一种恒功率传动的方法

专利名称：一种恒功率传动的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种传动方法，尤其涉及一种恒功率传动的方法。
背景技术：
在诸如油田抽油机之类的往复升降机械中，在升降过程中载荷是变化的， 如升程时载荷大，回程是载荷小。这样就使得传动箱输出轴上的扭矩时大时 小。而传统的定比传动决定了输出轴的转速是一个常数，因此，实际需要的功 率是一个变量，所以实际工作过程中，电机只能按照最大功率配备。为了解决 载荷变化时传动功率变化的问题，采用反向配重的方法，载荷大时配重块向下 运动，载荷小时配重块向上运动，利用配重块的运动平衡掉部分载荷的变化。 这种方法无法实现完全的恒功率传动，配重块还会增大设备的重量和工耗，增 加施工成本。这就是现有技术所存在的不足之处。

发明内容
本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种在变载荷的工 况下能实现恒功率传动的方法。
本方案是通过如下技术措施来实现的在该恒功率传动的方法中，设传动 箱输出轴上的负载扭距为7W ，输入轴的转速为"i，输出轴的转速为W。，传动
比为《0'输出轴的功率为/5，则p二2朋。xr(f)二2朋,x奶xro)，即奶=——^——，
2朋,x 7"(f)
负载扭距7XO随载荷变化时，传动比/W随之变化，使功率P保持不变，根据上
述公式使与所述输入轴相连的主动轮和与所述输出轴相连的从动轮采用共轭啮 合的变参数传动轮。
与上述输出轴相连的从动轮为偏心滚子轮，与输入轴相连的主动轮采用与 从动轮共轭啮合的变参数摆线齿轮。
上述主动轮和从动轮的轮廓形状根据如下步聚确定(1)根据载荷的变化 并据公式/(,) = ，P_ 、确定传动比/(f) ; (2)根据载荷及强度要求确定输入轴、输出轴之间的中心距；(3)确定滚子轮上各滚子的中心位置、滚子数量、滚子 外径；(4)根据共轭啮合原理求解主动轮的轮齿形状。
根据公式x, = x。, - ^ (I2 、 x = h + ~ ，'2计算各滚子的中心坐标，
其中，X，、^为滚子廓形曲线的坐标，r为滚子半径，&、 ^为滚子中心的坐
标；x。， 二"cos0 + ^cos(《。+0)、凡i-"sine + ^sinC^+e),其中，。为输入轴与输 出轴之间的中心距，^为滚子中心到滚子轮轴线的距离，《。为滚子初始位置角， ^为滚子廓形曲线上的点与摆线齿轮圆心连线与i轴之间的夹角。
上述从动轮上各滚子为等圆心角分布。
上述从动轮上的滚子采用滚动轴承、滑动轴承或销轴。
上述滚子为圆柱形或圆锥形。
与上述输入轴相连的主动轮也可以采用偏心滚子轮，与输出轴相连的从动 轮采用与主动轮共轭啮合的变参数摆线齿轮。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，该恒功率传动的方法中， 位于输入轴上的主动轮与位于输出轴上的从动轮为共轭啮合，主动轮采用变参 数摆线齿轮(或偏心滚子轮)，从动轮采用偏心滚子轮(或变参数摆线齿轮)。
传动比奶、~,、，输入轴的转速Wi为定值；当载荷增大时，输出轴上的负
载扭距r(,)增大，此时传动比奶相应地减小，使输出轴的功率W呆持不变；当 载荷减小时，输出轴上的负载扭距r(o减小，此时传动比/w相应地增大，使输 出轴的功率尸保持不变，从而实现了在变载荷情况下系统的恒功率传动。使用该 方法可以省去配重块，减轻了设备的重量，降低了设备的工耗和施工成本。由 此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实 施的有益效果也是显而易见的。


图l为本发明具体实施方式
中的传动结构示意图。 图中，l为输入轴，2为主动轮，3为输出轴，4为从动轮，5为滚子。
具体实施例方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式
，并结合其附图，对本方案进行阐述。
一种恒功率传动的方法，设传动箱输出轴上的负载扭距为r")，输入轴的 转速为"i ("厂常数)，输出轴的转速为"。，传动比为奶，输出轴的功率为？，
则i^2朋。xr(r^2朋,x/(r)xr(f)，即《,)=^^^。与输入轴相连的主动轮采用
2;z^ x
变参数摆线齿轮，与输出轴相连的从动轮采用与主动轮共轭啮合的偏心滚子轮， 偏心滚子轮上的滚子采用圆柱形或圆锥形的滚动轴承、滑动轴承或销轴。从动 轮上各滚子为等圆心角分布，载荷不同时，滚子中心到输出轴中心的距离不相
等。当载荷增大时，输出轴的负载扭距7X/)增大，滚子中心到输出轴中心的距 离增大，对应的输出轴的转速"。减小，所以传动比奶减小，根据公式
奶、尸t,、即可得出:输^轴的功率P保持不变；反之，当载荷减小时，输
2加! x r(o
出轴的负载扭距r(/)减小，滚子中心到输出轴中心的距离减小，对应的输出轴
的转速"。增大，所以传动比W增大，根据公式!切-，P^、即可得出:输出轴
2加,x r(o
的功率尸保持不变。在滚子中心到输出轴中心的距离由大到小和由小到大变化 时，此时从动轮的外轮廓线采用圆滑曲线过渡。
通过如下步骤确定主动轮和从动轮的轮廓形状(1)根据载荷的变化并据
公式奶=，^t,、确定传动比奶;(2)根据载荷及强度要求确定输入轴、输出
轴之间的中心距；(3)确定滚子轮上各滚子的中心位置、滚子数量、滚子外径;
(4)根据共轭啮合原理求解主动轮的轮齿形状(变参数摆线)。根据上述方法 所得出的主动轮和从动轮的传动满足恒功率要求。 可以采用如下两种方法求解主动轮的轮齿廓形
方法一、首先，根据共轭啮合的运动关系求出滚子中心的运动轨迹曲线， xoi ="cos"^ cos(《。、 -asinP + QsinO^ +^)，其中a为输入轴与输出轴之间 的中心距，^为滚子中心到滚子轮轴线的距离，《。为滚子初始位置角，P为滚子 廓形曲线上的点与摆线齿轮圆心连线与x轴之间的夹角；然后，求出该曲线的等 距曲线，该等距曲线即为主动轮和从动轮的外轮廓线，求出各滚子对应的曲线；最后，删去啮合区以外的部分曲线并考虑强度去掉齿顶尖角，即可得到轮齿的 形状。
方法二、首先，根据共轭啮合原理、等距曲线理论导出的滚子轮廓形计算 公式，求出各滚子对应的曲线，计算公式为x^x。i-z; 2 、
+力2
, ，2 ，其中，A、力为滚子廓形曲线的坐标，r为滚子半径，；c。。
凡i为滚子中心的坐标；而je。i =acos"^cos(《。+6) 、 >>01 = flsinS + & si我+ P)，其 中，"为输入轴与输出轴之间的中心距，^为滚子中心到滚子轮轴线的距离，《。 为滚子初始位置角，^为滚子廓形曲线上的点与摆线齿轮圆心连线与;c轴之间的 夹角；然后，删去啮合区以外的部分曲线并考虑强度去掉齿顶尖角，即可得到 轮齿的形状。
与输入轴相连的主动轮也可采用偏心滚子轮，此时与输出轴相连的从动轮 就采用与主动轮共轭啮合的变参数摆线齿轮，亦可根据上述原理得出当载荷 变化时，输出轴的功率P保持不变。
本发明并不仅限于上述具体实施方式
，本领域普通技术人员在本发明的实 质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。本发 明中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。
权利要求
1.一种恒功率传动的方法，其特征是设传动箱输出轴上的负载扭距为T(t)，输入轴的转速为ni，输出轴的转速为no，传动比为i(t)，输出轴的功率为P，则P＝2πno×T(t)＝2πni×i(t)×T(t)，即<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>i</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mi>P</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>&pi;</mi><msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi></msub><mo>&times;</mo><mi>T</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100166430002C1.tif" wi="31" he="10" top= "46" left = "94" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>负载扭距T(t)随载荷变化时，传动比i(t)随之变化，使功率P保持不变，根据上述公式使与所述输入轴相连的主动轮和与所述输出轴相连的从动轮采用共轭啮合的变参数传动轮。
2. 根据权利要求l所述的恒功率传动的方法，其特征是与所述输出轴相 连的从动轮为偏心滚子轮，与输入轴相连的主动轮采用与从动轮共轭啮合的变 参数摆线齿轮。
3. 根据权利要求1或2所述的恒功率传动的方法，其特征是所述主动轮和 从动轮的轮廓形状根据如下步聚确定(1)根据载荷的变化并据公式<formula>formula see original document page 2</formula>确定传动比《0; (2)根据载荷及强度要求确定输A轴、输出轴之间的中心距；(3)确定滚子轮上各滚子的中心位置、滚子数量、滚子外径；(4) 根据共轭啮合原理求解主动轮的轮齿形状。
4. 根据权利要求3所述的恒功率传动的方法，其特征是根据公式<formula>formula see original document page 2</formula>^计算各滚子的中心坐标，其中，；cj、^为滚子廓形曲线的坐标，r,为滚子半径，；c。,、 y。，为滚子中心的坐标；<formula>formula see original document page 2</formula>其中，"为输入轴与输出轴之 间的中心距，^为滚子中心到滚子轮轴线的距离，《。为滚子初始位置角，^为滚 子廓形曲线上的点与摆线齿轮圆心连线与x轴之间的夹角。
5. 根据权利要求2所述的恒功率传动的方法，其特征是所述从动轮上各 滚子为等圆心角分布。
6. 根据权利要求5所述的恒功率传动的方法，其特征是所述从动轮上的 滚子采用滚动轴承、滑动轴承或销轴。
7. 根据权利要求6所述的恒功率传动的方法，其特征是所述滚子为圆柱 形或圆锥形。
8.根据权利要求l所述的恒功率传动的方法，其特征是与所述输入轴相 连的主动轮采用偏心滚子轮，与输出轴相连的从动轮为与主动轮共轭啮合的变 参数摆线齿轮。
全文摘要
本发明涉及一种恒功率传动的方法，设传动箱输出轴上的负载扭距为T(t)，输入轴的转速为n_i，输出轴的转速为n_o，传动比为i(t)，输出轴的功率为P，则P＝2πn_o×T(t)＝2πn_i×i(t)×T(t)，即i(t)＝P/(2πn_i×T(t))，负载扭距T(t)随载荷变化时，传动比i(t)随之变化，使输出轴的功率P保持不变，根据上述公式使与所述输入轴相连的主动轮和与所述输出轴相连的从动轮采用共轭啮合的变参数传动轮。采用该方法可以有效地减轻设备的重量，降低设备的工耗和施工成本。
文档编号F16H1/02GK101592210SQ20091001664
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者郭培全 申请人:济南大学