CN114110129A - 一种球齿轮齿盘机构 - Google Patents

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Abstract

一种球齿轮齿盘机构，涉及机械传动的技术领域，解决现有技术中存在的传动连续性问题。该机构包括渐开线球形齿轮以及与所述渐开线球形齿轮啮合的渐开线齿盘；所述渐开线球形齿轮和渐开线齿盘上的齿面均通过平面渐开线环形齿面和球面渐开线弧形齿面相交形成；齿与齿之间连续交错分布形成齿槽，通过渐开线球形齿轮的齿与渐开线齿盘的齿槽啮合，渐开线齿盘的齿与渐开线球形齿轮的齿槽啮合，实现渐开线球形齿轮在渐开线齿盘的偏摆，俯仰和自转三个自由度运动。本发明的机构不存在理论传动误差，具有高重合度的，传动连续且能够适应新兴领域对新型机械传动机构需求的一种球齿轮齿盘机构，其具有俯仰，偏摆以及绕轴线自转三个自由度。

Description

一种球齿轮齿盘机构
技术领域
本发明涉及机械传动的技术领域，具体涉及一种球齿轮齿盘机构。
背景技术
球齿轮传动是一种新型的机械传动方式和新型的多自由度齿轮结构，其在改变机构的传动方式和提高以往齿轮的自由度方面有着很大的优势。球齿轮齿盘结构能够适应国内的新兴领域中对多自由度齿轮的需求。
中国专利公开号为：CN 110645320 A，专利名称为“一种球齿轮齿盘机构”，该技术方案提出了一种球齿轮齿盘机构，其存在的问题有：1.球齿轮采用的是离散齿槽型齿轮，仅能适用于该齿盘机构，不具有互换性。2.齿盘上齿为离散分布，无啮合传动连续性。
发明内容
本发明的目的是提供一种啮合传递稳定，不存在理论传动误差，具有高重合度的，传动连续且能够适应新兴领域对新型机械传动机构需求的一种球齿轮齿盘机构，其具有俯仰，偏摆以及绕轴线自转三个自由度。本发明能够解决现有技术中存在的传动连续性问题。
为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种球齿轮齿盘机构，该机构包括渐开线球形齿轮以及与所述渐开线球形齿轮啮合的渐开线齿盘；所述渐开线球形齿轮和渐开线齿盘上的齿面均通过平面渐开线环形齿面和球面渐开线弧形齿面相交形成；齿与齿之间连续交错分布形成齿槽，通过渐开线球形齿轮的齿与渐开线齿盘的齿槽啮合，渐开线齿盘的齿与渐开线球形齿轮的齿槽啮合，实现渐开线球形齿轮在渐开线齿盘的偏摆，俯仰和自转三个自由度运动。
进一步的，所述渐开线球形齿轮为半球体，分为中凸型球面齿轮和中凹型球面齿轮；
所述渐开线齿盘为圆柱形圆盘，分为中凹型齿盘和中凸型齿盘；
所述中凸型球面齿轮与中凹型齿盘啮合，中凹型球面齿轮与中凸型齿盘啮合。
进一步的，渐开线齿盘的节平面与渐开线球形齿轮的节球面相切，且渐开线球形齿轮和渐开线齿盘各自的平面渐开线节圆和球面渐开线节圆共面。
进一步的，设定渐开线球形齿轮节球半径r1、基球半径rb，环形齿面参数为：模数m、齿数Z1、分度圆压力角α，弧形齿面参数为：齿数Z2、分度圆压力角αs；
则计算渐开线齿盘的环形齿齿面为平面，平面渐开线为直线，节圆的齿厚等于齿距；
弧形齿节锥角
Figure BDA0003377315560000021
通过sinγb＝sinγp*cosαs计算其基锥角γb；
通过
Figure BDA0003377315560000022
计算极角ψ；
所述渐开线球形齿轮1的弧形齿齿面方程为：
Figure BDA0003377315560000023
式中，r0为基锥母线长，γ为球面渐开线锥角，L为锥顶到球心距离；
根据所述渐开线球形齿轮的弧形齿齿面方程rsl，即获得渐开线齿盘的弧形齿面齿面方程，利用环形齿和弧形齿即获得渐开线齿盘齿形。
本发明的有益效果：
本发明提出了一种新型的渐开线球面齿轮齿盘机构，该球齿轮和齿盘副的齿连续分布，结构紧凑。其通过凸齿与齿槽和啮合能够实现球齿轮在齿盘上的空间运动，实现了由平面运动向球面运动的相互转化。并且此啮合方式能够保证啮合传动连续，无理论传动误差，重合度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或者现有技术中的技术方案，下面将对实例中所需要使用的附图做简单的介绍。
图1为齿轮齿盘啮合时的轴测图。
图2为齿盘中心凹槽的齿面分布结构图。
图3为齿盘中心凸槽的齿面分布结构图。
图中：1-渐开线凸型球形齿轮，2-齿盘中心凹槽，3-渐开线齿盘，4-齿槽，5-齿盘单独个齿，6-齿盘中心凸槽。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，一种球齿轮齿盘机构，以解决球齿轮齿盘啮合的连续性问题和国内新兴领域中对球齿轮齿盘副的需求。本实施方式提出的球齿轮齿盘结构能够实现偏摆，俯仰和自转三个自由度。
图1-3所示，本发明提供的一种球齿轮齿盘机构，包括渐开线凸型球形齿轮 1和与之完全啮合的渐开线齿盘3，渐开线凸型球形齿轮1为半球体，并且可以分为中凸型球面齿轮和中凹型球面齿轮。球形齿轮上的齿均由平面渐开线环形齿面和球面渐开线弧形齿面组合而成，齿面交错形成齿槽。渐开线齿盘3为圆柱形圆盘，同样的分为中凹型和中凸型分别与球齿轮啮合，图1中2为齿盘中心凹槽，图2中5为齿盘单独个齿，图3中6为齿盘中心凸槽。齿盘上的齿的成形原理和球形齿轮上的齿相同，其齿面为平面渐开线环形齿面和球面渐开线弧形齿面相交，齿与齿之间连续交错分布形成齿槽4，齿槽与球齿轮的齿啮合，整体无理论啮合传动误差，且啮合传递具有连续性。
图2和图3分别为中心凹型齿盘和中心凸型齿盘，分别与中凸型球齿轮和中凹型球齿轮形成球齿轮齿盘副，齿盘的节平面与球齿轮的节球面相切。
具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的一种球齿轮齿盘机构的实施例：
已知球形齿轮数据为：节球半径r1＝50，基球半径rb＝23.5，环形齿参数为：模数m＝2，齿数Z1＝25，分度圆压力角α＝20°。弧形齿参数为：齿数Z2＝12，分度圆压力角αs＝20°。
此时齿盘数据可计算：
环形齿齿面为平面，平面渐开线为直线，节圆的齿厚等于齿距，大小为π。
弧形齿节锥角
Figure BDA0003377315560000031
通过sinγb＝sinγp*cosαs计算其基锥角为γb＝70°，通过
Figure BDA0003377315560000032
计算出球面渐开线极角ψ。最后利用球形齿轮弧形齿齿面方程：
球面渐开线一侧齿面
Figure BDA0003377315560000033
式中，r0为基锥母线长，γ为球面渐开线锥角，L为锥顶到球心距离。可求出齿盘的弧形齿面齿面方程。
利用环形齿和弧形齿即可得到齿盘齿形。
根据
Figure BDA0003377315560000041
式中，
Figure BDA0003377315560000042
为有效啮合线长度。此时弧齿的重合度计算为：
当β＝0°，ε2无穷大。
当β＝45°，ε2＝3.31。
当β＝80°，ε2＝2.45。
本实施方式中，所述连续型球形齿轮的顶点处为中凸型还是中凹型决定了球齿轮为中凹型球形齿轮或中凸型球形齿轮，同时决定了与之啮合的齿盘中心为中凸型或中凹型。所述球形齿轮的节球面与所述齿盘节平面恰好相切，且球形齿轮和齿盘二者的平面渐开线节圆和球面渐开线节圆共面。
由于平面渐开线环形齿面齿数和模数不变，故球形齿轮和齿盘的经线方向的齿厚不变。球面渐开线弧形齿面的齿数不变，模数随纬度而改变，故其齿厚随纬度方向逐渐变大。在啮合时多对齿同时啮合且环形齿面和弧形齿面同时参与，故明显的提高了球齿轮齿盘机构啮合时的重合度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种球齿轮齿盘机构，其特征是：该机构包括渐开线球形齿轮以及与所述渐开线球形齿轮啮合的渐开线齿盘；
所述渐开线球形齿轮和渐开线齿盘上的齿面均通过平面渐开线环形齿面和球面渐开线弧形齿面相交形成；齿与齿之间连续交错分布形成齿槽，通过渐开线球形齿轮的齿与渐开线齿盘的齿槽啮合，渐开线齿盘的齿与渐开线球形齿轮的齿槽啮合，实现渐开线球形齿轮在渐开线齿盘的偏摆，俯仰和自转三个自由度运动。
2.根据权利要求1所述的一种球齿轮齿盘机构，其特征在于：
所述渐开线球形齿轮为半球体，分为中凸型球面齿轮和中凹型球面齿轮；
所述渐开线齿盘为圆柱形圆盘，分为中凹型齿盘和中凸型齿盘；
所述中凸型球面齿轮与中凹型齿盘啮合，中凹型球面齿轮与中凸型齿盘啮合。
3.根据权利要求1所述的一种球齿轮齿盘机构，其特征在于：
渐开线齿盘的节平面与渐开线球形齿轮的节球面相切，且渐开线球形齿轮和渐开线齿盘各自的平面渐开线节圆和球面渐开线节圆共面。
4.根据权利要求1所述的一种球齿轮齿盘机构，其特征在于：
设定渐开线球形齿轮节球半径r1、基球半径rb，环形齿面参数为：模数m、齿数Z1、分度圆压力角α，弧形齿面参数为：齿数Z2、分度圆压力角αs；
则计算渐开线齿盘的环形齿齿面为平面，平面渐开线为直线，节圆的齿厚等于齿距；
弧形齿节锥角
Figure FDA0003377315550000011
通过sinγb＝sinγp*cosαs计算其基锥角γb；
通过
Figure FDA0003377315550000012
计算极角ψ；
所述渐开线球形齿轮1的弧形齿齿面方程为：
Figure FDA0003377315550000013
式中，r0为基锥母线长，γ为球面渐开线锥角，L为锥顶到球心距离；
根据所述渐开线球形齿轮的弧形齿齿面方程rsl，即获得渐开线齿盘的弧形齿面齿面方程，利用环形齿和弧形齿即获得渐开线齿盘齿形。
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