CN103234006A - 一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，属于机械设备齿轮传动设计和齿轮技术领域。本发明包括内齿圈、行星轮、中心轮；行星轮安装在内齿圈与中心轮之间，行星轮与内齿圈的啮合方式为内接触内啮合，行星轮与中心轮的啮合方式为外接触内啮合。本发明的侧隙和顶隙较大，传动灵活；齿顶高和齿根高较小，不容易卡滞；轮齿根部齿厚较宽，轮齿根部的弯曲强度较大；可大大降低加工成本、传动效率高、能有效的减小接触应力。
Description
技术领域
本发明及一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，属于机械设备齿轮传动设计和齿轮技术领域。
背景技术
齿轮失效在各种机械故障中占60%以上，因此对齿轮啮合性能的研究长期以来一直是国内外研究的重要课题。目前研究主要为了能有效提高用于机械传动的齿轮系统中齿轮的性能、质量以及寿命，现有的几种常用齿轮结构类型虽然在提高齿轮啮合与传动性能方面都有各自的独到之处，但在降低动力传动过程中齿轮接触应力这一方面仍旧存在一些问题。
渐开线齿轮特有的啮合方式带来的突出问题是：随着齿轮转速升高或负荷加大，轮齿的热变形或机械变形将明显增大，齿轮及其支承系统的变形也会增大，再加上安装制造误差，因此齿轮传动中不可避免地会出现啮入、啮出冲击，载荷突变，速度波动，以及不同振型、频率组成的各阶振动，从而降低传动精度，缩短使用寿命，降低承载能力，增大振动噪声。圆弧齿轮将渐开线齿轮凸面与凸面相接触，改变成凹形齿廓与凸形齿廓之间的啮合，具有承载能力高、啮合性能好、寿命长，且承载能力比同样条件下的渐开线齿轮高。但是圆弧齿轮存在主要问题：承载能力改善较难、加工工艺比较麻烦、圆弧齿轮依靠接触点沿齿宽方向移动实现传动的方式，会导致啮入和啮出冲击，影响传动的平稳性、轮齿传动中，啮合点沿齿宽方向传动，初始接触点在齿端，齿端是薄弱环节。摆线齿轮这种齿轮在传动中，中心距不能改变，若发生变化，则会使其瞬时传动比发生变化，并且每一种参数的摆线齿轮就须一把专门的滚刀，加工成本高，同时对于齿数少、齿距大的滚刀，设计制造存在很大的困难。
而现有公知发明中也公开了一些其它形式的齿轮结构，用来改进齿轮啮合与传动性能。
CN1419064A中公开了一种小齿数大重合度齿轮，它严格满足平面共轭啮合条件的齿轮齿廓曲线。这种齿轮的相对滑移率比渐开线齿轮低，虽然其重合度可达到2，且有效地减少标准渐开线直齿轮的最小齿数，最小可达到4齿，但却忽视了齿轮的根切问题，因而会造成齿轮轮齿强度降低，这种齿轮在长期的运行中将导致齿轮表面的疲劳剥落与磨损，降低其使用寿命。CN1153875A中公开了一种斜齿轮，特别是一种即使在摆线、渐开线曲线以及圆弧齿形构成的连续相切齿形，这种齿轮整体强度较低，齿轮啮合径向力以外增大，容易产生轮齿疲劳断裂，使得齿轮传动系统因为故障频发而大幅度地降低了系统的寿命，甚至因为突发故障而危及安全。 CN102374273A中公布了一种双压力角渐开线斜齿外啮合圆柱齿轮的齿形设计，由于该类结构齿轮的主动侧与从动侧的压力角不等，因此，单齿齿廓并不对称，不能使用传统范成、插齿法进行加工制造。必须使用特种加工方法，这样便增加了生产成本和加工时间，并且降低了生产效率。
本发明在渐开线齿轮、圆弧齿轮和摆线齿轮以及现有公知技术的基础上，提出了一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，这种轮系将现有的外接触形式改进为内接触形式，从而降低了计算接触应力，其目的是改善齿轮啮合特性和动力传动性能，从而使双圆弧修正摆线齿轮应用于高接触强度、高寿命的齿轮传动系统中。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单的双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，以解决现有的齿轮传动系统中接触强度低、寿命短的问题。
本发明按以下技术方案实现：一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，包括内齿圈1、行星轮2、中心轮3；行星轮2安装在内齿圈1与中心轮3之间，行星轮2包括修正外摆线Ⅰ8、修正内摆线Ⅰ9、节圆Ⅰ6；中心轮3包括修正外摆线Ⅱ10、修正内摆线Ⅱ11、节圆Ⅱ 7；内齿圈1包括修正外摆线Ⅲ13、修正内摆线Ⅲ14、节圆Ⅲ12；行星轮2的修正内摆线Ⅰ9与中心轮3的修正外摆线Ⅱ10凹凸啮合，中心轮3的修正内摆线Ⅱ11与行星轮2的修正外摆线Ⅰ8凹凸啮合，即为外接触内啮合5，行星轮2的修正内摆线Ⅰ9与内齿圈1的修正外摆线Ⅲ13凹凸啮合，内齿圈1的修正内摆线Ⅲ14与行星轮2的修正外摆线Ⅰ8凹凸啮合，即为内接触内啮合4，行星轮2的节圆Ⅰ6与中心轮3的节圆Ⅱ 7在行星轮2与中心轮3啮合处接触，行星轮2的节圆Ⅰ6与内齿圈1的节圆Ⅲ12在行星轮2与内齿圈1啮合处接触。
所述修正外摆线Ⅰ8、修正内摆线Ⅰ9、修正外摆线Ⅱ10、修正内摆线Ⅱ11、修正外摆线Ⅲ13、修正内摆线Ⅲ14均为半径相等的圆弧。所述内齿圈1与中心轮3为主动轮。所述内齿圈1与中心轮3的回转中心轴线相同。所述行星轮2公转的回转轴线为内齿圈1和中心轮3的共同中心轴线。所述内齿圈1与中心轮3之间安装有多个行星轮2。
本发明依据赫兹（H.Hertz）公式:
其中，令
，称为综合曲率，
，称为综合曲率半径。
根据机械零件的接触强度计算方法可知，当齿轮啮合接触为内接触时，综合曲率用负号“-”，因此曲率半径增大，由赫兹（H.Hertz）公式可知其接触应力
减小，因而接触强度相对于渐开线轮齿的凸凸曲线外接触的强度和使用寿命都要高，从而可提高整个差动轮系的使用寿命。
本发明具有以下有益效果：
1、侧隙和顶隙较大，传动灵活；
2、齿顶高和齿根高较小，不容易卡滞；
3、轮齿根部齿厚较宽，轮齿根部的弯曲强度较大；
4、模数相同，齿数不同的齿轮，可以使用同一把滚刀，使滚刀品种减少，可大大降低加工成本；
5、传动过程中，传动比为定值，传动平稳可靠，且顺势速比稳定；
6、无根切现象，不用变位，啮合齿廓间都为内啮合，其接触面积大，接触应力小，传动效率高；
7、行星轮与内齿圈和行星轮与中心轮的啮合形式都是内接触啮合，能有效的减小接触应力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的啮合处结构示意图；
图3为本发明的内接触外啮合原理图；
图4为本发明的内接触内啮合原理图。
图中各标号为：1：内齿圈、2：行星轮、3：中心轮、4：内接触内啮合、5：外接触内啮合、6：节圆Ⅰ、7：节圆Ⅱ、8：修正外摆线Ⅰ、9：修正内摆线Ⅰ、10：修正外摆线Ⅱ、11：修正内摆线Ⅱ、12：节圆Ⅲ、13：修正外摆线Ⅲ、14：修正内摆线Ⅲ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-4所示，一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，包括内齿圈1、行星轮2、中心轮3；行星轮2安装在内齿圈1与中心轮3之间，行星轮2包括修正外摆线Ⅰ8、修正内摆线Ⅰ9、节圆Ⅰ6；中心轮3包括修正外摆线Ⅱ10、修正内摆线Ⅱ11、节圆Ⅱ 7；内齿圈1包括修正外摆线Ⅲ13、修正内摆线Ⅲ14、节圆Ⅲ12；行星轮2的修正内摆线Ⅰ9与中心轮3的修正外摆线Ⅱ10凹凸啮合，中心轮3的修正内摆线Ⅱ11与行星轮2的修正外摆线Ⅰ8凹凸啮合，即为外接触内啮合5，行星轮2的修正内摆线Ⅰ9与内齿圈1的修正外摆线Ⅲ13凹凸啮合，内齿圈1的修正内摆线Ⅲ14与行星轮2的修正外摆线Ⅰ8凹凸啮合，即为内接触内啮合4，行星轮2的节圆Ⅰ6与中心轮3的节圆Ⅱ 7在行星轮2与中心轮3啮合处接触，行星轮2的节圆Ⅰ6与内齿圈1的节圆Ⅲ12在行星轮2与内齿圈1啮合处接触。
修正外摆线Ⅰ8、修正内摆线Ⅰ9、修正外摆线Ⅱ10、修正内摆线Ⅱ11、修正外摆线Ⅲ13、修正内摆线Ⅲ14均为半径相等的圆弧。内齿圈1与中心轮3为主动轮。内齿圈1与中心轮3的回转中心轴线相同。行星轮2公转的回转轴线为内齿圈1和中心轮3的共同中心轴线。内齿圈1与中心轮3之间安装有多个行星轮2。
Claims (6)
1.一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，其特征在于：包括内齿圈（1）、行星轮（2）、中心轮（3）；行星轮（2）安装在内齿圈（1）与中心轮（3）之间，行星轮（2）包括修正外摆线Ⅰ（8）、修正内摆线Ⅰ（9）、节圆Ⅰ（6）；中心轮（3）包括修正外摆线Ⅱ（10）、修正内摆线Ⅱ（11）、节圆Ⅱ（7）；内齿圈（1）包括修正外摆线Ⅲ（13）、修正内摆线Ⅲ（14）、节圆Ⅲ（12）；行星轮（2）的修正内摆线Ⅰ（9）与中心轮（3）的修正外摆线Ⅱ（10）凹凸啮合，中心轮（3）的修正内摆线Ⅱ（11）与行星轮（2）的修正外摆线Ⅰ（8）凹凸啮合，行星轮（2）的修正内摆线Ⅰ（9）与内齿圈（1）的修正外摆线Ⅲ（13）凹凸啮合，内齿圈（1）的修正内摆线Ⅲ（14）与行星轮（2）的修正外摆线Ⅰ（8）凹凸啮合，行星轮（2）的节圆Ⅰ（6）与中心轮（3）的节圆Ⅱ（7）在行星轮（2）与中心轮（3）啮合处接触，行星轮（2）的节圆Ⅰ（6）与内齿圈（1）的节圆Ⅲ（12）在行星轮（2）与内齿圈（1）啮合处接触。
2.根据权利要求1所述的双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，其特征在于：所述修正外摆线Ⅰ（8）、修正内摆线Ⅰ（9）、修正外摆线Ⅱ（10）、修正内摆线Ⅱ（11）、修正外摆线Ⅲ（13）、修正内摆线Ⅲ（14）均为半径相等的圆弧。
3.根据权利要求1所述的双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，其特征在于：所述内齿圈（1）与中心轮（3）为主动轮。
4.根据权利要求1所述的双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，其特征在于：所述内齿圈（1）与中心轮（3）的回转中心轴线相同。
5.根据权利要求1所述的双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，其特征在于：所述行星轮（2）公转的回转轴线为内齿圈（1）和中心轮（3）的共同中心轴线。
6.根据权利要求1所述的双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，其特征在于：所述内齿圈（1）与中心轮（3）之间安装有多个行星轮（2）。
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