一種螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)，具體地說是一種基于曲線嚙合理論的 用于平面正交軸傳動的無相對滑動的螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 齒輪作為機械傳動中的基本傳動元件，廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、國防軍事及 航空航天等領(lǐng)域?，F(xiàn)代工業(yè)裝備的發(fā)展進一步提高了對齒輪傳動零部件質(zhì)量和性能的要 求。近年來，國內(nèi)外在齒輪嚙合理論領(lǐng)域創(chuàng)新出具有原創(chuàng)性特色新型的微小傳動機構(gòu)。新型 高性能齒輪傳動機構(gòu)的設(shè)計理論和制造技術(shù)促進了齒輪嚙合理論的不斷完善和改革創(chuàng)新， 出現(xiàn)了多樣化的齒輪嚙合形式及其與之對應的多樣化齒形結(jié)構(gòu)。
[0003] 目前平面內(nèi)兩正交軸之間的運動和動力的傳遞，工業(yè)應用最廣泛的是漸開線錐齒 輪機構(gòu)。但漸開線錐齒輪機構(gòu)的嚙合原理遵循曲面嚙合理論，從設(shè)計理論上就必然存在齒 面之間的相對滑動，因此不能避免因齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性變形等齒輪傳動的普 遍失效形式，嚴重影響了齒輪副的使用壽命和可靠性，同時其承載能力也有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的是針對目前機械傳動領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種結(jié)構(gòu) 簡單，傳動系零件數(shù)少，體積小，質(zhì)量輕，嚙合傳動時齒面間無相對滑動，效率高，單級傳動 比大，重合度高，承載能力高，能進行正反轉(zhuǎn)嚙合，實現(xiàn)減速或者增速，用于平面正交軸傳 動，且傳動連續(xù)穩(wěn)定的螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術(shù)措施是：提供一種螺旋圓弧錐齒輪機 構(gòu)，包括小輪和大輪組成的一對傳動副，小輪和大輪的軸線垂直相交，小輪通過輸入軸與驅(qū) 動器固連，大輪連接輸出軸，所述的小輪圓錐體外表面上均布有螺旋圓弧齒，大輪圓錐體外 表面上均布有螺旋圓弧槽，小輪的螺旋圓弧齒和大輪的螺旋圓弧槽配合，螺旋圓弧齒和螺 旋圓弧槽的中心線均為圓錐螺旋線;所述螺旋圓弧齒與小輪圓錐體外表面之間有過渡圓角 以減小根部應力集中；所述的螺旋圓弧齒和螺旋圓弧槽嚙合傳動為基于平面正交軸傳動的 空間曲線嚙合，小輪在驅(qū)動器的帶動下旋轉(zhuǎn)，通過螺旋圓弧齒與螺旋圓弧槽之間的連續(xù)嚙 合作用，實現(xiàn)平面正交軸之間的平穩(wěn)嚙合傳動，其嚙合為點接觸的無相對滑動嚙合傳動，所 有嚙合點位于大輪和小輪理論分度圓錐體的切線，所有嚙合點的相對運動速度均為零，并 且嚙合點在大輪和小輪上分別形成的接觸線均為圓錐螺旋線。
[0006] 所述的小輪圓錐體外表面均布的螺旋圓弧齒是以cU為直徑的圓，且使其圓心沿著 小輪的圓弧齒中心線垂直移動而成螺旋圓弧齒;所述的大輪圓錐體外表面均布的螺旋圓弧 槽是以d 2為直徑的圓，且使其圓心沿著大輪上圓弧槽中心線垂直移動而成的螺旋圓弧槽。
[0007] 所述小輪與大輪連接的輸入軸、輸出軸具有互換性，即采用小輪連接輸入軸，大輪 連接輸出軸，或采用大輪連接輸入軸，小輪連接輸出軸，分別對應于螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)的 減速傳動或增速傳動。
[0008] 所述驅(qū)動器連接的輸入軸旋轉(zhuǎn)方向為順時針或逆時針，用以實現(xiàn)小輪或大輪的 正、反轉(zhuǎn)傳動。
[0009] 本實用新型的螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)是基于傳統(tǒng)機械傳動機構(gòu)形式上進行根本性 創(chuàng)新的齒輪傳動機構(gòu)，本機構(gòu)傳動的嚙合為基于平面正交軸傳動的空間曲線嚙合原理的節(jié) 點嚙合方式，所有嚙合點的相對運動速度均為零，能夠為微小、微機械和常規(guī)機械裝置提供 連續(xù)穩(wěn)定嚙合傳動，本實用新型的螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)可以有效避免齒輪傳動中齒面磨 損、膠合、塑性變形等常見失效形式。
[0010] 本實用新型的螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點是：
[0011] 1、本實用新型的螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)其嚙合為點接觸的無相對滑動嚙合傳動，嚙 合點位于大輪和小輪理論分度圓錐體的切線上，所有嚙合點的相對運動速度均為零，因此 可避免齒輪傳動中齒面磨損、膠合和齒面塑性變形，傳動效率高。
[0012 ] 2、本實用新型的螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)最小齒數(shù)為1，相比現(xiàn)有直齒錐齒輪、斜齒錐 齒輪等機構(gòu)，可以實現(xiàn)單級的大傳動比高重合度傳動，同時，結(jié)構(gòu)緊湊，極大地節(jié)省安裝空 間。
[0013] 3、本實用新型的螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)相比傳統(tǒng)平面正交軸傳動的直齒錐齒輪、斜 齒錐齒輪等機構(gòu)可設(shè)計更大的齒厚，從而具有更高的強度和剛度，具備更大的承載能力。本 實用新型的機構(gòu)適合在微小、微機械和常規(guī)機械領(lǐng)域推廣應用。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型的一種螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2為圖1中的小輪及其螺旋圓弧槽結(jié)構(gòu)主視示意圖。
[0016]圖3為圖2俯視不意圖。
[0017]圖4為圖1中大輪及其螺旋圓弧齒的結(jié)構(gòu)主視示意圖。
[0018]圖5為圖4的俯視不意圖。
[0019] 圖6為本實用新型的螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)的空間坐標系示意圖。
[0020] 圖7為本實用新型中當大輪連接輸入軸帶動小輪增速傳動時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 上述圖中：1-小輪，2-螺旋圓弧齒，3-輸入軸，4-驅(qū)動器，5-過渡圓角，6-輸出軸，7-螺旋圓弧槽，8-大輪，9-螺旋圓弧槽中心線，10-螺旋圓弧齒中心線，11-小輪理論分度圓錐 體，12-大輪理論分度圓錐體。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的實施 不限于此。
[0023]實施例1:本實用新型提供一種螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)，應用于平面正交軸之間傳動 比為1的傳動，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括小輪1和大輪8,小輪1和大輪8組成一對傳動副，小輪1 連接輸入軸3，大輪8連接輸出軸6，即大輪8通過輸出軸6與被驅(qū)動負載相聯(lián);所述的小輪1和 大輪8的軸線互相垂直。圖6為本實用新型螺旋圓弧錐齒輪機構(gòu)的空間坐標系示意圖。
[0024]參見圖1、2、3、6，小輪的理論分度圓錐體大端半徑為心，小輪的分度圓錐角，小 輪1圓錐體外表面上均勻分布有螺旋圓弧齒2,小輪圓錐體大端半徑ri為其理論分度圓錐體 11的大端半徑Rl·減去b毫米。小輪的螺旋圓弧齒與小輪圓錐體之間設(shè)有過渡圓角5,過渡圓 角半徑為b/2毫米，小輪的螺旋圓弧齒的圓弧直徑為cU毫米。
[0025]參見圖1、4、5、6，大輪的理論分度圓錐體大端半徑為1?2，大輪的分度圓錐角為62，大 輪8圓錐體外表面上均勻分布有螺旋圓弧槽7,大輪圓錐體大端半徑r2等于其理論分度圓錐 體12的大端半徑R2。大輪上的螺旋圓弧槽的圓弧直徑為d2毫米，d2=di+c。
[0026] 小輪1連接輸入軸3，在驅(qū)動器4的帶動下旋轉(zhuǎn)，使螺旋圓弧齒2與大輪8的螺旋圓弧 槽7連續(xù)嚙合，實現(xiàn)平面內(nèi)兩正交軸之間的運動和動力的傳動，本實施例中驅(qū)動器4為電動 機。
[0027] 所述小輪的螺旋圓弧齒和大輪的螺旋圓弧槽的中心線均為空間圓錐螺旋線形狀； 螺旋圓弧齒2與螺旋圓弧槽7嚙合，實現(xiàn)平面內(nèi)兩正交軸之間的連續(xù)平穩(wěn)嚙合傳動。
[0028] 其中，所述螺旋圓弧齒2的中心線空間曲線與螺旋圓弧槽7的中心線空間曲線形狀 由如下方法確定:參見圖6，在0-X，y，z及Op-Xp，y P，zP兩個空間坐標系中，z軸與小輪的回 轉(zhuǎn)軸線重合，zP軸與大輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，z軸與z P軸互相垂直，ooP的距離為a;坐標系〇1- XI，yi，Z1與小輪固聯(lián)，坐標系02-X2，y2，Z2與大輪固聯(lián)，小輪、大輪在起始位置分別與坐標系 0一X，y，Z及Op-Xp，y P，zP重合，小輪以勾角速度ω丨繞叾軸旋轉(zhuǎn)，大輪以勾角速度ω 2繞zP軸旋 轉(zhuǎn)，從起始位置經(jīng)一段時間后，坐標系01--X1，yi，Z1及02--X2，y2，Z2分別運動，此時嚙合點為 Μ，小輪繞Z軸轉(zhuǎn)過奶角，大輪繞4軸轉(zhuǎn)過P角；
[0029] 設(shè)給定小輪上的接觸線&的參數(shù)方程為：
(1)
[0031] 本機構(gòu)的共輒接觸線&和&的嚙合點Μ必須滿足嚙合條件為：
[0032] ν12 = 〇 (2)
[0033] 上式中，ν12為嚙合點Μ的相對運動速度；
[0034] 空間坐標變換矩陣為M21為：
：3)
[0036] 上述矩陣中，為小輪繞z軸轉(zhuǎn)過的角度；蹲為大輪繞zP軸轉(zhuǎn)過的角度;a為0049 距離；
[0037] 根據(jù)空間坐標變換矩陣和嚙合條件，求得大輪上的接觸線&的參數(shù)方程為：
4)
[0039] 上式中：t一為螺旋圓弧齒中心線方程的參變量，且t 2 0;
[0040] η-為螺旋圓弧齒中心線和螺旋圓弧槽中心線的螺距參數(shù)，23m為螺距，單位毫米；
[0041 ]