[發(fā)明專利]一種無相對(duì)滑動(dòng)的螺旋圓弧錐齒輪機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610036649.8
• 申請(qǐng)日: 2016-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN105485254B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳禎;丁華鋒;李波;趙權(quán);楊靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)
• 主分類號(hào): F16H1/14
• 分類號(hào): F16H1/14;F16H55/22;F16H55/08
• 代理公司: 武漢華旭知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 42214
• 代理人: 江釗芳

1.一種無相對(duì)滑動(dòng)的螺旋圓弧錐齒輪機(jī)構(gòu)，包括小輪和大輪組成的一對(duì)傳動(dòng)副，小輪通過輸入軸與驅(qū)動(dòng)器固連，大輪連接輸出軸，小輪和大輪的軸線垂直相交，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(duì)應(yīng)于螺旋圓弧錐齒輪機(jī)構(gòu)的減速傳動(dòng)或增速傳動(dòng)方式；所述驅(qū)動(dòng)器連接的輸入軸旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針或逆時(shí)針，用以實(shí)現(xiàn)小輪或大輪的正、反轉(zhuǎn)傳動(dòng)；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，螺旋圓弧齒和螺旋圓弧槽的中心線均為圓錐螺旋線，小輪的螺旋圓弧齒和大輪的螺旋圓弧槽配合；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(yīng)力集中；其特征在于：所述的螺旋圓弧齒和螺旋圓弧槽嚙合傳動(dòng)為基于平面正交軸傳動(dòng)的空間曲線嚙合方式，小輪在驅(qū)動(dòng)器的帶動(dòng)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(shí)現(xiàn)平面正交軸之間的平穩(wěn)嚙合傳動(dòng)，其嚙合為點(diǎn)接觸的無相對(duì)滑動(dòng)嚙合傳動(dòng)，所有嚙合點(diǎn)位于大輪和小輪理論分度圓錐體的切線，所有嚙合點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度均為零，并且嚙合點(diǎn)在大輪和小輪上分別形成的接觸線均為圓錐螺旋線；

所述螺旋圓弧齒與螺旋圓弧槽的中心線為圓錐螺旋線的形狀由如下方法確定：在o--x,y,z及o_p--x_p,y_p,z_p兩個(gè)空間坐標(biāo)系中，z軸與小輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，z_p軸與大輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，z軸與z_p軸互相垂直，oo_p的距離為a；坐標(biāo)系o₁--x₁,y₁,z₁與小輪固聯(lián)，坐標(biāo)系o₂--x₂,y₂,z₂與大輪固聯(lián)，小輪、大輪在起始位置分別與坐標(biāo)系o--x,y,z及o_p--x_p,y_p,z_p重合，小輪以勻角速度ω₁繞z軸旋轉(zhuǎn)，大輪以勻角速度ω₂繞z_p軸旋轉(zhuǎn)，從起始位置經(jīng)一段時(shí)間后，坐標(biāo)系o₁--x₁,y₁,z₁及o_2--x₂,y₂,z₂分別運(yùn)動(dòng)，此時(shí)嚙合點(diǎn)為M，小輪繞z軸轉(zhuǎn)過角，大輪繞z_p軸轉(zhuǎn)過角；

設(shè)給定小輪上所有嚙合點(diǎn)所組成的圓錐螺旋曲線為接觸線C₁，C₁的參數(shù)方程為：

本機(jī)構(gòu)的共軛接觸線C₁和C₂的嚙合點(diǎn)M必須滿足嚙合條件為：

ν₁₂＝0 (2)

上式中，ν₁₂為嚙合點(diǎn)M的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；

空間坐標(biāo)變換矩陣M₂₁為：

上述矩陣中，為小輪繞z軸轉(zhuǎn)過的角度；為大輪繞z_p軸轉(zhuǎn)過的角度；a為oo_p的距離；根據(jù)空間坐標(biāo)變換矩陣和嚙合條件求得大輪上的接觸線C₂的參數(shù)方程為：

由此，得到本機(jī)構(gòu)的小輪螺旋圓弧齒中心線參數(shù)方程為：

由此，得到本機(jī)構(gòu)的大輪螺旋圓弧槽中心線參數(shù)方程為：

其中：

上述式中：t—為螺旋圓弧齒中心線方程的參變量，且t≥0；

n—為螺旋圓弧齒中心線和螺旋圓弧槽中心線的螺距參數(shù)，2πn為螺距，單位毫米；

R₁—為小輪的理論分度圓錐體大端半徑；R₂—為大輪的理論分度圓錐體大端半徑；

δ₁—為小輪的分度圓錐角，δ₂—為大輪的分度圓錐角；

i₁₂—為小輪與大輪的傳動(dòng)比，即螺旋圓弧槽數(shù)量與螺旋圓弧齒數(shù)量之比；

小輪圓錐體大端半徑為：r₁＝R₁-b (8)

大輪圓錐體大端半徑為：r₂＝R₂ (9)

螺旋圓弧齒的圓弧直徑為：d₁

螺旋圓弧槽的圓弧直徑d₂等于螺旋圓弧齒的圓弧直徑d₁加上c，即d_2＝d₁+c (10)

小輪和大輪的安裝相對(duì)位置：oo_p＝a＝R₁ (11)

上式中：b—為螺旋圓弧齒與小輪圓錐體外表面之間的過渡圓角半徑值的兩倍；

c—為螺旋圓弧槽的圓弧直徑減去螺旋圓弧齒的圓弧直徑的差值；

其中：x，y，z，x₁，y₁，z₁，x₂，y₂，z₂，x_p，y_p，z_p，x_1c，y_1c，z_1c，x_2c，y_2c，z_2c，a，b，c，d₁，d₂，r₁，r₂，R₁和R₂等長度或距離單位均為毫米；δ₁和δ₂等角度單位均為弧度；

當(dāng)確定傳動(dòng)比i₁₂，小輪的理論分度圓錐體大端半徑R₁，小輪的螺旋圓弧齒中心線參數(shù)n和t，小輪上螺旋圓弧齒的圓弧直徑d₁，及b時(shí)，與螺旋圓弧齒配對(duì)的螺旋圓弧槽的中心線方程隨之確定，小輪和大輪的結(jié)構(gòu)和安裝相對(duì)位置oo_p也確定，從而得到平面正交軸傳動(dòng)的無相對(duì)滑動(dòng)螺旋圓弧錐齒輪機(jī)構(gòu)。