Ri一为小轮的理论分度圆锥体大端半径;R2-为大轮的理论分度圆锥体大端半径； [0042] δ:-为小轮的分度圆锥角，δ2-为大轮的分度圆锥角；
[0043] i12-为小轮与大轮的传动比，即螺旋圆弧槽数量与螺旋圆弧齿数量之比；
[0044]由此，可得到本实用新型机构的小轮圆弧齿中心线参数方程为：
(5)
[0046]可得到本实用新型机构的大轮圆弧槽中心线参数方程为：
(6) (7)
[0049] 小轮圆锥体大端半径为:nzRi-b (8)
[0050] 上式中:b-为螺旋圆弧齿与小轮圆锥体外表面之间的过渡圆角半径值的两倍； [0051 ] 大轮圆锥体大端半径为:r2 = R2 (9)
[0052] 螺旋圆弧齿的圆弧直径:山
[0053] 螺旋圆弧槽的圆弧直径d2等于螺旋圆弧齿的圆弧直径di加上c，即d2=di+c (10) 上式中：为螺旋圆弧槽的圆弧直径减去螺旋圆弧齿的圆弧直径的差值；
[0054] 小轮和大轮的安装相对位置:0(^ = 3 = ? (11)
[0055] 其中：X，y，z，XI，yi，Zi，X2，y2，Z2，Xp，yP，Zp，xic，yic，zic，X2c，y2c，Z2c，a，b，c，di，d2，ri， r2，Ri和R2等长度或距离单位均为毫米；灼，湾，δι和δ2等角度单位均为弧度；
[0056] 当确定传动比i 12，小轮的理论分度圆锥体大端半径心，小轮的螺旋圆弧齿中心线 参数η和t，小轮上螺旋圆弧齿的圆弧直径cU，及b时，与螺旋圆弧齿配对的螺旋圆弧槽的中 心线方程随之确定，小轮和大轮的结构和安装相对位置 〇〇P也确定，从而得到本实用新型的 螺旋圆弧锥齿轮机构。
[0057] 当上述式中：相关参数分别取值为：ii2 = 1，Ri = 30毫米(mm)，《 =_·^·:毫米(mm)， π 0 S 了，螺旋圆弧齿的圆弧直径为di = 3毫米(mm)，b = 0.5毫米(mm)，c = 1毫米(mm); ο
[0058] 代入式(5)求得本实例中螺旋圆弧齿中心线方程为 π
[0059] 代入式(6)求得本实例中螺旋圆弧槽中心线方程为
[0060] 设定螺旋圆弧齿数量为12,螺旋圆弧槽数量为12,然后分别根据上述螺旋圆弧齿2 和螺旋圆弧槽7的中心线方程和数据能确定小轮1、大轮8这对螺旋圆弧锥齿轮传动副的形 状。代入式(7)~（11)求得小轮圆锥体大端半径^为29.5毫米，小轮的分度圆锥角 螺旋圆弧槽的圆弧直径为3毫米，螺旋圆弧齿与小轮圆锥体之间的过渡圆角半径b/2为0.25 毫米。大轮圆锥体大端半径〇为30毫米，大轮的分度圆锥角32为31/4,螺旋圆弧槽的圆弧直径 d2为4毫米，小轮和大轮安装相对位置〇〇[)为30毫米。根据求出的大小轮圆锥体的外形参数和 圆弧螺旋齿、圆弧螺旋槽的中心线方程便可得出本实用新型螺旋圆弧锥齿轮的外型并进行 正确装配。
[0061] 当驱动器4带动输入轴3、小轮1旋转时，由于在安装小轮1和大轮8时，其中一对螺 旋圆弧齿2与螺旋圆弧槽7为啮合状态，以及确保这对螺旋圆弧锥齿轮的重合度大于1，因此 当这一对螺旋圆弧齿2和螺旋圆弧槽7在旋转即将脱离啮合但没有完全脱离啮合时，另一对 相邻的螺旋圆弧齿2和螺旋圆弧槽7又接着参与了啮合，从而实现了螺旋圆弧锥齿轮机构在 旋转运动中连续稳定的啮合传动。本实施例驱动器连接的输入轴旋转方向为顺时针，对应 于螺旋圆弧锥齿轮机构的传动，以实现大轮的逆时针转的传动。
[0062] 实施例2:将本实用新型的一种螺旋圆弧锥齿轮机构采用平面正交轴传动方式应 用于增速传动。如图7所示，采用大轮8连接输入轴3,小轮1连接输出轴6,即小轮1通过输出 轴6与被驱动负载相联;小轮1和大轮8的轴线互相垂直。本实施例中大轮8上有八个螺旋圆 弧槽7，小轮1上有四个螺旋圆弧齿2，当输入轴3带动大轮8旋转时，由于在安装大轮8和小轮 1时，大轮8上螺旋圆弧槽7与小轮上一个螺旋圆弧齿2为啮合状态，随着大轮8旋转时，大、小 轮转动保持螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿啮合的重合度大于1，从而实现螺旋圆弧锥齿轮机构 连续稳定的啮合传动。此时，小轮对大轮的传动比为2。 7.5 Α π
[0063] 相关参数分别取值为：ii2 = 2，Ri = 20晕米(mm)，》=:-:晕米(mm)，〇以S ，螺 π 15 旋圆弧齿的圆弧直径为di = 3毫米(mm)，b=l毫米(mm)，c=l毫米(mm);代入式(5)中，求得 螺旋圆弧齿中心线方程）
[0064] 代入式(6)中，求得螺旋圆弧槽中心线方程：
[0065] 由于螺旋圆弧槽数量为8,螺旋圆弧齿数量为4,然后分别根据上述螺旋圆弧槽7和 螺旋圆弧齿2的中心线方程和数据能确定小轮1、大轮8这对螺旋圆弧锥齿轮传动副的形状。 代入式(7)~（11)求得小轮圆锥体大端半径为19毫米，小轮的分度圆锥角SiSarctanO. 5， 螺旋圆弧槽的圆弧直径为3毫米，螺旋圆弧齿与小轮圆锥体之间的过渡圆角半径为0.5毫 米。大轮圆锥体大端半径为40毫米，大轮的分度圆锥角为arctan2,螺旋圆弧槽的圆弧直 径为4毫米，小轮和大轮安装相对位置 〇〇[)为20毫米。根据求出的大小轮圆锥体的外形参数 和圆弧螺旋齿、圆弧螺旋槽的中心线方程便可得出无相对滑动的螺旋圆弧锥齿轮的外型并 进行正确装配。
[0066] 本实施例驱动器连接的输入轴旋转方向为逆时针，分别对应于螺旋圆弧锥齿轮机 构的增速传动方式，用以实现小轮的顺时针转的传动。
[0067] 本实用新型的螺旋圆弧锥齿轮机构因为没有根切，无最小齿数的限制，可进行大 齿厚设计，具有较高的弯曲强度、接触强度和较大的刚度。本实用新型的螺旋圆弧锥齿轮机 构具有无相对滑动、无根切的优点，传动效率高，能够极大简化常规齿轮机构和微机械传动 装置的结构，缩小产品几何尺寸，适于在微小、微型机械及常规机械领域的应用。
【主权项】
1. 一种螺旋圆弧锥齿轮机构，包括小轮和大轮组成的一对传动副，小轮和大轮的轴线 垂直相交，小轮通过输入轴与驱动器固连，大轮连接输出轴，其特征在于:所述的小轮圆锥 体外表面上均布有螺旋圆弧齿，大轮圆锥体外表面上均布有螺旋圆弧槽，小轮的螺旋圆弧 齿和大轮的螺旋圆弧槽配合，螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽的中心线均为圆锥螺旋线;所述螺 旋圆弧齿与小轮圆锥体外表面之间有过渡圆角以减小根部应力集中；所述的螺旋圆弧齿和 螺旋圆弧槽啮合传动为基于平面正交轴传动的空间曲线啮合，小轮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，实现平面正交轴之间的平稳啮合 传动，其啮合为点接触的无相对滑动啮合传动，所有啮合点位于大轮和小轮理论分度圆锥 体的切线，所有啮合点的相对运动速度均为零，并且啮合点在大轮和小轮上分别形成的接 触线均为圆锥螺旋线。2. 根据权利要求1所述的一种螺旋圆弧锥齿轮机构，其特征在于:所述的小轮圆锥体外 表面均布的螺旋圆弧齿是以cU为直径的圆，且使其圆心沿着小轮的圆弧齿中心线垂直移动 而成螺旋圆弧齿;所述的大轮圆锥体外表面均布的螺旋圆弧槽是以d2为直径的圆，且使其 圆心沿着大轮上圆弧槽中心线垂直移动而成的螺旋圆弧槽。3. 根据权利要求1所述的一种螺旋圆弧锥齿轮机构，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，分别对应于螺旋圆弧锥齿轮机构的减速传动或增速传动。4. 根据权利要求1或3所述的一种螺旋圆弧锥齿轮机构，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，用以实现小轮或大轮的正、反转传动。
【专利摘要】本实用新型涉及一种螺旋圆弧锥齿轮机构，包括小轮和大轮组成的一对传动副，小轮和大轮的轴线正交，小轮圆锥体外表面均布有螺旋圆弧齿，大轮圆锥体外表面均布有螺旋圆弧槽，螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽配合，螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿的中心线均为圆锥螺旋线；安装小轮和大动轮时使其中一对螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽啮合，驱动器带动输入轴、小轮和大轮旋转，实现正交轴间的传动。本实用新型中齿轮机构最突出的优点是传动时螺旋圆弧锥齿轮齿面无相对滑动，可避免齿面胶合、磨损和塑性变形，具有单级传动比大，重合度高，承载能力强等优点，适合在微小、微机械和常规机械领域推广应用。
【IPC分类】F16H1/14
【公开号】CN205315616
【申请号】CN201620049147
【发明人】陈祯, 丁华锋, 李波, 赵 权, 杨静
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月19日