī)架。所述的減速機(jī)中擺線盤和滾盤又可多次重復(fù)串聯(lián)而組成多級機(jī)構(gòu)，成為兩級、或多級減速機(jī)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，它僅為兩盤(擺線盤和滾盤)單級滾動付傳動機(jī)構(gòu)，是其它同類無法比似的，本發(fā)明成功地運(yùn)用了運(yùn)動學(xué)等基礎(chǔ)性設(shè)定研究，首創(chuàng)了“雙勻速擺線”函數(shù)理論，從而產(chǎn)生的高勻速度、大速比剛性單級滾動付傳動機(jī)構(gòu)，它成功地革除了多年來諸大速比減速器所無法擺脫的齒差原理，從而出色地避免了目前同類的諸多基本缺點(diǎn)，經(jīng)樣機(jī)等實(shí)踐證明它在機(jī)械效率，高速平穩(wěn)性、輸出勻速性和工藝簡單度和實(shí)現(xiàn)大功率傳動上均優(yōu)于目前行星式、諧波式、針輪擺線式、活齒式以及三環(huán)式等各類減速器等，預(yù)計(jì)它將成為目前減速器行業(yè)的理想產(chǎn)品。
圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)和其A-A剖面示意2為圖1的G部放大和K-K剖切面3本發(fā)明的多盤型滾輪局部示意4本發(fā)明的多盤型滾輪局部示意5本發(fā)明的錐軸滾輪擺線盤嚙合狀態(tài)示意6本發(fā)明的“雙勻速擺線”設(shè)定生成基礎(chǔ)示意7本發(fā)明的是“雙勻速擺線”特征示意圖具體實(shí)施方式
如圖1至圖7所示，本發(fā)明由(見圖1)擺線盤(1)，滾盤(2)和機(jī)架(3)組成；擺線盤由盤體(6)，I軸(4)組成；I軸緊固于盤體左側(cè)中心孔內(nèi)，盤體為圓盤狀，它的前側(cè)面為錐形，錐面“類單葉雙曲面”(這“類單葉雙曲面”和“雙勻速擺線”下面專有說明)，這曲面上有曲線槽，這曲線為“雙勻速擺線”公式為 其中R取|R|，r取±|r|；
為了簡化應(yīng)用，所述的擺線盤曲線槽的曲線也可取c＝1，這“雙勻速擺線”就成為它的特例——變幅擺線 其中R取|R|，r取±|r|，(取“+”為變幅外擺線，取“-”為變幅內(nèi)擺線)用它們來作曲線槽效果類同，更為方便。曲線槽的法向切面形狀及各部份幾何參數(shù)計(jì)算關(guān)系等標(biāo)準(zhǔn)化同于的齒輪、齒條或類似于梯形、鋸齒螺紋等。
滾盤由盤身(6)，II軸(9)以及K個滾輪(10)、小軸(11)、小套(12)、鎖母(13)等組成；盤身為圓盤狀，它的中心右側(cè)固定著II軸，盤周有K個斜孔，斜孔內(nèi)有螺紋配合著小套，小套左端由鎖母鎖定，小軸右端固定著滾輪，小軸的滾輪右側(cè)及小軸左端有軸承(或壓力軸承)安裝于小套(見圖1G局部，及圖2G部放大)；滾輪(見圖2)為單片錐形圓盤狀，它的H側(cè)面為凹錐面或平面，如取凹錐面則它的曲率半徑應(yīng)略大于擺線盤外周部曲線槽內(nèi)凸側(cè)面的曲率半徑，另一側(cè)J面為錐面，這錐面的曲率半徑略小于擺線盤中心部曲線槽內(nèi)凹側(cè)面的曲率半徑，兩者均成帶狀嚙合面。滾輪與擺線盤嚙合時H側(cè)面與曲線槽的凸側(cè)面相靠，J側(cè)錐面與曲線槽的凹側(cè)面相靠，這H、J兩側(cè)面交角d取曲線槽兩側(cè)齒形壓力角的和，可在25°～50°范圍(常用為40°、30°)，這時滾輪中心軸應(yīng)有相應(yīng)的傾角e以保證它與曲線槽良好嚙合；從圖2的K-K切面中，滾輪的H側(cè)凹錐面和J側(cè)錐面，被切出的兩條線是二次曲線頂點(diǎn)部位段，這兩頂點(diǎn)段均有較大曲率半徑，它們可與曲線槽各側(cè)面產(chǎn)生較寬的重合段，使?jié)L輪兩側(cè)與曲線槽嚙合時形成寬帶形的面接觸，極大地提高接觸強(qiáng)度和耐磨性。滾輪(10a)也可以(見圖3)用多片圓盤與同一套管(22)成一整體或多個盤(見圖4)成滑動配合地套于一管(23)上等組成多盤型，這兩種盤的盤數(shù)可以為2、3、4、5、6、7......等，這管再用滾動或滑動軸承(最佳為壓力軸承)及小軸等裝配于滾盤上。滾輪切向線與滾盤徑向線的夾角∠δ1(圖1)，等于滾輪與擺線盤曲線槽嚙合時能使兩者相切的角度∠δ(即圖7中 “雙勻速擺線”曲線的切線MN與滾盤徑向線O’P的夾角)。滾輪也可以采用錐軸(20)(圖5)來代替，錐軸的錐角取曲線槽兩側(cè)齒形壓力角的和，這時滾盤(6a)上無小軸和斜孔，斜孔由分度孔(21)來替代，錐軸根部有軸承安裝于滾盤分度孔內(nèi)。
機(jī)架由機(jī)身(14)，左蓋(17)、右蓋(15)、左壓盤(19)、右壓盤(8)組成；機(jī)身是下部有底板(16)的圓筒，底板是四周有安裝孔的平板，左蓋、右蓋均為圓盤形，它們分別安裝于機(jī)身的左、右兩端面，左蓋中心固定有與其中心線有一偏斜角的斜套(18)，斜套孔內(nèi)用軸承安裝著I軸(4)，左壓盤固定于斜套左端，它是緊壓I軸左端軸承外圈的圓盤，它中心有孔，用密封圈套于I軸左部，右蓋中心固定有大套(7)，大套孔內(nèi)用軸承安裝著II軸(9)，右壓盤固定于大套右端，它是緊壓II軸外端軸承外圈的圓盤，它中心有孔，用密封圈套于II軸右部；I、II軸均伸出機(jī)架，分別成為輸入、輸出軸；兩軸中心距為R+r，因左蓋中心與斜套中心線的偏斜角，使它兩成交叉位置，可使?jié)L盤一側(cè)的滾輪與擺線盤一側(cè)的曲線槽達(dá)正確嚙合而另一側(cè)為分離狀態(tài)。為了得到更大的速比，又可將這兩盤多次重復(fù)、串聯(lián)而組成多級機(jī)構(gòu)，成為兩級、叁級......等多級減速機(jī)。機(jī)架(見圖1)的機(jī)身(14)也可以是無底板的法蘭式。
經(jīng)長期深層次的機(jī)構(gòu)及運(yùn)動學(xué)、數(shù)學(xué)等研究，發(fā)現(xiàn)行星機(jī)構(gòu)(圖6)中如設(shè)t’定行星臂OO’以定值的角速度轉(zhuǎn)動，太陽輪也以(相對于行星臂OO’)定角速度β轉(zhuǎn)動，β∈(0，)，則兩速比β/＝C為常數(shù)值，速比C可取(0～1)內(nèi)的連續(xù)值，即C∈(0，1)。又設(shè)變幅半徑O’P＝λr(λ為變幅系數(shù))，R、r分別為太陽、行星齒輪的兩分度圓半徑，t’為時間，θ為行星輪O’相對于行星臂的轉(zhuǎn)速，則可求出行星輪O’上任意點(diǎn)P(x，y)點(diǎn)的軌跡曲線，因兩輪為外嚙合運(yùn)動，所以有FP’＝FA(指長度相等)，βt’R＝FA＝FP’＝θt’r，∴θ＝βR/r＝CR/r，又∵α＝π/2-(θ+)t’＝π/2-t’(CR/r+1)，X＝OD＝OE-DE＝OE-PG＝(R+r)cost’-λrcost’(CR/r+1)Y＝PD＝EO’-O’G＝(R+r)sint’-λrsint’(CR/r+1)設(shè)t’＝t即 這是太陽及行星兩齒輪外嚙合時，太陽齒輪與行星臂均作勻速轉(zhuǎn)動而行星齒輪上的動點(diǎn)P產(chǎn)生的軌跡曲線，同理可求它們內(nèi)嚙合時的軌跡曲線，研究結(jié)果只需將以上函數(shù)中的r改取負(fù)值(即r取-|r|)，其它均不變。為了方便不妨稱這軌跡曲線為“雙勻速擺線”。為了使這函數(shù)能包括內(nèi)、外兩類嚙合產(chǎn)生的軌跡曲線，設(shè)R取|R|，r取±|r|，其中r取“+”為“雙勻速外擺線”，取“-”為“雙勻速內(nèi)擺線”，統(tǒng)稱為“雙勻速擺線”。這是周期性曲線，周期為t∈(0，2πr/CR)，因?yàn)槭菍ΨQ圖形可只取其半周段t∈(0，πr/CR)來應(yīng)用。
為了簡化應(yīng)用，令太陽輪為靜止得ωt’＝0，βt’＝t’，c＝1，這“雙勻速擺線”就成為它的特例——變幅擺線 其中R取|R|，r取±|r|(其中r取“+”為變幅外擺線，取“-”為變幅內(nèi)擺線)，用它來作曲線槽效果類同，較更為簡單方便。
因?yàn)椤半p勻速擺線”是太陽齒輪R與行星齒輪r嚙合后，太陽輪和行星臂又各作勻速轉(zhuǎn)動(太陽輪與行星輪瞬時的轉(zhuǎn)動均為定比值)時而行星齒輪上的動點(diǎn)P(變幅半徑O’P端點(diǎn))形成的軌跡。反之用這軌跡曲線作為齒槽來嚙合這以O(shè)’為圓心的P點(diǎn)的軌跡圓(以下稱P圓)上的諸對應(yīng)點(diǎn)，必定會產(chǎn)生與太陽齒輪和行星齒輪相嚙合時相等效果的剛性勻速(即瞬時定比)傳動，而且可使傳動比遠(yuǎn)大于齒輪的范圍(單級齒輪傳動比小于1∶8)，如果固定行星臂(即設(shè)定為靜止參照系)，則本機(jī)構(gòu)便可成為極為優(yōu)良的大速比減速機(jī)。這種運(yùn)動學(xué)的設(shè)定和逆推反設(shè)定原理，形成本發(fā)明堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)方法，例如圖7是速比V＝r/R＝24，c＝1，λ＝2.445376，r＝31.488，R＝1.312時這“雙勻速擺線”函數(shù)曲線為
計(jì)算機(jī)顯示的函數(shù)曲線如圖7，P’(X，Y)為行星輪分度圓r的任意點(diǎn)，P’0為太陽輪度圓R與行星輪度圓r的嚙合點(diǎn)，P(x，y)為變幅(變幅半徑λr＝77)圓p上任意點(diǎn)，則這P圓被上述的“雙勻速外擺線”分割成等弧，即P1P2＝P2P3＝P3P4.....＝Pn-1Pn＝.....(這些弧的中心角均為15.062°)，這等分的原因是源于“雙勻速擺線”的基本特性，這說明用曲線槽盤替代太陽齒輪，P圓(即滾盤位置)上均勻地選取適當(dāng)少量的嚙合滾動點(diǎn)(即滾輪)代替行星齒輪，滾動點(diǎn)與槽相約束組成運(yùn)動付，可產(chǎn)生太陽、行星輪同樣效果的剛性勻速傳動，并可實(shí)現(xiàn)更大的速比。適當(dāng)選取變幅系數(shù)入的值時，可發(fā)現(xiàn)各P圓與曲線槽各交點(diǎn)的切線與變幅半徑交角，近似于恒定值。(例如圖7中切線MN與O’Pn的交角∠δ在P點(diǎn)變動時能近于不變值)，如用這角度作滾輪切面與滾盤的徑向線的交角(圖1中AA剖面∠δ1)，則減速機(jī)在很長的多點(diǎn)的嚙合區(qū)域內(nèi)具有極為良好動力傳遞特性。有了這個長嚙合區(qū)，便可設(shè)置多個滾輪，實(shí)現(xiàn)較高的傳動平穩(wěn)性和極大的機(jī)械強(qiáng)度，也可設(shè)置少量滾輪來降低耗能，以大幅度提高機(jī)械效率。為使?jié)L輪與盤體錐面的曲線槽良好地嚙合，這盤體錐表面采用滾輪嚙合區(qū)段圓弧(即P圓嚙合弧段)沿?cái)[線盤軸心旋轉(zhuǎn)所形成的曲面。因線段與異面的軸心旋轉(zhuǎn)而形成曲面為“單葉雙曲面”，則這個P圓嚙合弧段沿一軸線旋轉(zhuǎn)的曲面應(yīng)很類似，本發(fā)明不妨稱它為“類單葉雙曲面”。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，它僅為兩盤(擺線盤和滾盤)單級滾動付傳動機(jī)構(gòu)，是其它同類無法比似的。
本發(fā)明成功地運(yùn)用了運(yùn)動學(xué)等基礎(chǔ)性設(shè)定研究，首創(chuàng)了“雙勻速擺線”函數(shù)理論，從而產(chǎn)生的高勻速度、大速比剛性單級滾動付傳動機(jī)構(gòu)，它成功地革除了多年來諸大速比減速器所無法擺脫的齒差原理，從而出色地避免了目前同類的諸多基本缺點(diǎn)，經(jīng)樣機(jī)等實(shí)踐證明它在機(jī)械效率，高速平穩(wěn)性、輸出勻速性和工藝簡單度和實(shí)現(xiàn)大功率傳動上均優(yōu)于目前行星式、諧波式、針輪擺線式、活齒式以及三環(huán)式等各類減速器等，預(yù)計(jì)它將成為目前減速器行業(yè)的理想產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種擺線蝸盤減速機(jī)，由機(jī)架、底板和機(jī)身所組成，其特征在于它由擺線盤，滾盤和機(jī)架組成，擺線盤由盤體，I軸組成，I軸緊固于盤體左側(cè)中心孔內(nèi)，盤體為圓盤狀，它的前側(cè)面為錐形，錐面為“類單葉雙曲面”，面上有曲線槽，這曲線為“雙勻速擺線”公式為X=(R+r)cost-λrcost(CR/r+1)t∈(0,πr/RC)Y=(R+r)sint-λrsint(CR/r+1)C∈(0,1)5]]>其中R取|R|，r取±|r|；曲線槽的法向切面形狀及各部份幾何參數(shù)計(jì)算關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)化同于齒輪、齒條，或類似于梯形、鋸齒螺紋的幾何關(guān)系；滾盤由盤身，II軸以及K個滾輪、小軸、小套、鎖母組成；盤身為圓盤狀，它的中心右側(cè)固定著II軸，盤周有K個斜孔，斜孔內(nèi)有螺紋配合著小套，小套左端由鎖母鎖定，小軸右端固定著滾輪，小軸的滾輪左側(cè)及小軸左端有軸承安裝于小套內(nèi)；滾輪為單片錐形圓盤狀，它的H側(cè)面為凹錐面或平面，另一J側(cè)面為錐面；滾輪與擺線盤嚙合時它的H側(cè)凹錐面與曲線槽的凸側(cè)面相靠，J側(cè)錐面與曲線槽的凹側(cè)面相靠，這H、J兩側(cè)面交角d取曲線槽兩側(cè)齒形壓力角的和；機(jī)架由機(jī)身，左蓋、右蓋、左壓盤、右壓盤組成；機(jī)身是下部有底板的圓筒，底板是四周有安裝孔的平板，左蓋、右蓋均為盤形，它們分別安裝于機(jī)身的左、右兩端面，左蓋中心固定有與其中心線有一偏斜角的斜套，斜套孔內(nèi)用軸承安裝著I軸，左壓盤固定于斜套左端，它是緊壓I軸左端軸承外圈的圓盤，它中心有孔，用密封圈套于I軸左部；右蓋中心固定有大套，大套孔內(nèi)用軸承安裝著II軸，右壓盤固定于大套右端，它是緊壓II軸外端軸承外圈的圓盤，它中心有孔，用密封圈套于II軸右部；I、II軸均伸出機(jī)架，兩軸中心距為R+r，滾盤一側(cè)的滾輪與擺線盤一側(cè)的曲線槽達(dá)正確嚙合而另一側(cè)為分離狀態(tài)。
2.按權(quán)利要求1所述的一種擺線蝸盤減速機(jī)，其特征在于所述的擺線盤曲線槽的曲線可取c＝1，這時“雙勻速擺線”就成為它的特例—變幅擺線X=(R+r)cost-λrcost(R/r+1)Y=(R+r)sint-λrsint(R/r+1)t∈(0,πr/R)]]>其中R取|R|，r取±|r|。
3.按權(quán)利要求1所述的一種擺線蝸盤減速機(jī)，其特征在于所述的滾輪的H側(cè)如取凹錐面則它的曲率半徑略大于擺線盤外周部曲線槽內(nèi)凸側(cè)面的曲率半徑，滾輪的J側(cè)錐面的曲率半徑略小于擺線盤中心部曲線槽內(nèi)凹側(cè)面的曲率半徑，兩者均成帶狀嚙合面。
4.按權(quán)利要求1所述的一種擺線蝸盤減速機(jī)，其特征在于所述的滾輪可用多片圓盤與同一套管成一整體或多個盤成滑動配合地套于一管上組成多盤型，這兩種盤的盤數(shù)為≥2的自然數(shù)，這管再用滾動或滑動軸承及小軸裝配于滾盤上。
5.按權(quán)利要求1所述的一種擺線蝸盤減速機(jī)，其特征在于所述的滾輪也可用錐軸來代替，錐軸的錐角取曲線槽兩側(cè)齒形壓力角的和，錐軸根部由軸承安裝于滾盤分度孔內(nèi)。
6.按權(quán)利要求1所述的一種擺線蝸盤減速機(jī)，其特征在于所述的機(jī)架的機(jī)身也可以是無底板的法蘭式機(jī)架。
7.按權(quán)利要求1所述的一種擺線蝸盤減速機(jī)，其特征在于所述的減速機(jī)中擺線盤和滾盤又可多次重復(fù)串聯(lián)而組成多級機(jī)構(gòu)，成為兩級、或多級減速機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明屬于傳動機(jī)械。它由擺線盤、滾盤和機(jī)架組成；擺線盤由盤體，I軸組成，滾盤由盤身，II軸以及K個滾輪、小軸、小套、鎖母組成，機(jī)架由機(jī)身，左蓋、右蓋、左壓盤、右壓盤組成。本發(fā)明用簡單達(dá)單級滾動的運(yùn)動付，創(chuàng)造出高勻速度、大速比的減速機(jī)，使傳動剛度、機(jī)械效率、高速平穩(wěn)度及工藝簡易性等綜合指標(biāo)，均達(dá)近于該領(lǐng)域理論上的最高極限水平，使它能遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有各變速器。
文檔編號F16H13/00GK1920335SQ20061010438
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者沈醒迪 申請人:漢邦科技股份有限公司