一种龙门刨床变向机构传动比确定方法与流程

本发明公开一种龙门刨床变向机构传动比确定方法，按国际专利分类表(ipc)划分属于龙门刨床传动系统技术领域。

背景技术：

现有的龙门刨床变向机构设计时，往往应用公式法进行，根据机械设计理论提供的方法和公式进行传动比计算，从而设计龙门刨床的传动系统。龙门刨床的传动系统采用传统公式法，逻辑性差，传动比计算公式表达的科学含义难于理解和使用，使用时只能硬套公式，容易出错，设计效率低，并对于各级传动的方向不明确。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种龙门刨床变向机构传动比确定方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种龙门刨床变向机构传动比确定方法，其中龙门刨床变向机构如下：

机架内固设有右内齿轮和左内齿轮，右内齿轮啮合右行星齿轮，右行星齿轮与定轴齿轮配合，定轴齿轮中心为输入端，左内齿轮啮合左行星齿轮，左行星齿轮与左定轴齿轮配合，左定轴齿轮与初级行星轮架同步转动，右行星齿轮配置于初级行星轮架，左内齿轮配置于次级行星轮架，次级行星轮架及输出轴b输出动力，右内齿轮和左内齿轮构成内联齿轮并固定在机架上，初级行星轮架和次级行星轮架通过轴承与机架装配；

输入轴的动力通过定轴齿轮传给右行星齿轮，右行星齿轮通过内孔传给初级行星轮架和左定轴齿轮，左定轴齿轮与左行星齿轮啮合，同时通过左行星齿轮内孔将动力传给次级行星轮架及输出轴b输出；

龙门刨床变向机构建模并计算得出传动比与传动齿轮齿数之间数学关系如下：

其中ω1表示输入轴定轴齿轮的角速度，

ωb表示输出端b处角速度，

z1表示定轴齿轮的齿数，

z3表示定右内齿轮的齿数，

z3’表示定左内齿轮的齿数，

z5表示定左定轴齿轮的齿数。

一种龙门刨床变向机构传动比确定方法，包括如下步骤：

st1、龙门刨床变向机构传动原理

根据龙门刨床传动结构和机械设计理论，设计龙门刨床变向机构对应如下，其中件1表示输入端的定轴齿轮，件2表示右行星齿轮，件3表示右内齿轮，件3’表示左内齿轮，件4表示左行星齿轮，件5表示左定轴齿轮，件i输入轴，件a表示初级行星轮架，件b表示次级行星轮架和输出轴，件3和件3’为双联内齿轮，被固定在机架上；

变向机构的传动过程为：件i输入的动力通过件1与件2啮合传给件2，件2与件3啮合传给件3，同时通过件2的内孔传给行星轮架a和件5；件5与件4啮合将件5的动力传给件4，件4与件3’啮合将动力传给件3’，同时通过件4内孔将动力传给件b输出；

设计传动比指确定件1与件b的角速度之比与各传动齿轮齿数之间的关系；

st2、建立啮合运动模型

在龙门刨床变向机构传动原理的基础上，建立件1，件2，件3啮合运动模型如等式(1)和等式(2)所示：

v3＝v2-va(1)

v1＝v2+va(2)

其中v1表示件1分度圆处线速度(m/s)，v2表示件2分度圆处线速度(m/s)，v3表示件3分度圆处线速度(m/s)；va表示件a在o2处线速度(m/s)，o2表示件2的自转中心线；

建立件3’，件4，件5，件b啮合运动模型如等式(3)和等式(4)所示：

v3‘＝v4-vb(3)

v5＝v4+vb(4)

其中v3’表示件3’分度圆处线速度(m/s),v4表示件4分度圆处线速度(m/s)，v5表示件5分度圆处线速度(m/s)，vb表示件b绕o5的线速度(m/s)，o5表示件1、件a、件5、件3’、件b和件i的回转中心线；

st3、列出已知条件

根据传动原理、机械设计理论和运动学理论，列出件1，件2和件3分度圆处线速度表达式如等式(5)，等式(6)和等式(7)所示

v1＝ω1×m×z1/2(5)

v2＝ω2×m×z2/2(6)

v3＝ω3×m×z3/2＝ω3×m×(z1+2z2)/2＝0(7)

等式(5)至等式(7)中v1，v2，v3，同前；

ω1表示件1分度圆处角速度(°/s)，ω2表示件2分度圆处角速度(°/s)，ω3表示件3分度圆处角速度(°/s)，ωa表示件a在o2处角速度(°/s)，m为齿轮模数(mm),z1z2和z3分别为件1、件2和件3的齿数；

根据传动原理、机械设计理论和运动学理论，列出件3’，件4和件5在分度圆处线速度表达式如等式(8)，等式(9)和等式(10)

v’3＝ω3'×m×z3'/2＝ω3'×m×(z5+2z4)/2＝0(8)

v4＝ω4×m×z4/2(9)

v5＝ω5×m×z5/2(10)

等式(8)至等式(10)中v3’，v4，v5，同前，

ω3’表示件3’分度圆处角速度(°/s)，ω4表示件4分度圆处角速度(°/s)，ω5表示件5分度圆处角速度(°/s)，ωb表示件b绕o5的角速度(°/s)，m为齿轮模数(mm),z3’z4和z5分别为件3’、件4和件5的齿数；

再次根据传动原理，机械设计理论和运动学理论，列出件a和件b在分度圆处线速度表达式如等式(11)和等式(12)

va＝ωa×m×(z1+z2)/2＝ωa×m×(z3-z2)/2＝v5(11)

vb＝ωb×m×(z5+z4)/2＝ω^b×m×(z’3-z4)/2(12)

等式(11)和(12)中v5、va和vb和ωa，ωb同前，m为齿轮模数(mm),z1，z2，z3、z3’、z4和z5同前；

st4、求解

联立等式(1)到等式(4)，结合等式(5)到等式(12)的已知条件求解，可以获得龙门刨床变向机构传动比与传动齿轮齿数之间数学关系如等式(13)

等式(13)中z1，z3，z3’和z5同前。

本发明采用建立运动学模型的方法确定传动比与传动齿轮齿数之间数学关系，可以提高龙门刨床变向机构设计的逻辑性，直观性和准确性和效率。

附图说明

图1是本发明实施例龙门刨床变向机构传动比设计技术路线图。

图2是本发明龙门刨床变向机构传动原理图。

图3是本发明龙门刨床变向机构a1-a1传动关系图。

图4是本发明龙门刨床变向机构b1-b1传动关系图。

图5是龙门刨床变向机构传动比设计例表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：一种龙门刨床变向机构传动比确定方法，其中龙门刨床变向机构如下：机架内固设有右内齿轮3和左内齿轮3’，右内齿轮啮合右行星齿轮2，右行星齿轮2与定轴齿轮1配合，定轴齿轮1中心为输入端，左内齿轮3’啮合左行星齿轮4，左行星齿轮4与左定轴齿轮5配合，左定轴齿轮5与初级行星轮架a同步转动，右行星齿轮2配置于初级行星轮架a，左内齿轮3’配置于次级行星轮架，次级行星轮架及输出轴b输出动力，右内齿轮3和左内齿轮3’构成内联齿轮并固定在机架上；初级行星轮架和次级行星轮架通过轴承与机架装配。

输入轴i的动力通过定轴齿轮传给右行星齿轮，右行星齿轮通过内孔传给初级行星轮架和左定轴齿轮，左定轴齿轮与左行星齿轮啮合，同时通过左行星齿轮内孔将动力传给次级行星轮架及输出轴b输出；

龙门刨床变向机构建模并计算得出传动比与传动齿轮齿数之间数学关系如下：

其中ω1表示输入轴定轴齿轮的角速度，

ωb表示输出端b处角速度，

z1表示定轴齿轮的齿数，

z3表示定右内齿轮的齿数，

z3’表示定左内齿轮的齿数，

z5表示左定轴齿轮的齿数。

本发明龙门刨床变向机构传动比确定采用数学建模的方法，技术路线如图1。图1中，绘制传动原理图指绘制变向机构传动关系示意图，表达传动元件、传动链、传动关系和已知条件。建立啮合运动模型指建立传动元件之间分度圆处线速度方程。列出已知条件指列出传动链中一些已知技术参数的定量关系，以便求解。求解指根据已知条件对线速度方程求解传动比。

本发明龙门刨床变向机构传动比确定方法，步骤如下：

1、绘制变向机构传动原理图即st1、龙门刨床变向机构传动原理

根据龙门刨床变向机构的结构和机械设计理论，绘制传动原理图如图2。

图2中，件1表示定轴齿轮，件2表示右行星齿轮，件3表示右内齿轮；件3’表示左内齿轮，件4表示左行星齿轮，件5表示左定轴齿轮，件i表示输入轴，件a表示初级行星轮架，件b表示次级行星轮架和输出轴。件3和件3’为双联内齿轮，被固定在机架上。初级行星轮架和次级行星轮架通过轴承与机架装配。

a1-a1和b1-b1为绘制截面视图的代号。

图2表达变向机构的传动过程为：件i输入的动力通过件1与件2啮合传给件2，件2与件3啮合传给件3，同时通过件2的内孔传给行星轮架a和件5；件5与件4啮合将件5的动力传给件4，件4与件3’啮合将动力传给件3’，同时通过件4内孔将动力传给件b输出。

设计传动比指确定件1与件b的角速度之比与各传动齿轮齿数之间的关系。2、建立啮合运动模型

在图2的基础上，绘制a1-a1,b1-b1处截面传动关系原理图如图3和图4所示。

图3表示a1-a1处件1，件2，件3和件a传动关系。图3中件1，件2，件3和件a，同前。

o1表示件1、件a、件5、件3’、件b和件i的回转中心线。o2表示件2的自转中心线。

v1表示件1分度圆处线速度(m/s)，v2表示件2分度圆处线速度(m/s)，v3表示件3分度圆处线速度(m/s)。va表示件a在o2处线速度(m/s)。

ω1表示件1分度圆处角速度(°/s)，ω2表示件2分度圆处角速度(°/s)，ω3表示件3分度圆处角速度(°/s)。ωa表示件a在o2处角速度(°/s)，角速度和速度如图方向为正。

根据图3、机械理论和运动学理论，建立件1，件2，件3啮合运动模型如等式(1)和等式(2)所示。

v3＝v2-va(1)

v1＝v2+va(2)

等式(1)和等式(2)中v1、va、v2和v3同前。

图4表示b1-b1截面处件3’，件4，件5和件b的传动关系。图4中件3’，件4，件5和件b同前。

o5表示件1、件a、件5、件3’、件b和件i的回转中心线。o4表示件4的自转中心线。

v3’表示件3’分度圆处线速度(m/s),v4表示件4分度圆处线速度(m/s)，v5表示件5分度圆处线速度(m/s)，vb表示件b绕o5的线速度(m/s)，

ω3’表示件3’分度圆处角速度(°/s)，ω4表示件4分度圆处角速度(°/s)，ω5表示件5分度圆处角速度(°/s)。ωb表示件b绕o5的角速度(°/s)。速度和角速度如图方向为正。

根据图4、机械理论和运动学理论，建立件3’，件4，件5，件b啮合运动模型如等式(3)和等式(4)所示。

v3‘＝v4-vb(3)

v5＝v4+vb(4)

等式(3)和(4)中v3’，v4，v5和vb同前。

3、列出已知条件

根据图2所示的传动原理、机械设计理论和运动学理论，列出件1，件2和件3分度圆处线速度表达式如等式(5)，等式(6)和等式(7)所示。

v1＝ω1×m×z1/2(5)

v2＝ω2×m×z2/2(6)

v3＝ω3×m×z3/2＝ω3×m×(z1+2z2)/2＝0(7)

等式(5)至等式(7)中v1，v2，v3，ω1，ω2和ω3同前，m为齿轮模数(mm),z1z2和z3分别为件1、件2和件3的齿数。

同样，根据图2所示的传动原理，机械设计理论和运动学理论，列出件3’，件4和件5在分度圆处线速度表达式如等式(8)，等式(9)和等式(10)。

v3’＝ω3'×m×z3'/2＝ω3'×m×(z5+2z4)/2＝0(8)

v4＝ω4×m×z4/2(9)

v5＝ω5×m×z5/2(10)

等式(8)至等式(10)中v3’，v4，v5，ω3’，ω4和ω5同前，m为齿轮模数(mm),z3’z4和z5分别为件3’、件4和件5的齿数。

第三次根据图2所示的传动原理，机械设计理论和运动学理论，列出件a和件b在分度圆处线速度表达式如等式(11)和等式(12)。

va＝ωa×m×(z1+z2)/2＝ωa×m×(z3-z2)/2＝v5(11)

vb＝ωb×m×(z5+z4)/2＝ωb×m×(z’3-z4)/2(12)

等式(11)和(12)中v5、va和vb和ωa，ωb同前，m为齿轮模数(mm),z1，z2，z3、z3’、z4和z5同前。

4、求解

联立等式(1)到等式(4)，结合等式(5)到等式(12)的已知条件求解，可以获得龙门刨床变向机构传动比与传动齿轮齿数之间数学关系如等式(13)。

等式(13)中z1，z3，z3’和z5同前。

本发明创新点如下：

1、提出了一种龙门刨床变向机构传动系统确定方法。绘制变向机构传动原理图，建立啮合运动模型和列出已知条件，根据已知条件联立求解啮合运动模型获得传动比与传动齿轮齿数之间的数学关系，为设计龙门刨床变向机构传动系统结构提供依据。

2、提出了根据齿轮分度圆处啮合点线速度相等的运动学关系建立啮合运动模型的建模方法。

本发明优点：采用建立运动学模型的方法确定传动比与传动齿轮齿数之间数学关系，可以提高龙门刨床变向机构设计的逻辑性，直观性和准确性和效率。

本发明应用：在龙门刨床传动系统设计等机械与汽车传动领域应用，应用案例如图5，图5是龙门刨床变向机构传动比设计方案例，表中，参数定义同前。主从动轮转向相同，传动比为正，反之为负。图5中，z2对应的行星齿轮表示上述的右行星齿轮，z4对应的行星齿轮表示上述的左行星齿轮，z5对应的定轴齿轮表示上述左定轴齿轮。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。