非線性控制的齒輪組的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種非線性控制的齒輪組，包含第一齒輪、第二齒輪和限制軌道，三者相互配合，使得控制齒輪與受控齒輪的轉(zhuǎn)速比在不同咬合處具有不同的值，從而實(shí)現(xiàn)一種使輸入端的控制量與輸出端的受控量滿足非線性函數(shù)的功能。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)多種不同的函數(shù)功能，用途廣泛；而且采用機(jī)械的方法滿足控制的需要，工藝相對(duì)簡單。
【專利說明】
非線性控制的齒輪組
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及齒輪應(yīng)用領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種非線性控制的齒輪組。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有齒輪都采用正圓形狀作為其垂直于軸的截面圖形的模糊化的邊界，且輪軸都 穿過圓屯、。若單純地將現(xiàn)有齒輪用于控制技術(shù)領(lǐng)域，則控制齒輪與受控齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 之比只能為一固定的值，控制齒輪轉(zhuǎn)過的角度與受控齒輪轉(zhuǎn)過的角度滿足線性關(guān)系;然而 許多領(lǐng)域需要實(shí)現(xiàn)控制量與受控量之間的任意確定函數(shù)關(guān)系（例如，對(duì)于洗浴噴頭的溫度 調(diào)控，人們總是希望控制手柄的更多的控制區(qū)間一一也就是手柄所處的角度范圍一一所對(duì) 應(yīng)的溫度范圍位于35°C至40°C之間，W實(shí)現(xiàn)在運(yùn)段常用的舒適水溫區(qū)間更輕松、更精確的 控制，而不是在15°C至60°C之間使手柄對(duì)應(yīng)的調(diào)控角度均勻分布;又比如，許多司機(jī)希望汽 車方向盤既能實(shí)現(xiàn)對(duì)小轉(zhuǎn)向的精確控制、又能在需要進(jìn)行大轉(zhuǎn)向時(shí)不必太費(fèi)勁一一也就是 說，需要實(shí)現(xiàn)一種汽車轉(zhuǎn)彎的曲率對(duì)于方向盤轉(zhuǎn)過角度的變化率隨著方向盤轉(zhuǎn)過角度的增 大而增大的控制模式。運(yùn)些情形都要求控制量與受控量之間滿足非線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系），運(yùn)些 控制就無法用現(xiàn)有的輪軸在圓屯、處的圓形齒輪，單純通過控制量作用于單個(gè)控制齒輪的轉(zhuǎn) 動(dòng)角度，再通過傳動(dòng)齒輪(組)作用于受控齒輪或由控制齒輪直接作用于受控齒輪，最后由 單個(gè)受控齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度輸出的方式實(shí)現(xiàn)了（除非中途切換控制齒輪或受控齒輪，但運(yùn)樣 做所需的齒輪數(shù)較多，且需要做離合運(yùn)動(dòng)，實(shí)施較為復(fù)雜，在許多場合下是不適合的）。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】中所設(shè)及到的缺陷，提供一種非 線性控制的齒輪組，驅(qū)動(dòng)齒輪所轉(zhuǎn)角度與被驅(qū)動(dòng)齒輪所轉(zhuǎn)角度具有非線性關(guān)系，進(jìn)而使得 控制量與受控量滿足非線性關(guān)系。
[0004] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0005] 非線性控制的齒輪組，包含第一齒輪、第二齒輪和限制軌道；
[0006] 所述第一齒輪的軸屯、設(shè)置在限制軌道上，能夠沿所述限制軌道滑動(dòng)，第二齒輪為 軸屯、固定的齒輪，第一齒輪和第二齒輪相互咬合；
[0007] 所述咬合點(diǎn)與第一齒輪軸屯、之間的距離和第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的 角度滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系；
[0008] 所述第二齒輪的各個(gè)齒和其軸屯、之間的距離相同；
[0009] 所述非線性控制的齒輪組工作時(shí)，第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度和第 二齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系。
[0010] 作為本實(shí)用新型非線性控制的齒輪組另一種實(shí)施方式，非線性控制的齒輪組包含 第一齒輪、第二齒輪和限制軌道；
[0011] 所述第一齒輪的軸屯、設(shè)置在限制軌道上，能夠沿所述限制軌道滑動(dòng)，第二齒輪為 軸屯、固定的齒輪，第一齒輪和第二齒輪相互咬合；
[0012] 所述咬合點(diǎn)與第一齒輪軸屯、之間的距離和第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的 角度滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系；
[0013] 所述咬合點(diǎn)與第二齒輪軸屯、之間的距離和第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的 角度滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系；
[0014] 所述非線性控制的齒輪組工作時(shí)，第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度和第 二齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度滿足預(yù)設(shè)的第=非線性關(guān)系。
[0015] 作為本實(shí)用新型非線性控制的齒輪組另一種實(shí)施方式，非線性控制的齒輪組包含 第一齒輪和第二齒輪；
[0016] 所述第一齒輪、第二齒輪均為軸屯、固定的齒輪，相互咬合，咬合點(diǎn)在所述第一齒輪 和第二齒輪軸屯、的連線上；
[0017]設(shè)ri為咬合點(diǎn)和第一齒輪軸屯、之間的距離，T2為咬合點(diǎn)和第二齒輪軸屯、之間的距 離，01為第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度，02為第二齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過 的角度，R為第一齒輪軸屯、和第二齒輪軸屯、之間的距離，則ri、0i滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系 ri = fi(目1) J2、目2滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系r2 = f2(目2)，且ri+r2 = R。
[0018] 作為本實(shí)用新型非線性控制的齒輪組進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述第一齒輪用于輸入 控制變量，所述第二齒輪用于輸出受控變量。
[0019] 作為本實(shí)用新型非線性控制的齒輪組進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述第二齒輪用于輸入 控制變量，所述第一齒輪用于輸出受控變量。
[0020] 作為本實(shí)用新型非線性控制的齒輪組進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述限制軌道為可變軌 的軌道。
[0021] 本實(shí)用新型采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0022] 1.在不考慮空程差的前提下，輸入的控制量與輸出的受控量可W實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)關(guān) 系，尤其放大了受控量需要精細(xì)調(diào)節(jié)的部分所對(duì)應(yīng)的控制量的區(qū)間占比；
[0023] 2.將本實(shí)用新型應(yīng)用于衛(wèi)浴水閥等的控制桿上，可使設(shè)計(jì)更為適合消費(fèi)者需求；
[0024] 3.將精密制造的本實(shí)用新型應(yīng)用于汽車內(nèi)置的方向盤傳動(dòng)控制器等，可簡化轉(zhuǎn)向 控制裝置；
[0025] 4.大部分情況下，可W舍棄離合裝置和過多的齒輪就能實(shí)現(xiàn)上述功能，節(jié)省材料、 操作簡易。
【附圖說明】
[00%]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖中，1-第二齒輪的軸屯、，2-第二齒輪，3-第一齒輪，4-第一齒輪的軸屯、，5-控制 桿，6-限制軌道。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0029] 如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種非線性控制的齒輪組，該齒輪組包含=種情 況：
[0030] 第一種，包含第一齒輪、第二齒輪和限制軌道；
[0031] 所述第一齒輪的軸屯、設(shè)置在限制軌道上，能夠沿所述限制軌道滑動(dòng)，第二齒輪為 軸屯、固定的齒輪，第一齒輪和第二齒輪相互咬合；
[0032] 所述咬合點(diǎn)與第一齒輪軸屯、之間的距離和第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的 角度滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系；
[0033] 所述第二齒輪的各個(gè)齒和其軸屯、之間的距離相同；
[0034] 所述非線性控制的齒輪組工作時(shí)，第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度和第 二齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系。
[0035] 設(shè)ri為第一齒輪、第二齒輪的咬合點(diǎn)與第一齒輪軸屯、之間的距離，01為第一齒輪相 對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度，ri、0i滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系ri = fi(0i);
[0036] 02為第二齒輪相對(duì)于初始狀態(tài)轉(zhuǎn)過的角度，02、01滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系02 = f2(01)，02、01的變化率之間的關(guān)系ク
;
[0037] 常量K為咬合點(diǎn)到第二齒輪軸屯、的距離；
[0038] W第二齒輪軸屯、作為參考原點(diǎn)，ex為平行于咬合點(diǎn)處兩齒輪邊緣的線速度，且與 線速度方向相反的矢量方向，ey為與ex垂直的矢量方向，則第一齒輪軸屯、在限制軌道上的位 置矢量F滿足方程組
[0039]
[0040]
[0041] (3)r2^^02 = d^ri+ri^^0i 〇
[0042] 第二種，包含第一齒輪、第二齒輪和限制軌道；
[0043] 所述第一齒輪的軸屯、設(shè)置在限制軌道上，能夠沿所述限制軌道滑動(dòng)，第二齒輪為 軸屯、固定的齒輪，第一齒輪和第二齒輪相互咬合；
[0044] 所述咬合點(diǎn)與第一齒輪軸屯、之間的距離和第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的 角度滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系；
[0045] 所述咬合點(diǎn)與第二齒輪軸屯、之間的距離和第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的 角度滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系；
[0046] 所述非線性控制的齒輪組工作時(shí)，第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度和第 二齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度滿足預(yù)設(shè)的第=非線性關(guān)系。
[0047] 設(shè)01為第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)轉(zhuǎn)過的角度，02為第二齒輪相對(duì)于初始狀態(tài)轉(zhuǎn) 過的角度，92 = f(0i)，f(0i)為需要實(shí)現(xiàn)的非線性函數(shù)關(guān)系；
[004引咬合點(diǎn)到第一齒輪軸屯、的距離為^ =扣目1)^1(目1)為所述預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān) 系；
[0049] 咬合點(diǎn)到第二齒輪軸屯、的距離為n = f2(02)，f2(02)為所述預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān) 系；
[0050] W第二齒輪軸屯、作為參考原點(diǎn)，ex為平行于咬合點(diǎn)處兩齒輪邊緣的線速度，且與 線速度方向相反的矢量方向，ey為與ex垂直的矢量方向，則第一齒輪軸屯、在限制軌道上的位 置矢量？滿足方程組
[0化1 ]( .'，
[0化 2](
[0053] ③ d2r2+r22(l2 目2 = d2;ri+;ri2d2 白1。
[0054] 第=種，僅僅包含第一齒輪和第二齒輪；
[0055] 所述第一齒輪、第二齒輪均為軸屯、固定的齒輪，相互咬合，咬合點(diǎn)在所述第一齒輪 和第二齒輪軸屯、的連線上；
[0056] 設(shè)ri為咬合點(diǎn)和第一齒輪軸屯、之間的距離，n為咬合點(diǎn)和第二齒輪軸屯、之間的距 離，01為第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度，02為第二齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過 的角度，R為第一齒輪軸屯、和第二齒輪軸屯、之間的距離，則ri、目1滿盧而狂笛一非線性關(guān)系 ri = fi(目1) J2、目2滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系r2 = f2(目2)，且ri+r2 =
[0057] 上面=種狀況中，可W第一齒輪用于輸入控制變量、第二齒輪用于輸出受控變量， 也可W第二齒輪用于輸入控制變量，第一齒輪用于輸出受控變量。
[0058] 所述限制軌道為可W設(shè)置為可變軌的軌道，使得應(yīng)用更加廣泛，同一個(gè)齒輪組能 夠滿足不同非線性控制的需求。
[0059] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解的是，除非另外定義，運(yùn)里使用的所有術(shù)語(包括技 術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意 義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上 下文中的意義一致的意義，并且除非像運(yùn)里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來 解釋。
[0060] W上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn) 一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，W上所述僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限 制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均 應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 非線性控制的齒輪組，其特征在于，包含第一齒輪、第二齒輪和限制軌道； 所述第一齒輪的軸心設(shè)置在限制軌道上，能夠沿所述限制軌道滑動(dòng)，第二齒輪為軸心 固定的齒輪，第一齒輪和第二齒輪相互咬合； 所述咬合點(diǎn)與第一齒輪軸心之間的距離和第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度 滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系； 所述第二齒輪的各個(gè)齒和其軸心之間的距離相同； 所述非線性控制的齒輪組工作時(shí)，第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度和第二齒 輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系。2. 非線性控制的齒輪組，其特征在于，包含第一齒輪、第二齒輪和限制軌道； 所述第一齒輪的軸心設(shè)置在限制軌道上，能夠沿所述限制軌道滑動(dòng)，第二齒輪為軸心 固定的齒輪，第一齒輪和第二齒輪相互咬合； 所述咬合點(diǎn)與第一齒輪軸心之間的距離和第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度 滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系； 所述咬合點(diǎn)與第二齒輪軸心之間的距離和第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度 滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系； 所述非線性控制的齒輪組工作時(shí)，第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度和第二齒 輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度滿足預(yù)設(shè)的第三非線性關(guān)系。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的非線性控制的齒輪組，其特征在于，所述限制軌 道為可變軌的軌道。4. 非線性控制的齒輪組，其特征在于，包含第一齒輪和第二齒輪； 所述第一齒輪、第二齒輪均為軸心固定的齒輪，相互咬合，咬合點(diǎn)在所述第一齒輪和第 二齒輪軸心的連線上； 設(shè)ri為咬合點(diǎn)和第一齒輪軸心之間的距離，Γ2為咬合點(diǎn)和第二齒輪軸心之間的距離，Q1 為第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角度，θ2為第二齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過的角 度，R為第一齒輪軸心和第二齒輪軸心之間的距離，則Ud 1滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系ri = fi(9i)，Γ2、θ2滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系r2 = f2(92)，且ri+r2 = R。5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、4中任一權(quán)利要求所述的非線性控制的齒輪組，其特征在于，所述 第一齒輪用于輸入控制變量，所述第二齒輪用于輸出受控變量。6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、4中任一權(quán)利要求所述的非線性控制的齒輪組，其特征在于，所述 第二齒輪用于輸入控制變量，所述第一齒輪用于輸出受控變量。
【文檔編號(hào)】F16H35/16GK205534085SQ201620105144
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日
【發(fā)明人】楊魯平
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)