非圓齒輪往復擺動機構反求設計及運動分析

史 諾,劉 瓊,楊曉龍 ,李 篤

(西安航空學院 a.機械工程學院；b.計算機學院，西安 710077)

0 引言

往復擺動是常見的運動形式，目前應用較多的機構是連桿機構和凸輪機構。在高速運動條件下，連桿機構的慣性力不易平衡，且一般只能近似實現給定運動規律；凸輪機構往往需要借助于彈簧來形成力的封閉，額外的動載荷會導致沖擊、噪聲增大，影響運動特性[1]。齒輪機構的動載平衡、傳動精確，但是單純采用圓柱齒輪的機械機構很難生成復雜的運動規律，非圓齒輪是一種瞬時傳動比按一定規律變化的機械零件[2]，將其作為一種函數發生裝置運用在輪系當中[3-4]，可以生成往復擺動規律，且具有較為優良的動力學特性。

戴威駿[5]采用三個非圓齒輪與三個圓柱齒輪構成定軸輪系，可以輸出規律的變速擺動，實現了無游梁式抽氣機的平穩換向；劉永平等[6]構建了行星輪系使輸出端做往復擺動運動，實現了抽油機的機械式換向，在此結構中，非圓齒輪采用的是橢圓齒輪，通過改變橢圓齒輪的偏心率實現運動規律的調節；章偉[7]利用行星輪系構造了織機打緯機構，打緯揺軸的運動學性能達到了理想狀態，在該機構中，兩對嚙合的齒輪均采用了非圓齒輪，機構的設計難度較大。

上述研究對于非圓齒輪往復擺動機構的設計奠定了一定的理論基礎并提供了典型范式，為了進一步降低設計難度，本文通過反求設計方法構建W-W型非圓齒輪行星輪系，其分析過程簡單，設計結果可靠。……