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第八章机构创新实例第一节活齿减速带轮机构
1、概述
带传动和行星传动是机械传动的基础传动元件,它们的传动性能不同:带传动结构简单、传动平稳、造价低廉、不需润滑、能缓和冲击和过载打滑、噪声小;行星传动结构紧凑、传动比大、传动效率高、承载能力强。将带传动和行星传动组合起来,在不增加带轮外廓尺寸的条件下,研制出具有两种传动综合优良性能的行星减速带轮,是开发高性能传动元件的重要课题。

⑴行星传动的选择-外激波摆动活齿传动。
①组成结构及传动原理
如图7-1所示为外激波摆动活齿传动的结构模型和传动原理图。外激波摆动活齿传动是由三部分组成:外激波器H由内轮廓偏心套和转臂滚针轴承组成;活齿轮G是由活齿架和一组摆动活齿组成,相当于内齿行星轮,活齿架为具有等分驻齿槽的筒状构件,与机架固联或与输出轴固联;中心轮K为外齿轮,齿形为摆动活齿几何中心运动轨迹的内等距线,与输出轴固联或与机架固联。
图7-1外激波摆动活齿传动的结构模型和传动原理图
②传动比计算。
③外齿中心轮的齿形综合。
④外激波摆动活齿传动的优缺点。
⑵带传动的选择
带传动由带轮、带和支承件组成。利用张紧在带轮上的带和带轮间的摩擦力来传递运动和动力。带传动的优点是结构简单、传动平稳、能缓和冲击和过载打滑,缺点是传动比较小且不准确,且在结构上从动带轮占据的空间没有充分利用。

由外激波摆动活齿传动与带传动机构的从动带轮合二为一形成的行星减速带轮,是一种新型减速装置。它具有带传动可靠性高、减振能力强等优点,又保持了摆动活齿传动无W输出机构带来的一系列优点,并成功地克服了外激波摆动活齿传动外激波器尺寸大带来的动平衡性能差的缺点。
⑴带轮与外激波器的组合
⑵带轮激波器使绕固定轴传动的带轮成为外激波器的一部分
⑶卸荷带轮设计
第二节同轨迹连杆机构
同轨迹四连杆机构是指自由度 F相同、输入构件的运动规律相同、输出构件上的一点轨迹相同的一组连杆机构,但这组连杆机构的运动学尺寸不同,所以其受力状态、动态性能有巨大差异。因而,同轨迹连杆机构的形成方法是机构创新设计的重要方法之一。
形成同轨迹连杆机构的罗伯特-契贝谢夫定理是由美国数学家萨姆尔·罗伯特于1875年和俄国学者契贝谢夫于1878年分别发现的,因此称为“罗伯特-契贝谢夫定理”。该定理的内容是:由一个四杆铰链机构发生的一条连杆曲线,还可以由另外两个四杆铰链机构发生出来。或表述为同一连杆曲线,可以用三个不同的机构来实现。

图形缩放原理如下图7-2a所示为一平行四边形机构,由平行四边形OBKD与机架在O点铰接而成。A点为BK杆延长线上的一点。连接AO得交点C。当A点沿任意给定轨迹运动时,C点将给出与A点相似但缩小了的轨迹。⑴AO除以CO与AB除以KB的值是相等的为常数m(射线定理)。⑵当此四边形作为一刚体绕O转动一角度时,A点转到A',按射线定理有AA'与CC'的比值与AO与CO的比例等于常数m。A点的一切运动都是这两部分运动的合成。因此C点的运动是以缩小的比例模拟A点的运动,反之亦然。
第一个同迹连杆机构设计如图7-2b所示,在原始机构上作平行四边形导引机构BODK。曲柄C0CDO为所示的第一个同迹连杆机构,K为连杆CD延长线上的点。所示曲柄拉摇杆机构的尺寸,如图中下面的公式。
第二个同迹连杆机构设计如图7-2c所示,在原始机构上作平行四边形导引机构A0AKE。双摇杆机构A0EFCO为所求的第二个同迹连杆机构。
第三个同迹连杆机构设计如图7-2d所示,CO是两具同迹连杆机构中共同的新机架的固定铰链点,机架的三个固定铰链点A0与O,A0与CO,O与CO。
K的同迹连杆机构
在图7-3a中,四杆机构A0A1B1B0为A1B1上有附加连杆点K的原始机构。由罗伯特-契贝谢夫定理决定的另两个四杆机构为A0A2C2C0和B0B3C3C0。在这3个同迹连杆机构中有四个相似三角形;有三个不同的平行四边形。
获得两个同迹连杆机构尺寸的A·凯莱作图法:想象7-3a中机架铰链A0、B0、C0没有结牢,随后拉动A0、B0、C0互相脱开,直到各个连杆机构的曲柄、连杆和从动件形成一条直线,便得到图7-3b,后者的机架距离不等于前者,但两图中所有活动构件的长度是正确的,所有的角度也是正确的。对于任一给定的带连杆点的铰链四杆机构,都可以作出如图7-3b这样一个图形而获得它的另外两个同迹连杆机构的尺寸。
图7-3
图7-4的左上图就不能用A·凯莱作图法,因为三个连杆机构压缩成一条直线。把O1ABO2作为一个原始机构,为了找到连杆AB延长线上K点的同轨迹机构,在机架O1O2 的延长线上作O3,使O1O2:O2O3=AB:BK,