專利名稱：一種空間曲線嚙合傳動機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及微機電系統傳動技術,具體涉及一種空間曲線嚙合傳動機構。
技術背景隨著科學技術水平和社會生活水平的提高，機電產品微小型化成為趨勢之一。微機電 系統(MEMS)已成為當前機械領域研究的熱點。而微小/微傳動機構或減速器又是微機電系 統產品的關鍵部件，因此微小機械傳動技術的研究開發又成為目前機械學科的研究熱點之 一。由于微小型/微型機電產品的最重要特征是小體積(要求傳動機構和傳動系統占用空間 小)、輕重量，大多以小動力的運動傳遞或者分度運動為主，而不是以大功率的動力傳遞 為主，使得常規工業廣泛應用的傳動機構(如齒輪、鏈、帶、連桿等)往往不適用于這類 產品。所以實現微小機械傳動方法和機構成為微機電系統領域的關鍵技術。目前各國研究開發的微小機械傳動的方法和機構主要包括(1) 傳統機械傳動機構的直接微小型化機械傳動技術。例如，微泵機構、微彈簧機構、 微流量閥機構、微輪系機構、微并聯機構、微棘輪機構,微液壓驅動機構，等微小機械傳動 機構。傳統機械傳動機構直接微小型化存在著一些明顯的缺點。例如，微小圓柱齒輪制造和安裝精度要求高，且成本較高，而且無法實現垂直相交軸間的傳動；微小錐齒輪傳動無 法實現大傳動比傳動，同時微小錐齒輪制造和安裝更困難；微小摩擦輪傳動需要附加正壓 力施加裝置，結構復雜，而且造成軸系的變形和摩擦、磨損加劇；微小蝸桿傳動則因蝸輪 蝸桿的軸線不在同一平面所占的空間過大；微螺旋傳動效率低，易磨損，低速時有爬行， 等等。(2) 非傳統機械微驅動技術。例如，電-熱驅動，巨磁彈性驅動、電鍍微驅動、形狀 記憶合金(SMA)驅動，熱機械式驅動，磁流體驅動，壓電驅動，基于無預應變非傳導性彈 性體人工肌肉驅動器，利用光激發激光器的微沖擊驅動機構，等等。這些非機械微驅動技 術缺點是結構復雜、價格昂貴，性能不穩定。且非傳統機械微驅動技術的最重要特征是， 只適用于實現微小位移或微小力的瞬時觸發或者間歇傳動，不能夠保證實現連續穩定的傳 動。發明內容本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供一種空間曲線嚙合傳動機構，本發明是對傳統機械傳動機構形式(齒輪傳動形式)進行了根本性原理創新(本發明基于 空間曲線嚙合原理，而傳統齒輪嚙合傳動是基于空間曲面嚙合原理)，該微小機械傳動機 構是一種能夠為微小機械裝置提供連續穩定嚙合傳動的機構。極大地簡化了微機械傳動裝 置的結構，縮小幾何尺寸，減小質量,提高操作的靈活性，造價低廉,便于在微機電領域的應 用。本發明的目的通過如下技術方案實現-一種空間曲線嚙合傳動機構，包括主動輪、從動輪、若干個主動輪鉤桿和若干個從動輪 鉤桿，所述主動輪鉤桿均勻安裝在主動輪的端面上，從動輪鉤桿單排均勻布置在從動輪的 圓周上，主動輪鉤桿與從動輪鉤桿呈共扼的空間嚙合曲線形狀，軸線相互垂直的主動輪和 從動輪組成一傳動副；主動輪轉動時，主動輪鉤桿與從動輪鉤桿之間產生連續穩定的嚙合 傳動。當主動輪鉤桿開始與從動輪鉤桿接觸時，從動輪鉤桿阻礙主動輪鉤桿運動，其間的 相互作用產生阻力，這個阻力即為傳動力，從而實現傳動。上述機構中，所述主動輪與微電機主軸相聯，從動輪與被驅動裝置的轉動軸相聯,在微 電機的帶動下，主動輪鉤桿與從動輪鉤桿之間實現連續穩定的嚙合傳動。所述主動輪鉤桿 為螺旋線形狀，從動輪鉤桿的空間曲線與主動輪鉤桿的空間曲線共扼。主動輪鉤桿和從動 輪鉤桿是基于空間共扼曲線設計制作出來的。具體的來說主動輪鉤桿形狀為螺旋線形狀， 而從動輪鉤桿的空間曲線與主動輪鉤桿的空間曲線共扼。本發明與現有技術相比具有如下的優點1、 空間曲線嚙合傳動機構只有一個傳動副，可以實現類似蝸輪蝸桿的大傳動比傳動，由于 兩個輪軸位于同一個平面，使得其空間尺寸較小，傳動系零件數也減至最少，與傳統微 小型變速機構(如微小行星齒輪機構)相比，該傳動系結構十分簡單；與其它傳動技術(如SMA傳動、熱膨脹傳動、壓電傳動和電磁傳動)相比，它能實現在較高轉速(1000 轉/分)下的連續傳動。2、 空間曲線嚙合傳動機構的工藝性和經濟性好， 一旦研究形成成熟的設計理論體系，可以 生產制造成為通用的微小型或微型傳動機構或減速器，便于簡化微小型或微型機電產品 的結構，節省空間，減輕質量，并且造價低廉。3、 空間曲線嚙合傳動機構可以實現類似蝸輪蝸桿的大傳動比傳動，傳動比可以達到10: 1， 同時，由于兩個輪軸位于同一個平面，使得其空間尺寸比蝸桿傳動副小得多，且易于加 工。4、 空間曲線嚙合傳動機構能夠實現連續穩定的嚙合傳動，較之現有的非傳統機械微驅動技術有顯著的改進和更為廣泛的應用。


圖l為本發明實施方式中空間曲線嚙合傳動機構示意圖。 圖2為本發明實施方式中從動輪及其鉤桿布置示意圖。 圖3a為本發明實施方式中主動輪及其鉤桿布置示意圖。 圖3b為圖3b中主動輪及其鉤桿的俯視圖。圖4為本發明實施方式中空間曲線嚙合傳動機構空間嚙合示意圖。
具體實施方式
本發明方法及機構適用于為微機械裝置提供驅動器。如圖l所示，空間曲線嚙合傳動 機構由從動輪1，從動輪鉤桿2，主動輪鉤桿3,主動輪4，微電機5組成。主動輪4與微電機5主 軸相聯，從動輪l與被驅動裝置的轉動軸相聯。主動輪4與從動輪1之間通過主動輪鉤桿3和 從動輪鉤桿2形成傳動副。空間曲線嚙合傳動機構的傳動原理為主動輪在微電機的帶動下進行轉動,其中一對主 動輪鉤桿與從動輪鉤桿接觸，開始進入嚙合,此時從動輪鉤桿阻礙主動輪鉤桿運動，其間的 相互作用產生阻力，這個阻力即為傳動力，主動輪就可以推動從動輪轉動，由于從動輪與被 驅動裝置的轉動軸相聯，從而使得從動輪帶動驅動裝置轉動。由于在主動輪鉤桿和從動輪 鉤桿嚙合過程中，前一對鉤桿即將脫離嚙合，但還沒有完全脫離嚙合時，下一對鉤桿又接著 參與了嚙合，因此能夠實現連續穩定的嚙合傳動。如圖2所示,從動輪l采用鋁來制作，圓周面上通過強力膠粘上從動輪鉤桿2，且從動輪鉤 桿2采用鎳鉻金屬絲制作，直徑為O. 4mm。如圖3所示，主動輪4采用鋁來制作，端面通過強力膠 粘上主動輪鉤桿3，且主動輪鉤桿3采用鎳鉻金屬絲制作，直徑為O. 4mm。主動輪鉤桿和從動輪 鉤桿的制作方法采用專為本實例發明的靠模法。即在制作鉤桿時，為了保證鉤桿的實際幾 何形狀和理論的幾何形狀一致，先用數控車床與數控銑床制作出主動輪鉤桿和從動輪鉤桿 的靠模，即先制作出與鉤桿形狀一致的凹槽，然后再將金屬絲壓入凹槽中，就可制作出鉤 桿。本發明中的主動輪鉤桿和從動輪鉤桿的空間曲線方程是以所建立的空間曲線嚙合理論 為基礎推導出來的。圖4描繪了空間曲線嚙合傳動機構空間嚙合示意圖。其中S(o-;c，;;,z)及、，力，^)是兩個空間坐標系，r軸與主動輪的回轉軸線重合，、軸與從動輪的回轉5軸線重合，兩軸之間的夾角為9(T。 x軸與^的間距為6， z軸與x。軸的間距為a。坐標系S!(o廣Xi,yi，z^與主動輪固聯，坐標系52(02-A,A,&)與從動輪固聯，在起始位置它們分別與 S及&重合。主動輪以勻角速度^繞z軸旋轉，從動輪以勻角速度《2繞^軸旋轉。從起始 位置經一段時間后，《及&運動到圖4中的位置，主動輪繞z軸轉過^角，從動輪繞Zp軸轉 過A角。則主動輪鉤桿和從動輪鉤桿空間曲線方程可表示為公式(1):<formula>formula see original document page 6</formula>其中式-是空間共軛曲線的嚙合方程。^ 為主動輪鉤桿的空間曲線方程； A為嚙合點M的主法失，即，A<formula>formula see original document page 6</formula>且A,<formula>formula see original document page 6</formula>x2 = —sin^2 sin^;c, + sin^2 cos《力—cos^^ + 6 cos^2 < y2 =-cos A 3111^^+cos & cos A乂+5111^6-6 sin &為與主動輪鉤桿空間曲線共軛的從 z2 = cos ^ + sin + a動輪鉤桿的空間曲線方程；式中a， b —空間坐標系Q，q之間的間距(如圖4); 必,，^一主動輪與從動輪轉動的角速度；/21 —主動輪與從動輪的傳動比。本發明為微小機械裝置提供了一種能夠連續穩定嚙合傳動的方法與機構。該機構能夠 極大地簡化了微機械傳動裝置的結構，縮小幾何尺寸，減小質量，提高操作的靈活性，且制作 簡單，造價低廉，便于在微機電領域的應用。
權利要求
1、一種空間曲線嚙合傳動機構，其特征在于包括主動輪、從動輪、若干個主動輪鉤桿和若干個從動輪鉤桿，所述主動輪鉤桿均勻安裝在主動輪的端面上，所述從動輪鉤桿單排均勻布置在從動輪的圓周上，主動輪鉤桿與從動輪鉤桿呈共扼的空間嚙合曲線形狀，軸線相互垂直的主動輪和從動輪組成一傳動副；主動輪轉動時，主動輪鉤桿與從動輪鉤桿之間產生連續穩定的嚙合傳動。
2、 根據權利要求l所述的空間曲線嚙合傳動機構，其特征在于所述主動輪與微電機主 軸相聯，從動輪與被驅動裝置的轉動軸相聯，在微電機的帶動下，主動輪鉤桿與從動輪鉤桿 之間實現連續穩定的嚙合傳動。
3、 根據權利要求1或2所述的空間曲線嚙合傳動機構，其特征在于主動輪鉤桿為螺旋 線形狀，從動輪鉤桿的空間曲線與主動輪鉤桿的空間曲線共扼。
全文摘要
本發明公開一種空間曲線嚙合傳動機構，本機構則是基于空間曲線嚙合原理的新型傳動機構。該傳動機構包括主動輪、從動輪、若干個主動輪鉤桿和若干個從動輪鉤桿，所述主動輪鉤桿均勻安裝在主動輪的端面上，從動輪鉤桿單排均勻布置在從動輪的圓周上，主動輪鉤桿與從動輪鉤桿呈共軛的空間嚙合曲線形狀，軸線相互垂直的主動輪和從動輪組成一傳動副；主動輪轉動時，主動輪鉤桿與從動輪鉤桿之間產生連續穩定的嚙合傳動。該機構具有以下優點機構只有一個傳動副，使得傳動系零件數減至最少，傳動系結構十分簡單；可以實現類似蝸輪蝸桿的大傳動比傳動；由于兩個輪軸位于同一個平面，使得其空間尺寸較小，且易于加工。
文檔編號F16H37/00GK101324265SQ200810029649
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月22日 優先權日2008年7月22日
發明者亮 羅, 強 胡, 陳揚枝 申請人:華南理工大學