[發明專利]交錯軸非圓齒輪的設計方法及其傳動裝置

在審

• 申請號: 201410707936.8
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN104615800A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 華林;鄭方焱;韓星會
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F16H55/17
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 孟慶繁

技術領域

本發明涉及一種齒輪的設計方法和機械傳動裝置，特別是涉及一種交錯軸非圓齒輪設計方法及其傳動裝置。

背景技術

內、外嚙合非圓齒輪傳動可以傳遞平行軸間的變速比運動，非圓錐齒輪可以傳遞相交軸間變速比運動。如果要傳遞空間交錯軸的變速比運動，必須將上述兩者結合起來，構成二級傳動，其傳動鏈長，結構復雜，效率低。

同時，非圓錐齒輪由于齒輪的軸線相交，一般齒輪在結構上要以懸臂的方式安裝，其在高速運動中，齒輪軸剛性不足，撓動很大，嚴重的影響齒面的嚙合，產生沖擊和振動，影響高速動力學性能。

交錯軸非圓齒輪傳動及其設計原理可由空間嚙合基本定義得出，但由于其數學模型具備相當的復雜性，其瞬軸面是空間不可展曲面，其齒廓的發生曲面的螺旋角呈現出非常大的非線性，包絡刀具難以構建。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有結構簡單，傳動效率高，支撐剛性好等特點交錯軸非圓齒輪的設計方法。

其設計方法的步驟如下：

一、根據空間嚙合原理求出輸入交錯軸非圓齒輪和輸出交錯軸非圓齒輪的瞬軸面；

二、根據瞬軸面的螺旋情況，確定包絡刀具的齒廓形狀(如漸開線，正弦，圓弧等)；

三、求解刀具的運動速度；

四、確定刀具在不同向徑上的模數；

五、運用上述刀具模型包絡得到交錯軸非圓齒輪齒廓的包絡解；

六、用數值方法，求解出交錯軸非圓齒輪的齒廓；

七、根據齒廓數據，進行三維建模，分析，以及生產加工。

按上述方案，所述的設計方法的步驟具體是：

第一步，輸入交錯軸非圓齒輪的瞬軸面方程和輸出交錯軸非圓齒輪瞬軸面方程分別為：

式中：

a為兩交錯軸非圓齒輪的軸線最小公垂線段的長度(即軸距)。

Σ為兩交錯軸非圓齒輪的軸線所夾之銳角(即軸交角)。

t為瞬軸面的向徑參數，瞬軸面可以看成是不同向徑下瞬軸線所構成的集合。

為輸入交錯軸非圓齒輪的轉角，其范圍為0～2π。

為傳動比函數，表征輸入輪和輸出輪的速度變化關系，，它是輸入輪轉角的函數，其形式可以是正弦函數，指數函數，正比例函數等。

為輸出交錯軸非圓齒輪的轉角，其為的函數，其范圍為0～2π。其計算式如下：

第二步，瞬軸面的螺旋參數為

第三步，刀具的運動速度為：

式中，為瞬軸面的運動速度，為瞬軸面和刀具共同的運動速度。

當Σ=π2]]>時，

第四步，刀具在不同向徑上的模數為：

m(t)=St(2π,t)z]]>

式中S_t(2π,t)為刀具所經過的總弧長，由弧積分公式可得：

z為齒輪的齒數，由強度，重合度等條件綜合確定。

第五步，輸入交錯軸非圓齒輪、輸出交錯軸非圓齒輪齒廓的包絡解分別為：

式中：r_a為上述求解的刀具齒廓。為各相應的變換矩陣。

第六步，用數值方法，求解出交錯軸非圓齒輪的齒廓。

該數值方法基于對嚙合方程的求解，在本例中嚙合方程表現為刀具齒面的法向量n_a(s)和齒面相對刀具的運動速度其中基于對包絡方程的求導：

在輸入交錯軸非圓齒輪中：

在輸出交錯軸非圓齒輪中：

嚙合方程的表現：輸入輪：

輸出輪：