专利名称：可自由变换轮系类型的轮系实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮系实验装置，具体是一种可自由变换轮系类型的轮系实验装置。
背景技术：
轮系是由一系列齿轮所组成的传动装置，它通常介于原动机和执行机构之间，用于把原动机的运动和动力传给执行机构，工程实际中常用其实现变速、换向和大功率传动等。轮系的类型具有多样性，通常包括定轴轮系、差动轮系、行星轮系及复合轮系。在机械原理实验教学过程中，通常针对每种类型的轮系各提供一种轮系实验台，用于帮助学生从实质上理解轮系的运动形式以及进行轮系传动比计算或运动分析。但考虑到各种轮系实验台之间结构大系统重复，且每种轮系实验台均需1-2个电动机来带动，针对每种类型的轮系各设计、制造一种轮系实验台势必导致实验教学过程中所需电机数目增多，同时导致轮系实验台的基本结构数量大大增加。鉴于此，若能发明一种能够自由变换轮系类型的轮系实验装置，则可在实验教学过程中有效节省电机使用数目，同时有效减少轮系实验装置的基本结构数量。然而目前并无这样一种轮系实验装置。
发明内容
本发明为了解决目前尚无一种能够自由变换轮系类型的轮系实验装置的问题，提供了一种可自由变换轮系类型的轮系实验装置。本发明是采用如下技术方案实现的可自由变换轮系类型的轮系实验装置，包括支撑系统、驱动系统、齿轮传动系统、电气控制系统；所述支撑系统包括底座、安装于底座上表面左部的第一轴承座、安装于底座上表面中部的第二轴承座、以及安装于底座上表面右部的第三轴承座；第一轴承座上安装有第一轴承；第二轴承座上安装有第二轴承；第三轴承座上安装有第三轴承；所述驱动系统包括安装于底座上表面右部的伺服电机、以及安装于底座上表面左部的交流电机；所述齿轮传动系统包括左侧轮系和右侧轮系；所述左侧轮系包括安装于交流电机输出轴上的第一小齿轮、其中部支撑于第一轴承上的齿轮轴、安装于齿轮轴左部的第一大齿轮、以及固定于第一轴承座右侧表面的左内齿轮；第一大齿轮与第一小齿轮相互啮合；所述右侧轮系包括行星架轴、安装于行星架轴左部的行星架、滑动空套于行星架轴中部的右内齿轮、安装于行星架轴右部的第二大齿轮、以及安装于伺服电机输出轴上的第二小齿轮；第二大齿轮与第二小齿轮相互啮合；右内齿轮右部支撑于第二轴承上；伺服电机输出轴左部支撑于第三轴承上；行星架上支撑有行星轮轴；行星轮轴左部安装有分别与齿轮轴右部和左内齿轮啮合的第一行星轮；行星轮轴右部安装有与右内齿轮啮合的第二行星轮；齿轮轴的轴线、左内齿轮的轴线、行星架轴的轴线位于同一直线上；所述电气控制系统包括安装于交流电机输出轴上的第一测速盘、安装于右内齿轮上的第二测速盘、以及安装于第二小齿轮上的第三测速盘；第一测速盘、第二测速盘、第三测速盘上均安装有光电传感器，光电传感器的输出端连接有测控箱。使用时，沿轴向拨动行星架及行星架轴，即可自由变换出多种轮系类型。轮系类型变换过程具体如下一、沿轴向向右拨动行星架及行星架轴，使第一行星轮与左内齿轮脱离啮合，第二行星轮与右内齿轮保持啮合。然后在第三轴承座中插入销轴，确保伺服电机、第二小齿轮、第二大齿轮、行星架轴保持静止状态。交流电机输出动力，驱动第一小齿轮转动， 第一小齿轮依次通过第一大齿轮、齿轮轴、第一行星轮、第二行星轮实施运动传递，最后由右内齿轮输出转动，由此得到的齿轮传动系统为定轴轮系，如图3所示。二、沿轴向向左拨动行星架及行星架轴，使第一行星轮与左内齿轮保持啮合，第二行星轮与右内齿轮脱离啮合。交流电机驱动由第一小齿轮和第一大齿轮组成的第一定轴轮系转动，进而通过齿轮轴将转动输入到由左内齿轮、第一行星轮、行星架组成的行星轮系中进行运动变换，再通过行星架轴将转动输入到由第二大齿轮和第二小齿轮组成的第二定轴轮系，最后由第二小齿轮输出转动，由此得到的齿轮传动系统为由两个定轴轮系和一个行星轮系组成的复合轮系， 如图4所示。三、沿轴向向右拨动行星架及行星架轴，使第一行星轮与左内齿轮脱离啮合， 第二行星轮与右内齿轮保持啮合。交流电机驱动由第一小齿轮和第一大齿轮组成的第一定轴轮系转动，伺服电机驱动由第二大齿轮和第二小齿轮组成的第二定轴轮系转动，第一定轴轮系的转动、第二定轴轮系的转动同时输入到由齿轮轴、第一行星轮、第二行星轮、右内齿轮、行星架组成的差动轮系中进行运动变换，最后由右内齿轮输出转动，由此得到的齿轮传动系统为由两个定轴轮系和一个差动轮系组成的复合轮系，如图5所示。四、沿轴向拨动行星架及行星架轴，使第一行星轮与左内齿轮保持啮合，第二行星轮与右内齿轮保持啮合。 交流电机驱动由第一小齿轮和第一大齿轮组成的第一定轴轮系转动，伺服电机驱动由第二小齿轮和第二大齿轮组成的第二定轴轮系转动，第一定轴轮系的转动、第二定轴轮系的转动同时输入到由齿轮轴、左内齿轮、第一行星轮、第二行星轮、右内齿轮、行星架组成的差动轮系中进行运动变换，最后由右内齿轮输出转动，由此得到的齿轮传动系统为由两个定轴轮系和一个差动轮系组成的复合轮系，如图6所示。在上述变换过程中，第一测速盘、第二测速盘、第三测速盘分别通过光电传感器对交流电机输出轴上的转动、右内齿轮上的转动、 第二小齿轮的转动进行测速。测控箱可连接上位机，测速信号传输至测控箱后，由上位机对其进行后续处理。基于上述变换过程，本发明所述的可自由变换轮系类型的轮系实验装置即实现了轮系类型的自由变换，由此在实验教学过程中有效节省了电机使用数目，同时有效减少了轮系实验装置的基本结构数量。本发明有效解决了目前尚无一种能够自由变换轮系类型的轮系实验装置的问题， 其集轮系类型变换与轮系性能检测为一体，结构紧凑，在一个实验装置上实现了一机多用， 操作方便，交互性强，既可作为一种机械基础领域的实验装置，辅助科研人员对各种轮系的性能进行分析，也可作为一种教学实验装置，用于高校机械类及相关专业机械原理课程的实验教学。
图1是本发明的立体结构示意图。图2是本发明的平面结构示意图。图3是本发明的第一种使用状态参考图。图4是本发明的第二种使用状态参考图。图5是本发明的第三种使用状态参考图。
图6是本发明的第四种使用状态参考图。图中1-底座，2-第一轴承座，3-第二轴承座，4-第三轴承座，5-第一轴承，6-第二轴承，7-第三轴承，8-伺服电机，9-交流电机，10-第一小齿轮，11-齿轮轴，12-第一大齿轮，13-左内齿轮，14-行星架轴，15-行星架，16-右内齿轮，17-第二大齿轮，18-第二小齿轮，19-行星轮轴，20-第一行星轮，21-第二行星轮，22-第一测速盘，23-第二测速盘， 24-第三测速盘。
具体实施例方式可自由变换轮系类型的轮系实验装置，包括支撑系统、驱动系统、齿轮传动系统、 电气控制系统；
所述支撑系统包括底座1、安装于底座1上表面左部的第一轴承座2、安装于底座1上表面中部的第二轴承座3、以及安装于底座1上表面右部的第三轴承座4 ；第一轴承座2上安装有第一轴承5 ；第二轴承座3上安装有第二轴承6 ；第三轴承座4上安装有第三轴承7 ； 所述驱动系统包括安装于底座1上表面右部的伺服电机8、以及安装于底座1上表面左部的交流电机9 ；
所述齿轮传动系统包括左侧轮系和右侧轮系；所述左侧轮系包括安装于交流电机9输出轴上的第一小齿轮10、其中部支撑于第一轴承5上的齿轮轴11、安装于齿轮轴11左部的第一大齿轮12、以及固定于第一轴承座2右侧表面的左内齿轮13 ；第一大齿轮12与第一小齿轮10相互啮合；所述右侧轮系包括行星架轴14、安装于行星架轴14左部的行星架15、滑动空套于行星架轴14中部的右内齿轮16、安装于行星架轴14右部的第二大齿轮17、以及安装于伺服电机8输出轴上的第二小齿轮18 ；第二大齿轮17与第二小齿轮18相互啮合； 右内齿轮16右部支撑于第二轴承6上；伺服电机8输出轴左部支撑于第三轴承7上；行星架15上支撑有行星轮轴19 ；行星轮轴19左部安装有分别与齿轮轴11右部和左内齿轮13 啮合的第一行星轮20 ；行星轮轴19右部安装有与右内齿轮16啮合的第二行星轮21 ；齿轮轴11的轴线、左内齿轮13的轴线、行星架轴14的轴线位于同一直线上；
所述电气控制系统包括安装于交流电机9输出轴上的第一测速盘22、安装于右内齿轮 16上的第二测速盘23、以及安装于第二小齿轮18上的第三测速盘M ；第一测速盘22、第二测速盘23、第三测速盘M上均安装有光电传感器，光电传感器的输出端连接有测控箱；
具体实施时，第二小齿轮18的宽度大于第二大齿轮17的宽度，保证第二大齿轮沿第二小齿轮轴向滑动时能正确啮合。
权利要求
1. 一种可自由变换轮系类型的轮系实验装置，其特征在于包括支撑系统、驱动系统、 齿轮传动系统、电气控制系统；所述支撑系统包括底座(1)、安装于底座(1)上表面左部的第一轴承座(2)、安装于底座(1)上表面中部的第二轴承座(3)、以及安装于底座(1)上表面右部的第三轴承座(4);第一轴承座(2)上安装有第一轴承(5)；第二轴承座(3)上安装有第二轴承(6)；第三轴承座 (4)上安装有第三轴承(7);所述驱动系统包括安装于底座(1)上表面右部的伺服电机(8)、以及安装于底座(1)上表面左部的交流电机(9)；所述齿轮传动系统包括左侧轮系和右侧轮系；所述左侧轮系包括安装于交流电机(9) 输出轴上的第一小齿轮(10)、其中部支撑于第一轴承(5)上的齿轮轴(11)、安装于齿轮轴 (11)左部的第一大齿轮(12)、以及固定于第一轴承座(2)右侧表面的左内齿轮(13)；第一大齿轮(12)与第一小齿轮(10)相互啮合；所述右侧轮系包括行星架轴(14)、安装于行星架轴(14)左部的行星架(15)、滑动空套于行星架轴(14)中部的右内齿轮(16)、安装于行星架轴(14)右部的第二大齿轮(17)、以及安装于伺服电机(8)输出轴上的第二小齿轮(18);第二大齿轮(17)与第二小齿轮(18)相互啮合；右内齿轮(16)右部支撑于第二轴承(6)上；伺服电机(8)输出轴左部支撑于第三轴承(7)上；行星架(15)上支撑有行星轮轴(19)；行星轮轴(19)左部安装有分别与齿轮轴(11)右部和左内齿轮(13)啮合的第一行星轮(20);行星轮轴(19)右部安装有与右内齿轮(16)啮合的第二行星轮(21)；齿轮轴(11)的轴线、左内齿轮(13)的轴线、行星架轴(14)的轴线位于同一直线上；所述电气控制系统包括安装于交流电机(9)输出轴上的第一测速盘(22)、安装于右内齿轮(16)上的第二测速盘(23)、以及安装于第二小齿轮(18)上的第三测速盘(24);第一测速盘(22)、第二测速盘(23)、第三测速盘(24)上均安装有光电传感器，光电传感器的输出端连接有测控箱。
全文摘要
本发明涉及轮系实验装置，具体是一种可自由变换轮系类型的轮系实验装置。本发明解决了目前尚无一种能够自由变换轮系类型的轮系实验装置的问题。可自由变换轮系类型的轮系实验装置包括支撑系统、驱动系统、齿轮传动系统、电气控制系统；所述齿轮传动系统包括左侧轮系和右侧轮系；所述左侧轮系包括安装于交流电机输出轴上的第一小齿轮、其中部支撑于第一轴承上的齿轮轴、安装于齿轮轴左部的第一大齿轮、以及固定于第一轴承座右侧表面的左内齿轮。本发明有效解决了目前尚无一种能够自由变换轮系类型的轮系实验装置的问题，其集轮系类型变换与轮系性能检测为一体，结构紧凑，既可作为一种机械基础领域的实验装置，也可作为一种教学实验装置。
文档编号G01M13/02GK102507183SQ20111032270
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者张清, 李戈, 沈兴全, 程志刚, 苗鸿宾, 董亚峰, 马长安 申请人:中北大学