[發(fā)明專利]非線性控制的齒輪組

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610071422.7
• 申請(qǐng)日: 2016-02-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105546071A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊魯平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F16H35/16
• 分類號(hào): F16H35/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及齒輪應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種非線性控制的齒輪組。

背景技術(shù)

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(guò)圓 心。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(guò)的角度與受控齒輪轉(zhuǎn)過(guò)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——也就是手柄所處的角度范圍——所對(duì)應(yīng)的溫度范圍位 于35℃至40℃之間，以實(shí)現(xiàn)在這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℃至60℃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——也就是說(shuō)，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(guò)角度的變化率隨著方向盤轉(zhuǎn)過(guò)角度的增大而增大的控制模 式。這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)，這些控制就無(wú)法用現(xiàn)有的 輪軸在圓心處的圓形齒輪，單純通過(guò)控制量作用于單個(gè)控制齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，再通過(guò)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，但這樣做所需的齒輪數(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(chǎng)合下是不適合的)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，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。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

非線性控制的齒輪組，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(guò)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(guò)的角度和第二齒輪 相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系。

作為本發(fā)明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；

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(guò)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(guò)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(guò)的角度和第二齒輪 相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度滿足預(yù)設(shè)的第三非線性關(guān)系。

作為本發(fā)明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；

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)r₁為咬合點(diǎn)和第一齒輪軸心之間的距離，r₂為咬合點(diǎn)和第二齒輪軸心之間的距離，θ₁為第一齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，θ₂為第二齒輪相對(duì)于其初始狀態(tài)所轉(zhuǎn)過(guò)的角 度，R為第一齒輪軸心和第二齒輪軸心之間的距離，則r₁、θ₁滿足預(yù)設(shè)的第一非線性關(guān)系 r₁＝f₁(θ₁)，r₂、θ₂滿足預(yù)設(shè)的第二非線性關(guān)系r₂＝f₂(θ₂)，且r₁+r₂＝R。

作為本發(fā)明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。