專利名稱：凹輪傳動機(jī)耕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)利用滾動體作中間傳動體，嚙合于兩個傳動主體工作面上相對應(yīng)的凹窩之間進(jìn)行動力傳遞。
如眾所知，在機(jī)械傳動中，力是通過各種型式的嚙合或摩擦來傳遞。至今已有的幾種機(jī)械傳動型式各具所長，應(yīng)用已久，技術(shù)成熟。但由于各自的傳動機(jī)理和結(jié)構(gòu)的限制，在應(yīng)用中均表現(xiàn)出一些不足，從而影響了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提高。如摩擦輪傳動和帶傳動(齒形帶例外)易于產(chǎn)生滑動，限制了承載能力；齒輪傳動中對齒輪輪齒的加工技術(shù)和工藝方面要求較高，并因輪齒幾何形狀等因素的局限，導(dǎo)致了一旦超載時輪齒易于折斷，故影響了承載能力和使用壽命。此述已有技術(shù)，在一般機(jī)械教科書中均有介紹(如化學(xué)工業(yè)出版社1982年10月出版的《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》(中冊)第八篇機(jī)械傳動部分)。
本實(shí)用新型的目的旨在創(chuàng)造一種新的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具備結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、承載力大等特點(diǎn)。以此有效地克服上述傳統(tǒng)機(jī)械傳動型式在制造和使用中所存在的不足，以獲取進(jìn)步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
為便于對本實(shí)用新型的清楚理解，先就凹輪傳動的基本構(gòu)成式和已有技術(shù)的聯(lián)系作一些敘述。顧名思義，“凹輪傳動”系指兩個帶凹的輪子通過中間傳動體的作用實(shí)現(xiàn)傳動。具體說凹輪傳動的基本構(gòu)成式是指在兩個圓柱體輪盤的圓柱側(cè)面上等距離設(shè)置了若干凹窩，由某種滾動體嚙合于兩輪相對應(yīng)的凹窩之間，即構(gòu)成了嚙合傳動的基本形式。這種傳動，從形體布局上看，很象摩擦輪傳動；從傳動效果上看，很象齒輪傳動。對三者之間的聯(lián)系不妨這樣描述一下摩擦輪裝上輪齒，成為齒輪；齒輪去掉輪齒，成為摩擦輪；摩擦輪設(shè)置凹窩，成為凹輪；齒輪去掉輪齒，設(shè)置凹窩，亦成為凹輪。可見三者在技術(shù)特征方面的區(qū)別和聯(lián)系。同時應(yīng)該看到，凹輪傳動和齒輪傳動的形式聯(lián)系極為密切?？梢杂枋?，前者的組合形式可以有效地模擬各種齒輪副的傳動形式(后文中例述)以及由其組成的各類輪系(本說明書中不予述及)，并可大范圍地替代其應(yīng)用功能。同時也應(yīng)該看到，凹輪傳動和摩擦輪傳動有著布局和功能方面的聯(lián)系。比如凹窩以外的那一部分圓柱側(cè)面也可以實(shí)現(xiàn)摩擦傳動。但在此應(yīng)用意義不大，待在后文中的“凹輪凹孔帶副傳動機(jī)構(gòu)”中應(yīng)用。
下面結(jié)合實(shí)施例附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)特征作詳細(xì)地描述。


圖1是凹輪傳動基本構(gòu)成式實(shí)施例原理圖；圖2是凹窩陣列形式示意圖；圖3是雙列式嚙合原理圖；圖4是滾動體返回通道機(jī)構(gòu)原理圖；圖5是凹輪傳動受力圖；圖6是凹輪內(nèi)凹輪副傳動機(jī)構(gòu)實(shí)施例原理圖；圖7是凹輪凹條副傳動機(jī)構(gòu)實(shí)施例原理圖；圖8是凹輪凹鏈傳動機(jī)構(gòu)實(shí)施例原理圖；圖9是凹輪凹孔帶副傳動機(jī)構(gòu)實(shí)施例原理圖；
圖10是圓錐凹輪副傳動形式實(shí)施例原理圖；
圖1至圖5給出本實(shí)用新型基本構(gòu)成式的實(shí)施例，為圓柱凹輪副。
圖1中W1、W2是兩個圓柱體輪盤，為主體部件，這兩個輪盤在軸線平行和外圓即分度圓相切的條件下定位，構(gòu)成了與摩擦輪傳動相似的布局。圖中可見在兩個輪盤1的圓柱側(cè)面上等距離設(shè)置了若干球面凹窩或半圓凹窩2。在W2輪的凹窩內(nèi)按放了滾動體(滾珠或滾子)3。在此，W2輪可稱作帶珠輪(“珠”，在此擬作各種滾動體的統(tǒng)稱)，W1輪仍稱作凹輪。滾動體按放在任何一個凹輪的凹窩內(nèi)都可以，實(shí)際應(yīng)用中可按放在凹窩少的那個凹輪上，以節(jié)省滾動體。在帶珠輪的輪緣上設(shè)滾動體保持圈4，其定位于帶珠輪的輪緣，但自身不隨動，作用是將非工作狀態(tài)的滾動體約束在凹窩內(nèi)，使其不致脫落。在凹輪凹窩底部盲孔內(nèi)設(shè)頂簧5，其作用是推移嚙出后的滾動體，使其保持和帶珠輪凹窩的常嚙合(該機(jī)構(gòu)適于在較大的凹輪傳動中應(yīng)用)。
圖1中A－A分圖分別出示了用滾珠作中間傳動體(上半部分)和用滾子作中間傳動體(下半部分)，其機(jī)理是相同的。
凹輪傳動的運(yùn)轉(zhuǎn)過程是這樣進(jìn)行的設(shè)W1輪作主動輪，逆時向轉(zhuǎn)動。此時，W1輪各凹窩便依次通過嚙合區(qū)段，用凹窩的一段曲線至部分內(nèi)面(球面凹)或一段直線至部分內(nèi)面(半圓凹)去撥動滾動體的相應(yīng)部位，W2輪即作順時向轉(zhuǎn)動。另設(shè)W2輪作主動輪，順時向轉(zhuǎn)動。此時，W2輪所帶各滾動體便依次通過嚙合區(qū)段，用滾動體的一段曲線至部分外面(滾珠)或一段直線至部分外面(滾子)去撥動W1輪凹窩的相應(yīng)部位。W1輪即作逆時向轉(zhuǎn)動。
用凹窩撥動滾動體的傳動可簡稱作“以凹撥珠”；用滾動體撥動凹窩的傳動可簡稱作“以珠撥凹”。此為凹輪傳動可以成立的二種嚙合方式，二者的嚙合效果完全相同，所不同點(diǎn)是二者的嚙入和嚙出動作存在時間上的差異。在“以珠撥凹”中滾動體為主動體，它的工作部位(只能)是前面；在“以凹撥珠”中凹窩為主動體，它的工作部位則(只能)是后面。如用“以珠撥凹”的嚙入和嚙出的動作時間為基準(zhǔn)的話，“以凹撥珠”的相應(yīng)動作時間則是滯后的。時間差異的數(shù)值由兩輪分度圓的運(yùn)行軌跡即其曲率大小比例所決定。
凹輪傳動的嚙合性能和圓弧齒輪的嚙合性能相同，為節(jié)點(diǎn)后嚙合，傳動的連續(xù)性能差。通過對其基本結(jié)構(gòu)的完善，可以提高其嚙合性能。改進(jìn)方案可有如下兩種方案一將凹窩的陣列由單列式變?yōu)榻诲e的雙列(見圖2、a、b)、三列(見圖2、c、d)至多列式。此時，凹輪的寬度有所增加，但其載荷能力也成倍地提高。圖3中可見雙列式滾動體出現(xiàn)在嚙合區(qū)段中的狀態(tài)。圖中虛線所示為第二列滾動體。
方案二設(shè)滾動體返回通道機(jī)構(gòu)(見圖4)。該機(jī)構(gòu)為已有技術(shù)，主要在滾珠螺旋傳動中應(yīng)用。圖4中6所示為一種簡單的環(huán)形滾動體返回通道機(jī)構(gòu)，其固裝于機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動部件以外的固定部件上(如機(jī)架，圖中未示)，軸線和W1、W2輪軸線90°相交，保證其開口的二端分別對正嚙合區(qū)段的嚙入口和嚙出口，使?jié)L動體在通道內(nèi)順利地循環(huán)運(yùn)行。同時，在嚙入口，滾動體可以被提前推入W1輪的凹窩內(nèi)，變?yōu)椤耙灾閾馨肌?設(shè)W1輪為主動輪)，以此擴(kuò)大了有效嚙合區(qū)段和提高了傳動的連續(xù)性。另外，滾動體返回通道機(jī)構(gòu)兼有滾動體保持圈4的功能(該機(jī)構(gòu)適于在較大的凹輪傳動中應(yīng)用)。
凹輪傳動的基本受力情況在圖5中出示。圖中Ft為圓周力，F(xiàn)r為徑向力，F(xiàn)n為法向力(此圖所指為“以凹撥珠”時的基本受力情況)。
以上敘述表明，凹輪傳動的基本構(gòu)成式作為一種新的機(jī)械傳動型式可以廣泛應(yīng)用于變速器等機(jī)械傳動部件中。同時受各種齒輪副傳動形式的啟示，凹輪傳動的基本構(gòu)成式可以派生多種組合形式。以下介紹幾種，供實(shí)施中選用。
圖6是凹輪內(nèi)凹輪副傳動機(jī)構(gòu)。圖中W1為帶珠的圓柱凹輪，W2b為內(nèi)凹輪。內(nèi)凹輪輪盤相當(dāng)于內(nèi)齒輪輪盤，在輪盤的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置了凹窩，其功能和內(nèi)齒輪相同。可替代內(nèi)齒輪在變速器中應(yīng)用。
圖7是凹輪凹條副傳動機(jī)構(gòu)。圖中W1為帶珠的圓柱凹輪，W2c為凹條。凹條基體相當(dāng)于齒條基體，在基體的平面上設(shè)置了凹窩，其功能和齒條相同，可替代齒條在機(jī)床中應(yīng)用。
圖8是凹輪凹鏈副傳動機(jī)構(gòu)。圖中W1為帶珠的圓柱凹輪，其功能相當(dāng)于鏈傳動中的鏈輪，W2d為凹鏈鏈條，右圖為兩單元凹鏈鏈節(jié)7。圖中可見凹鏈鏈節(jié)為整體塊狀，稱作鏈塊，在鏈塊的中心處設(shè)置了凹窩。兩鏈塊的凸端和凹端相合處由銷軸8連接，若干節(jié)鏈塊首尾相連組成了凹鏈鏈條。鏈條同凹輪的嚙合部位是鏈塊上的凹窩，鏈塊同時又起著張力元件的作用。鏈條的鉸鏈副為滑動副，屬于高副。凹鏈的構(gòu)成布局和某些特性與齒形鏈相似。凹鏈的承載能力大，可作動力鏈(如鏈條減速器)或輸送鏈。
圖9是受帶式輸送機(jī)啟示所形成的凹輪凹孔帶副傳動機(jī)構(gòu)。圖中W1為帶珠的圓柱凹輪，W2e為凹孔帶?，F(xiàn)行的帶式輸送機(jī)利用摩擦傳動原理，在主動滾輪的帶動下運(yùn)行。和帶傳動一樣，這種裝置易于滑動，影響了承載能力。凹輪凹孔帶副傳動機(jī)構(gòu)可以用簡單的方法將帶式輸送機(jī)的摩擦傳動變?yōu)閲Ш蟼鲃樱钥朔洳蛔悴⒃黾映休d能力。此方法是在輸送帶的二側(cè)臨邊處等距離設(shè)置了凹孔，由帶珠的凹輪與其嚙合傳動。圖中出示了凹孔帶一側(cè)的嚙合傳動狀況。這里應(yīng)提示一點(diǎn)是因?yàn)閴壕o機(jī)構(gòu)(圖中未示)的作用，凹輪的凹窩和凹孔帶的凹孔以外的那一部分工作面仍可以保持摩擦傳動效果。另外，現(xiàn)行的帶式輸送機(jī)的載體多采用橡膠帶，成本高。在凹輪凹孔帶副傳動機(jī)構(gòu)中，因不必過大要求載體的摩擦系數(shù)，故可將載體中間的那一部分用價(jià)格低于橡膠帶的其它材料(如帆布、塑織物等)帶類替換，兩邊可采用便于設(shè)置凹孔且強(qiáng)度高的平型帶，將這三條帶接合在一起即可成為一種成本低且效率高的新型組合輸送帶。
圖10中出示了圓錐凹輪副傳動形式。圖中W1a輪和W2a輪兩軸相交，在兩輪截錐體的圓錐側(cè)面上設(shè)置了雙列凹窩，滾動體嚙合于中間，即構(gòu)成了圓錐凹輪副的基本形式。圓錐凹輪副可以較大范圍地模擬各種圓錐齒輪副并替代其應(yīng)用功能。
實(shí)施前的設(shè)計(jì)中首先要確定凹輪的尺寸數(shù)據(jù)，現(xiàn)以圓柱(圓錐)凹輪副為例，擬以簡單的尺寸算法。
凹間距是個不易確定作統(tǒng)一參數(shù)的數(shù)值，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)強(qiáng)度要求任取。所以，不宜采用齒輪尺寸計(jì)算中的模數(shù)，而適于引用周節(jié)作基本參數(shù)。周節(jié)數(shù)值確定后可以只局限在兩個嚙合傳動的凹輪中引用，亦可作為統(tǒng)一引用。周節(jié)數(shù)值的確定要通過一個原始計(jì)算過程，即利用凹輪尺寸中易于確定的數(shù)據(jù)通過計(jì)算得出。計(jì)算過程如下A、確定主動輪尺寸a、根據(jù)需要確定主動輪直徑(D1)，習(xí)慣上取個整數(shù)。b、通過強(qiáng)度計(jì)算選定中間傳動體直徑(d)。c、通過強(qiáng)度計(jì)算約定凹間距數(shù)值(L)，并根據(jù)計(jì)算需要將L分為La和Lb兩部分。對La的大小可以從L的二分之一以上任取，可以多取幾次。同時，要保證其和中間傳動體直徑d之和為一個整數(shù)，以方便計(jì)算。
先概算出主動輪圓周表面上可以容納的凹數(shù)，為帶尾數(shù)數(shù)值(Wg)Wg＝ (D1π)/(d+La)算出凹間距的Lb部分Lb＝ ((d+La)WS)/(W1) 式中W1為Wg的整數(shù)部分，即可作引用的實(shí)際容納凹數(shù)值；Ws為Wg的小數(shù)部分。
求得周節(jié)(Z)Z＝d＋L＝ (D1π)/(W1) (L＝La＋Lb)B、確定從動輪尺寸
根據(jù)需要確定主動輪和從動輪的比值(N)。可以是直徑比，也可以是凹數(shù)比。
求實(shí)際容納凹數(shù)值(W2)W2＝ (D1πN)/(Z) ＝ (D2π)/(Z)本實(shí)用新型與現(xiàn)有機(jī)械傳動技術(shù)相比，主要與齒輪傳動的相關(guān)內(nèi)容比較，其突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在其一，承載能力強(qiáng)。因?yàn)椴捎米髦虚g傳動體的滾珠或滾子機(jī)械性能優(yōu)良，所以不易損壞；又因?yàn)楦鱾鲃芋w上的凹窩位于剛體的包圍之中，幾何應(yīng)力是多向的，亦不易損壞。其二，傳動圓滑平穩(wěn)。因?yàn)榘几C內(nèi)可以貯存潤滑油，當(dāng)滾動體對凹窩嚙入時，潤滑油將被擠壓溢出，則在接觸面之間形成一層運(yùn)動的并略具彈性的油膜，油膜的柔性粘附作用可以緩沖和吸振；又因?yàn)槠渚哂辛己玫淖晕恍阅?，所以傳動時無滑移。其三，易于制造。主要指對凹窩的制造明顯比制造齒輪的輪齒簡單。其四，使用壽命長。表現(xiàn)在兩個方面一是機(jī)械磨損極??；二是經(jīng)長期使用若出現(xiàn)超值磨損，可以再次加工，即擴(kuò)充凹窩，換新滾動體，表現(xiàn)了使用的多次性。
權(quán)利要求1.一種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，由兩個傳動主體和嚙合于其間的中間傳動體構(gòu)成，其特征在于a、所述傳動主體圓柱體輪盤W1、W2、圓柱體內(nèi)凹輪輪盤W2b、長方形凹條基體W2c、凹鏈鏈節(jié)塊體W2d、凹孔帶基體W2e、截錐體輪盤W1a、W2a的工作面上等距離設(shè)有若干凹窩2，b、所述中間傳動體即滾動體3，嚙合于兩個傳動主體相對應(yīng)的凹窩2之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述傳動機(jī)構(gòu)，其特征是凹窩2是球面形狀或半圓面形狀，是通凹孔或盲凹孔，凹窩的陣列是單列、雙列、三列至多列式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述傳動機(jī)構(gòu)，其特征是滾動體3是滾珠或滾子，其載體即帶珠輪是W1或W2，是W1a或W2a。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述傳動機(jī)構(gòu)，其特征是帶珠輪輪緣上設(shè)有滾動體保持圈4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動機(jī)構(gòu)，其特征是在W1和W2兩輪嚙合區(qū)段的嚙入口和嚙出口之間設(shè)環(huán)形滾動體返回通道6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述傳動機(jī)構(gòu)，其特征是W2e的兩邊沿走向設(shè)有等距離凹孔。
專利摘要本實(shí)用新型“凹輪傳動”，涉及一種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。其基本結(jié)構(gòu)是在兩個傳動主體的工作面上等距離設(shè)置了若干凹窩，并通過中間傳動體即某種滾動體嚙合于兩個相對應(yīng)的凹窩之間，即可傳遞動力。和現(xiàn)有機(jī)械傳動型式相比，其技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有突出的進(jìn)步和提高。如承載能力強(qiáng)，傳動圓滑平穩(wěn)，易于制造，使用壽命長等。凹輪傳動可以有效地模擬各種齒輪副及其輪系，并可大范圍地替代其應(yīng)用功能。可廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動部件的制造中。
文檔編號F16H37/02GK2054504SQ8920235
公開日1990年3月14日 申請日期1989年3月2日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月2日
發(fā)明者姜中璋 申請人:姜中璋