非圆齿轮型匀速往复直线运动机构

摘要

现有的用于输出匀速往复直线运动的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中，非圆齿轮有三种形式：椭圆齿轮+减速圆柱齿轮、卵形齿轮和偏心圆共轭非圆齿轮。这三者在适当选取偏心率后输出的运动规律十分相似，都只是近似的匀速的往复直线运动。本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构，其中非圆齿轮传动副中主从动齿轮1、2的节曲线完全按预先设定的理想输出运动曲线设计，与原有的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构相比，滑杆6所输出的运动在动程中部速度不匀完全消失。所提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构是具有真正匀速往复运动特性的往复匀速直线运动机构。

说明书

技术领域  本发明涉及的是一种非圆齿轮型匀速往复直线运动机构，尤其是其中非圆齿轮的节曲线的形状。

背景技术  现有的用于输出匀速往复直线运动的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中，非圆齿轮有三种形式：椭圆齿轮+减速圆柱齿轮、卵形齿轮和偏心圆共轭非圆齿轮。例如在毛纺高速无捻粗纱机上，为实现匀速往复直线导纱运动，设有一偏心率为0.34(e＝0.34)的偏心圆共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构。这三者在适当选取偏心率后输出的运动规律十分相似，都为近似匀速的往复直线运动，因为它们都仅能调节其偏心率，所以要输出理想的速度曲线是根本办不到的。

发明内容  针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题就是要使非圆齿轮型匀速往复直线运动机构在大部分时间内所输出的运动速度达到匀速，从而提供一种用于输出匀速往复直线运动的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构。

本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构，由非圆齿轮传动副和正弦机构组合而成，其中正弦机构中的曲柄4的回转中心与非圆齿轮传动副中的从动齿轮2的齿轮轴3在同一轴线上，并且正弦机构中的曲柄与非圆齿轮传动副中的从动齿轮之间有固定的安装夹角，所说的正弦机构包括连杆与曲柄长度比值较大的近似正弦机构的曲柄滑块机构，在所说的非圆齿轮传动副中：

①主动齿轮1的节曲线由下表中同一序号中的极径和极角所确定的极坐标上的点及它们的以其中0°线为对称轴的镜像点平滑连接而成：

    序号    极径    极角    0    82.509    0.000    1    82.412    1.637    2    82.241    3.270    3    81.912    4.898    4    81.462    6.519    5    80.898    8.134    6    80.232    9.741    7    79.474    11.341    8    78.635    12.937    9    77.724    14.529    10    76.751    16.121    11    75.726    17.715    12    74.655    19.315    13    73.547    20.922    14    72.409    22.542    15    71.246    24.177    16    70.064    25.830    17    68.869    27.504    18    67.665    29.204    19    66.456    30.932    20    65.247    32.691    21    64.042    34.486    22    62.845    36.319    23    61.659    38.193    24    60.489    40.111    25    59.337    42.077    26    58.207    44.094    27    57.104    46.162    28    56.030    48.287    29    54.989    50.469    30    53.985    52.710    31    53.021    55.012    32    52.101    57.378    33    51.228    59.805    34    50.407    62.295    35    49.640    64.848    36    48.931    67.459    37    48.284    70.131    38    47.701    72.856    39    47.185    75.636    40    46.739    78.456    41    46.365    81.319    42    46.054    84.216    43    45.749    87.132    44    45.443    90.067    45    45.136    93.023    46    44.831    95.999    47    44.527    98.995    48    44.226    102.012    49    43.928    105.051    50    43.635    108.110    51    43.347    111.191    52    43.064    114.293    53    42.788    117.416    54    42.521    120.561    55    42.261    123.726    56    42.011    126.912    57    41.772    130.118    58    41.543    133.343    59    41.326    136.588    60    41.122    139.850    61    40.932    143.130    62    40.755    146.426    63    40.593    149.738    64    40.446    153.063    65    40.316    156.401    66    40.201    159.751    67    40.104    163.110    68    40.023    166.478    69    39.691    169.852    70    39.916    173.232    71    39.889    176.615    72    39.879    180.000

②从动齿轮2的节曲线由下表中同一序号中的极径和极角所确定的极坐标上的点及它们的分别以其中0°线和90°线为对称轴的镜像点平滑连接而成：

    序号    极径    极角    0    77.051    0.000    1    77.119    1.750    1    77.319    3.492    3    77.648    5.217    4    78.099    6.919    5    78.662    8.592    6    79.328    10.231    7    80.086    11.835    8    80.926    13.402    9    81.837    14.932    10    82.809    16.425    11    83.835    17.884    12    84.905    19.310    13    86.013    20.704    14    87.151    22.069    15    88.314    23.408    16    89.496    24.721    17    90.691    26.013    18    91.896    27.284    19    93.104    28.536    20    94.313    29.773    21    95.518    30.995    22    96.715    32.205    23    97.903    33.403    24    99.675    34.592    25    100.220    35.776    26    101.335    36.956    27    102.431    38.130    28    103.513    39.294    29    104.568    40.454    30    105.579    41.615    31    106.541    42.777    32    107.459    43.938    33    108.332    45.101    34    109.153    46.264    35    109.920    47.429    36    110.629    48.597    37    111.280    49.766    38    111.866    50.938    39    112.381    52.113    40    112.824    53.290    41    113.194    54.470    42    113.511    55.650    43    113.811    56.828    44    114.116    58.003    45    114.424    59.174    46    114.730    60.342    47    115.033    61.507    48    115.334    62.670    49    115.632    63.830    50    115.926    64.486    51    116.214    66.141    52    116.497    67.293    53    116.772    68.442    54    117.040    69.589    55    117.299    70.735    56    117.549    71.878    57    117.789    73.019    58    118.018    74.159    59    118.234    75.297    60    118.438    73.433    61    118.629    77.568    62    118.806    78.702    63    118.968    79.835    64    119.114    80.967    65    119.245    82.098    66    119.359    83.228    67    119.457    84.358    68    119.537    85.487    69    119.600    86.616    70    119.645    87.744    71    119.672    88.872    72    119.681    90.000

其中在描述主动齿轮节曲线的极坐标和描述从动齿轮节曲线的极坐标中极径采用同一长度单位，极角采用角度制；主动齿轮和从动齿轮的回转中心都在极坐标原点上。在实际制作齿轮时主动齿轮1的最大半径处和从动齿轮2的最小半径处最好互为齿槽和齿顶，以便在安装时使主动齿轮上的最大半径处和从动齿轮上的最小半径处准确啮合。所谓的主动齿轮的最大半径处就是主动齿轮上描述其节曲线的极坐标上的0°线，而从动齿轮上的最小半径处也就是从动齿轮上描述其节曲线的极坐标上的0°线。

本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构，在非圆齿轮传动副中的主动齿轮1和从动齿轮2上的齿廓为渐开线齿廓。

本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构，正弦机构中的曲柄4与非圆齿轮传动副中的从动齿轮2上最大半径所在的轴线重合。即正弦机构中的曲柄与非圆齿轮传动副中的从动齿轮上描述其节曲线的极坐标上的90°(或270°)线的夹角为0°。若使两齿轮的回转中心的连线与滑杆4垂直，则结构比较紧凑。

本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构，正弦机构中的曲柄3上的滑块5直接以销轴安装在非圆齿轮传动副中的从动齿轮2上最大半径所在的轴线上。即正弦机构中的曲柄上的滑块直接以销轴安装在非圆齿轮传动副中的从动齿轮上描述其节曲线的极坐标上的90°(或270°)线上，滑块可依销轴转动。

上述确定的非圆齿轮传动副与正弦机构之间的安装关系是一种特殊的安装关系，实际上在本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中，非圆齿轮传动副与正弦机构的安装关系可以为：当滑杆4到达动程端点时，主从动齿轮之间在描述它们节曲线的极坐标上的0°(或180°)点啮合即可。

本发明提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构，其中非圆齿轮传动副中主从动齿轮的节曲线完全按预先设定的理想输出运动曲线设计，与原有的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构相比，滑杆所输出的运动在动程中部速度不匀完全消失。在考虑了机械可承受冲击能力的前提下，两端低速区间也有了较大缩短。本发明对非圆齿轮节曲线的设计是完全基于样条曲线、CAD技术进行的，节曲线及齿廓完全适宜数控插齿和线切割技术加工。所提供的非圆齿轮型匀速往复直线运动机构是具有真正匀速往复运动特性的往复匀速直线运动机构。

附图说明  图1为本发明中一实施例的结构示意图；

图2为本发明中一实施例中正弦机构中的滑杆6所输出的位移—时间曲线和偏心圆(e＝0.34)共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中的滑杆所输出的位移—时间曲线及正弦曲线的对照图；

图3为本发明中一实施例中正弦机构中的滑杆6所输出的速度—时间曲线和偏心圆(e＝0.34)共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中的滑杆所输出的速度—时间曲线及正弦曲线的对照图；

图4为本发明中一实施例中正弦机构中的滑杆6所输出的加速度—时间曲线和偏心圆(e＝0.34)共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构中的滑杆所输出的加速度—时间曲线及正弦曲线的对照图。

具体实施方式  本实施方式是用于毛纺高速无捻粗纱机上的，其结构如图1所示，非圆齿轮传动副由卵圆形主动齿轮1和腰形从动齿轮2构成，两者的节曲线坐标长度单位为毫米，可确定其中心距为159.561毫米。主动齿轮的齿数为36齿，从动齿轮的齿数为72齿，主从动齿轮的模数均为3。主动齿轮1上的最大半径处为齿槽和从动齿轮2上的最小半径处为齿顶，以使在安装时将主动齿轮的最大半径处和从动齿轮的最小半径处作准确啮合。正弦机构由曲柄4、滑块5、滑槽8和滑杆6构成。主动齿轮的齿轮轴9、从动齿轮的齿轮轴3和滑杆的支架7均以安装构件安装在机架上，且两齿轮的回转中心的连线与滑杆垂直。曲柄是和从动齿轮一体的，滑块以销轴安装在从动齿轮上最大半径所处的轴线上。因导纱动程为200mm，所以曲柄长度定为100mm。本实施方式中滑杆输出的往复直线运动的位移曲线、速度曲线和加速度曲线分别如图2、3、4所示。为比较，图中还分别描绘了用偏心圆(e＝0.34)共轭非圆齿轮型匀速往复直线运动机构的滑杆所输出的往复直线运动的位移曲线、速度曲线和加速度曲线，以及正弦曲线。图2中坐标轴s为位移，坐标轴t为时间，时间坐标上0-T为一个往复周期，L1为本实施例滑杆的位移曲线，L2为对比的滑杆位移曲线，L3为正弦曲线。图3中坐标轴v为速度，坐标轴t为时间，时间坐标上0-T为一个往复周期，L4为本实施例滑杆的速度曲线，L5为对比的滑杆速度曲线，L6为正弦曲线。图4中坐标轴a为加速度，坐标轴t为时间，时间坐标上0-T为一个往复周期，L7为本实施例滑杆的加速度曲线，L8为对比的滑杆加速度曲线，L9为正弦曲线。