專利名稱：多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬機(jī)械學(xué)科行星傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)國際專利分類表IPC5規(guī)定，可歸納于F16H1/00或F16H21/00的分類位置。
本申請的背景技術(shù)，是機(jī)械學(xué)科的基礎(chǔ)理論——“平面連桿機(jī)構(gòu)”和“內(nèi)嚙合行星輪系”這二個(gè)學(xué)術(shù)課題。行星傳動(dòng)，是動(dòng)力機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中介體機(jī)構(gòu)。它的性能優(yōu)越，正在許多領(lǐng)域，特別是大減速比傳動(dòng)中，取代常規(guī)的齒輪、蝸輪等傳統(tǒng)方式，發(fā)展前景遠(yuǎn)大。
但行星傳動(dòng)技術(shù)，尚待完善。長期來看到存在以下課題1.運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩，動(dòng)不平衡，難以高速工作；2.系桿拐臂軸承位于心臟部位，受力很大，壽命不長；3.W輸出機(jī)構(gòu)不理想，很多機(jī)型采用懸臂梁格局，經(jīng)常損壞；4.多數(shù)機(jī)型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是擺線針輪傳動(dòng)，周圈有許多孔、肖、套，齒型更難加工，工藝設(shè)計(jì)水平不高；5.行星傳動(dòng)必不可缺的漸開線少齒差內(nèi)嚙合幾何計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算方法，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，眾家學(xué)說紛紜，莫衷一是，實(shí)際上各有長偏。此外設(shè)計(jì)用數(shù)據(jù)相互抄襲，造成基層工廠設(shè)計(jì)人員難以適從，更需用電腦程序，推廣困難。
故多年以來我們一直在醞釀著解決以上課題的具體方案。
近幾年翻閱80年代出版的蘇聯(lián)書刊，看到《單環(huán)內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)》的資料，經(jīng)大量計(jì)算分析，認(rèn)定“單環(huán)機(jī)”解決了以上大部問題，并為處理動(dòng)平衡難題開辟了路徑。
1991年又查到英國改進(jìn)“單環(huán)機(jī)”為“三環(huán)機(jī)”的情報(bào)，受到啟發(fā)。在上述基礎(chǔ)，我們多年研究、設(shè)計(jì)并試制樣機(jī)，提出了《多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)》專利申請(以下簡稱PS機(jī))。
我們認(rèn)為專利號為“85106692”，發(fā)明名稱為《三環(huán)式減速(或增速)傳動(dòng)裝置》優(yōu)點(diǎn)很多，但存在的主要問題是并未解決慣性力與慣性力矩的動(dòng)平衡?！度h(huán)式減速(或增速)傳動(dòng)裝置》內(nèi)二根曲軸的力學(xué)模型，與西北工業(yè)大學(xué)孫桓教授所著《機(jī)械原理》書第547頁


圖13-6相同。該書的結(jié)論是“…是動(dòng)不平衡的剛性轉(zhuǎn)子…需要加配重，才得完全平衡”。(1989年3月，高等教育出版社版)。所有《機(jī)械原理》高校教材，均是此觀點(diǎn)，因此不必再論證。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種慣性力和慣性力矩完全平衡的多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本實(shí)用新型的目的可以通過以下措施來達(dá)到一種多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由高速軸齒輪1經(jīng)過減速，帶動(dòng)兩根曲柄軸6和環(huán)片4，使內(nèi)齒輪9與中心輪5嚙合，經(jīng)輸出軸7傳出動(dòng)力，其特征在于a.高速軸齒輪1同時(shí)與兩個(gè)中介輪2嚙合，中介輪2分別與端齒輪3嚙合，它們位于機(jī)構(gòu)前段；b.兩根曲柄軸6上，各設(shè)有呈中心反對稱幾何形狀的四段等偏心曲柄，此兩根曲柄軸6與四只環(huán)片4在空間組合成四個(gè)平行曲柄連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)；c.內(nèi)齒輪9裝在環(huán)片4上，且它們的幾何對稱中心重合。
本實(shí)用新型的目的還可以通過以下措施來達(dá)到高速軸齒輪1、中介輪2、端齒輪3可改變齒數(shù)而變速；兩根曲柄軸6上，各設(shè)有呈中心反對稱幾何形狀的六段曲柄，此兩根曲柄軸6與六只環(huán)片4在空間組合成六個(gè)平行曲柄連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)；四段曲柄在空間的相位角差第一段曲柄與第二段曲柄為90°，第二段曲柄與第三段曲柄為180°，第三段曲柄與第四段曲柄為90°；中心輪5與內(nèi)齒輪9的基準(zhǔn)齒形為漸開線或擺線齒形；內(nèi)齒輪9與環(huán)片4之間裝有彈性緩沖零件8。
圖1是本實(shí)用新型的傳動(dòng)原理圖。
圖2是
圖1橫剖面圖。
圖中1、高速軸齒輪 2、中介輪3、端齒輪 4、環(huán)片5、中心輪 6、曲柄軸7、輸出軸 8、彈性緩沖零件9、內(nèi)齒輪由《理論力學(xué)》知一個(gè)雙曲柄平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)它們的曲柄作等速旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿上各點(diǎn)之運(yùn)動(dòng)，與曲柄梢端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，完全相同。本專利申請的環(huán)片4，就是由以上連桿演化而成，而內(nèi)齒輪9的中心，則設(shè)在連桿中心。
于是當(dāng)雙曲柄軸由機(jī)殼定位而旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)齒輪9的中心，將繞輸出軸7的中心而旋轉(zhuǎn)。
由《機(jī)械原理》知雙曲柄的長度，如與內(nèi)嚙合輪副的中心距等長，則雙曲柄機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)齒輪9將圍繞中心輪5作行星嚙合運(yùn)動(dòng)，由中心輪5輸出動(dòng)力。
這就是《單環(huán)內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)》的理論根據(jù)。將四片以上的“單環(huán)”串疊起來，裝在一個(gè)中心輪5上，再與兩根相同的曲柄軸聯(lián)接(曲柄軸上各制出呈中心反對稱幾何形狀的四段等偏心曲柄)于是就組合而成為《四拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)》。四片內(nèi)齒輪9將有順序地繞中心輪5流轉(zhuǎn)嚙合。
按照同樣的方法，將六片以上的“單環(huán)”串疊起來，裝在一個(gè)中心輪5上，再與兩根相同的曲柄軸聯(lián)接(曲柄軸上各制出呈中心反對稱幾何形狀的六段等偏心曲柄)，于是就組合而成為《六拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)》。六片內(nèi)齒輪9將有順序地繞中心輪5流轉(zhuǎn)嚙合?！读誔S機(jī)》使用于大功率和傳動(dòng)角誤差要求特別嚴(yán)格之場合。
以上兩種情況，作主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的兩根曲柄軸6，是由高速軸齒輪1，通過中介輪2帶動(dòng)端齒輪3而傳給曲柄軸6，最后由輸出軸7輸出動(dòng)力。
PS機(jī)的傳動(dòng)比計(jì)算方法i15＝n1/n5＝i13×i47i13＝(Z2/Z1)×(Z3/Z2)＝Z3/Z1
i45＝-Z5/(Z4-Z5)∴i15＝-Z3Z5/Z1(Z4-Z5)n7＝n1/i15Z1——高速軸齒輪齒數(shù)Z2——中介輪齒數(shù)Z3——端齒輪齒輪Z4——環(huán)片上的內(nèi)齒輪齒數(shù)Z5——中心輪齒數(shù)n1——高速軸轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)n7——輸速軸轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)i13——從高速軸到端齒輪之間傳動(dòng)比i47——內(nèi)齒輪與中心輪之間傳動(dòng)比i15——高速軸到輸出軸之間傳動(dòng)比經(jīng)過多年研究，試制、改進(jìn)，預(yù)定的技術(shù)目標(biāo)，已基本上實(shí)現(xiàn)。今以實(shí)例與背景技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品作效果比較PS——160減速機(jī)參數(shù)如下中心高H0＝160，中心距＝150，輸出軸直徑d2＝70，外形尺寸長×寬×高＝560×310×330，imax＝99，當(dāng)電機(jī)1500rpm時(shí)，輸出轉(zhuǎn)距T2＝2000NmA、對比重慶三環(huán)機(jī)產(chǎn)品樣本中心高H0＝165，中心距＝175，輸出軸直徑d2＝75，外形尺寸長×寬×高＝585×200×433，imax＝99，當(dāng)電機(jī)1500rpm時(shí)，輸出轉(zhuǎn)距T2＝1424Nm結(jié)論以H0為對比基數(shù)，二者外形尺寸與重量接近，PS機(jī)的T2值比三環(huán)機(jī)提高1.4倍。PS機(jī)解決了動(dòng)平衡，允許以3000rpm電機(jī)輸入功率。
B、對比上海擺線機(jī)產(chǎn)品樣本中心高H0＝160者，屬13號機(jī)座，d2＝55，外形尺寸為390×300×355，imax＝87，當(dāng)電機(jī)1500rpm時(shí)，T2＝800Nm結(jié)論以H0為對比基數(shù)，PS機(jī)寬，但PS機(jī)比擺線機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩提高2.5倍，PS機(jī)動(dòng)態(tài)性能好，震動(dòng)小，噪音低，允許以3000rpm電機(jī)輸入功率。
C、對比SJ型少齒差行星齒輪減速器(上海核工程研究設(shè)計(jì)院研制)中心高H0＝160者，屬80機(jī)型，d2＝55，外形尺寸為320×330×438，imax＝91(單級)當(dāng)電機(jī)1500rpm時(shí)，許用扭矩T2＝800Nm結(jié)論與B略同，略本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1.它取消了常規(guī)的W輸出機(jī)構(gòu)，使行星傳動(dòng)形式得到徹底精簡；它實(shí)現(xiàn)了多環(huán)、多相位、多齒流轉(zhuǎn)嚙合，充分發(fā)揮了齒輪內(nèi)嚙合傳動(dòng)承載能力大、性能穩(wěn)定的長處。故具備了作為巨型、重載、高精度設(shè)備的條件，傳遞扭矩大于400千牛頓米，傳動(dòng)角誤差小于3′～10′，可應(yīng)用于冶金、礦山、起重等重型工業(yè)和精密機(jī)床、儀器、機(jī)器人、微型醫(yī)藥器械、彩色印刷機(jī)等領(lǐng)域。
2.<PS機(jī)>妥善解決了常規(guī)行星傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)慣性力和慣性力矩必然不能平衡的難題，故具備了作為高速機(jī)組條件，每分鐘輸入動(dòng)力的轉(zhuǎn)速可達(dá)3000轉(zhuǎn)～5000轉(zhuǎn)以上，能運(yùn)用于航空、航天、軍事科學(xué)以及增速機(jī)械領(lǐng)域。
3.<PS機(jī)>實(shí)現(xiàn)了功率分流原則，使常規(guī)行星傳動(dòng)拐臂軸承的沉重負(fù)荷分?jǐn)偟?個(gè)(或12個(gè))曲拐頸部；又因所有零件相對于輸出軸均處于幾何中心對稱狀態(tài)，故各支點(diǎn)反作用力因彼此相互抵持而大幅度降低，出現(xiàn)了全機(jī)組無薄弱環(huán)節(jié)的良性受力格局。所以<PS機(jī)>壽命穩(wěn)定延長，具有高可靠性、高安全度，可應(yīng)用于高空機(jī)械、索道纜繩運(yùn)輸、旅游業(yè)、高危險(xiǎn)性作業(yè)、有毒介質(zhì)環(huán)境等領(lǐng)域。對人體生命安全及貴重物資財(cái)產(chǎn)保護(hù)具有高保險(xiǎn)系數(shù)。
4.<PS機(jī)>本質(zhì)上是內(nèi)外兩對輪齒嚙合，滿足共軛齒廓嚙合定理要求的充分而必要的條件，滑動(dòng)比率小，又避免了各種干涉，且在各活動(dòng)關(guān)節(jié)裝滾動(dòng)軸承，機(jī)組總傳動(dòng)效率η＝92～98％，且η不隨傳動(dòng)比i增大而急劇降低?！拨恰賔(i-1)，效率不是傳動(dòng)比i的一次反比函數(shù))，故<PS機(jī)>是一種節(jié)能產(chǎn)品，比常規(guī)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)，WW、N、NN、RV行星傳動(dòng)效率高很多。
權(quán)利要求1.一種多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由高速軸齒輪(1)經(jīng)過減速，帶動(dòng)兩根曲柄軸(6)和環(huán)片(4)，使內(nèi)齒輪(9)與中心輪(5)嚙合，經(jīng)輸出軸(7)傳出動(dòng)力，其特征在于a.高速軸齒輪(1)同時(shí)與兩個(gè)中介輪(2)嚙合，中介輪(2)分別與端齒輪(3)嚙合，它們位于機(jī)構(gòu)前段；b.兩根曲柄軸(6)上，各設(shè)有呈中心反對稱幾何形狀的四段等偏心曲柄，此兩根曲柄軸(6)與四只環(huán)片(4)在空間組合成四個(gè)平行曲柄連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)；c.內(nèi)齒輪(9)裝在環(huán)片(4)上，且它們的幾何對稱中心重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于高速軸齒輪(1)、中介輪(2)、端齒輪(3)可改變齒數(shù)而變速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于兩根曲柄軸(6)上，各設(shè)有呈中心反對稱幾何形狀的六段曲柄，此兩根曲柄軸(6)與六只環(huán)片(4)在空間組合成六個(gè)平行曲柄連桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于四段曲柄在空間的相位角差第一段曲柄與第二段曲柄為90°，第二段曲柄與第三段曲柄為180°，第三段曲柄與第四段曲柄為90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于中心輪(5)與內(nèi)齒輪(9)的基準(zhǔn)齒形為漸開線或擺線齒形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于內(nèi)齒輪(9)與環(huán)片(4)之間裝有彈性緩沖零件(8)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種慣性力和慣性力矩完全平衡的多拐曲柄內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于高速軸齒輪1同時(shí)與兩個(gè)中介輪2嚙合，中介輪2分別與端齒輪3嚙合，它們位于機(jī)構(gòu)前段；兩根曲柄軸6上，各設(shè)有呈中心反對稱幾何形狀的四段(或六段)等偏心曲柄，此兩根曲柄軸6與四只(或六只)環(huán)片4在空間組成四個(gè)(或六個(gè))平行曲柄連桿機(jī)構(gòu)，它們按順序作行星運(yùn)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是高可靠性、高精確度、低噪音。單級i
文檔編號F16H37/12GK2255528SQ9623178
公開日1997年6月4日 申請日期1996年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月3日
發(fā)明者胡瑞生 申請人:胡瑞生