一种无相对滑动的螺旋圆弧锥齿轮机构.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CN105485254A(43)申请公布日2016.04.13(21)申请号201610036649.8(22)申请日2016.01.19(71)申请人中国地质大学(武汉)地址430074湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号(72)发明人陈祯丁华锋李波赵权杨静(74)专利代理机构武汉华旭知识产权事务所42214代理人江钊芳(51)Int.Cl.F16H1/14(2006.01)F16H55/22(2006.01)F16H55/08(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图4页(54)发明名称一种无相对滑动的螺旋圆弧锥齿轮机构(57)摘要本发明涉及一种无相对滑动的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，螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿的中心线均为圆锥螺旋线，螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽配合；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。螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽的形状由传动比等参数确定。本发明中螺旋圆弧锥齿轮传动时齿面无相对滑动，因而无齿面胶合、磨损和塑性变形等失效形式，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。CN105485254ACN105485254A权利要求书1/3页1.一种无相对滑动的螺旋圆弧锥齿轮机构，包括小轮和大轮组成的一对传动副，小轮通过输入轴与驱动器固连，大轮连接输出轴，小轮和大轮的轴线垂直相交，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，螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽的中心线均为圆锥螺旋线，小轮的螺旋圆弧齿和大轮的螺旋圆弧槽配合；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方式，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；所述螺旋圆弧齿与螺旋圆弧槽的中心线为圆锥螺旋线的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轴与小轮的回转轴线重合，zp轴与大轮的回转轴线重合，z轴与zp轴互相垂直，oop的距离为a；坐标系o1--x1,y1,z1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op--xp,yp,zp重合，小轮以匀角速度ω1绕z轴旋转，大轮以匀角速度ω2绕zp轴旋转，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，此时啮合点为M，小轮绕z轴转过角，大轮绕zp轴转过角；设给定小轮上所有啮合点所组成的圆锥螺旋曲线为接触线C1，C1的参数方程为：本机构的共轭接触线C1和C2的啮合点M必须满足啮合条件为：ν12＝0(2)上式中，ν12为啮合点M的相对运动速度；空间坐标变换矩阵M21为：上述矩阵中，为小轮绕z轴转过的角度；为大轮绕zp轴转过的角度；a为oop的距离；根据空间坐标变换矩阵和啮合条件求得大轮上的接触线C2的参数方程为：由此，得到本机构的小轮螺旋圆弧齿中心线参数方程为：2CN105485254A权利要求书2/3页由此，得到本机构的大轮螺旋圆弧槽中心线参数方程为：其中：上述式中：t—为螺旋圆弧齿中心线方程的参变量，且t≥0；n—为螺旋圆弧齿中心线和螺旋圆弧槽中心线的螺距参数，2πn为螺距，单位毫米；R1—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；δ1—为小轮的分度圆锥角，δ2—为大轮的分度圆锥角；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；小轮圆锥体大端半径为：r1＝R1-b(8)大轮圆锥体大端半径为：r2＝R2(9)螺旋圆弧齿的圆弧直径为：d1螺旋圆弧槽的圆弧直径d2等于螺旋圆弧齿的圆弧直径d1加上c，即d2＝d1+c(10)小轮和大轮的安装相对位置：oop＝a＝R1(11)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；c—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；其中：x，y，z，x1，y1，z1，x2，y2，z2，xp，yp，zp，x1c，y1c，z1c，x2c，y2c，z2c，a，b，c，d1，d2，r1，r2，R1和R2等长度或距离单位均为毫米；，，δ1和δ2