交错轴非圆齿轮的设计方法及其传动装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种齿轮的设计方法和机械传动装置，特别是涉及一种交错轴非圆齿 轮设计方法及其传动装置。
【背景技术】
[0002] 内、外啮合非圆齿轮传动可以传递平行轴间的变速比运动，非圆锥齿轮可以传递 相交轴间变速比运动。如果要传递空间交错轴的变速比运动，必须将上述两者结合起来，构 成二级传动，其传动链长，结构复杂，效率低。
[0003] 同时，非圆锥齿轮由于齿轮的轴线相交，一般齿轮在结构上要以悬臂的方式安装， 其在高速运动中，齿轮轴刚性不足，挠动很大，严重的影响齿面的啮合，产生冲击和振动，影 响高速动力学性能。
[0004] 交错轴非圆齿轮传动及其设计原理可由空间啮合基本定义得出，但由于其数学模 型具备相当的复杂性，其瞬轴面是空间不可展曲面，其齿廓的发生曲面的螺旋角呈现出非 常大的非线性，包络刀具难以构建。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种具有结构简单，传动效率高，支撑刚性好等特点交错 轴非圆齿轮的设计方法。
[0006] 其设计方法的步骤如下：
[0007] -、根据空间啮合原理求出输入交错轴非圆齿轮和输出交错轴非圆齿轮的瞬轴 面；
[0008] 二、根据瞬轴面的螺旋情况，确定包络刀具的齿廓形状（如渐开线，正弦，圆弧 等）；
[0009] 三、求解刀具的运动速度；
[0010] 四、确定刀具在不同向径上的模数；
[0011] 五、运用上述刀具模型包络得到交错轴非圆齿轮齿廓的包络解；
[0012] 六、用数值方法，求解出交错轴非圆齿轮的齿廓；
[0013] 七、根据齿廓数据，进行三维建模，分析，以及生产加工。
[0014] 按上述方案，所述的设计方法的步骤具体是：
[0015] 第一步，输入交错轴非圆齿轮的瞬轴面方程和输出交错轴非圆齿轮瞬轴面方程分 别为：
[0016]
【主权项】
1. 一种交错轴非圆齿轮的设计方法，其特征在于：其步骤如下： 一、 根据空间啮合原理求出输入交错轴非圆齿轮和输出交错轴非圆齿轮的瞬轴面； 二、 根据瞬轴面的螺旋情况，确定包络刀具的齿廓形状（如渐开线，正弦，圆弧等）； 三、 求解刀具的运动速度； 四、 确定刀具在不同向径上的模数； 五、 运用上述刀具模型包络得到交错轴非圆齿轮齿廓的包络解； 六、 用数值方法，求解出交错轴非圆齿轮的齿廓； 七、 根据齿廓数据,进行三维建模，分析，以及生产加工。
2. 根据权利要求1所述的交错轴非圆齿轮的设计方法，其特征在于： 所述的步骤具体是： 第一步，输入交错轴非圆齿轮的瞬轴面方程和输出交错轴非圆齿轮瞬轴面方程分别 为：
式中： a为两交错轴非圆齿轮的轴线最小公垂线段的长度（即轴距）； 2为两交错轴非圆齿轮的轴线所夹之锐角（即轴交角）； t为瞬轴面的向径参数，瞬轴面可以看成是不同向径下瞬轴线所构成的集合； 奶为输入交错轴非圆齿轮的转角，其范围为〇?2JI ; k(的）为传动比函数，表征输入轮和输出轮的速度变化关系，，它是输入轮转角奶的函 数，其形式可以是正弦函数，指数函数，正比例函数等； %(奶）为输出交错轴非圆齿轮的转角，其为例的函数，其范围为〇?2 Ji ;其计算式如 下：
第二步，瞬轴面的峨倫衾敝士
第三步，刀具的运动速度为：
式中，vk{(p,J)为瞬轴面的运动速度，vH{(px,t)为瞬轴面和刀具共同的运动速度；
第四步，刀具在不同向径上的模数为：
式中St (2，t)为刀具所经过的总弧长，由弧积分公式可得：
z为齿轮的齿数，由强度，重合度等条件综合确定； 第五步，输入交错轴非_齿轮、输出夺错轴韭_齿轮齿廊的包络解分别为：
式中：匕为上述求解的刀具齿廓；。(釣）、(的，〇、(釣，〇、M2;，(釣）、 Mp〇(P2(奸)）为各相应的变换矩阵； 第六步，用数值方法，求解出交错轴非圆齿轮的齿廓； 该数值方法基于对啮合方程的求解，在本例中啮合方程表现为刀具齿面的法向量na(s)和齿面相对刀具的运动速度v(^);其中v(灼）基于对包络方程的求导： 在输入交错轴非圆齿轮中：
在输出交错轴非圆齿轮中：v:
哨合方程的表现：输入轮："?1(仍，0 = 〇 输出轮：/?,,(.s')v、(fA，〇 = 〇 通过数值方法对啮合方程的求解可得到齿面的坐标数据； 第七步，根据齿廓数据,进行三维建模，分析，以及生产加工。
3. -种是使用权利要求1所述交错轴非圆齿轮的设计方法设计的交错轴非圆齿轮传 动装置，其特征在于：包括一个机架（〇)，其特征在于：机架（〇)上有空间垂直交错布置的输 入轴（1)和输出轴（2)，输入轴（1)和输出轴（2)上分别通过键槽固定有输入交错轴非圆 齿轮（3)和输出交错轴非圆齿轮（4)，输入交错轴非圆齿轮（3)和输出交错轴非圆齿轮（4) 相互P齿合。
4. 根据权利要求3所述的使用权利要求1所述交错轴非圆齿轮的设计方法设计的交错 轴非圆齿轮传动装置，其特征在于：所述的输入轴（1)与输出轴（2)的速度关系满足特定的 传动比函数；动力驱动输入轴（1)匀速转动，经过一级交错轴非圆齿轮传动，输出轴（2)上 即得到特定的传动比函数要求的运动输出。
【专利摘要】一种交错轴非圆齿轮的设计方法及其传动装置，根据空间啮合原理和相对运动的方法，得到了交错轴非圆齿轮的设计方法，该方法具有简单实用的特点。交错轴非圆齿轮传动装置机架上设有空间垂直交错布置的输入轴和输出轴，输入轴和输出轴上分别通过键槽固定有输入交错轴非圆齿轮和输出交错轴非圆齿轮，输入交错轴非圆齿轮和输出交错轴非圆齿轮相互啮合。仅采用了一级非圆齿轮传动，即实现了空间交错轴之间的变速比传动，具有结构简单，传动效率高，支撑刚性好等特点。
【IPC分类】G06F17-50, F16H55-17
【公开号】CN104615800
【申请号】CN201410707936
【发明人】华林, 郑方焱, 韩星会
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月28日