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[發明專利]一種連續的正弦齒廓及其齒輪副有效

專利信息
申請號: 202011086136.0 申請日: 2020-10-12
公開(公告)號: CN112228526B 公開(公告)日: 2021-10-08
發明(設計)人: 許立忠;李佳怡 申請(專利權)人: 燕山大學
主分類號: F16H55/17 分類號: F16H55/17;F16H55/08
代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474 代理人: 王冬杰;韓燕
地址: 066004 河北省*** 國省代碼: 河北;13
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 連續 正弦 及其 齒輪
【說明書】:

發明提供一種連續的正弦齒廓,包括:基準正弦齒廓和共軛正弦齒廓,共軛正弦齒廓的齒廓曲線是由基準正弦齒廓的齒廓曲線方程推出,兩種齒廓相互嚙合形成一對齒輪副,本發明主要利用齒輪嚙合原理來求解出與基準正弦曲線共軛的曲線,該曲線就是共軛正弦齒廓的齒廓曲線,兩正弦齒廓組成的嚙合副重合度遠大于1,可以實現兩條連續正弦曲線的連續正確嚙合,大幅度降低了輪齒的嚙入和嚙出沖擊,傳動平穩,適用于高速且要求工作平穩的場合。

技術領域

本發明涉及齒輪齒形設計技術領域,具體而言,尤其涉及一種連續的正弦齒廓及其齒輪副。

背景技術

目前使用最多的齒輪齒形是漸開線,漸開線齒輪設計制造容易、傳動平穩、互換性好,但也具有強度較低、承載能力有限等缺點,不能夠滿足一些場合的傳動需求。為了設計制造出性能更好的齒輪,人們開始改變齒廓曲線,設計出了圓弧齒輪、雙圓弧齒輪和微線段齒輪等。圓弧齒輪和雙圓弧齒輪的齒廓強度高、承載能力強,但齒輪的設計、制造都比較難。微線段齒輪強度和效率相對于傳統漸開線齒輪有很大提升,但目前理論研究還不完善,沒有得到廣泛應用。

正弦齒廓最初被用于漸開線齒廓的齒頂修形,即齒輪齒廓由漸開線和齒頂處正弦曲線組成,這樣得到的齒形并不連續。正弦齒廓也有用于非圓齒輪進行運動控制,只能傳遞不大的載荷。正弦齒廓應用于變螺旋角正弦斜齒輪中可以與直齒輪嚙合,這樣得到的嚙合副之間為點接觸,承載能力很低,只能用于輕載荷條件下的運動傳遞。在基于正弦齒條的圓柱齒輪齒廓中,齒廓曲線由正弦齒廓和齒頂圓弧組成,齒廓曲線不是連續的。

在上述所有齒形的齒輪中,齒廓曲線均為不連續的,存在輪齒的嚙入和嚙出沖擊,嚴重影響傳動的平穩性。一種齒輪傳動裝置和齒輪(CN200720090263.1)提出一種具有連續正弦或余弦齒廓的圓柱齒輪齒廓,齒廓曲線完全由正弦或余弦齒廓組成,齒廓曲線是連續的,但是理論重合度小于1,無法實現連續正確嚙合,需要采用多片組合齒輪提高重合度,制造與安裝精度要求高,難以保證嚙合精度要求。

總之,在上述所有齒形的齒輪中,并沒有解決齒輪副的連續嚙合問題,即沒有解決輪齒的嚙入和嚙出沖擊問題。為此,需要探索能夠連續正確嚙合的連續齒廓曲線齒輪,從根本上解決輪齒的嚙入和嚙出沖擊問題,提升齒輪傳動的工作平穩性,適應航空航天等技術領域對于齒輪傳動高的動力學性能要求。

因此需要設計一種連續的正弦齒廓及其齒輪副。

發明內容

根據上述提出現有的齒廓曲線齒輪存在輪齒的嚙入和嚙出沖擊的技術問題,而提供一種連續的正弦齒廓及其齒輪副。本發明主要利用齒輪嚙合原理來求解出與基準正弦曲線共軛的曲線,該曲線就是共軛正弦齒廓的齒廓曲線,兩正弦齒廓組成的嚙合副重合度遠大于1,可以實現兩條連續正弦曲線的連續正確嚙合,大幅度降低了輪齒的嚙入和嚙出沖擊,傳動平穩,適用于高速且要求工作平穩的場合。

本發明采用的技術手段如下:

一種連續的正弦齒廓,包括:基準正弦齒廓和共軛正弦齒廓,所述基準正弦齒廓和所述共軛正弦齒廓彼此存在共軛關系;所述基準正弦齒廓的齒廓曲線為基準正弦曲線,所述基準正弦曲線為平面內呈周期性分布的連續多波閉合曲線,其參數方程為:

所述共軛正弦齒廓的齒廓曲線為共軛正弦曲線,所述共軛正弦曲線為平面內呈周期性分布的連續多波閉合曲線,與所述基準正弦曲線內嚙合時,其參數方程為:

所述共軛正弦曲線與所述基準正弦曲線外嚙合時,其參數方程為:

以上各式中:Z1-基準正弦齒廓齒數;r1-基準正弦齒廓分度圓半徑,mm;-基準正弦齒廓角位置坐標,°;a-齒高系數;b-齒厚影響系數;-共軛正弦齒廓角位置坐標,°;a0-齒輪副中心距,mm。

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