CN111219447A - 一种弧面二次包络冠齿轮章动传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弧面二次包络冠齿轮章动传动装置，其特征在于，包括交叉滚子轴承、右端冠齿轮、左端冠齿轮、章动冠齿轮，所述的交叉滚子轴承包括相滚动连接的内圈和外圈，所述的内圈与所述的左端冠齿轮固定连接，所述的外圈与所述的右端冠齿轮固定连接，所述的章动冠齿轮设于所述的右端冠齿轮与左端冠齿轮之间，所述的左端冠齿轮的齿面与章动冠齿轮的左齿面构成左侧少齿差章动共轭啮合副，右端穿齿轮的齿面与章动冠齿轮的右齿面构成右侧少齿差章动共轭啮合副。本申请的冠齿轮具有连续齿面，且全部参与啮合，可减低齿面磨损，易于形成润滑油膜，提高了装置的传动效率。

Description

一种弧面二次包络冠齿轮章动传动装置
技术领域
本发明涉及齿轮传动技术领域，具体涉及一种弧面二次包络冠齿轮章动传动装置。
背景技术
目前传统章动传动装置中多采用渐开线锥齿轮啮合副、锥摆针轮啮合副、滚锥活齿啮合副、双圆弧螺旋锥齿轮啮合副等结构。由于多对轴承支撑，整体较大，结构复杂，不利于轻量化和小型化开发应用。其次，存在安装方式单一，只能单侧输入、输出，使用不灵活，通用性差，再次，二级传动存在齿轮单侧啮合问题，齿轮章动运动产生的惯性力不易抵消，振动、冲击现象严重，导致使用寿命减低、可靠性差，最后，存在轮齿高、模数小，导致的齿根弯曲及齿面接触强度不足的问题。
针对以上问题，发明了一种冠齿轮章动传动装置，采用新型冠齿轮章动共轭啮合副，解决整体尺寸过大、单侧输入输出、同侧啮合振动冲击问题，能实现“左端输入、右端输出”，“右端输入、左端输出”两种使用模式，并具有连续齿面、轴向消隙、双侧啮合、多线接触等优点，有利于降低齿面磨损及回差，提高运动平稳性及承载能力。
发明内容
本发明提供了一种弧面二次包络冠齿轮章动传动装置，包括交叉滚子轴承、右端冠齿轮、左端冠齿轮、章动冠齿轮，所述的交叉滚子轴承包括相滚动连接的内圈和外圈，所述的内圈与所述的左端冠齿轮固定连接，所述的外圈与所述的右端冠齿轮固定连接，所述的章动冠齿轮设于所述的右端冠齿轮与左端冠齿轮之间，所述的左端冠齿轮的齿面与章动冠齿轮的左齿面构成左侧少齿差章动共轭啮合副，右端穿齿轮的齿面与章动冠齿轮的右齿面构成右侧少齿差章动共轭啮合副。
优选地，所述的传动装置还包括输入轴，所述的输入轴沿轴线方向依次包括第一轴段、第二轴段和第三轴段，所述的第二轴段的外壁呈圆柱形，且所述的第二轴段的外壁所在的轴线方向与输入轴的周向方向呈一夹角，所述的第一轴段和第三轴段的外壁与输入轴同轴设置，所述的右端冠齿轮通过第一轴承可转动的安装在所述的输入轴的第一轴段上；所述的章动冠齿轮通过第二轴承可转动的安装在所述的输入轴的第二轴段上，所述的左端冠齿轮通过第三轴承可转动的安装在所述的输入轴的第三轴段上，所述的第二轴段上设置有一圈卡簧槽、一圈挡边，所述的卡簧槽内安装有弹性挡圈，所述的第二轴承被限位在所述的弹性挡圈与挡边之间，所述的第三轴承与所述的挡边之间通过一轴套限位。
优选地，所述的章动冠齿轮的左侧齿面由圆柱弧面产形曲面一次包络形成，圆柱弧面产形曲面方程为：
Figure BDA0002414791710000021
章动冠齿轮的左侧齿面方程为：
Figure BDA0002414791710000022
一次包络过程啮合方程为：
Figure BDA0002414791710000031
左端冠齿轮齿面为二次包络齿面，即由章动冠齿轮左侧齿面章动运动包络而成，其齿面方程为：
Figure BDA0002414791710000032
二次包络过程啮合方程为：
Figure BDA0002414791710000033
其中，下标l表示左齿面，u为齿宽，ε为章动角，δ为节锥角，ρ为发生圆半径，θ为发生圆角变量，
Figure BDA0002414791710000034
φ为齿轮转角，n表示齿轮齿数，下标1、2、依次代表左端冠齿轮、章动冠齿轮左侧齿面，且n1＝n2+1。
优选地，章动冠齿轮的右侧齿面由另一圆柱弧面产形曲面一次包络形成，该圆柱弧面产形曲面方程为：
Figure BDA0002414791710000035
章动冠齿轮的右侧齿面方程为：
Figure BDA0002414791710000041
右端冠齿轮齿面为二次包络齿面，即由章动冠齿轮右侧齿面章动运动包络而成，其齿面方程为：
Figure BDA0002414791710000042
二次包络过程啮合方程为：
Figure BDA0002414791710000043
其中，下标r表示右齿面，u为齿宽，ε为章动角，δ为节锥角，ρ为发生圆半径，θ为发生圆角变量，
Figure BDA0002414791710000044
Figure BDA0002414791710000045
为齿轮转角，n表示齿轮齿数，下标3、4依次代表章动冠齿轮右侧齿面、右端冠齿轮，且n4＝n3+1。
优选地，所述的少齿差章动共轭啮合副中至少一部分的轮齿对存在双线接触特性。
优选地，所述的交叉滚子轴承的内圈和外圈分别通过螺钉与左端冠齿轮固定连接、右端冠齿轮固定连接，所述的内圈与左端冠齿轮之间设置有垫圈，所述的垫圈用于调节所述的内圈与左端冠齿轮的轴向间隙。
优选地，所述传动装置在“左端输入、右端输出”的模式下，其传动比为ilr＝(n3·n2+n3)/(n3-n2)，输出转动方向与输入转动方向相同，所述传动装置工作在“右端输入、左端输出”的模式下，其传动比为irl＝(n3·n2+n2)/(n2-n3)，输出转动方向与输入转动方向相反。
本申请的冠齿轮章动传动装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤1)通过输入轴的键槽与电机轴连接，电机动力由左(或右)端输入与交叉滚子轴承内圈(或外圈)固联，将带动输入轴转动。
步骤2)输入轴转动过程中，其上第二轴段上的轴承外圈及章动冠齿轮作进动运动，章动齿轮左(或右)侧齿面与左(或右)端冠齿轮齿面共轭啮合，实现第一级减速。
步骤3)减速后的章动齿轮右(或左)侧齿面与右(或左)端冠齿轮齿面共轭啮合，通过该端冠齿轮和与之固联的交叉滚子轴承外圈(或内圈)将动力输出，实现第二级减速器。
本发明的冠齿轮章动传动装置的有益效果如下：
1、本申请的冠齿轮传动装置，解决了传统锥齿轮章动传动轴向尺寸过大的问题，有利于实现轻量化、小型化，通过垫圈轴向调节，消除齿侧间隙，有利于减小回差，提高了装置的传动精度。
2、本申请的冠齿轮具有连续齿面，且全部参与啮合，可减低齿面磨损，易于形成润滑油膜，提高了装置的传动效率。
3、本申请的章动冠齿轮具有双侧齿面，与左右两端齿面形成的共轭啮合副，抵消了章动运动产生的惯性力，减小振动冲击，提高运动平稳性，同时啮合副齿对上具有双线接触特性，使接触线增多，提高了装置的承载能力。
4、本申请的章动传动装置采用交叉滚子轴承，简化了装置支撑结构，可以承受较大外加轴向力与径向力，可实现“左端输入、右端输出”，“右端输入、左端输出”两种使用模式。
附图说明
图1是本发明装配图；
图2是本发明三维剖视图；
图3是本发明爆炸图；
图4是本发明输入轴示意图图；
图5是本发明章动冠齿轮示意图；
图6是本发明右端冠齿轮示意图；
图7是本发明左端冠齿轮示意图；
图8是本发明齿轮啮合示意图；
图9是本发明左右侧共轭啮合副齿面形成示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1-3所示，为本发明冠齿轮章动传动装置的一实施例，包括由内圈1a、油封1b、外圈1c、圆柱滚子1d构成的交叉滚子轴承1，其中交叉滚子轴承1的内圈1a与左端冠齿轮4通过螺钉3固联，之间具有垫圈2，交叉滚子轴承1的外圈1c与右端冠齿轮6通过螺钉7固联，该发明采用交叉滚子轴承简化了装置支撑结构，可以承受较大外加轴向力与径向力，内圈1a、外圈1c上具有螺纹孔，均可作为输入、输出连接接口，可实现“左端输入、右端输出”，“右端输入、左端输出”两种使用模式。
左、右端冠齿轮4、6的齿面(参照图6、7所示)与介于两者之间具有双侧齿面的章动冠齿轮5(参照图5所示)啮合，构成少齿差章动共轭啮合副。该啮合副可通过垫圈2进行轴向调节，消除齿侧间隙，有利于减小回差，提高了装置的传动精度；该发明中所有冠齿轮4、5、6均具有连续齿面，且全部参与啮合，可减低齿面磨损，易于形成润滑油膜，提高了装置的传动效率；章动冠齿轮与左右端冠齿轮的双侧啮合，参照图8所示，抵消了章动运动产生的惯性力，减小振动冲击，提高运动平稳性。
参照图4所示，所述的输入轴8沿轴线方向依次包括第一轴段8a、第二轴段8b和第三轴段8c，所述的第二轴段8b的外壁呈圆柱形，且所述的第二轴段8b的外壁所在的轴线方向与输入轴8的周向方向呈一夹角，所述的第一轴段8a和第三轴段8c的外壁与输入轴8同轴设置，所述的右端冠齿轮4通过第一轴承13可转动的安装在所述的输入轴8的第一轴段8a上；所述的章动冠齿轮5通过第二轴承11可转动的安装在所述的输入轴8的第二轴段8b上，所述的左端冠齿轮4通过第三轴承10可转动的安装在所述的输入轴8的第三轴段8c上，所述的第二轴段8c上设置有一圈卡簧槽、一圈挡边，所述的卡簧槽内安装有弹性挡圈12、14，所述的第二轴承11被限位在所述的弹性挡圈12、14与挡边之间，所述的第三轴承10与所述的挡边之间通过一轴套9限位。
所述的章动冠齿轮的左侧齿面由圆柱弧面产形曲面一次包络形成，圆柱弧面产形曲面方程为：
Figure BDA0002414791710000071
章动冠齿轮的左侧齿面方程为：
Figure BDA0002414791710000081
一次包络过程啮合方程为：
Figure BDA0002414791710000082
左端冠齿轮齿面为二次包络齿面，即由章动冠齿轮左侧齿面章动运动包络而成，其齿面方程为：
Figure BDA0002414791710000083
二次包络过程啮合方程为：
Figure BDA0002414791710000084
其中，下标l表示左齿面，u为齿宽，ε为章动角，δ为节锥角，ρ为发生圆半径，θ为发生圆角变量，
Figure BDA0002414791710000091
φ为齿轮转角，n表示齿轮齿数，下标1、2、依次代表左端冠齿轮、章动冠齿轮左侧齿面，且n1＝n2+1。
章动冠齿轮的右侧齿面由另一圆柱弧面产形曲面一次包络形成，该圆柱弧面产形曲面方程为：
Figure BDA0002414791710000092
章动冠齿轮的右侧齿面方程为：
Figure BDA0002414791710000093
右端冠齿轮齿面为二次包络齿面，即由章动冠齿轮右侧齿面章动运动包络而成，其齿面方程为：
Figure BDA0002414791710000094
二次包络过程啮合方程为：
Figure BDA0002414791710000101
其中，下标r表示右齿面，u为齿宽，ε为章动角，δ为节锥角，ρ为发生圆半径，θ为发生圆角变量，
Figure BDA0002414791710000102
为齿轮转角，n表示齿轮齿数，下标3、4依次代表章动冠齿轮右侧齿面、右端冠齿轮，且n4＝n3+1。
参照图9所示，中间章动冠齿轮左右侧齿面(Lb、Rb)是以圆柱弧面为产形面(La、Ra)，通过一次包络过程形成，左右端冠齿轮齿面(Lc、Rc)是以第一次包络产生的中间章动冠齿轮左右侧齿面(Lb、Rb)，通过二次包络过程形成，由此构成了左、右侧弧面二次包络章动共轭啮合齿轮副，同时啮合副齿对上具有双线接触特性，使接触线增多，提高了装置的承载能力。
装置工作在“左端输入、右端输出”模式下，其传动比为ilr＝(n3·n2+n3)/(n3-n2)，输出转动方向与输入转动方向相同，工作在“右端输入、左端输出”模式下，其传动比为irl＝(n3·n2+n2)/(n2-n3)，输出转动方向与输入转动方向相反。
以左端输入为例，该冠齿轮章动传动装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤1)通过输入轴8的键槽与电机轴连接，电机与交叉滚子轴承内圈1a固联，电机动力由左端输入，将带动输入轴8转动。
步骤2)输入轴8转动过程中，其上第二轴段8a上的轴承11外圈及章动冠齿轮5作进动运动，章动齿轮5左侧齿面与左端冠齿轮4齿面共轭啮合，实现第一级减速。
步骤3)减速后的章动齿轮5右侧齿面与右端冠齿轮6齿面共轭啮合，通过右端冠齿轮6和与之固联的交叉滚子轴承外圈1c将动力输出，实现第二级减速器。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种弧面二次包络冠齿轮章动传动装置，其特征在于，包括交叉滚子轴承、右端冠齿轮、左端冠齿轮、章动冠齿轮，所述的交叉滚子轴承包括相滚动连接的内圈和外圈，所述的内圈与所述的左端冠齿轮固定连接，所述的外圈与所述的右端冠齿轮固定连接，所述的章动冠齿轮设于所述的右端冠齿轮与左端冠齿轮之间，所述的左端冠齿轮的齿面与章动冠齿轮的左齿面构成左侧少齿差章动共轭啮合副，右端穿齿轮的齿面与章动冠齿轮的右齿面构成右侧少齿差章动共轭啮合副。
2.如权利要求1所述的弧面二次包络冠齿轮章动传动装置，其特征在于，所述的传动装置还包括输入轴，所述的输入轴沿轴线方向依次包括第一轴段、第二轴段和第三轴段，所述的第二轴段的外壁呈圆柱形，且所述的第二轴段的外壁所在的轴线方向与输入轴的周向方向呈一夹角，所述的第一轴段和第三轴段的外壁与输入轴同轴设置，所述的右端冠齿轮通过第一轴承可转动的安装在所述的输入轴的第一轴段上，所述的章动冠齿轮通过第二轴承可转动的安装在所述的输入轴的第二轴段上，所述的左端冠齿轮通过第三轴承可转动的安装在所述的输入轴的第三轴段上，所述的第二轴段上设置有一圈卡簧槽、一圈挡边，所述的卡簧槽内安装有弹性挡圈，所述的第二轴承被限位在所述的弹性挡圈与挡边之间，所述的第三轴承与所述的挡边之间通过一轴套限位。
3.如权利要求1所述的弧面二次包络冠齿轮章动传动装置，其特征在于，所述的章动冠齿轮的左侧齿面由圆柱弧面产形曲面一次包络形成，圆柱弧面产形曲面方程为：
Figure FDA0002414791700000011
章动冠齿轮的左侧齿面方程为：
Figure FDA0002414791700000021
一次包络过程啮合方程为：
Figure FDA0002414791700000022
左端冠齿轮齿面为二次包络齿面，即由章动冠齿轮左侧齿面章动运动包络而成，其齿面方程为：
Figure FDA0002414791700000023
二次包络过程啮合方程为：
Figure FDA0002414791700000024
其中，下标l表示左齿面，u为齿宽，ε为章动角，δ为节锥角，ρ为发生圆半径，θ为发生圆角变量，
Figure FDA0002414791700000025
φ为齿轮转角，n表示齿轮齿数，下标1、2、依次代表左端冠齿轮、章动冠齿轮左侧齿面，且n1＝n2+1。
4.如权利要求3所述的弧面二次包络冠齿轮章动传动装置，其特征在于，章动冠齿轮的右侧齿面由另一圆柱弧面产形曲面一次包络形成，该圆柱弧面产形曲面方程为：
Figure FDA0002414791700000031
章动冠齿轮的右侧齿面方程为：
Figure FDA0002414791700000032
右端冠齿轮齿面为二次包络齿面，即由章动冠齿轮右侧齿面章动运动包络而成，其齿面方程为：
Figure FDA0002414791700000033
二次包络过程啮合方程为：
Figure FDA0002414791700000034
其中，下标r表示右齿面，u为齿宽，ε为章动角，δ为节锥角，ρ为发生圆半径，θ为发生圆角变量，
Figure FDA0002414791700000041
为齿轮转角，n表示齿轮齿数，下标3、4依次代表章动冠齿轮右侧齿面、右端冠齿轮，且n4＝n3+1。
5.如权利要求1所述的弧面二次包络冠齿轮章动传动装置，其特征在于，所述的少齿差章动共轭啮合副中至少一部分的轮齿对存在双线接触特性。
6.如权利要求1所述的弧面二次包络冠齿轮章动传动装置，其特征在于，所述的交叉滚子轴承的内圈和外圈分别通过螺钉与左端冠齿轮固定连接、右端冠齿轮固定连接，所述的内圈与左端冠齿轮之间设置有垫圈，所述的垫圈用于调节所述的内圈与左端冠齿轮的轴向间隙。
7.如权利要求4所述的弧面二次包络冠齿轮章动传动装置，其特征在于，所述传动装置在“左端输入、右端输出”的模式下，其传动比为ilr＝(n3·n2+n3)/(n3-n2)，输出转动方向与输入转动方向相同，所述传动装置工作在“右端输入、左端输出”的模式下，其传动比为irl＝(n3·n2+n2)/(n2-n3)，输出转动方向与输入转动方向相反。
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