行星式变速空竹.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103933713 A (43)申请公布日 2014.07.23 CN 103933713 A (21)申请号 201410189105.6 (22)申请日 2014.05.07 A63B 67/16(2006.01) A63H 1/32(2006.01) A63H 29/24(2006.01) A63H 31/08(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 孙涵 张纪梁 孙奇勋 覃文辉 戴亚来 钱志清 俞军 (74)专利代理机构 上海交达专利事务所 31201 代理人 王毓理 王锡麟 (54)。

2、 发明名称 行星式变速空竹 (57) 摘要 一种健身器材技术领域的行星式变速空竹， 包括 ： 太阳轮空竹组件、 内齿圈空竹组件、 行星架 空竹组件及以太阳轮空竹组件为中心均匀分布的 多个行星齿轮空竹组件。本发明能够提高空竹转 速和旋转的稳定性， 实现空竹的多轴变速抖动， 获 得不同的转速， 实现多种功能， 便于对抖空竹技艺 有更好的发挥和有效锻炼身体。该行星式变速空 竹结构合理紧凑， 安装方便简单， 储能高能够维持 长时间高速旋转， 利用行星齿轮机构来实现空竹 高低速旋转并能对高低速进行灵活转变。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国。

3、国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103933713 A CN 103933713 A 1/1 页 2 1. 一种行星式变速空竹， 其特征在于， 包括 ： 太阳轮空竹组件、 内齿圈空竹组件、 行星 架空竹组件及以太阳轮空竹组件为中心均匀分布的多个行星齿轮空竹组件。 2. 根据权利要求 1 所述的行星式变速空竹， 其特征是， 所述的内齿圈空竹组件包括 ： 内 齿圈架、 与内齿圈架一体成型的内齿圈空竹头以及设置在内齿圈架内的内齿圈。 3. 根据权利要求 2 所述的行星式变速空竹， 其特征是， 所述的内齿圈空竹头上开设有 第一承线槽。

4、。 4. 根据权利要求 2 或 3 所述的行星式变速空竹， 其特征是， 所述的行星架空竹组件包 括 ： 穿出所述的内齿圈架及内齿圈空竹头中空处且通过第一深沟球轴承在所述的内齿圈架 及内齿圈空竹头中空处自由旋转的行星架轴、 固定连接在行星架轴一端且对应内齿圈位置 的行星架以及固定连接在行星架轴另一端的行星架空竹头。 5. 根据权利要求 4 所述的行星式变速空竹， 其特征是， 所述的太阳轮空竹组件包括 ： 穿出所述的行星架、 行星架轴及行星架空竹头中空处且通过第二深沟球轴承在所述的行星 架、 行星架轴及行星架空竹头中空处自由旋转的中心齿轮轴， 固定套接在中心齿轮轴上且 位于行星架内的中心齿轮、 固。

5、定连接在中心齿轮轴一端的太阳轮圆盘哨以及固定连接在中 心齿轮轴另一端的太阳轮空竹头。 6. 根据权利要求 5 所述的行星式变速空竹， 其特征是， 所述的行星架空竹头上开设有 第二承线槽 ； 所述的太阳轮空竹头上开设有第三承线槽。 7. 根据权利要求 1 所述的行星式变速空竹， 其特征是， 所述的行星齿轮空竹组件包括 ： 行星齿轮轴、 固定套接在行星齿轮轴中部位置的行星齿轮圆盘哨、 固定连接在行星齿轮轴 一端的行星空竹头、 固定连接在行星齿轮轴另一端上且同时与内齿圈及中心齿轮进行啮合 且位于行星架内的行星齿轮。 8. 根据权利要求 7 所述的行星式变速空竹， 其特征是， 所述的行星空竹头上开设有。

6、第 四承线槽。 9. 根据权利要求 1 或 3 或 6 或 8 所述的行星式变速空竹， 其特征是， 所述的第一承线 槽、 第二承线槽、 第三承线槽及第四承线槽呈 U 字型或 V 字型。 10. 根据权利要求 7 所述的行星式变速空竹， 其特征是， 所述的中心齿轮的直径大于所 述的行星齿轮的直径。 权 利 要 求 书 CN 103933713 A 2 1/5 页 3 行星式变速空竹 技术领域 0001 本发明涉及的是一种健身器材技术领域的装置， 具体是一种行星式变速空竹。 背景技术 0002 空竹是一种深受广大群众喜爱的集健身、 娱乐、 游戏三位一体的趣味性很强的健 身器材。 抖空竹时， 用一根。

7、两端有把手的绳抖动一个底面圆形、 侧面双凹的空竹杯体转动或 抛起， 通过手中抖动的棍子来带动前端拉线使空竹自转来产生声响， 不仅具有很强的观赏 性， 而且还可以用来强身健体。 0003 空竹是陀螺原理的一种现实生活应用， 空竹的启动、 加速、 稳定的平面运动、 空竹 的盘丝以及在盘丝基础上所做的各种复杂花样， 包含很多的力学原理， 其原理就是一个旋 转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时是不会改变的， 轮子转得越快越不容易倒， 因为旋转轴有一股保持水平的力量， 根据我们玩空竹的经验， 只有存在一定的转速， 才能保 持空竹轮面的稳定。 0004 陀螺是一个既能绕自转轴高速旋转， 又能够绕其它轴。

8、旋转的物体。陀螺的重要特 性是定轴性， 所谓 “定轴性” ， 就是当陀螺转子以高速旋转时， 在没有任何外力矩作用在陀螺 仪上时， 陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变的特性， 也称为稳定性， 其稳定 性与以下的物理量有关 ： 0005 1. 转子的转动惯量愈大， 稳定性愈好 ； 0006 2. 转子角速度愈大， 稳定性愈好。 0007 所谓的 “转动惯量” ， 是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩 分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时， 它们所获得的角速度一般是不一样的， 转动惯 量大的刚体所获得的角速度小， 也就是保持原有转动状态的惯性大 ； 反之， 转动惯量小的刚 。

9、体所获得的角速度大， 也就是保持原有转动状态的惯性小。 转动惯量的大小与转子的质量、 形状等因素有关。 质量越大， 转动惯量就越大 ； 沿外缘分布的物质越多， 其转动惯量也越大。 0008 物理学的 “陀螺原理” ： 陀螺在旋转的时候， 不但围绕本身的轴线转动， 而且还围绕 一个垂直轴作锥形运动。 也就是说， 陀螺一面围绕本身的轴线作 “自转” ， 一面围绕垂直轴作 “公转” 。陀螺围绕自身轴线作 “自转” 运动速度的快慢， 决定着陀螺摆动角的大小。转得越 慢， 摆动角越大， 稳定性越差 ； 转得越快， 摆动角越小， 因而稳定性也就越好。空竹围绕轴线 旋转称为自转， 空竹自转速度越快越容易保持。

10、自身围绕轴线旋转的稳定性。 0009 目前， 当代空竹的构造与抖空竹的技法均有长足的发展， 空竹的结构形式有很多， 其中较为常见的是轴承空竹， 但是现有技术中的空竹， 存在如下问题和缺陷 ： 0010 1. 空竹在抖动过程中， 抖线不能走满， 抖线利用率不高 ； 0011 2. 升速较慢， 费时费力， 高速自转不能持久， 降速较快， 空竹不易保持平稳和控制， 易飞出或缠线， 伤己伤人， 对于初学者感觉入门较难 ； 0012 3. 绕轴线旋转的稳定性不强， 花样少， 很多高难度的抖法因空竹的转速低而无法 展现出来 ； 说 明 书 CN 103933713 A 3 2/5 页 4 0013 4. 。

11、转动只有一个转速， 所以不能玩出更多的花样， 也就不能提高玩耍的兴趣。 发明内容 0014 本发明针对现有技术存在的上述不足， 提出一种行星式变速空竹， 能够提高空竹 转速和旋转的稳定性， 实现空竹的多轴变速抖动， 获得不同的转速， 实现多种功能， 便于对 抖空竹技艺有更好的发挥和有效锻炼身体。该行星式变速空竹结构合理紧凑， 安装方便简 单， 储能高能够维持长时间高速旋转， 利用行星齿轮机构来实现空竹高低速旋转并能对高 低速进行灵活转变。 0015 本发明是通过以下技术方案实现的， 本发明包括 ： 太阳轮空竹组件、 内齿圈空竹组 件、 行星架空竹组件及以太阳轮空竹组件为中心均匀分布的多个行星齿。

12、轮空竹组件。 0016 所述的内齿圈空竹组件包括 ： 内齿圈架、 与内齿圈架一体成型的内齿圈空竹头以 及设置在内齿圈架内的内齿圈。 0017 所述的内齿圈空竹头上开设有第一承线槽， 所述的内齿圈架及内齿圈空竹头均为 中空结构。 0018 所述的行星架空竹组件包括 ： 穿出所述的内齿圈架及内齿圈空竹头中空处且通过 第一深沟球轴承在所述的内齿圈架及内齿圈空竹头中空处自由旋转的行星架轴、 固定连接 在行星架轴一端且对应内齿圈位置的行星架以及固定连接在行星架轴另一端的行星架空 竹头。 0019 所述的行星架空竹头上开设有第二承线槽， 所述的行星架、 行星架轴及行星架空 竹头均为中空结构。 0020 所。

13、述的太阳轮空竹组件包括 ： 穿出所述的行星架、 行星架轴及行星架空竹头中空 处且通过第二深沟球轴承在所述的行星架、 行星架轴及行星架空竹头中空处自由旋转的中 心齿轮轴， 固定套接在中心齿轮轴上且位于行星架内的中心齿轮、 固定连接在中心齿轮轴 一端的太阳轮圆盘哨以及固定连接在中心齿轮轴另一端的太阳轮空竹头。 0021 所述的太阳轮空竹头上开设有第三承线槽。 0022 所述的行星齿轮空竹组件包括 ： 行星齿轮轴、 固定套接在行星齿轮轴中部位置的 行星齿轮圆盘哨、 固定连接在行星齿轮轴一端的行星空竹头、 固定连接在行星齿轮轴另一 端上且同时与内齿圈及中心齿轮进行啮合且位于行星架内的行星齿轮。 002。

14、3 所述的行星空竹头上开设有第四承线槽。 0024 进一步地， 所述的行星齿轮空竹组件的数量为 4 个。 0025 进一步地， 所述的第一承线槽、 第二承线槽、 第三承线槽及第四承线槽呈 U 字型或 V 字型。 0026 进一步地， 所述的中心齿轮的直径大于所述的行星齿轮的直径。 0027 进一步地， 所述的太阳轮圆盘哨与行星齿轮圆盘哨上的哨口数量不同。 技术效果 0028 与现有技术相比， 本发明有益效果包括 ： 0029 1. 当双手握杆抖动空竹做各种动作技巧时， 经过反复的锻炼， 从而能促进全身的 血液循环， 提高四肢的协调能力， 促进人脑的发育， 提高灵敏性， 还可以延缓衰老。 003。

15、0 2. 消除非对称的轴向绕动， 提高空竹旋转速度， 使之稳定高速旋转， 同时增加外形 说 明 书 CN 103933713 A 4 3/5 页 5 的变化， 提高空竹的趣味性， 增大了空竹的旋转惯性， 空转时间持久， 质量稳定， 对于玩家的 吸引力更强， 令玩家能够保持长久的新鲜感， 使用的寿命更长。 0031 3. 具有了多种不同的转速， 所以能玩出更多的花样， 也就提高了玩耍的兴趣。 0032 4. 轻便、 结构紧凑、 传动效率高、 快速实现升速高速和稳定性高、 定轴性好、 增加了 空竹的美观程度。 0033 5. 储能高、 能维持高速旋转， 它具有结构合理紧凑、 零件数量少、 安装方便。

16、简单的 特点。 0034 6. 可有效地增大空竹的转动惯能， 即在高速旋转时具有良好的平衡性。 0035 7. 具有多种功能， 空竹能有更长的旋转时间， 还能大大减少空竹竖直落地时轴向 的冲击力。 附图说明 0036 图 1 为本发明结构剖面图 ； 0037 图 2 为本发明主视图 ； 0038 图中 ： 1 太阳轮空竹头、 2 中心齿轮、 3 中心齿轮轴、 4 太阳轮圆盘哨、 5 第三承线槽、 6 内齿圈空竹头、 7 内齿圈架、 8 内齿圈、 9 第一承线槽、 10 行星架、 11 行星架轴、 12 行星架空 竹头、 13 第二承线槽、 14 行星空竹头、 15 行星齿轮轴、 16 行星齿轮。

17、、 17 行星齿轮圆盘哨、 18 第四承线槽。 具体实施方式 0039 下面对本发明的实施例作详细说明， 本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程， 但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例 1 0040 如图 1 和图 2 所示， 本实施例行星式变速空竹采用单排行星齿轮机构， 包括 ： 太阳 轮空竹组件、 内齿圈空竹组件、 行星架空竹组件及以太阳轮空竹组件为中心均匀分布的多 个行星齿轮空竹组件 ； 0041 该内齿圈空竹组件包括 ： 内齿圈架7， 与内齿圈架7一体成型的内齿圈空竹头6， 设 置在内齿圈架 7 内的内齿圈 8 ； 该内齿圈空竹。

18、头 6 上开设有第一承线槽 9， 该内齿圈架 7 及 内齿圈空竹头 6 均为中空结构 ； 0042 该行星架空竹组件包括 ： 穿出该内齿圈架7及内齿圈空竹头6中空处、 通过第一深 沟球轴承？图中未出？在该内齿圈架 7 及内齿圈空竹头 6 中空处自由旋转的行星架轴 11， 固定连接在行星架轴11一端、 对应内齿圈8位置的行星架10， 固定连接在行星架轴11另一 端的行星架空竹头 12 ； 该行星架空竹头 12 上开设有第二承线槽 13， 该行星架 10、 行星架轴 11 及行星架空竹头 12 均为中空结构 ； 0043 该太阳轮空竹组件包括 ： 穿出该行星架 10、 行星架轴 11 及行星架空竹。

19、头 12 中空 处且通过第二深沟球轴承？图中未示出？在该行星架 10、 行星架轴 11 及行星架空竹头 12 中空处自由旋转的中心齿轮轴 3， 固定套接在中心齿轮轴 3 上、 位于行星架 10 内的中心齿 轮 2， 固定连接在中心齿轮轴 3 一端的太阳轮圆盘哨 4， 固定连接在中心齿轮轴 3 另一端的 说 明 书 CN 103933713 A 5 4/5 页 6 太阳轮空竹头 1 ； 该太阳轮空竹头 1 上开设有第三承线槽 5 ； 0044 该行星齿轮空竹组件包括 ： 行星齿轮轴 15， 固定套接在行星齿轮轴 15 中部位置的 行星齿轮圆盘哨17， 固定连接在行星齿轮轴15一端的行星空竹头14。

20、， 固定连接在行星齿轮 轴15另一端上、 同时与内齿圈8及中心齿轮2进行啮合且位于行星架10内的行星齿轮16 ； 该行星空竹头 14 上开设有第四承线槽 18。 0045 进一步地， 该行星齿轮空竹组件的数量为 4 个， 具体参见图 2。 0046 该第一承线槽 9、 第二承线槽 13、 第三承线槽 5 及第四承线槽 18 呈 U 字型或 V 字 型， 能够满足不同的空竹抖线需求。该中心齿轮 2 的直径大于所述的行星齿轮 16 的直径。 该太阳轮圆盘哨4与行星齿轮圆盘哨17上的哨口数量不同， 响数不同， 拽拉抖动时， 各哨同 时发音， 高亢雄浑。空竹的转速越高， 大气对空竹气室内的气柱激扰力越。

21、大， 其发出的声音 也就越大。 0047 当该行星式变速空竹运转时， 空套在行星架 10 上的多个行星齿轮空竹组件， 一方 面可以绕自己的轴线旋转， 另一方面又可以随行星架 10 一起绕着中心齿轮 2 旋转， 兼有自 转和公转两种运动状态。在行星排中， 具有固定轴线的中心齿轮 2、 内齿圈 8 和行星架 10 称为行星排的三个基本元件， 不同的连接和固定方案可得到不同的传动比， 三个基本元件 的不同组合可有 6 种不同的组合方案， 加上直接挡传动和空挡， 共有 8 种组合， 相应能获得 5 种不同的传动比。单排行星齿轮机构有两个自由度， 因此没有固定的传动比， 不能直接用 于变速传动。为了组成。

22、具有一定传动比的传动机构， 必须将中心齿轮 2、 内齿圈 8 和行星架 10 这三个基本元件中的一个加以固定， 或使其运动受到一定约束， 也可将某两个基本元件 互相连接在一起， 使行星排变为只有一个自由度的机构， 获得确定的传动比。 单排行星齿轮 机构通过固定不同的元件或改变联锁关系， 可得出不同的传动状态。在抖动该行星式变速 空竹时， 通过把抖线放置于行星齿轮机构上不同的承线槽上， 从而改变转速， 以适应不同的 花样和抖者的体力。 操作过程中， 当抖动行星空竹头14时， 感到最省力 ； 当抖动行星架空竹 头 12 时， 感到最费力。空竹变速系统的作用就是通过改变抖动行星齿轮机构中的多个相应 。

23、承线槽来改变空竹转速的快慢。 0048 在行星齿轮机构中， 中心齿轮 2 齿数最少， 行星架 10 的当量齿数最多， 而内齿圈 8 齿数介于中间。行星齿轮机构各种运动情况分析如下 ： 0049 1. 当行星架 10 固定时 ： 中心齿轮 2 作为主动件顺时针转动， 行星架 10 被固定， 该 机构属于定轴传动， 则内齿圈 8 的转动方向和中心齿轮 2 相反， 内齿圈 8 作为被动件逆时针 减速转动， 行星齿轮16起到过渡轮的作用， 改变了被动件内齿圈8的旋向， 所以行星齿轮16 逆时针增速转动。 0050 以行星架 10 上的其中任何一个行星齿轮 16 作为主动件顺时针转动时， 中心齿轮 2 。

24、逆时针减速转动， 内齿圈 8 顺时针减速转动， 带动行星架 10 上的其他行星齿轮 16 也同步 顺时针低速转动。此时行星式变速空竹转动最慢， 启动速度慢， 需要快速抖动抖杆， 提高转 速， 锻炼强度大。 0051 内齿圈 8 作为主动件顺时针转动， 行星齿轮 16 顺时针增速转动， 中心齿轮 2 逆时 针增速转动。 0052 2. 当中心齿轮 2 固定时 ： 行星架 10 作为主动件顺时针转动， 内齿圈 8 作为被动件 顺时针增速转动， 行星齿轮 16 在行星架 10 的带动下绕中心齿轮 2 中心线公转的同时， 还在 说 明 书 CN 103933713 A 6 5/5 页 7 顺时针增速自。

25、转， 属于最大的齿轮带动小齿轮， 是一种增速运动且具有最小的传动比， 此时 行星式变速空竹转速最高， 启动速度最快， 加速度最大， 抖杆抖动频率低， 定轴性最好， 最稳 定。 0053 内齿圈 8 作为主动件顺时针转动， 行星架 10 作为被动件顺时针减速转动。 0054 3. 当内齿圈 8 固定时 ： 中心齿轮 2 作为主动件且顺时针转动， 行星架 10 作为被动 件顺时针减速转动， 行星齿轮 16 在行星架 10 的带动下绕中心齿轮 2 中心线公转的同时， 还 在逆时针增速自转， 中心齿轮 2 带动行星架 10 转动属于小齿轮带动最大的齿轮， 是一种减 速运动且具有最大的传动比。 0055 当行星架 10 作为主动件且顺时针转动， 中心齿轮 2 作为被动件顺时针增速转动， 行星齿轮 16 在行星架 10 的带动下绕中心齿轮 2 中心线公转的同时， 还在逆时针增速自转。 0056 以上是以单轮空竹为例， 该行星式变速空竹也同样适用于双轮空竹。该行星式变 速空竹的每一下抖动都让空竹把线走满， 使线的利用率达到最高， 一下顶两下， 转速上去 了， 能够为使用者省下不少的力气。 说 明 书 CN 103933713 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103933713 A 8 。