不久前我看到了一款托森差速器,觉得这个设计理念挺有意思。那种对称美感特别吸引我。不过,我一直在思考如何能在保持其性能的前提下,进一步提升它的可3D打印性。
首先,我们可以去掉直角齿轮,这样所有的轴就可以平行了。这种布局方式非常适合原位打印技术。说"钝角"可能有点夸张了,但我不太认同"蜗轮/蜗轮"这种解释。以45度螺旋角为例,很难分清哪一个是主动轮,哪一个是从动轮。之所以反向驱动更困难,是因为尺寸差异的问题,而我们这里也存在尺寸不匹配的情况。
人字齿轮,何乐不为呢?这样既能消除轴向载荷,又能提升传动平稳性。行星齿轮甚至无需轴承,因为其正常工作状态就是锁死的。或许是我理解有误。螺旋齿轮在齿数较低且锥角足够陡峭时,其运作特性会与蜗轮齿轮极为相似。或许正是由于轴向载荷的特性,使得它们反向驱动时变得异常困难。不过别担心,就算没有轴承,我们的产品也能提供足够的阻力。
事实证明,这是一种成熟的传动装置,与二型托森差速器或传统的直齿轮差速器非常相似。不过,我们会确保传动部件具有良好的旋转对称性,并且齿轮能够全方位啮合。同时,增加接触面积还能有效分散负载压力。
至于寻找实际应用的部分,我主要参考了一个我偶然发现的适用于1:10比例OpenRC越野车的模型(thing:42198),不过这个模型还需要进一步优化完善。
尽管它主要采用原位打印技术,但我还是决定让它能够通过压入式盖子进行拆卸,以便进行维护和润滑。这样一来,也无需担心悬垂部件的问题了。
使用单个轴承来确保主传动齿轮的准确性或许会更有益,但这次改进的目标是尽可能减少或避免使用额外硬件组件。
行星齿轮在承受高负荷时,还可以通过销钉、穿刺针或钉子进行加固,因为这些部件在垂直于齿轮轴线方向上的强度最弱。我们或许可以将主传动齿轮的啮合表面延伸至箱体全高处,或者改用皮带传动。此外,如果有需要,还可以安装托架轴承。
这一设计基于之前的行星齿轮系统,但其中省略了环形齿轮。由于我们需要采用由驱动装置驱动的输入方式,因此环形齿轮显得多余且会占用宝贵的空间资源。
或许可以考虑将它们纳入设计,以发挥其稳定作用来替代滑动轴承。此外,增加的摩擦力或许还能有效防止零件打滑。
建议随机对齐Z缝,并将层厚设为0.2毫米。实际操作中发现,要将行星齿轮从机箱中取出有些困难,因为设计上这些齿轮的机械优势并不明显。最后,我用螺栓从下方逐个敲出各个行星齿轮,确保所有部件能正常运转后,再涂抹润滑油。直接打印组件虽然省去了组装时的烦恼,但如果有需要,用户也可以单独打印各个零件。
结果
暂时还不具备实际应用的条件,但经过一些小幅改进后,或许就能实现了。
所有的驱动力都由行星齿轮和承载界面承担。即使存在微小的差速作用,这里仍会产生大量磨损力,尽管接触点众多,但承载件仍会迅速磨损。行星齿轮本身也相当脆弱,但加固销可以解决这个问题。我们仍然需要某种轴承或衬套来防止承载件被磨损过度。
倒车也相当困难,但这正是其设计初衷(有点像在不发生侧滑的情况下转向)。不过,要想操作顺畅,润滑还是必不可少的。
出于不需要专用硬件(轴承或衬套)的考虑,有个建议是使用钢垫圈和钉子。通过开一个小凹槽来固定垫圈,再涂上一些胶水,这样就能为钉子轴提供一个足够的承载面。或者,可以使用一个较大的垫圈覆盖整个承载板,并为销钉钻孔。
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