一種齒輪齒條機(jī)構(gòu)的勻速運(yùn)動產(chǎn)生方法

一種齒輪齒條機(jī)構(gòu)的勻速運(yùn)動產(chǎn)生方法

0種連續(xù)往復(fù)直動的機(jī)構(gòu)及其改進(jìn)在機(jī)械運(yùn)動中，往復(fù)運(yùn)動是一種非常常見的運(yùn)動，如床、磨坊、汽車玻璃修水器等?；窘Y(jié)構(gòu)包括折疊彈簧機(jī)構(gòu)、折疊彈簧指南機(jī)構(gòu)和能源傳動。這些可變動動器的特點(diǎn)是不能保證絕對的運(yùn)動。在傳輸過程中，傳動比會發(fā)生變化。至于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)還要考慮避免產(chǎn)生死點(diǎn)現(xiàn)象。另外,許多工作機(jī)械要求往復(fù)運(yùn)動的構(gòu)件能夠勻速運(yùn)動。鑒于此,本文提出了一種利用不完全圓柱齒輪及標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪跟齒條嚙合的新型機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)連續(xù)往復(fù)直動,該機(jī)構(gòu)不僅克服了死點(diǎn)問題,而且能夠滿足勻速運(yùn)動的實(shí)際需要。通過將本機(jī)構(gòu)應(yīng)用于仿生魚尾推進(jìn)船模的開發(fā)設(shè)計(jì)與制造,船模下水試驗(yàn)的成功,驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)功能是有效可靠的。本機(jī)構(gòu)也可廣泛應(yīng)用于其他需要旋轉(zhuǎn)與往復(fù)直動轉(zhuǎn)換的機(jī)械傳動場合。1齒輪齒條的圓形變向機(jī)構(gòu)1.1結(jié)構(gòu)圓柱齒輪齒條變向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu),如圖1所示。(1)主框架的形狀結(jié)構(gòu)如圖1所示,主動齒輪I是一個只在夾角為β的AD弧段有齒形的標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪,總齒數(shù)為zz。其余的齒形被切除,是一個不完全齒輪。(2)齒輪iii的齒數(shù)從動齒輪II、III均為標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪,齒輪II的齒數(shù)記為zcII。齒輪III的齒數(shù)記為zcIII。只要能保證從動齒輪II與從動齒輪III的分度圓直徑之和等于主動齒輪I的分度圓直徑即可,即mzcII+mzcIII=mzz也即zcII+zcIII=zz(3)從齒條的形狀結(jié)構(gòu)開始從動齒條VI與從動齒條V均為標(biāo)準(zhǔn)的齒條。齒條的長度由往復(fù)運(yùn)動的距離及主動齒輪和從動齒輪的參數(shù)等來決定。(4)安裝要求尺寸L1應(yīng)能保證主動齒輪與從動齒輪不相碰,并能使主動齒輪、從動齒輪分別與齒條正確嚙合。1.2反復(fù)直線運(yùn)動由圖1中可知,當(dāng)主動不完全齒輪I作順時針方向旋轉(zhuǎn)時,假設(shè)有齒段剛剛跟從動齒條IV嚙合,則主動不完全齒輪I與從動齒條V是不嚙合的,這時運(yùn)動的傳遞是這樣的:從動齒條IV向右移動,從而使從動齒輪III也沿順時針方向旋轉(zhuǎn),從動齒輪II則逆時針旋轉(zhuǎn),從動齒條V則也向右移動。之后主動齒輪I與從動齒條IV的嚙合脫離,轉(zhuǎn)而主動齒輪I立即與從動齒條V進(jìn)入嚙合階段,這時運(yùn)動的傳遞變?yōu)?從動齒條V變成向左移動,從動齒輪II的旋轉(zhuǎn)變?yōu)轫槙r針,從動齒輪III的旋轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏁r針,從而帶動從動齒條IV向左運(yùn)動。之后主動齒輪I又與從動齒條IV嚙合,重復(fù)上述過程。由此從動齒條IV和從動齒條V均產(chǎn)生了連續(xù)的往復(fù)直線運(yùn)動。主動齒輪I的旋轉(zhuǎn)方向是不受限制的,2個從動齒條均會產(chǎn)生連續(xù)的勻速往復(fù)運(yùn)動。2齒輪傳動的參數(shù)如圖1所示,主動齒輪I的齒頂圓與從動齒條IV的齒頂線的交點(diǎn)為A和B,對應(yīng)的圓心角為α。主動齒輪I的齒頂圓與從動齒條V的齒頂線的交點(diǎn)為C和D,對應(yīng)的圓心角也是α。主動齒輪I的有齒形的AD弧段對應(yīng)的圓心角為β。由上面分析的傳動過程可以得出α+β=180°。根據(jù)齒輪齒條嚙合,齒條分度線與齒輪分度圓相切,可得cosα2=mzz2?h?am(zz+2h?a)m2cosα2=mzz2-ha*m(zz+2ha*)m2取h*a=1,m為齒輪的模數(shù)。整理得α=2arccoszz?2zz+2α=2arccoszz-2zz+2從動齒條往復(fù)運(yùn)動的距離L=πzzm(α+β)360L=πzzm(α+β)360因?yàn)棣?β=180°,所以L=πzzm2L=πzzm2,也就是所得到的往復(fù)運(yùn)動的距離等于主動齒輪I的分度圓周長的一半。因此,只要選擇合適的模數(shù)m和主動齒輪的齒數(shù)zz即可得到所要的往復(fù)距離L,整個設(shè)計(jì)計(jì)算過程簡單易行。3實(shí)現(xiàn)交往復(fù)運(yùn)動的直線距離在仿生魚尾推進(jìn)船模的設(shè)計(jì)中,應(yīng)用上述方法實(shí)現(xiàn)了仿生魚尾的往復(fù)擺動,2組仿生魚尾分別與2個齒條相連,對于2個齒條,要求實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動的直線距離是(60±2)mm。取m=1,zz=38,zcII=zcIII=19。經(jīng)計(jì)算得往復(fù)運(yùn)動的距離L=πzzm2=π×38×12≈59.69L=πzzm2=π×38×12≈59.69,滿足要求。4構(gòu)與搖桿擺動機(jī)構(gòu)本論文所提出的方法已經(jīng)具體應(yīng)用到仿生魚尾推進(jìn)船模的設(shè)計(jì)制造,證明本設(shè)計(jì)是可靠有效的。本機(jī)構(gòu)與搖桿擺動機(jī)構(gòu)等存在同樣的問題,即在變向的一瞬間存在沖擊,產(chǎn)生噪音,所以在具體應(yīng)