專利名稱：機械功率放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于傳動裝置，特別是齒輪傳動裝置的發(fā)明。該裝置通過各齒輪的嚙合，將動力以不同的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出，以適應不同的負載。
齒輪傳動，因其傳動效率高、傳遞功率大、結(jié)構(gòu)緊湊、具有同步性等優(yōu)點，在工業(yè)上應用極為廣泛。但要使齒輪傳動裝置在傳動過程中改變其輸出轉(zhuǎn)速。特別是進行無級調(diào)速幾乎是不可能的?，F(xiàn)有的機械無級變速器大都采用磨擦傳動，其傳遞功率受到限制，且難以同步。用液力也能實現(xiàn)無級變速，但必須有一套增壓供油管路等設備。
本發(fā)明的目的是提供一種新型齒輪傳動裝置，它有動力輸入端、動力輸出端和信號輸入端。動力輸出端輸出的動力隨信號輸入端輸入的信號變化而變化，且輸入信號的功率遠小于動力輸出的功率。其外特性同電子技術中的晶體管放大器很相似，故稱之為機械功率放大器。以下簡稱放大器。
其解決方案是在一個差動輪系的三個基本構(gòu)件中，用兩個分別作為動力輸入端和動力輸出端。輸入信號由一個蝸桿引入，與此蝸桿嚙合的蝸輪把運動傳遞給第三個基本構(gòu)件，并使此蝸輪蝸桿的嚙合具有自鎖性。當輸入信號為零，即蝸桿靜止時，動力輸出端的輸出為最大值。只要輸入信號傳遞到蝸輪上的運動方向和負載阻力迫使蝸輪運動的方向相同，則輸入信號的功率只要能夠克服蝸輪蝸桿間和齒輪間的磨擦力就能帶動第三個基本構(gòu)件，從而使動力輸出下降。當動力輸出降為零時，即輸出端靜止時，信號輸入為最大值。這里，信號輸入端的運動同動力輸出端的運動是反相的，即輸入增加時，輸出減小，輸入減小時，輸出增加則此蝸桿稱作反相輸入端。這樣，當輸入信號的轉(zhuǎn)速下降時，由于蝸輪蝸桿傳動的自鎖性，蝸輪上無論有多大的力都不可能阻止蝸桿的轉(zhuǎn)速下降，這將迫使輸出功率增加。從而實現(xiàn)了用小功率的輸入信號控制大功率的輸出。這就構(gòu)成一個最基本的放大器。
本發(fā)明的進一步改進是再用一個蝸桿引入另一個輸入信號，與該蝸桿嚙合的蝸輪把運動傳遞給動力輸出端。此蝸輪蝸桿的嚙合具有自鎖性。該蝸桿稱作同相輸入端。與上同理，該蝸桿轉(zhuǎn)速的下降將迫使動力輸出下降。這樣，微弱的信號輸入既能迫使動力輸出增加，又能迫使動力輸出下降。但在這里，同相輸入端和反相輸入端的運動必須滿足下述條件在同相輸入端的轉(zhuǎn)速下降，迫使動力輸出下降時，反相輸入端的轉(zhuǎn)速必須相應增加。要使上述條件得以滿足，需要有一個輸入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)。實現(xiàn)的方法很多，如用電子設備來控制兩臺電機分別帶動兩個輸入端，使之滿足上述條件。但本發(fā)明提出的解決方案是把一個輸入信號分成兩路傳遞，一路直接把運動傳遞給一個輸入端，另一路經(jīng)過一個差動輪系再把運動傳遞給另一個輸入端。此差動輪系的三個基本構(gòu)件中，一個用作信號輸入，一個用作信號輸出，第三個基本構(gòu)件由動力輸入端引入運動?？梢钥闯?，適當?shù)膫鲃颖瓤墒沟么溯斎雲(yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)的兩個輸出信號是反相的，從而滿足上述條件。此輸入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)的兩信號輸出端分別和上述放大器的兩個信號輸入端相接。組成一個功能較全的放大器。在此放大器中，當輸入信號變化時，放大器內(nèi)的兩個信號輸入端的轉(zhuǎn)速必然是一個下降，另一個增加，只有轉(zhuǎn)速下降的信號輸入端才能迫使動力輸出發(fā)生改變。而轉(zhuǎn)速增加的信號輸入端只是做跟隨運動。由于傳動間隙的存在，跟隨運動的提前或遲后都有可能導致放大器出現(xiàn)卡死。對此，本發(fā)明提出的解決方案是在輸入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)的兩個信號輸出端和放大器的兩個信號輸入端之間插入彈性元件，使得輸入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)的兩個信號輸出端可以有一定的相位移動，從而能容忍一定的傳動間隙。這樣的放大器，其信號輸入端輸入的信號在一定的范圍內(nèi)變化時，動力輸出端的輸出將跟隨著變化，且輸入信號的功率遠比動力輸出的功率小。
本發(fā)明更進一步的改進是在放大器的動力輸出端后面再加一級差動輪系，此差動輪系的兩個基本構(gòu)件用作動力輸入，一個和放大器的動力輸出端相接，一個和放大器的動力輸入端相接。第三個基本構(gòu)件用作動力輸出。使得在放大器的動力輸出端輸出為某一轉(zhuǎn)速時，此差動輪系的動力輸出為零。這樣就能獲得兩個方向的輸出。
此放大器的輸入信號可以是轉(zhuǎn)速和位移。當輸入信號為恒定轉(zhuǎn)速時，它就是一個定傳動比傳動裝置。因放大器具有零輸出的功能，則傳動比可達無窮大。當輸入為無級調(diào)速的轉(zhuǎn)動時，它就是一個傳遞功率大，傳動比變化范圍很寬的無級調(diào)速器。當輸入為位移時，它就是助力器。在放大器內(nèi)的信號輸入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)中，有兩個信號輸出端，如把接有差動輪系的信號輸出端和放大器的反相輸入端相接，則當輸入信號的轉(zhuǎn)速恒定時，輸入動力的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化時，其動力輸出端的傳速幾乎不受影響，這時它就是一個穩(wěn)速裝置。此放大器適用性很強，具有很高程度的通用性，這給大批量的生產(chǎn)打下了良好的基礎。特別是在工業(yè)自動化控制中，它可作為小功率的電子設備和大功率的機械設備之間較理想的橋梁。
附圖描述了本發(fā)明的三個實施例。


圖1是最基本的放大器的傳動原理圖。
圖2是改進后的放大器動力部分的傳動原理圖。
圖3是放大器信號輸入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)的傳動原理圖。
圖4是具有兩個方向輸出的放大器的傳動原理圖。
圖1描述了最基本的放大器的一個實施例。中心輪3、星輪4、系桿5和中心輪7組成一個差動輪系。軸1為動力輸入端，軸6為動力輸出端。蝸輪2和中心輪3固接，蝸桿8和蝸輪2的嚙合具有自鎖性，蝸桿8為信號輸入端。當由軸1輸入動力時，軸6拖動負載。這時，只要蝸桿8使蝸輪2運動的方向和軸6上的阻力迫使蝸輪2運動的方向相同，則輸入蝸桿8的功率只需要克服蝸輪2與蝸桿8之間的磨擦阻力，就能推動中心輪3運動。由于阻力的方向和輸出動力的方向相反，則中心輪3的運動方向和中心輪7的運動方向相反。當中心輪3的轉(zhuǎn)速上升到某一值時，軸6上的轉(zhuǎn)速將為零，則此時輸入蝸桿8的轉(zhuǎn)速即為輸入信號的最大值。當輸入信號減小，即蝸桿8的轉(zhuǎn)速下降時，由于蝸輪2和蝸桿8之間的自鎖性。蝸輪2上無論有多大的力都不可能阻止蝸桿8的轉(zhuǎn)速下降，這就必將迫使軸6的轉(zhuǎn)速增加，這就是該放大器的放大原理。
圖2和圖3描述了改進后的放大器的一個實施例。圖2中，蝸輪9和蝸桿10的嚙合具有自鎖性。蝸桿10和蝸桿8分別為同相輸入端和反相輸入端。圖3中，蝸桿8和蝸桿10分別套在軸17和軸23上，且可相對此兩軸轉(zhuǎn)動。兩個扭轉(zhuǎn)彈簧16和18的兩端分別同軸17和蝸桿8固接兩個扭轉(zhuǎn)彈簧20和21的兩端分別同軸23和蝸桿10固接。中心輪13、星輪14、系桿15和中心輪19組成一個差動輪系。信號由軸23輸入。軸11的運動由軸1傳遞給它。軸23上的運動通過齒輪22嚙合到齒輪12從而推動中心輪13。中心輪19和中心輪13的轉(zhuǎn)動方向相反，系桿15和中心輪19的轉(zhuǎn)動方向相同。這就使得蝸桿8和蝸桿10的運動是反相的。
圖4描述了具有兩個方向輸出的放大器的一個實施例。圖中，標號25的方塊表示圖2和圖3描述的放大器。軸23為信號輸入端。中心輪27、星輪28、系桿29和中心輪31組成的一個差動輪系。動力由軸1輸入，一方面通過齒輪24、齒輪35、齒輪34和軸33把動力傳遞給中心輪31另一方面通過放大器25，由放大器的動力輸出軸6輸出，再通過齒輪26嚙合到齒輪32從而推動中心輪27。兩個中心輪27和31的轉(zhuǎn)動方向是相反的，這樣可使得軸6輸出某一轉(zhuǎn)速時，軸30的轉(zhuǎn)速為零。軸6的轉(zhuǎn)速在此基礎上增加或減小將能使軸30正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。
權利要求
1.傳動裝置，特別是齒輪傳動裝置。其特征是在一個差動輪系的三個基本構(gòu)件中，有一個基本構(gòu)件的運動由一個蝸輪傳遞給它，該蝸輪和一個蝸桿嚙合，該蝸輪蝸桿的嚙合具有自鎖性。其余兩個基本構(gòu)件分別用作動力的輸入端和輸出端。
2.按照權利要求1的傳動裝置，其特征是在差動輪系的三個基本構(gòu)件中，用作動力輸出的基本構(gòu)件把運動傳遞給一個蝸輪，該蝸輪和一個蝸桿嚙合，該蝸輪蝸桿的嚙合具有自鎖性。
3.按照權利要求2的傳動裝置，其特征是兩個蝸桿的運動由一個輸入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)傳遞給它們。該輸入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)把輸入該系統(tǒng)的運動分成兩路，一路直接傳遞給一個蝸桿。另一路經(jīng)過一個差動輪系再把運動傳遞給另一蝸桿，使兩個蝸桿上的運動反相。該差動輪系的三個基本構(gòu)件中，有一個基本構(gòu)件的運動由動力輸入端傳遞給它。
4.按照權利要求3的傳動裝置，其特征是輸入?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)通過彈性元件和兩個蝸桿聯(lián)接。
5.按照上述各個權利要求的傳動裝置，其特征是動力輸入端和動力輸出端分別把運動傳遞給一個差動輪系的兩個基本構(gòu)件，而用該差動輪系的第三個基本構(gòu)件去拖動負載。
全文摘要
本發(fā)明是關于齒輪傳動裝置的一項設計。它由差動輪系和蝸輪蝸桿組成。它有動力輸入端、動力輸出端和息號輸入端。動力的輸出隨信號輸入而變，且輸入信號的功率遠小于輸出動力的功率。故而稱之為機械功率放大器。輸入信號可以是轉(zhuǎn)速和位移。它可作助力器，傳遞功率大、變速范圍寬的無級調(diào)速器。還可作穩(wěn)速裝置。并具有同步性。它特別適用作小功率的電子設備和大功率的機械設備之間的橋梁。
文檔編號F16H3/72GK1046589SQ9010096
公開日1990年10月31日 申請日期1990年2月22日 優(yōu)先權日1990年2月22日
發(fā)明者谷峰 申請人:谷峰