專利名稱:一種轉動變成直線運動的新機構的制作方法
本發明屬于一種新型的機械傳動。
目前，無論翻閱《機械設計手冊》聯合編寫組編寫的1983年6月北京3次印刷的《機械設計手冊》，還是檢索國際專利文獻，均可得出不通過任何介質，按一定的傳動比，直接由連續的轉動變成連續的直線運動。且具有很大行程的各種機構，無非是下列幾種組合(1)螺桿與螺母;
(2)螺桿與齒條;
(3)滾子與螺桿;
(4)齒輪與齒條;
(5)輪子與撓性件。
它們各有所長，也各有所短，前三者傳動的特點在于螺旋面的連續滑移或滾動。主動件的圓周速度方向垂直于從動件的直線移動方向，它們共有減速增力及結構緊湊小巧的優點，但(1)、(2)兩組合由于承力的螺旋面滑移速率大，使它們的傳動效率很低，磨損較為劇烈;第(3)組合除上述共有的優點外，由于承力的螺旋面與滾子互相滾動加上制造精度很高，因而還兼有效率高及運動精細的優點。但隨之而來的結構脆弱、工藝性能差和價格較貴，則是它不可避免的缺點;(4)、(5)兩種組合的傳動特點是主動輪外圓(或主動輪的節圓)的圓周速度與從動件的直線移動速度一致，所以有一個明顯的優點傳動效率很高，壽命較長，但就其組合本身而言。無減速增力的功能，在低速重載的場合，它們均需配備結構龐大的減速器，因而使整機的體積增加，成本也隨之大幅度上升。
從以上各種組合的機構可見，結構緊湊與否或制造成本大小與傳動效率高低是一對明顯存在的似乎不可調和的矛盾。針對這個矛盾，本發明基于對上述各種機構傳力原理的分析，提出了由偏心軸、擺塊的直側面有牙齒的W機構與有牙齒的直桿或鏈條等組成傳動機構的方案。目的在于使這種變轉動為直線運動的傳力機構既具有多齒受力(重合度大)、減速性能好和結構緊湊的優點又能具有較低的齒面滑移速度和較高的傳動效率。
本發明是這樣實現的(一)主要組成及其運動方框圖。
主要組成是偏心軸、擺塊直側面帶牙齒的W機構和有牙齒的直桿或鏈條。
運動方框圖
(二)各種W機構在本發明中與“擺塊”的關系
在《行星齒輪傳動》(B·H柯特略者夫著，中譯本，上海科學技術出版社出版，1962年4月第1次印刷。)一文中第5頁記載著這樣一段文字“現在我們來討論K-H-V傳動(圖6)。在平行軸之間實現傳動比等于+1的機構(以后簡稱為機構W)是這種傳動的不可分割的部分，在W機構中不采用齒輪嚙合……。”在本發明中W機構也同樣是不可分割的部分，這是由于它具有獨特運動的緣故設兩平行軸分別為A、B。當它們之中任一根軸A與機架固定時，在偏心軸的帶動下，另一根軸B將會作平動，其上的任一點軌跡將會是一些同樣的以偏心軸的偏心半徑為半徑的圓。本發明將此B軸作為板塊狀，且在它的直側面制出足夠多且具有同樣齒廊的牙齒，取名“擺塊”。從上簡述可知“擺塊”上的牙齒。基于“同樣軌跡”這一點，在來自與之共軛的帶齒直桿或鏈條上的外力作用下，將會產生幾乎同樣的應力。這就是本發明之所以有很大重合度的根本所在。
根據《行星齒輪傳動》一文的定義，所指的W機構的范圍最起碼囊括了以下幾種機構，按以上構思，它們之中的任一種均可產生本發明中的”擺塊”(1)平行四邊形機構(附圖4)四桿機構“ABCD”中，曲柄AD與曲柄CB等長，連桿CD與機架AB等長，被稱為平行四邊形機構。當作為偏心軸且與AD等長的另一曲柄EF以角速度+ω旋轉時，連桿DC上任一點將會產生E點同樣的軌跡-半徑等于EF的圓，但就連桿本身而言。它只作平動，與機架一樣。它的旋轉角速度為零，因而它是W機構的一種。若在這樣的連桿的上側面制出牙齒，即成為本發明的“擺塊”了。
(2)少齒差(N型)行星齒輪傳動中的輸出機構-包括銷軸式和滑塊式(見《機械設計手冊》中冊第二版第674頁-《機械設計手冊》聯合編寫組編寫)。
(3)格林聯軸節〔十字滾動聯軸節-《行星齒輪傳動》(B·H柯特略者夫著。陳德健等譯，上海科學技術出版社出版。1962年4月第1次印刷)第5頁注釋。〕如將(2)、(3)機構中與行星輪相固連的部分作成“直側面有牙齒”，也就成為本發明中的“擺塊”了。
(三)偏心軸、擺塊以及帶齒的直桿或鏈條之間的關系(附圖2、附圖3)今以直桿或鏈條上的牙齒齒廊是“圓”-取名此“圓”為針輪或滾子，相應的直桿為針桿。相應的鏈條為滾子鏈;擺塊上的牙齒齒廊是擺線的等距曲線這一情況為例，作出說明如下(其它類型的共軛齒的情況與此類同)圖2表示本發明一個實例的結構原理。
圖3a、3b、3c及3d表示出某瞬時圖2中的擺塊(11)、(12)、(13)及(14)、針輪(4)和各偏心盤(6)之間的關系。圖3中的
OO1、
OO2、
OO3及
OO4分別是與擺塊相對應的各偏心盤的偏心半徑，它們的尺寸均為e，而與水平線的夾角即“相位”φ卻分別為0、 1/2 π、π及 3/4 π。它們的相位差△φ＝ 1/2 π。圖3還表示出相鄰擺塊側面的齒槽(圖3a的“EFG”。圖3d的“E1F1G1”)中心線相對于通過各擺塊孔的圓心O1、O2、O3及O4的水平線的位置關系圖3a兩者重合;圖3d、3c及3b則分別相距C、2C和3C。其中C叫“直線位差”，其值C＝ 1/4 ×2πe＝ 1/2 πe另外(1)當擺塊數為m時，相位差△φ＝ (2π)/(m) ;直線位差C＝ (2πe)/(m) 。
(2)針輪節距(或直桿牙齒節距)＝擺塊牙齒節距＝T＝2πe，此值與擺塊孔的圓心在整轉走過的路程相吻合。在這節距中，按需要又可安置n個齒(n＝1、2、3、4)。這時節線上相鄰牙齒同側齒廊之距離，稱作牙距Tn，其值Tn＝ (T)/(n+1)假設當圖2中的由主動軸(5)和偏心盤(6)組成的偏心軸旋轉時，使圖3中的偏心半徑作逆時針方向轉動。在圖示瞬間，擺塊(11)已處在一個周期的末了位置。即將脫離針輪;擺塊(14)剛好進入嚙合;擺塊(13)及(12)均處于脫離位置。若偏心軸轉過四分之一轉，也就是偏心半徑按逆時針方向轉過 1/2 π，則各擺塊孔的圓心將分別易位擺塊孔的圓心 易位后所處相位φO4→ OO3→ 3/4 πO2→ πO1→ 1/2 π其結果是擺塊(14)結束嚙合，擺塊(13)進入嚙合，其余則處于脫離狀態，……。依此類推，循環不息。這當中每個擺塊的工作角度均為 1/2 π-從 3/2 π到2π，并依次推動帶齒的直桿或鏈條移動距離 1/2 πe。在偏心軸轉動一整轉后，直桿或鏈條的累計移距為2πe。
從上述可知，欲使直桿或鏈條能連續運動。擺塊的數量必須是二塊以上。
(四)在“擺塊”的直側面加工成一定形狀的牙齒。
本發明直接承載的從動件為帶牙齒的直桿或鏈條，擺塊的牙齒必須與之共軛，即它的齒廊方程應以需求的運動規律及從動件齒廊為條件，以基本嚙合定理為根據進行導出。作為例子，下面列出與針輪共軛的擺塊齒廊方程如下(附圖5)設需求的直桿或鏈條的運動規律為S＝ewt。得
式中S為直桿或鏈條的移距;t為時間參數;e為偏心軸的偏心距;a為針輪外半徑;w為偏心軸的旋轉角速度。圖5所示“xoy”是以節線上一點為原點，且與擺塊固連的直角坐標系。
方程(A)所代表的是一條擺線a的等距曲線b。它是這樣得出的用運動轉化法使擺塊相對于針桿停止運動。而針桿額外獲得一個與擺塊運動方向相反的平動。這時，與針桿相固定的點O在擺塊平面上經過的軌跡將相當于圖5中半徑為e的滾圓d在節線Ox上滾動時，與之相固定的O點在不動平面上經過的軌跡，此軌跡的等距曲線(間距為a)即為方程(A)所代表的曲線b。根據同樣的理由，當擺塊上設置針輪時，在移動的直桿上的共軛齒廊也將是由滾圓m所形成擺線n的等距曲線。另外，作為齒廊，出于應用和加工上的實際需要，在運動精度要求不高的使用場合，可以將曲線b用近似的圓弧來代替。
當偏心距e較大時，用直齒-漸開線作為本發明的共軛齒廊也完全是可行的，總之，只要符合運動規律S＝ewt，又互相共軛的齒廊，均可作為本發明所需要的齒廊。
從上述首先可知，本發明的齒面重合度很大，這是其特點之一，根據式S＝ewt;當wt＝2π時，S＝2πe＝T可知當偏心距e較小時，主動偏心軸每轉一轉，帶牙齒的直桿或鏈條之移距也較小，因而本發明具有較好的減速性能，這是其特點之二。當采用四塊“擺塊”時，根據理論推導得出如果本發明中的共軛齒廊采用“圓”及“擺線”的等距曲線，它們在傳動過程中的損失系數φ約為8.5%，而對于螺旋角為2.5°、摩擦系數為0.1的普通螺旋運動副說來，其損失系數則高達70%。由此可見，本發明還具有較高的傳動效率及較長的壽命，這是其特點之三。
基于這些特點，在傳遞動力相當的情況下，本發明的體積和重量只有齒輪齒條傳動機構的 1/3 ～ 1/2 ;整機傳動效率則是螺桿螺母機構的2.5～3倍。它可廣泛地應用于起重運輸機械和壓力機械中。
應用本發明的一個實例是一個小型的手動起重機械。整機構如附圖1、2所示。已制成一臺樣機，它從運動原理及承載特點上充分證實了理論分析的正確。
附圖1為本發明一個實例的立體示意圖。
附圖2為同一個實例的結構原理圖。(1)是左側板;(2)是約束滾輪;(3)是針桿;(4)是針輪;(5)是主動軸;(6)是偏心盤;(7)是銅套;(8)是限制套;(9)是限制銷軸;(10)是右側板;(11)、(12)、(13)和(14)是擺塊。這里由(1)、(10)、(8)、(9)及(11)、(12)、(13)和(14)組成了本實例的W機構-即銷軸式輸出機構。
附圖3是偏心盤、擺塊及針桿的運動關系圖。(4)是針輪;(6)是偏心盤;(11)、(12)、(13)和(14)是擺塊;O是主動軸的中心;O1、O2、O3和O4是擺塊孔的圓心;e是偏心盤的偏心半徑;T是針桿或牙齒的節距。
附圖4是平行四桿機構的示意圖。
附圖5是擺線圖。a及n是擺線;d和m是滾圓，它們的半徑為e;c是針輪;b是擺線a的等距曲線。〔x(t).y(t)〕是該等距曲線上點的坐標;xoy是以節線上一點為原點的且與擺塊固連的直角坐標系。
權利要求
1.一種轉動變成直線運動的新機構，其特征在于本發明由偏心軸、擺塊直側面帶牙齒的W機構與有牙齒的直桿或鏈條等組成。
2.按照權利要求
1所述的機構，其特征在于W機構中設有二塊以上的直側面有牙齒的擺塊。
3.按照權利要求
1、2所述的機構，其特征在于擺塊和直桿或鏈條上的牙齒齒廊互相共軛或接近共軛。
專利摘要
一種轉動變成直線運動的新機構。采取擺塊的直側面有牙齒的W機構與有牙齒的直桿或鏈條相結合的結構。目的是使該機構既具備多齒受力和大減速能力的承載特點，又有較高的機械效率。該機構由偏心軸輸入扭矩并帶動W機構中的有牙齒的擺塊，后者又通過共軛齒的嚙合。驅動帶齒的直桿或鏈條作直線往復運動。該機構可廣泛應用于起重運輸機械和壓力機中。
文檔編號F16H37/00GK86104622SQ86104622
公開日1987年1月14日 申請日期1986年6月27日
發明者鄒孝淼 申請人:鄒孝淼導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan