椭圆齿轮机构（Oval gear）

椭圆齿轮机构（Oval gear）动画

椭圆齿轮机械机构是一种基于椭圆齿轮的传动装置

一、结构组成

1. 椭圆齿轮
   • 几何形状：椭圆齿轮的轮齿分布在椭圆轮廓上。与常见的圆形齿轮不同，椭圆齿轮的长轴和短轴决定了其独特的外形。一般来说，长轴两端的轮齿分布较为稀疏，而短轴两端的轮齿相对密集。这种特殊的齿形分布是为了保证在啮合传动过程中能够实现平稳的力传递和运动转换。
   • 模数和齿数：椭圆齿轮也有模数和齿数的概念。模数反映了齿轮轮齿的大小，对于椭圆齿轮来说，其模数在不同位置（长轴和短轴附近）可能会因为齿形的变化而有所不同。齿数则表示齿轮轮齿的数量，它与齿轮的传动比密切相关。例如，一个椭圆齿轮与另一个圆形齿轮相啮合时，通过合理的齿数匹配可以实现特定的转速变化。
2. 轴和轴承
   • 齿轮轴：椭圆齿轮需要安装在轴上，轴一般由金属材料制成，如钢或合金钢。轴的作用是支撑齿轮旋转，并将动力传递给齿轮。轴的设计需要考虑强度和刚度，以确保在传递动力过程中不会发生变形。同时，轴与齿轮之间通常采用键连接等方式，保证齿轮和轴能够同步旋转。
   • 轴承：为了减少齿轮轴与其他部件之间的摩擦，提高传动效率，需要使用轴承。在椭圆齿轮机械机构中，常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承通过滚珠或滚柱在内外圈之间滚动来支撑轴，具有摩擦力小、精度高等优点；滑动轴承则是通过润滑油膜来减少轴与孔之间的摩擦，适用于一些低速重载的场合。
3. 其他辅助部件
   • 箱体：箱体用于容纳椭圆齿轮、轴和轴承等部件。它可以起到支撑和保护内部零件的作用，并且可以通过箱体的结构设计来实现对齿轮机构的密封，防止灰尘、杂物等进入机构内部影响其正常工作。箱体一般由铸铁或铝合金等材料制成，具有一定的强度和刚性。
   • 润滑系统：由于齿轮在啮合过程中会产生摩擦，为了减少磨损和热量产生，需要建立润滑系统。润滑系统可以采用飞溅润滑、压力润滑等方式。例如，在压力润滑方式下，润滑油通过油泵从油箱中抽出，经过过滤器过滤后，以一定的压力输送到齿轮啮合部位，对齿轮和轴承进行润滑，然后流回油箱进行循环利用。

二、工作原理

1. 啮合传动过程
   • 当两个椭圆齿轮相互啮合时，它们的轮齿开始接触并相互作用。由于椭圆齿轮的特殊形状，其啮合过程与圆形齿轮有所不同。在啮合的初始阶段，可能是长轴端的轮齿先接触，随着齿轮的转动，接触点会逐渐向短轴端移动。在转动过程中，轮齿间的啮合力会在齿轮的节圆切线方向产生分力，这个分力推动齿轮转动。由于椭圆齿轮的长轴和短轴差异，使得齿轮在转动过程中的角速度不是恒定的，从而实现了非匀速的运动输出。
2. 运动转换原理
   • 椭圆齿轮机械机构可以通过两个椭圆齿轮的组合来实现运动转换。例如，主动椭圆齿轮与从动椭圆齿轮相啮合时，主动齿轮的旋转运动根据椭圆齿轮的形状特点和齿数比传递给从动齿轮。如果主动齿轮的长轴较长，在转动过程中会使从动齿轮的角速度发生变化。当主动齿轮长轴端的齿与从动齿轮啮合时，从动齿轮的转速可能较慢；而当主动齿轮短轴端的齿与从动齿轮啮合时，从动齿轮的转速可能较快。这种非匀速的运动转换可以应用于一些特殊的机械装置中，如流量计等。在流量计中，椭圆齿轮机械机构的非匀速运动可以将流体的流量转化为可测量的容积变化，通过计数齿轮的转数来确定流体的流量。