CN107143628B - 齿轮齿条传动组件及传动设备 - Google Patents

齿轮齿条传动组件及传动设备 Download PDF

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Abstract

本发明属于机械传动技术领域，提供了一种齿轮齿条传动组件及包括该传动组件的传动设备。齿条包括沿齿条传动方向相间且交替设置的斜条齿和平条齿；斜条齿的前端面和后端面均为平面，垂直于齿条传动方向的平面为第一平面，前端面和后端面与第一平面之间的夹角均为锐角，平行于齿条传动方向且垂直于第一平面的平面为第二平面，前端面和后端面与第二平面之间的夹角均为锐角；在与第一平面和第二平面均平行的直线方向上，斜条齿的长度大于平条齿的长度；轮齿两侧的齿面分别与相邻轮齿的端面之间通过倒角面连接，相邻的两倒角面相交于一条交线。此种结构的齿轮齿条传动组件啮合顺畅，避免了齿轮与齿条啮合过程中干涉或卡死的问题。

Description

齿轮齿条传动组件及传动设备
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，尤其涉及一种齿轮齿条传动组件及传动设备。
背景技术
齿轮齿条传动是机械传动领域中重要的一种传动方式，在仪器仪表、机械设备、通讯、医疗等领域具有广泛的应用。
随着技术的发展，为了使设备结构紧凑满足小型化设计要求，经常会采取一个齿轮与多个齿条之间配合来进行啮合传动。现有设计中当齿轮在从一个齿条移动到另一个齿条的过程中，由于齿轮的旋转角度是任意的，经常会出现齿轮齿条在移动啮合过程中发生干涉，甚至卡死的情况，这不仅损伤齿轮和齿条在端面的精度，同时还严重影响传动的平稳性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种齿轮齿条传动组件及传动设备，旨在解决现有技术中如何避免齿轮齿条在移动啮合过程中发生干涉，甚至卡死的技术问题。
本发明是这样实现的，一种齿轮齿条传动组件，包括齿轮和与所述齿轮啮合的齿条，所述齿轮包括多个轮齿，相邻两所述轮齿形成轮齿槽，所述齿条包括顶部为平面的基体、多个间隔设置于所述基体上的条齿，相邻两所述条齿与所述基体形成条齿槽，所述条齿包括沿所述齿条传动方向相间且交替设置的斜条齿和平条齿；所述斜条齿的前端面和后端面均为平面，垂直于所述齿条传动方向的平面为第一平面，所述前端面和所述后端面与所述第一平面之间的夹角均为锐角，平行于所述齿条传动方向且垂直于所述第一平面的平面为第二平面，所述前端面和所述后端面与所述第二平面之间的夹角均为锐角；在与所述第一平面和所述第二平面均平行的直线方向，所述斜条齿的长度大于所述平条齿的长度；所述轮齿两侧的齿面分别与相邻所述轮齿的端面之间通过倒角面连接，相邻的两所述倒角面相交于一条交线。
优选地，所述斜条齿的前端面和后端面对称设置于所述齿条基体的中心线两侧。
优选地，所述平条齿的前后两端面均垂直于所述基体顶部且与所述齿条传动方向平行。
优选地，所述条齿的条齿廓为斜直线，所述轮齿的轮齿廓为渐开线。
优选地，所述交线的延长线通过所述齿轮中心，且相邻的两所述倒角面对称设置于所述交线两侧。
进一步地，所述齿轮齿条传动组件包括一个所述齿轮和与所述齿轮啮合的多个所述齿条。
进一步地，所述齿轮齿条传动组件包括一个所述齿条和与所述齿条啮合的多个所述齿轮。
进一步地，所述齿轮齿条传动组件包括多个所述齿条和与所述齿条啮合的多个所述齿轮。
进一步地，所述齿条和所述齿轮的齿形为直齿。
本发明还提供一种传动设备，所述传动设备包括上述的齿轮齿条传动组件。
本发明相对于现有技术的技术效果是：该齿轮齿条传动组件通过在齿条上设置斜条齿和平条齿，并利用所述齿轮与所述齿条啮合，以实现动力传动；具体地，将所述斜齿条的前端面和后端面设置成与第一平面之间的夹角为锐角以及将所述斜齿条的前端面和后端面设置成与第二平面之间的夹角为锐角；且轮齿两侧的齿面分别与前后两端面之间通过倒角面连接，相邻两倒角面相交于一条交线，以使轮齿与斜条齿和平条齿啮合时，轮齿的倒角面可以在斜条齿的前端面或后端面上顺利滑动；在与第一平面和第二平面均平行的直线方向上，斜条齿的长度大于平条齿的长度，因此，在齿轮与齿条啮合过程中轮齿均会首先接触斜条齿，然后顺利滑入条齿槽，而不至于在啮合过程中出现齿轮和齿条相互干涉甚至卡死的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供齿条立体示意图；
图2是图1中局部区域M的放大图；
图3是图1中齿条的俯视图；
图4是图3中局部区域N的放大图；
图5是本发明实施例提供齿轮立体示意图；
图6是图5中齿轮的主视图；
图7是本发明实施例提供的齿轮与不同齿条移动啮合的立体示意图；
图8是图7中一种情况下齿轮齿条啮合时的平面示意图；
图9是图7中另一种情况下齿轮齿条啮合时的平面示意图；
图10是图7中又一种情况下齿轮齿条啮合时的平面示意图。
附图标记说明：
10 齿条 12 条齿槽
10a 第一齿条 13 基体
10b 第二齿条 20 齿轮
11 条齿 21 轮齿
111 斜条齿 212 齿面
1111 前端面 213 倒角面
1112 后端面 214 交线
112 平条齿 22 轮齿槽
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请参照附图1至附图5及附图8至附图10，本发明实施例提供一种齿轮齿条传动组件，包括齿轮20和与所述齿轮20啮合的齿条10，所述齿轮20包括多个轮齿21，相邻两所述轮齿21形成轮齿槽22，所述齿条10包括顶部为平面的基体13、多个间隔设置于所述基体13上的条齿11，相邻两所述条齿11与所述基体13形成条齿槽12，所述条齿11包括沿所述齿条10传动方向相间且交替设置的斜条齿111和平条齿112；所述斜条齿111的前端面1111和后端面1112均为平面，垂直于所述齿条10传动方向的平面为第一平面A，所述前端面1111和所述后端面1112与所述第一平面A之间的夹角均为锐角，平行于所述齿条10传动方向且垂直于所述第一平面A的平面为第二平面B，所述前端面1111和所述后端面1112与所述第二平面B之间的夹角均为锐角；在与所述第一平面A和所述第二平面B均平行的直线方向上，所述斜条齿111的长度大于所述平条齿112的长度；所述轮齿21两侧的齿面212分别与相邻所述轮齿21的端面之间通过倒角面213连接，相邻的两所述倒角面213相交于一条交线214。
需要说明的是，如图2所示，定义第一方向X为齿条10的传动方向，即所述斜条齿111和所述平条齿112交替排布的方向；与第一方向X垂直的平面定义为第一平面A；
定义第二方向Y为与齿条10传动方向垂直且与所述基体13顶部平行的方向，即第二方向Y与第一方向X垂直；与第二方向Y平行且垂直于第一平面A的平面定义为第二平面B；
定义第三方向Z为垂直于基体13顶部的方向，即第三方向Z与第一方向X和第二方向Y两两垂直；与第三平面C平行于第三方向Z，且与第一平面A和第二平面B两两垂直。
在该实施例中，所述斜条齿111的顶面和所述平条齿112的顶面相互平行，且平行于第二平面B。
本发明实施例提供的齿轮齿条传动组件通过在所述齿条10上设置具有斜条齿和平条齿的齿条10，并利用所述齿轮20与所述齿条10啮合，以实现动力传动；具体地，将所述斜齿条111的前端面1111和后端面1112设置成与第一平面A之间的夹角为锐角以及将所述斜齿条111的前端面1111和后端面1112设置成与第二平面B之间的夹角为锐角；且轮齿21两侧的齿面212分别与前后两端面之间通过倒角面213连接，相邻两倒角面213相交于一条交线214；以使轮齿21与斜条齿111和平条齿112啮合时，轮齿21的倒角面213可以在斜条齿的前端面1111或后端面1112上顺利滑动。同时沿Y方向上斜条齿111的长度大于平条齿112的长度，因此，在齿轮20与齿条10啮合过程中轮齿21均会首先接触较长的斜条齿111，然后顺利划入条齿槽12，而不至于在啮合过程中出现齿轮20和齿条10相互干涉甚至卡死的问题。
当齿轮20正向或反向沿着第二方向Y移动进入齿条10来进行啮合传动时，存在如下三种情况：
第一种情况，如附图8所示，如果齿轮20的轮齿21与齿条10的条齿槽12恰好相对时，无论齿轮20和齿条10采用本实施例中的结构形式，还是采用通用的标准结构，均可顺利进入齿条10中与齿条10正常啮合。
第二种情况，如附图2、附图4及附图9所示，如果齿轮20的轮齿21与齿条10的条齿11相对时，由于斜条齿111不仅前端面1111和后端面1112与第一平面A之间的夹角均为锐角，而且前端面1111和后端面1112与第二平面B之间的夹角也均为锐角，即斜条齿111的前端面1111和后端面1112沿第一方向X和第三方向Z均存在一定斜度；同时，轮齿21两侧的齿面212分别与相邻所述轮齿21的端面之间通过倒角面213连接，且相邻的两所述倒角面213相交于一条交线214，即轮齿21在端部不存在平面。因此在此种啮合情况下，斜条齿111端面与齿轮20端面上的交线214直接线接触，在齿轮20继续移动过程中，齿轮20只需产生轻微旋转后即可进入齿条10中正常的啮合位置，从而顺利完成啮合。
第三种情况，如附图2、附图4及附图10所示，如果齿条10的条齿槽12与齿轮20的轮齿槽22相对时，由于斜条齿111的前端面1111上任意一点与同一所述斜条齿111的后端面1112上任意一点之间的距离均大于任一所述平条齿112两端面之间的最大距离，即沿Y方向上斜条齿111的长度大于平条齿112的长度，因此齿轮20的两个轮齿21不能同时与齿条10的斜条齿111和平条齿112接触，而是一个先接触另一个后接触。具体来说，此时齿轮20的轮齿21会先接触齿条10中较长的斜条齿111的端面。此时，所述第三种情况即转化为所述第二种情况，即先接触的轮齿21牙按第二种情况时的轮齿21与条齿11相接触的方式进行轻微旋转后，在齿轮20继续移动过程中，齿轮20得以顺利进入与齿条10正常啮合时的位置。
上述三种情况下，齿轮20和齿条10均可实现顺畅啮合，避免了齿轮20和齿条10啮合过程中干涉甚至卡死的问题，降低了啮合过程中传动组件之间相互碰撞产生的冲击，减少了对设备造成的磨损且提高了传动的平稳性。
上述三种情况均假设的齿轮20作为主动件沿着第二方向Y正向或反向进入齿条10，容易理解的是，齿条10也可以作为主动件沿着第二方向Y正向或反向移动进入齿轮20，此时作用原理与上述三种情况完全相同，此处不再赘述。
请参照附图2至附图4，优选地，斜条齿111的前端面1111和后端面1112对称设置于齿条10基体13的中心线两侧。采用对称设置的前后两端面，可以方便齿轮20无论沿着第二方向Y正向或反向移动进入斜条齿111时，均可顺利啮合。同时对称设置的结构形式，也可方便进行设计制造，增强齿条10零件的通用性。
请参照附图2至附图4，优选地，平条齿112的前后两端面均垂直于所述基体13顶部且与所述齿条10传动方向平行，即平条齿112的前后两端面均与第三平面C平行。平条齿112的前后端面1112为竖直平面不会对齿轮20和齿条10的啮合过程有任何影响，但有利于降低齿条10的加工难度、减少齿条10加工制造过程中的工作量，有利于提高生产效率。
请参照附图5及附图6，优选地，条齿11的条齿11廓为斜直线，轮齿21的轮齿21廓为渐开线。采用具有渐开线轮齿21廓的齿轮20和具有斜直线齿廓的齿条10的传动结构，齿轮20和齿条10在啮合过程中具有啮合角始终恒定的特点，能实现比较恒定的瞬时传动比，有利于齿轮20和齿条10正常啮合传动的过程中具有较好的平稳性。
请参照附图5及附图6，优选地，所述交线214的延长线通过齿轮20中心，且相邻的两倒角面213对称设置于交线214两侧。采用对称设置的两倒角面213，一方面可以方便对齿轮20端面进行倒角加工，增强齿轮20零件的通用性，另一方面的作用在于齿轮20从不同位置进入齿条10啮合过程中，对齿条10的冲击大小类似，且两者啮合的时间也基本相同，两倒角面213在使用过程中受到的磨损也基本相同，避免单侧磨损过快、降低齿轮20的使用寿命。
进一步地，齿轮齿条传动组件包括一个齿轮20和与齿轮20啮合的多个齿条10。为方便说明，请参照附图1及附图7，以一个齿轮20和两个齿条10为例来进行说明。假设齿轮20与第一齿条10a初始状态为啮合，齿轮20沿附图7所示W方向移动啮合即可进入第二齿条10b。采用一个齿轮20和与齿轮20啮合的多个齿条10的传动结构，整体比较紧凑，形成可切换的齿轮齿条传动方式，从而能实现传动装置的小型化和多功能化。
请参照附图1及附图7，可以理解的是，齿轮齿条传动组件也可以包括一个齿条10和与齿条10啮合的多个齿轮20。一个齿轮20和多个齿条10的结构与上述一个齿条10和多个齿轮20的结构的主要区别在于，此时齿条10为主动件，齿轮20的位置在于齿条10啮合的过程中相对固定不动。
请参照附图1及附图7，同样可以理解的是，齿轮齿条传动组件还可以包括多个齿条10和与齿条10啮合的多个齿轮20。此时齿轮20和齿条10均可作为主动件，也可以作为固定不动的从动件，从而实现多种不同的齿轮齿条连接方式。
进一步地，如附图2及附图5所示，齿条10和齿轮20的齿形是直齿。直齿的结构设计比较简单，加工制造工艺成熟，传动效率高且传动噪声相对较小，是目前齿轮齿条传动结构中最主要的齿形种类。
本发明实施例还提供一种传动设备，传动设备包括上述的齿轮齿条传动组件。所述齿轮齿条传动组件采用上述的结构形式，此处不再赘述。此种传动设备，结构设计比较紧凑，且传动方式多样，可满足工业生产中的各种类型的需要。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种齿轮齿条传动组件，包括齿轮和与所述齿轮啮合的齿条，所述齿轮包括多个轮齿，相邻两所述轮齿形成轮齿槽，所述齿条包括顶部为平面的基体、多个间隔设置于所述基体上的条齿，相邻两所述条齿与所述基体形成条齿槽，其特征在于，所述条齿包括沿所述齿条传动方向相间且交替设置的斜条齿和平条齿；所述斜条齿的前端面和后端面均为平面，垂直于所述齿条传动方向的平面为第一平面，所述前端面和所述后端面与所述第一平面之间的夹角均为锐角，平行于所述齿条传动方向且垂直于所述第一平面的平面为第二平面，所述前端面和所述后端面与所述第二平面之间的夹角均为锐角；在与所述第一平面和所述第二平面均平行的直线方向上，所述斜条齿的长度大于所述平条齿的长度；所述轮齿两侧的齿面分别与相邻所述轮齿的端面之间通过倒角面连接，相邻的两所述倒角面相交于一条交线，所述斜条齿的顶面和所述平条齿的顶面相互平行，且平行于所述第二平面。
2.如权利要求1所述的齿轮齿条传动组件，其特征在于，所述斜条齿的前端面和后端面对称设置于所述齿条基体的中心线两侧。
3.如权利要求1所述的齿轮齿条传动组件，其特征在于，所述平条齿的前后两端面均垂直于所述基体顶部且与所述齿条传动方向平行。
4.如权利要求1所述的齿轮齿条传动组件，其特征在于，所述条齿的条齿廓为斜直线，所述轮齿的轮齿廓为渐开线。
5.如权利要求1所述的齿轮齿条传动组件，其特征在于，所述交线的延长线通过所述齿轮中心，且相邻的两所述倒角面对称设置于所述交线两侧。
6.如权利要求1所述的齿轮齿条传动组件，其特征在于，所述齿轮齿条传动组件包括一个所述齿轮和与所述齿轮啮合的多个所述齿条。
7.如权利要求1所述的齿轮齿条传动组件，其特征在于，所述齿轮齿条传动组件包括一个所述齿条和与所述齿条啮合的多个所述齿轮。
8.如权利要求1所述的齿轮齿条传动组件，其特征在于，所述齿轮齿条传动组件包括多个所述齿条和与所述齿条啮合的多个所述齿轮。
9.如权利要求1至8任一项所述的齿轮齿条传动组件，其特征在于，所述齿条和所述齿轮的齿形为直齿。
10.一种传动设备，其特征在于，所述传动设备包括如权利要求1至9任一项所述的齿轮齿条传动组件。
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