[发明专利]非线性控制的齿轮组

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮应用领域，尤其涉及一种非线性控制的齿轮组。

背景技术

现有齿轮都采用正圆形状作为其垂直于轴的截面图形的模糊化的边界，且轮轴都穿过圆 心。若单纯地将现有齿轮用于控制技术领域，则控制齿轮与受控齿轮转动的角速度之比只能 为一固定的值，控制齿轮转过的角度与受控齿轮转过的角度满足线性关系；然而许多领域需 要实现控制量与受控量之间的任意确定函数关系(例如，对于洗浴喷头的温度调控，人们总 是希望控制手柄的更多的控制区间——也就是手柄所处的角度范围——所对应的温度范围位 于35℃至40℃之间，以实现在这段常用的舒适水温区间更轻松、更精确的控制，而不是在 15℃至60℃之间使手柄对应的调控角度均匀分布；又比如，许多司机希望汽车方向盘既能实 现对小转向的精确控制、又能在需要进行大转向时不必太费劲——也就是说，需要实现一种 汽车转弯的曲率对于方向盘转过角度的变化率随着方向盘转过角度的增大而增大的控制模 式。这些情形都要求控制量与受控量之间满足非线性的对应关系)，这些控制就无法用现有的 轮轴在圆心处的圆形齿轮，单纯通过控制量作用于单个控制齿轮的转动角度，再通过传动齿 轮(组)作用于受控齿轮或由控制齿轮直接作用于受控齿轮，最后由单个受控齿轮的转动角 度输出的方式实现了(除非中途切换控制齿轮或受控齿轮，但这样做所需的齿轮数较多，且 需要做离合运动，实施较为复杂，在许多场合下是不适合的)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种非线性控制的 齿轮组，驱动齿轮所转角度与被驱动齿轮所转角度具有非线性关系，进而使得控制量与受控 量满足非线性关系。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

非线性控制的齿轮组，包含第一齿轮、第二齿轮和限制轨道；

所述第一齿轮的轴心设置在限制轨道上，能够沿所述限制轨道滑动，第二齿轮为轴心固 定的齿轮，第一齿轮和第二齿轮相互咬合；

所述咬合点与第一齿轮轴心之间的距离和第一齿轮相对于其初始状态所转过的角度满足 预设的第一非线性关系；

所述第二齿轮的各个齿和其轴心之间的距离相同；

所述非线性控制的齿轮组工作时，第一齿轮相对于其初始状态所转过的角度和第二齿轮 相对于其初始状态所转过的角度满足预设的第二非线性关系。

作为本发明非线性控制的齿轮组另一种实施方式，非线性控制的齿轮组包含第一齿轮、 第二齿轮和限制轨道；

所述第一齿轮的轴心设置在限制轨道上，能够沿所述限制轨道滑动，第二齿轮为轴心固 定的齿轮，第一齿轮和第二齿轮相互咬合；

所述咬合点与第一齿轮轴心之间的距离和第一齿轮相对于其初始状态所转过的角度满足 预设的第一非线性关系；

所述咬合点与第二齿轮轴心之间的距离和第一齿轮相对于其初始状态所转过的角度满足 预设的第二非线性关系；

所述非线性控制的齿轮组工作时，第一齿轮相对于其初始状态所转过的角度和第二齿轮 相对于其初始状态所转过的角度满足预设的第三非线性关系。

作为本发明非线性控制的齿轮组另一种实施方式，非线性控制的齿轮组包含第一齿轮和 第二齿轮；

所述第一齿轮、第二齿轮均为轴心固定的齿轮，相互咬合，咬合点在所述第一齿轮和第 二齿轮轴心的连线上；

设r₁为咬合点和第一齿轮轴心之间的距离，r₂为咬合点和第二齿轮轴心之间的距离，θ₁为第一齿轮相对于其初始状态所转过的角度，θ₂为第二齿轮相对于其初始状态所转过的角 度，R为第一齿轮轴心和第二齿轮轴心之间的距离，则r₁、θ₁满足预设的第一非线性关系 r₁＝f₁(θ₁)，r₂、θ₂满足预设的第二非线性关系r₂＝f₂(θ₂)，且r₁+r₂＝R。

作为本发明非线性控制的齿轮组进一步的优化方案，所述第一齿轮用于输入控制变量， 所述第二齿轮用于输出受控变量。