用于平行轴传动的钩杆齿轮机构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于平行轴传动的钩杆齿轮机构，包括由主、从动轮组成的一对传动副，主、从动轮的轴线互相平行，主动轮连接输入轴，从动轮连接输出轴，主动轮上设的主动钩杆均布在主动轮圆柱体端面上的圆周内，从动轮上设的从动钩杆也均布在从动轮圆柱体端面上的圆周内，主、从动钩杆均为圆柱螺旋线形状；安装主、从动轮时，其中一对主、从动钩杆啮合，主动轮在驱动器的带动下旋转，通过啮合的钩杆完成连续稳定啮合，实现两平行轴间的传动。所述主、从动钩杆的螺旋线形状可由主、从动轮安装的空间坐标系、传动比等参数及钩杆接触线方程确定。本发明结构简单，传动机构部件少，体积小质量轻，传动比大，传动稳定，适于在微小、微机械领域应用。
【专利说明】用于平行轴传动的钩杆齿轮机构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于平行轴传动的钩杆齿轮机构，具体地说是一种用于平行轴传 动的空间曲线啮合传动机构。
【背景技术】
[0002] 现代科技的发展促进了 1?IOOmm的微小机械装置和10 μ m?Imm的微机械装置 的快速发展，微机械学成为机械学科前沿之一，其机械传动机构的工作原理、性能特征和设 计制造的创新研究已经成为机械科学前沿研究领域的重要方向之一。微小机械和微机械的 核心功能之一是实现微小空间内小功率和连续运动传递。
[0003] 迄今为止，各国研究者在齿轮传动机构的设计与制造上不断创新，先后开展了微 小传动机构及驱动技术的研究，并取得了较大的成就。总体来说研究开发的微小传动技术 主要有：
[0004] (1)传统机械传动机构的直接微小型化机械传动技术；
[0005] (2)非传统机械微驱动技术；
[0006] (3)基于磁场、光波、超声波、微波等外场组合或者综合微驱动技术；
[0007] (4)基于传统机械传动机构进行根本性原理创新的微小机械传动机构。
[0008] 由于微小型、微型机电产品的最重要特征是体积小、重量轻，大多以小动力的运动 传递或者分度运动为主，而不是以大功率的动力传递为主，使得常规工业广泛应用的齿轮、 链、带、连杆等传动机构不能适用于这类产品。
[0009] 为了实现微小空间内的微小力或者运动的连续传递，同时避免传统机械传动机 构直接微小型化所带来的诸多问题，许多学者在传统机械传动机构基础上进行根本性原 理的创新，研究新型的微小传动机构，这类微小机械传动机构研究具有原创性特色。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"。上述两种传动机构都属于基于传统机械传 动机构进行根本性原理创新的微小机械传动机构。上述传动机构的主动轮体由主动轮和主 动钩杆组成，且主动钩杆均布在主动轮的端面；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上。上述两种传动机构的最大局限性在于，它们都只能 实现平面交叉轴之间的运动和动力的传递，而不能实现平面内两平行轴之间的运动和动力 的传递。因此，它们的使用范围受到了极大的限制，不能实现机械传动中应用最为广泛的平 行轴传动方式。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是针对目前微小机械传动领域现有技术存在的问题，而提出一种结 构简单，传动系零件数少，只需一个传动副，体积小，质量轻，传动比大，啮合传动连续稳定 的用于平行轴传动的钩杆齿轮机构。
[0011] 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传动的钩杆 齿轮机构，包括主动轮和从动轮，主动轮和从动轮组成一对传动副，主动轮连接输入轴，从 动轮连接输出轴，主动轮上设有主动钩杆，从动轮上设有从动钩杆，主动钩杆和从动钩杆均 为圆柱螺旋线形状，主动钩杆和从动钩杆的中心线空间曲线均为圆柱螺旋线；所述的主动 轮和从动轮的轴线互相平行，所述主动钩杆和从动钩杆直径相同，主动钩杆均匀分布在主 动轮圆柱体端面上的圆周内，从动钩杆也均匀分布在从动轮圆柱体端面上的圆周内，主动 轮通过输入轴与驱动器固连，主动轮在驱动器的带动下旋转，通过主动钩杆与从动钩杆之 间的连续啮合作用，实现平面内两平行轴之间的平稳传动；
[0012] 所述钩杆齿轮机构的主动钩杆与从动钩杆的中心线形状由如下方法确定：在 O--X, y, z及Op--Xp, yp, Zp两个空间坐标系中，z轴与主动轮的回转轴线重合，Zp轴与从 动轮的回转轴线重合，平面XOZ与平面X pOpZp共面，且主动轮与从动轮之间的角速度矢 量夹角为θ， 0 = 0°或180°，oop的距离为a;坐标系O1-X1, Y1, Z1与主动轮固联,坐 标系O2--X2, y2, Z2与从动轮固联，主动轮、从动轮在起始位置分别与坐标系O--X, y, z及 Op-xp，yp，Zp重合，王动轮以勾角速度ω i绕z轴旋转，从动轮以勾角速度ω 2绕zp轴旋转， 从起始位置经旋转后，坐标系O1-X 1, Y1, Z1及O2-X2, y2, Z2运动,此时主动轮绕ζ轴转过Φι 角，从动轮绕Zp轴转过^角；
[0013] 设给定主动钩杆中心线方程为：
[0014]
【权利要求】
1. 一种用于平行轴传动的钩杆齿轮机构，包括主动轮和从动轮，主动轮和从动轮组成 一对传动副，主动轮连接输入轴，从动轮连接输出轴，主动轮上设有主动钩杆，从动轮上设 有从动钩杆，主动钩杆和从动钩杆均为圆柱螺旋线形状，主动钩杆和从动钩杆的中心线空 间曲线均为圆柱螺旋线；其特征在于：所述的主动轮和从动轮的轴线互相平行，所述主动 钩杆和从动钩杆直径相同，主动钩杆均匀分布在主动轮圆柱体端面上的圆周内，从动钩杆 也均匀分布在从动轮圆柱体端面上的圆周内，主动轮通过输入轴与驱动器固连，主动轮在 驱动器的带动下旋转，通过主动钩杆与从动钩杆之间的连续啮合作用，实现平面内两平行 轴之间的平稳传动； 所述钩杆齿轮机构的主动钩杆与从动钩杆的中心线形状由如下方法确定：在 O--X, y, z及Op--Xp, yp, Zp两个空间坐标系中，z轴与主动轮的回转轴线重合，Zp轴与从 动轮的回转轴线重合，平面XOZ与平面X pOpZp共面，且主动轮与从动轮之间的角速度矢 量夹角为θ，0 = 0°或180°，oop的距离为a;坐标系O1-X1,Y1,Z1与主动轮固联,坐 标系O2--X2, y2, Z2与从动轮固联，主动轮、从动轮在起始位置分别与坐标系0--X, y, z及 Op-xp，yp，Zp重合，王动轮以勾角速度ω i绕z轴旋转，从动轮以勾角速度ω 2绕zp轴旋转， 从起始位置经旋转后，坐标系O1-X 1, Y1, Z1及O2-X2, y2, Z2运动,此时主动轮绕ζ轴转过Φι 角，从动轮绕Zp轴转过^角； 设给定主动钩杆中心线方程为：
则主动钩杆接触线方程可表示为：
根据空间曲线啮合理论，从动钩杆接触线方程可表示为：
此时，从动钩杆中心线方程可表示为：
主动轮和从动轮安装的轴间距为：a = mi12-mcos Θ 其中
上述式中：m，n，h，X，y，z，X1,Y1,Z1,x2,y2,z2,xp，yp，zp，a,b，D的单位均为毫米； t一为主动钩杆中心线方程的参变量，且-π<t; m-为主动钩杆中心线的螺旋半径； η-为主动钩杆中心线的螺距参数，2πn为主动钩杆中心线的螺距； Θ-为主、从动轮角速度矢量夹角，其值为0°或180° ; Ii2一为主动轮与从动轮的传动比，即从动钩杆数量与主动轮钩杆数量之比； D-为主动钩杆和从动钩杆直径； 当确定主动钩杆中心线的参数m和η、钩杆直径D、主、从动轮角速度矢量夹角Θ和传 动比i12时，与之共轭的从动钩杆的中心线方程随之确定，主动轮和从动轮的形状也确定， 从而得到平行轴传动钩杆齿轮机构。
2. 根据权利要求1所述的用于平行轴传动的钩杆齿轮机构，其特征在于：所述主动轮 上有一个或一个以上主动钩杆，从动轮上有一个或一个以上从动钩杆，所述的主动钩杆和 从动钩杆其中一对钩杆在安装时保持啮合，且在主、从动轮转动时保持主动钩杆和从动钩 杆哨合的重合度大于1，实现钩杆齿轮机构连续稳定的哨合传动。
3. 根据权利要求1所述的用于平行轴传动的钩杆齿轮机构，其特征在于：所述主、从动 轮的角速度矢量夹角为0°或180°两种情况，分别对应于钩杆齿轮机构的内啮合和外啮 合传动方式。
【文档编号】F16H1/06GK104455212SQ201410576829
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】陈祯, 李波, 张萌, 赵 权, 杨静 申请人:中国地质大学（武汉）