用于平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，具体地说是一种基 于曲线啮合理论的螺旋圆弧齿轮机构。
【背景技术】
[0002] 齿轮作为机械传动中的基本传动元件，实现运动或者动力的传递功能，齿轮广泛 应用于工业、农业、医学、国防军事及航空航天等领域。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。现代工业装备的发展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促进了齿轮啮合理论的不断完 善和改革创新，出现了多样化的齿轮啮合形式及其与之对应的多样化齿形结构。
[0003] 近年来，国内外在齿轮啮合理论领域创新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"一种空间曲线啮合传动机构"，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啮合理论的微小机 械传动机构。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 进行啮合运动，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；且钩杆 之间存在较大的间隙，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，使用范围受到了极大的限制。
【发明内容】
[0004] 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，能进行正反转啮合，能实现减速或者增速，且传动连续稳定的用于平行轴外啮合传 动的螺旋圆弧齿轮机构。
[0005] 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外啮合传动 的螺旋圆弧齿轮机构，包括小轮和大轮，小轮和大轮组成一对传动副，小轮连接输入轴，大 轮连接输出轴，小轮和大轮的轴线互相平行；所述的螺旋圆弧齿轮机构传动的啮合方式是 基于平行轴传动空间曲线啮合方式；所述的小轮圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧槽，大轮 圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧齿，螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿的中心线均为圆柱螺旋线， 小轮的螺旋圆弧槽和大轮的螺旋圆弧齿配合；所述螺旋圆弧齿与大轮圆柱体外表面之间有 过渡圆角；小轮通过输入轴与驱动器固连，小轮在驱动器的带动下旋转，通过螺旋圆弧槽与 螺旋圆弧齿之间的连续啮合作用，实现平面内两平行轴之间的外啮合平稳传动；
[0006] 所述螺旋圆弧齿轮机构的螺旋圆弧槽与螺旋圆弧齿的中心线形状由如下方法确 定：在0--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 大轮的回转轴线重合，平面xoz与平面xpopzp共面，平面xoy与平面x popyp共面，且小轮与 大轮之间的角速度矢量方向相反，距离为a;坐标系oi-Xpyi，Zl与小轮固联，坐标系o2-x2,y2,z2与大轮固联，小轮、大轮在起始位置分别与坐标系o-x,y,z及〇p-xp,yp,zp重 合，小轮以匀角速度《 1绕z轴旋转，大轮以匀角速度《 2绕zp轴旋转，从起始位置经一段 时间后，坐标系or-Xi,yp〇 2__x2,y2,z2运动，此时小轮绕z轴转过1角，大轮绕zp轴转 过2角；
[0007] 设给定螺旋圆弧槽的中心线方程为：
[0008]
【主权项】
1. 一种用于平行轴外晒合传动的螺旋圆弧齿轮机构，包括小轮和大轮，小轮和大轮组 成一对传动副，小轮连接输入轴，大轮连接输出轴，小轮和大轮的轴线互相平行；其特征在 于；所述的螺旋圆弧齿轮机构传动的晒合方式是基于平行轴传动空间曲线晒合方式；所述 的小轮圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧槽，大轮圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧齿，螺旋 圆弧槽和螺旋圆弧齿的中屯、线均为圆柱螺旋线，小轮的螺旋圆弧槽和大轮的螺旋圆弧齿 配合；所述螺旋圆弧齿与大轮圆柱体外表面之间有过渡圆角；小轮通过输入轴与驱动器固 连，小轮在驱动器的带动下旋转，通过螺旋圆弧槽与螺旋圆弧齿之间的连续晒合作用，实现 平面内两平行轴之间的外晒合平稳传动； 所述螺旋圆弧齿轮机构的螺旋圆弧槽与螺旋圆弧齿的中屯、线形状由如下方法确定；在 0--X, y, Z及Op--Xp, y。, Zp两个空间坐标系中，Z轴与小轮的回转轴线重合，Z P轴与大轮的回 转轴线重合，平面XOZ与平面XpOpZp共面，平面xoy与平面X pOpy。共面，且小轮与大轮之间的 角速度矢量方向相反，oOp的距离为a ;坐标系0 i-Xi，y。Zi与小轮固联，坐标系0 2--X2, 72, Z2 与大轮固联，小轮、大轮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 角速度绕Z轴旋转，大轮W匀角速度《 2绕Zp轴旋转，从起始位置经一段时间后，坐标 系〇l-Xi，y。Z及0 2--&，72, Z返动，此时小轮绕Z轴转过4 1角，大轮绕Z P轴转过4 2角； 设给定螺旋圆弧槽的中屯、线方程为：
(1) 由曲线晒合方程求得螺旋圆弧齿的中屯、线方程为：
口） 小轮和大轮安装的轴间距为；a = m(ii2+l)樹 小轮圆柱体半径Ri与螺旋圆弧槽中屯、线的螺旋半径m相等，即R 1= m (4) 螺旋圆弧槽的圆弧直径；di 大轮的螺旋圆弧齿中屯、线的螺旋半径为；ni2= i神脚 大轮圆柱体半径为；尺2= i i2m-b做 螺旋圆弧齿与大轮圆柱体外表面之间的过渡圆角半径为b/2 ; 螺旋圆弧齿的圆弧直径d2等于螺旋圆弧槽圆弧直径d 1减去C，即d 2 = di-c仍 上述式中： t-为螺旋圆弧槽中屯、线方程的参变量，且-31 < t; m-为螺旋圆弧槽中屯、线的螺旋半径； n-为螺旋圆弧槽中屯、线的螺距参数，2 31 n为圆弧槽中屯、线的螺距； ii2-为小轮与大轮的传动比，即螺旋圆弧齿数量与螺旋圆弧槽数量之比； 其中；m，nv n，X，y，Z，Xi，Yi，Zi，X2, 72, Z2, Xjj，Zjj，a，b，C，中，d]，Ri，尺2的单位均为毫
米； 当确定螺旋圆弧槽中屯、线的参数m、n和t，螺旋圆弧槽的圆弧直径di，及b、c和传动比 时，与螺旋圆弧槽共辆的螺旋圆弧齿的中屯、线方程随之确定，小轮和大轮的结构和安装 轴间距也确定，从而得到平行轴外晒合传动的螺旋圆弧齿轮机构。
2. 根据权利要求1所述的用于平行轴外晒合传动的螺旋圆弧齿轮机构，其特征在于： 所述小轮与大轮连接的输入轴、输出轴具有互换性，即采用小轮连接输入轴，大轮连接输出 轴，或采用大轮连接输入轴，小轮连接输出轴。
3. 根据权利要求1或2所述的用于平行轴外晒合传动的螺旋圆弧齿轮机构，其特征在 于；所述小轮或大轮通过输入轴与驱动器固连，分别对应于螺旋圆弧齿轮机构的减速传动 或增速传动方式。
4. 根据权利要求1或3所述的用于平行轴外晒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W实现小轮或大轮的正、反转 传动。
【专利摘要】本发明涉及一种用于平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，包括大轮和小轮组成的一对传动副，小轮连接输入轴，大轮连接输出轴，小轮和大轮的轴线互相平行，小轮圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧槽，大轮圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧齿，螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿的中心线均为圆柱螺旋线，小轮的螺旋圆弧槽和大轮的螺旋圆弧齿配合；安装小轮和大动轮时，先使其中一对螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿啮合，驱动器带动输入轴、小轮旋转，实现两平行轴间的外啮合传动。所述螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿的形状可由传动比等参数及中心线方程确定。本发明结构简单、紧凑，体积小质量轻，强度刚度大，重合度高，单级传动比大，适于在微小、微机械和常规机械领域应用。
【IPC分类】F16H57-023, F16H1-08, F16H55-08
【公开号】CN104595422
【申请号】CN201510054843
【发明人】陈祯, 李波, 赵 权, 杨静
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月2日