用于平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于平行轴内晒合传动的螺旋圆弧齿轮机构，具体地说是一种基 于平行轴传动空间曲线晒合方式的螺旋圆弧齿轮机构。该种机构传动的晒合方式不同于传 统圆弧齿轮传动的曲面晒合方式。
【背景技术】
[0002] 齿轮作为机械传动中的基本传动元件，广泛应用于工业、农业、医学、国防军事及 航空航天等领域，实现运动或者动力的传递功能。齿轮的设计理论W及制造技术的研究已 经过几百年的发展，逐步奠定了传统齿轮晒合的基本理论；曲面晒合理论。齿轮行业已经成 为大多数国家机械基础件中规模最大的行业。现代工业装备"轻量化、模块化、智能化"的发 展趋势，进一步提高了对齿轮传动零部件质量和性能的要求。新型高性能齿轮传动机构的 设计理论和制造技术也一直是机械工业的重点研究领域之一，该同时促进了齿轮晒合理论 的不断完善和改革创新，出现了多样化的齿轮晒合形式及其与之对应的多样化齿形结构。
[0003] 近年来，国内外学者在齿轮晒合领域进行根本性的创新，研究出具有原创性特 色新型的微小传动机构。如中国专利文献，申请号为200810029649. 0,公开了 "一种空间 曲线晒合传动机构"，专利号为201010105902. 3,公开了 "一种斜交齿轮机构"，申请号为 201410576829. 6,公开了 "用于平行轴传动的钩杆齿轮机构"。上述几种传动机构都属于基 于曲线晒合理论的微小机械传动机构。上述传动机构的主动轮体由主动动轮和主动钩杆组 成，且主动钩杆均布在小轮的端面；从动轮体由从动轮和从动钩杆组成，且从动钩杆均布在 从动轮的圆柱面的圆周或者从动轮的端面上。
[0004] 上述传动机构的最大局限性在于，它们倚靠主、从动轮体上的空间细长钩杆进行 晒合运动，能承受的载荷十分有限，因此它们只能实现微小空间内的微小力或者运动的连 续传递，而不能实现平面内两平行轴之间的工业应用所必须的常规动力传递；而且它们的 钩杆之间存在很大的间隙，在频繁正反转传动的使用情况下，钩杆会受到极大的冲击，甚至 会断裂，造成传动失效。因此，它们的使用范围受到了极大的限制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对目前机械传动领域现有技术存在的问题，提出一种结构简 单，传动系零件数少，只需一个传动副，体积小，质量轻，强度高，刚度大，单级传动比大，重 合度高，能进行正反转晒合，能实现减速或者增速，且传动连续稳定的用于平行轴内晒合传 动的螺旋圆弧齿轮机构。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采取的技术措施是：提供一种用于平行轴内晒合传动 的螺旋圆弧齿轮机构，包括小轮和大齿圈，小轮和大齿圈组成一对传动副，小轮连接输入 轴，大齿圈通过连接套连接输出轴，小轮和大齿圈的轴线互相平行；所述的螺旋圆弧齿轮机 构内晒合传动是基于平行轴传动空间曲线晒合方式；所述的小轮在圆柱体外表面上均布有 螺旋圆弧齿，所述的大齿圈空屯、圆柱体内表面均布有螺旋圆弧槽，小轮螺旋圆弧齿和大齿 圈的螺旋圆弧槽配合，螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽的中屯、线均为圆柱螺旋线；所述的小轮圆 柱体外表面与螺旋圆弧齿之间有过渡圆角；小轮通过输入轴与驱动器固连，在驱动器的带 动下旋转，通过螺旋圆弧齿与螺旋圆弧槽之间的连续晒合作用，小轮带动大齿圈旋转，实现 平面内两平行轴之间的内晒合平稳传动；
[0007] 所述的螺旋圆弧齿与螺旋圆弧槽的中屯、线形状由如下方法确定；在0--X，y，Z及 〇p--Xp，yp，Zp两个空间坐标系中，Z轴与小轮的回转轴线重合，Zp轴与大齿圈的回转轴线重 合，平面XOZ与平面XpOpZp共面，平面xoy与平面XpOpy。共面，且小轮与大齿圈之间的角速度 矢量方向相同，oOp的距离为a ;坐标系0 i-Xi, y。Zi与小轮固联，坐标系0 2-&，72, Z2与大 齿圈固联，小轮、大齿圈在起始位置分别与坐标系0--X，y，Z及〇p--Xp，y。，Zp重合，小轮W匀 角速度《 1绕Z轴旋转，大齿圈W匀角速度《 2绕Z P轴旋转，从起始位置经一段时间后，坐 标系〇1-X。y。Z及0 2--&，Y2, Z返动，此时小轮绕Z轴转过4 1角，大齿圈绕Z P轴转过4 2 角；
[000引设给定螺旋圆弧齿的中屯、线方程为：
[0009]
【主权项】
1. 一种用于平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，包括小轮和大齿圈，小轮和大齿 圈组成一对传动副，小轮连接输入轴，大齿圈通过连接套连接输出轴，小轮和大齿圈的轴线 互相平行；其特征在于：所述的螺旋圆弧齿轮机构内啮合传动是基于平行轴传动空间曲线 啮合方式；所述的小轮在圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧齿，所述的大齿圈空心圆柱体内 表面均布有螺旋圆弧槽，小轮螺旋圆弧齿和大齿圈的螺旋圆弧槽配合，螺旋圆弧齿和螺旋 圆弧槽的中心线均为圆柱螺旋线；所述的小轮圆柱体外表面与螺旋圆弧齿之间有过渡圆 角；小轮通过输入轴与驱动器固连，在驱动器的带动下旋转，通过螺旋圆弧齿与螺旋圆弧 槽之间的连续啮合作用，小轮带动大齿圈旋转，实现平面内两平行轴之间的内啮合平稳传 动； 所述的螺旋圆弧齿与螺旋圆弧槽的中心线形状由如下方法确定：在〇--x，y，z及op-xp，yp，zp两个空间坐标系中，z轴与小轮的回转轴线重合，zp轴与大齿圈的回转轴线重 合，平面XOZ与平面xpopzp共面，平面xoy与平面xpopyp共面，且小轮与大齿圈之间的角速度 矢量方向相同，〇〇p的距离为a;坐标系〇i-XpypZi与小轮固联，坐标系〇 2-x2,y2,z2与大 齿圈固联，小轮、大齿圈在起始位置分别与坐标系〇-X，y,z及op-xp,yp,zp重合，小轮以勾 角速度轴旋转，大齿圈以匀角速度《 2绕％轴旋转，从起始位置经一段时间后，坐 标系〇「％，z# 〇 2__x2,y2,z2运动，此时小轮绕z轴转过巾及，大齿圈绕zp轴转过伞2 角； 设给定螺旋圆弧齿的中心线方程为：
由曲线啮合方程求得螺旋圆弧槽的中心线方程为：
小轮和大齿圈安装的轴间距为：a=m(i12-l) (3) 小轮圆柱体直径为：Di= 2m-2b ⑷ 小轮圆柱体外表面与螺旋圆弧齿之间过渡圆角半径为b/2 ; 螺旋圆弧齿的圆弧直径：屯 螺旋圆弧槽的中心线的螺旋半径：m2=i12m (5) 大齿圈空心圆柱体内表面直径为：D2a= 2m2=i12m (6) 大齿圈空心圆柱体外表面直径为：D2b=D2a+2e (7) 螺旋圆弧槽的圆弧直径：d2 =屯+c (8) 上述式中：t一为螺旋圆弧齿的中心线方程的参变量，且-Jr<t;m-为螺旋圆弧齿的中心线的螺旋半径； n-为螺旋圆弧齿的中心线的螺距参数，2Jrn为螺旋圆弧齿中心线的螺距； i12-为小轮与大齿圈的传动比，即螺旋圆弧槽数量与螺旋圆弧齿数量之比； 其中：ni，n，x，y，z，Xi，，Zi，X2，，Xp，y^p，Zp，&，，c，di，dg，Di，Dga，Dgb，e的单{a/均为 毫米； 当确定螺旋圆弧齿中心线的参数m、n和t，螺旋圆弧齿的圆弧直径屯，及b、c、e和传动 比i12时，与螺旋圆弧齿共轭的螺旋圆弧槽的中心线方程随之确定，小轮和大齿圈的结构和 安装轴间距也确定，从而得到平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构。
2. 根据权利要求1所述的用于平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，其特征在于： 所述小轮与大齿圈连接的输入轴、输出轴具有互换性，即采用小轮连接输入轴，大齿圈连接 输出轴，或采用大齿圈连接输入轴，小轮连接输出轴。
3. 根据权利要求2所述的用于平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，其特征在于： 所述大齿圈连接输出轴或输入轴是通过连接套与大齿圈过盈配合连接，连接套与输出轴或 输入轴也是通过过盈配合连接。
4. 根据权利要求1所述的用于平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，其特征在于： 所述小轮或大齿圈通过输入轴连接驱动器，分别对应于螺旋圆弧齿轮内啮合传动机构的减 速传动或增速传动方式。
5. 根据权利要求1所述的用于平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，其特征在于： 所述驱动器连接的输入轴旋转方向为顺时针或逆时针，用以实现小轮或大齿圈正转或反转 传动。
【专利摘要】本发明涉及一种用于平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，包括小轮和大齿圈，小轮和大齿圈组成一对传动副，小轮和大齿圈的轴线互相平行；小轮的圆柱体外表面上设有螺旋圆弧齿，大齿圈的空心圆柱体内表面设有螺旋圆弧槽，螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽配合，螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽的中心线均为圆柱螺旋线。安装小轮和大齿圈时，先使一对螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿啮合，驱动器带动输入轴、小轮和大齿圈旋转，实现两平行轴间的内啮合传动。所述螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽的形状可由传动比等参数及中心线方程确定。发明的齿轮机构结构紧凑，体积小质量轻，强度和刚度大，重合度高，传动比大，适于在微小、微机械和常规机械领域应用。
【IPC分类】F16H1-34
【公开号】CN104565223
【申请号】CN201510051923
【发明人】陈祯, 李波, 赵 权
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月2日