用于交叉轴传动的平-凸啮合纯滚动锥齿轮机构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108691954A(43)申请公布日2018.10.23(21)申请号201810603772.2(22)申请日2018.06.12(71)申请人中国地质大学（武汉）地址430000湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号(72)发明人陈祯文国军曾鸣杨静(74)专利代理机构武汉知产时代知识产权代理有限公司42238代理人曹雄(51)Int.Cl.F16H1/14(2006.01)F16H55/17(2006.01)F16H55/08(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书4页说明书18页附图6页(54)发明名称用于交叉轴传动的平-凸啮合纯滚动锥齿轮机构(57)摘要本发明提供一种用于交叉轴传动的平-凸啮合纯滚动锥齿轮机构及其设计方法，用于交叉轴传动的平-凸啮合纯滚动锥齿轮机构包括小轮和大轮组成一对传动副，小轮和大轮的轴线交叉，小轮圆锥体外表面均布有螺旋梯形槽，大轮圆锥体外表面均布有螺旋圆弧齿，螺旋圆弧齿和螺旋梯形槽的结构由纯滚动的啮合线参数方程和传动比等参数共同确定，螺旋圆弧齿和螺旋梯形槽配合；安装小轮和大轮时使螺旋圆弧齿和螺旋梯形槽啮合，在驱动器带动下小轮和大轮旋转，实现两交叉轴间的传动。本发明可用于交叉轴纯滚动锥齿轮机构设计，具有设计简单，易于加工，传动效率高、重合度大、承载能力强等优点，可广泛应用于不易润滑的微小、微机械和常规机械领域。CN108691954ACN108691954A权利要求书1/4页1.用于交叉轴传动的平-凸啮合纯滚动锥齿轮机构，包括小轮和大轮组成一对传动副，所述小轮通过输入轴与驱动器固连，所述大轮连接输出轴，所述小轮的轴线和所述大轮的轴线交叉，其特征在于：所述小轮圆锥体外表面上均布有螺旋梯形槽，所述大轮圆锥体外表面上均布有螺旋圆弧齿，所述小轮的螺旋梯形槽和所述大轮的螺旋圆弧齿配合，所述螺旋圆弧齿的中心线和螺旋梯形槽的参考线均为等升距圆锥螺旋线；所述大轮的螺旋圆弧齿与大轮圆锥体外表面之间有过渡圆角，以减小根部应力集中；所述小轮在驱动器的带动下旋转，通过螺旋梯形槽与螺旋圆弧齿之间的连续啮合作用，实现平面内两交叉轴之间的连续平稳啮合传动；所述螺旋梯形槽的参考线与螺旋圆弧齿的中心线的形状由如下方法确定：在o--x,y,z、ok--xk,yk,zk及op--xp,yp,zp三个空间坐标系中，z轴与所述小轮的回转轴线重合，zp轴与大轮的回转轴线重合，zk轴与所述小轮和大轮的啮合线重合，z轴与zp、zk轴相交于一点；坐标系o1--x1,y1,z1与小轮固联，坐标系o2--x2,y2,z2与大轮固联，所述小轮、大轮在起始位置分别与坐标系o--x,y,z及op--xp,yp,zp重合，ook距离为R1，opok距离为R2，zk轴与z轴所夹锐角为δ1，zk轴与zp轴所夹锐角为δ2，所述小轮以匀角速度ω1绕z轴旋转，所述大轮以匀角速度ω2绕zp轴旋转，所述小轮和大轮回转轴线的角速度矢量夹角为θ，从起始位置经一段时间后，坐标系o1--x1,y1,z1及o2--x2,y2,z2分别运动，所述小轮绕z轴转过角，所述大轮绕zp轴转过角；在坐标系ok--xk,yk,zk中，设定所述小轮和大轮的啮合点运动的啮合线参数方程为：所述小轮和大轮的转角与啮合点的关系式为：在坐标系o1--x1,y1,z1中，所述啮合点沿啮合线运动在小轮齿面形成接触线C1的参数方程为：所述小轮螺旋梯形槽的轴向等腰梯形截形满足下式：设定过啮合点的啮合线与所述轴向等腰梯形截形两腰交点连线的中点为参考点，在坐标系o1--x1,y1,z1中，求得所述小轮螺旋梯形槽参考线的参数方程为：2CN108691954A权利要求书2/4页同时，在坐标系o2--x2,y2,z2中，所述啮合点沿啮合线运动在大轮齿面形成接触线C2的参数方程为：在坐标系op--xp,yp,zp中，所述大轮螺旋圆弧齿的轴向圆弧齿形截形形成的大轮凸齿面的产形母线参数方程为：在坐标系o2–x2,y2,z2中，所述大轮螺旋圆弧齿中包含啮合点的轴向圆弧齿形截形通过左旋螺旋运动形成所述大轮螺旋圆弧齿的凸齿面，所述大轮螺旋圆弧齿的凸齿面参数方程为：此时，所述大轮螺旋圆弧齿凸齿面的中心线方程为：上述所有式中：t—啮合点的运动参数变量，且t∈[0,Δt]；T—等升距圆锥螺旋线的参数变量，且T∈[0,ΔT]，ΔT＝kΔt；k—啮合点运动的线性比例系数；R1—小轮的理论分度圆锥体大端半径；R2—大轮的理论分度圆柱体大端半径，R2＝i12R1；3CN108691954A权利要求书3/4页δ1—小轮的理论分度圆锥角；δ2—大轮的理论分度圆锥角；i12—小轮与大轮的传动比；e—大轮圆柱体内表面和小轮圆柱体的间隙；ρ2—大轮螺旋圆弧齿的圆弧半