CN113280081B - 一种无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构。该机构由一对平行轴线齿轮组成传动副，包括主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮均由轮体和线齿组成，所述线齿端面齿廓均为参数化设计的偏心圆弧齿廓，所述线齿轮机构能在一定范围内的不同中心距条件下实现连续、稳定的无滑动传动，使得线齿轮传动的传动比与两齿轮的中心距无关，传动比不受中心距误差的影响，减少中心距误差对传动性能的影响，特别适用于难以保证装配精度又对传动性能有较高要求如微传动等场合。

Description

一种无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构

技术领域

本发明涉及机械传动领域，尤其涉及一种无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构。

背景技术

齿轮传动的传动比与两齿轮的中心距无关，传动比不受中心距误差的影响，这就是齿轮传动的中心距可分离性。目前，具有可分性的齿轮仅有渐开线齿轮，其余齿轮均不具备可分性。对于渐开线齿轮副，增大中心距，会导致其重合度降低。对于圆弧齿轮，中心距误差极大地影响了圆弧齿轮的传动性能；对于摆线齿廓的齿轮副，中心距误差极大地影响了齿轮的传动性能。总而言之，对于中心距不可分的齿轮副，中心距误差极大地影响了齿轮的传动性能。

线齿轮是陈扬枝发明的一种基于空间共轭曲线理论的齿轮，其接触形式属于点接触。线齿轮的设计理论趋于完善，目前已经建立了平行轴，相交轴，交错轴的线齿轮副的基本设计方法，建立了线齿轮副的重合度和滑动率计算公式，线齿轮不干涉条件，等强度设计理论等。此前设计的全部的线齿轮副，均不具备中心距可分性，中心距误差影响线齿轮的传动性能。

同一啮合点上，两齿廓的线速度不相同，因而齿廓间存在滑动，齿面间相对滑动的程度称为齿轮滑动率。大的齿轮滑动率容易导致齿面的磨损或胶合破坏；小的滑动率的齿轮具有小磨损，传动效率高的优点；无滑动的齿轮副理论上无磨损，寿命高，适合一些特殊场合。

发明内容

为了减少中心距误差、滑动率对平行轴线齿轮传动性能的影响，本发明提出一种无滑动的、中心距可分的线齿轮机构。

本发明所采用的技术方案如下。

一种无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构，该机构由一对平行轴线齿轮组成传动副，包括主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮均由轮体和线齿组成，所述线齿的齿面是以所述线齿轮齿廓为轮廓，以一条接触线为路径，扫描得到的曲面，所述曲面中的每条圆柱螺旋线的螺距相等，所述线齿轮机构能在不同中心距条件下实现连续、稳定的无滑动传动。

进一步地，所述线齿轮齿廓为线齿轮端面与所述线齿齿面的相交线，所述线齿轮端面为与所述线齿轮轴线垂直的平面。

进一步地，所述主动轮和从动轮，齿廓均为偏心圆弧齿廓，所述从动轮偏心圆弧齿廓为所述主动轮偏心圆弧齿廓按比例放大，放大比例为传动比。

进一步地，所述主动轮偏心圆弧齿廓，所述主动轮偏心圆弧齿廓在主动轮自

身坐标系下的方程为：

0°≤θ≤90°

其中，参数k代表主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距，r代表偏心圆弧半径，n为接触线螺距有关参数，θ代表偏心圆弧变量参数。

进一步地，所述从动轮偏心圆弧齿廓，所述从动轮偏心圆弧齿廓在从动轮自身坐标系下的方程为：

0°≤θ≤90°

其中，i为传动比，亦是从动轮偏心圆弧齿廓相较主动轮偏心圆弧齿廓放大倍数。

进一步地，所述主动轮线齿齿面在自身坐标系下方程为：

0°≤θ≤90°

其中，n为接触线螺距有关参数。

进一步地，所述从动轮线齿齿面在自身坐标系下方程为：

0°≤θ≤90°

进一步地，所述无滑动中心距可分的平行轴线齿轮机构中心距可变化范围为当齿轮的中心距在此范围内出现变动时，所述无滑动中心距可分的平行轴线齿轮机构在变换新的主、从动接触线后，保持传动比不变； k代表主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距，r代表偏心圆弧半径，i为传动比。

进一步地，所述主动轮由所述主动轮线齿围绕主动轮轮体圆周阵列形成，所述阵列数为主动轮齿数N1，所述从动轮由所述从动轮线齿围绕从动轮轮体圆周阵列形成，所述阵列数为从动轮齿数N2。

进一步地，所述无滑动中心距可分的平行轴线齿轮机构在传动过程中滑动率为零，且传动过程中齿廓无干涉现象。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

1.中心距可分：齿轮传动的传动比与两齿轮的中心距无关，传动比不受中心距误差的影响，减少中心距误差对传动性能的影响，特别适用于难以保证装配精度又对传动性能有较高要求如微传动等场合。

2.无滑动：无滑动齿轮副具有高耐磨，高寿命等优点。

附图说明

图1为本发明的机构的坐标体系。

图2为本发明的一种实施例的啮合示意图，包括主动轮和从动轮，传动比为 1:1。

图3为本发明的一种实施例在变传动比之后的啮合示意图，包括主动轮和从动轮，传动比为1:2。

图4为本发明的一种实施例在变传动比之后的啮合示意图，包括主动轮和从动轮，传动比为2:1；

图5为本发明的一种实施例在变传动比之后的啮合示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明专利的保护范围。

如图1所示，一种无滑动的、中心距可分的线齿轮机构，包括主动轮和从动轮，所述主动轮包括主动线齿1和主动轮轮体2，其中主动线齿齿数为N1，所述从动轮包括从动线齿3和从动轮轮体4，其中从动线齿齿数为N2。所述主动线齿 1和从动线齿3的端面齿廓均为偏心圆弧齿廓，其中从动线齿3的偏心圆弧齿廓由主动线齿1偏心圆弧齿廓放大i倍获得，其中i为传动比。所述主动线齿1 偏心圆弧齿廓沿一条主动接触线扫描得到主动线齿齿面，所述从动线齿2偏心圆弧齿廓沿一条从动接触线扫描得到从动线齿齿面，得到的主、从动线齿齿面由不同齿轮中心距对应的主、从动接触线组成。基于此线齿结构，所提出的线齿轮机构具有中心距可分、滑动率为零的特点。

进一步地，所述线齿轮齿廓为线齿轮端面与所述线齿齿面的相交线，所述线齿轮端面为与所述线齿轮轴线垂直的平面，所述主动轮和从动轮的齿廓均为偏心圆弧齿廓，所述从动轮偏心圆弧齿廓为所述主动轮偏心圆弧齿廓按比例放大，放大比例与传动比直接相关。

进一步地，所述主动轮线齿齿面在自身坐标系下方程为：

0°≤θ≤90°

其中，参数k代表主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距，r代表偏心圆弧半径，t为接触线长度参数，n为接触线螺距有关参数，θ代表偏心圆弧变量参数。

进一步地，所述从动轮线齿齿面在自身坐标系下方程为：

0°≤θ≤90°

其中，i为传动比。

进一步地，所述无滑动中心距可分的平行轴线齿轮机构中心距可变化范围为当齿轮的中心距在此范围内出现变动时，所述无滑动中心距可分的平行轴线齿轮机构在变换新的主、从动接触线后，保持传动比不变。

下面结合附图进一步说明本发明中主动线齿和从动线齿的设计。

如图2所示的空间坐标系与图1所示的齿轮传动机构相对应，具体为：o-xyz 和o_p-x_py_pz_p两个空间坐标系表示主动轮和从动轮所在位置的固定坐标系，o₁-x₁y₁z₁和o₂-x₂y₂z₂两个空间坐标系分别为主动轮和从动轮固连，随着主动轮和从动轮一起转动，且分别与主从动轮的回转轴线重合。主动轮和从动轮分别以角速度ω1和ω2绕z1和z2轴旋转，从起始位置经过一段时间后，主动轮和从动轮分别转过φ1和φ2角。

进一步地，主动线齿的端面齿廓设计为如图3所示的偏心圆弧齿廓，其中k 为偏心距，r为偏心圆弧半径，θ为偏心圆弧变量参数。

进一步地，主动线齿端面齿廓曲线延一条接触线扫略，得到如图4中2所示的主动线齿齿面，再绕图4中轴线1阵列得到齿数为N1的主动线齿轮。

进一步地，从动线齿轮的端面齿廓由主动线齿的端面齿廓缩小传动比i倍得到，同理延一条从动接触线扫略得到如图5中4所示的从动线齿齿面，经阵列得到齿数为N2的从动线齿轮。

进一步地，所述主动轮线齿1齿面在自身坐标系下方程为：

0°≤θ≤90°

其中，参数k代表主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距，r代表偏心圆弧半径，t为接触线长度参数，n为接触线螺距有关参数，θ代表偏心圆弧变量参数。

进一步地，所述从动轮线齿3齿面在自身坐标系下方程为：

0°≤θ≤90°

其中，i为传动比。

所得到的平行轴线齿轮机构中心距可变化范围为且传动过程中无滑动现象。

实施例1

给定主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距k为30，主动轮偏心圆弧半径r为8，主动轮偏心圆弧变量参数变化范围取0°≤θ≤90°，得到确定的主动轮偏心圆弧齿廓。

进一步地，给定接触线螺距参数为50.92，则可确定θ为0时对应的接触线为

进一步地，所述主动轮偏心圆弧齿廓延所述接触线扫略，得到主动轮线齿 1齿面，主动轮线齿1齿面在自身坐标系下方程为：

-90°≤θ≤90°

0≤t≤1.2π

进一步地，给定传动比为0.5，从动轮齿廓偏心圆弧的偏心距、从动轮偏心圆弧半径均为主动轮偏心圆弧齿廓的对应参数的0.5倍，从动轮偏心圆弧变量参数变化范围取0°≤θ≤90°，得到确定的从动轮偏心圆弧齿廓。

进一步地，得到θ为0时对应的接触线

进一步地，所述从动轮偏心圆弧齿廓延所述接触线扫略，得到从动轮线齿 3齿面，从动轮线齿3齿面在自身坐标系下方程为：

-90°≤θ≤90°

0≤t≤1.2π

给定主、从动齿线齿轮的齿数均为4，即可得到如图1所示的齿轮传动机构，所述平行轴线齿轮机构可在中心距变化范围为46.57mm-57mm连续稳定无滑动传动。

实施例2

给定主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距k为50，主动轮偏心圆弧半径r为8，主动轮偏心圆弧变量参数变化范围取0°≤θ≤90°，得到确定的主动轮偏心圆弧齿廓。

进一步地，给定接触线螺距参数为100.46，则可确定θ为0时对应的接触线为

进一步地，所述主动轮偏心圆弧齿廓延所述接触线扫略，得到主动轮线齿 1齿面，给定接触线长度参数变化范围取0≤t≤0.4π，主动轮线齿1齿面在自身坐标系下方程为：

-90°≤θ≤90°

0≤t≤0.4π

进一步地，给定传动比为0.5，从动轮齿廓偏心圆弧的偏心距、从动轮偏心圆弧半径均为主动轮偏心圆弧齿廓的对应参数的0.5倍，从动轮偏心圆弧变量参数变化范围取0°≤θ≤90°，得到确定的从动轮偏心圆弧齿廓。

进一步地，得到θ为0时对应的接触线

进一步地，所述从动轮偏心圆弧齿廓延所述接触线扫略，得到从动轮线齿 3齿面，从动轮线齿3齿面在自身坐标系下方程为：

-90°≤θ≤90°

0≤t≤0.4π

给定主从动轮齿数分别为10、5，即可得到实施例2平行轴线齿轮副，所述平行轴线齿轮机构可在中心距变化范围为75.96mm-87mm连续稳定无滑动传动。

实施例3

给定主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距k为40，主动轮偏心圆弧半径r为5，主动轮偏心圆弧变量参数变化范围取0°≤θ≤90°，得到确定的主动轮偏心圆弧齿廓。

进一步地，给定接触线螺距参数为77.94，则可确定θ为0时对应的接触线为

进一步地，所述主动轮偏心圆弧齿廓延所述接触线扫略，得到主动轮线齿 1齿面，给定接触线长度参数变化范围取0≤t≤0.4π，主动轮线齿1齿面在自身坐标系下方程为：

-90°≤θ≤90°

0≤t≤0.4π

进一步地，给定传动比为2，从动轮齿廓偏心圆弧的偏心距、从动轮偏心圆弧半径均为主动轮偏心圆弧齿廓的对应参数的2倍，从动轮偏心圆弧变量参数变化范围取0°≤θ≤90°，得到确定的从动轮偏心圆弧齿廓。

进一步地，得到θ为0时对应的接触线

进一步地，所述从动轮偏心圆弧齿廓延所述接触线扫略，得到从动轮线齿 3齿面，从动轮线齿3齿面在自身坐标系下方程为：

-90°≤θ≤90°

0≤t≤0.4π

给定主从动轮齿数分别为10、20，即可得到实施例3平行轴线齿轮副，所述平行轴线齿轮机构可在中心距变化范围为120.94mm-135mm连续稳定无滑动传动。

实施例4

给定主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距k为20，主动轮偏心圆弧半径r为3，主动轮偏心圆弧变量参数变化范围取0°≤θ≤90°，得到确定的主动轮偏心圆弧齿廓。

进一步地，给定接触线螺距参数为39.84，则可确定θ为0时对应的接触线为

进一步地，所述主动轮偏心圆弧齿廓延所述接触线扫略，得到主动轮线齿 1齿面，给定接触线长度参数变化范围取0≤t≤0.4π，主动轮线齿1齿面在自身坐标系下方程为：

-90°≤θ≤90°

进一步地，给定传动比为2，从动轮齿廓偏心圆弧的偏心距、从动轮偏心圆弧半径均为主动轮偏心圆弧齿廓的对应参数的2倍，从动轮偏心圆弧变量参数变化范围取0°≤θ≤90°，得到确定的从动轮偏心圆弧齿廓。

进一步地，得到θ为0时对应的接触线

进一步地，所述从动轮偏心圆弧齿廓延所述接触线扫略，得到从动轮线齿 3齿面，从动轮线齿3齿面在自身坐标系下方程为：

-90°≤θ≤90°

给定主从动轮齿数分别为8、16，即可得到实施例4平行轴线齿轮副，所述平行轴线齿轮机构可在中心距变化范围为60.68mm-69mm连续稳定无滑动传动。

应当理解，以上借助优化实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，都应当视为属于本发明提交的权利要求书确定的专利保护范围。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构，其特征在于，该机构由一对平行轴线齿轮组成传动副，包括主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮均由轮体和线齿组成，所述线齿的齿面是以所述线齿轮齿廓为轮廓，以一条接触线为路径，扫描得到的曲面，所述曲面中的每条圆柱螺旋线的螺距相等，所述线齿轮机构能在不同中心距条件下实现连续、稳定的无滑动传动；

所述线齿轮齿廓为线齿轮端面与线齿齿面的相交线，线齿轮端面为与线齿轮轴线垂直的平面；

所述主动轮和从动轮的齿廓均为偏心圆弧齿廓，从动轮偏心圆弧齿廓为所述主动轮偏心圆弧齿廓按比例放大，放大比例为传动比；

所述主动轮偏心圆弧齿廓在主动轮自身坐标系下的方程为：

0°≤θ≤90°

其中，参数k代表主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距，r代表偏心圆弧半径，n为接触线螺距有关参数，θ代表偏心圆弧变量参数；

所述从动轮偏心圆弧齿廓在从动轮自身坐标系下的方程为：

0°≤θ≤90°

其中，i为传动比，亦是从动轮偏心圆弧齿廓相较主动轮偏心圆弧齿廓放大倍数，参数k代表主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距，r代表偏心圆弧半径，θ代表偏心圆弧变量参数；

主动轮线齿齿面在自身坐标系下方程为：

0°≤θ≤90°

其中，n为接触线螺距有关参数，参数k代表主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距，

r代表偏心圆弧半径，θ代表偏心圆弧变量参数，t为接触线长度参数；从动轮线齿齿面在自身坐标系下方程为：

0°≤θ≤90°

n为接触线螺距有关参数，参数k代表主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距，r代表偏心圆弧半径，θ代表偏心圆弧变量参数，t为接触线长度参数；

所述无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构中心距可变化范围为当齿轮的中心距在此范围内出现变动时，所述无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构在变换新的主、从动接触线后，保持传动比不变；k代表主动轮齿廓偏心圆弧的偏心距，r代表偏心圆弧半径，i为传动比；

所述主动轮由所述主动轮线齿围绕主动轮轮体圆周阵列形成，主动轮轮体阵列数为主动轮齿数N1，所述从动轮由所述从动轮线齿围绕从动轮轮体圆周阵列形成，从动轮轮体阵列数为从动轮齿数N2。

2.根据权利要求1所述一种无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构，其特征在于，所述无滑动、中心距可分的平行轴线齿轮机构在传动过程中滑动率为零，且传动过程中齿廓无干涉现象。