CN204420009U - 一种平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，设有大轮和小轮组成的一对传动副，小轮和大轮的轴线互相平行，小轮圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧槽，大轮圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧齿，螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿的中心线均为圆柱螺旋线，小轮的螺旋圆弧槽和大轮的螺旋圆弧齿配合；所述小轮连接输入轴，大轮连接输出轴，安装小轮和大动轮时，先使其中一对螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿啮合，驱动器带动输入轴、小轮旋转，实现两平行轴间的外啮合传动。其中小轮与大轮连接的输入轴、输出轴具有互换性。本齿轮机构结构简单、紧凑，体积小质量轻，强度刚度大，重合度高，单级传动比大，适于在微小、微机械和常规机械领域应用。

Description

一种平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构

技术领域

本实用新型涉及一种平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构。

背景技术

近年来，新型高性能齿轮传动机构的设计理论和制造技术促进了齿轮啮合理论的不断完善和改革创新，出现了多样化的齿轮啮合形式及其与之对应的多样化齿形结构。如中国专利文献申请号为200810029649.0，公开了“一种空间曲线啮合传动机构”，专利号为201010105902.3，公开了“一种斜交齿轮机构”，申请号为201410576829.6，公开了“用于平行轴传动的钩杆齿轮机构”。上述几种传动机构都属于基于曲线啮合理论的微小机械传动机构。上述传动机构的最大局限性在于，它们倚靠主、从动轮体上的空间细长钩杆进行啮合运动，能承受的载荷十分有限，因此它们只能实现微小空间内的微小力或者运动的连续传递，而不能实现平面内两平行轴之间的工业应用所必须的常规动力传递；且钩杆之间存在较大的间隙，在频繁正反转传动的使用情况下，钩杆会受到极大的冲击，甚至会断裂，造成传动失效。因此，使用范围受到了极大的限制。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前机械传动领域现有技术存在的问题，而提供一种结构简单，传动系零件数少，体积小质量轻，强度高刚度大，单级传动比大，重合度高，能进行正反转啮合，能实现减速或者增速，且传动连续稳定的平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术措施是：提供一种平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，设有小轮和大轮组成的一对传动副，小轮连接输入轴，大轮连接输出轴，小轮和大轮的轴线互相平行；所述的小轮其圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧槽，大轮的圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧齿，小轮的螺旋圆弧槽和大轮的螺旋圆弧齿的中心线均为圆柱螺旋线，螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿配合；所述螺旋圆弧齿与大轮圆柱体外表面之间有过渡圆角；小轮通过输入轴与驱动器固连，小轮在驱动器的带动下旋转，通过螺旋圆弧槽与螺旋圆弧齿之间的连续啮合作用，实现平面内两平行轴之间的外啮合平稳传动。

所述小轮与大轮连接的输入轴、输出轴具有互换性，即采用小轮连接输入轴，大轮连接输出轴，或采用大轮连接输入轴，小轮连接输出轴。

所述小轮或大轮通过输入轴与驱动器固连，分别对应于螺旋圆弧齿轮机构的减速传动或增速传动方式。

通过所述驱动器连接的输入轴旋转方向为顺时针或逆时针，用以实现小轮或大轮的正、反转传动。

本实用新型平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构是基于传统机械传动机构形式上进行根本性创新的微小机械传动机构，这种机构传动的啮合方式不同于传统圆弧齿轮传动的曲面啮合方式，而是基于平行轴传动空间曲线啮合方式，能够为微小、微机械和常规机械装置提供连续稳定啮合传动的方法。

本实用新型平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构与现有技术相比具有的优点是：

⑴、本实用新型的外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构相比传统平行轴传动的直齿轮、斜齿轮等机构具有极大的强度和刚度，能实现大重合度传动，具备更大的承载能力。

⑵、本实用新型的外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构相比钩杆齿轮机构具有更大的强度和刚度，能实现无冲击的正反转传动。

⑶、本实用新型的外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构比现有的非传统机械微驱动技术有显著的改进和更为广泛的应用，具备良好的工艺性和经济性，能生产制造成为通用的微小型或微型传动机构或减速器，能简化微小型或微型机电产品的结构，减轻质量，并且造价低廉。

⑷、本实用新型的外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构的圆弧槽最小数量为1，相比现有直齿轮、斜齿轮等机构，可以实现单级的大传动比高重合度传动，同时，结构紧凑，极大的节省安装空间。

附图说明

图1为本实用新型的平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构结构示意图。

图2为图1中小轮及其螺旋圆弧槽的结构主视示意图。

图3为图2的俯视示意图。

图4为本实用新型图1中大轮及其螺旋圆弧齿结构主视示意图。

图5为图4中大轮及其螺旋圆弧齿结构俯视示意图。

图6为本实用新型中当小轮连接输入轴带动大轮减速时的结构示意图。

图7为本实用新型中当大轮连接输入轴带动小轮增速时的结构示意图。

上述图中：1-螺旋圆弧齿，2-过渡圆角，3-大轮,4-输出轴，5-小轮，6-螺旋圆弧槽，7-输入轴，8-驱动器，9-螺旋圆弧齿中心线。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施不限于此。

实施例1：本实用新型提供一种平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，采用平行轴外啮合传动方式应用于减速传动，其结构如图1所示，设有小轮5和大轮3组成的一对传动副，小轮5连接输入轴7，大轮3连接输出轴4，即大轮3通过输出轴4与被驱动负载相联；所述的小轮5和大轮3的轴线互相平行。

所述小轮5结构参见图1、2、3，小轮5圆柱体外表面上均匀分布有螺旋圆弧槽6，小轮5的圆柱体半径R₁与螺旋圆弧槽6中心线的螺旋半径m相等。

所述大轮3结构参见图1、4、5，大轮3圆柱体外表面上均匀分布有螺旋圆弧齿1，大轮圆柱体半径R₂为螺旋圆弧齿中心线9的螺旋半径m ₂减去b，螺旋圆弧齿1与大轮圆柱体之间有过渡圆角2，过渡圆角半径为b/2，小轮5的螺旋圆弧槽6的圆弧直径比大轮3的螺旋圆弧齿1的圆弧直径大c毫米(mm)。

小轮5连接输入轴7，在驱动器8的带动下旋转，使螺旋圆弧槽6与大轮3的螺旋圆弧齿1连续啮合，实现平面内两平行轴之间的外啮合传动，本实施例中驱动器8为直流电机。

所述小轮5的螺旋圆弧槽6和大轮3的螺旋圆弧齿1的中心线均为空间圆柱螺旋线形状；螺旋圆弧槽6与螺旋圆弧齿1啮合，实现平面内两平行轴之间的传动。

本实用新型中所述螺旋圆弧槽6的中心线空间曲线与螺旋圆弧齿1的中心线空间曲线形状由如下方法确定：参见图6，在o--x,y,z及o_p--x_p,y_p,z_p两个空间坐标系中，z轴与小轮的回转轴线重合，z_p轴与大轮的回转轴线重合，平面xoz与平面x_po_pz_p共面，平面xoy与平面x_po_py_p共面，且小轮与大轮之间的角速度矢量方向相反，oo_p的距离为a；坐标系o₁--x₁,y₁,z₁与小轮固联，坐标系o₂--x₂,y₂,z₂与大轮固联，在起始位置它们分别与坐标系o--x,y,z及o_p--x_p,y_p,z_p重合，小轮以匀角速度ω₁绕z轴旋转，大轮以匀角速度ω₂绕z_p轴旋转，从起始位置经一段时间后，坐标系o₁--x₁,y₁,z₁及o_2--x₂,y₂,z₂运动，此时小轮绕z轴转过φ₁角，大轮绕z_p轴转过φ₂角；

设给定螺旋圆弧槽的中心线方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1^{\left(1c\right)}=m\cos t\\ y_1^{\left(1c\right)}=-m\sin t\\ z_1^{\left(1c\right)}=\mathrm{nt}+\mathrm{n\π}\end{array}\right.---\left(1\right)$

由曲线啮合方程求得螺旋圆弧齿的中心线方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2^{\left(2c\right)}={\mathrm{mi}}_{12}\cos \frac{\mathrm{\π}+t}{i_{12}}\\ y_2^{\left(2c\right)}={\mathrm{mi}}_{12}\sin \frac{\mathrm{\π}+t}{i_{12}}\\ z_2^{\left(2c\right)}=\mathrm{nt}+\mathrm{n\π}\end{array}\right.---\left(2\right)$

小轮和大轮安装的轴间距为：a＝m(i₁₂+1)   ⑶

小轮圆柱体半径为：R₁＝m   ⑷

螺旋圆弧槽的圆弧直径：d₁

大轮的螺旋圆弧齿中心线的螺旋半径为：m₂＝i₁₂m   ⑸

大轮圆柱体半径为：R₂＝i₁₂m-b   ⑹

螺旋圆弧齿的圆弧直径：d_2＝d₁-c   ⑺

上述式中：

t—为螺旋圆弧槽中心线方程的参变量，且-π﹤t；

m—为螺旋圆弧槽中心线的螺旋半径；

n—为螺旋圆弧槽中心线的螺距参数，2πn为圆弧槽中心线的螺距；

i₁₂—为小轮与大轮的传动比，即螺旋圆弧齿数量与螺旋圆弧槽数量之比；

其中：m，m₂，n，x，y，z，x₁，y₁，z₁，x₂，y₂，z₂，x_p，y_p，z_p，a，b，c，d₁，d₂，R₁，R₂的单位均为毫米(mm)；

当确定螺旋圆弧槽中心线的参数m、n和t，螺旋圆弧槽直径d₁及b、c和传动比i₁₂时，与螺旋圆弧槽共轭的螺旋圆弧齿的中心线方程随之确定，小轮和大轮的结构和安装轴间距也确定，从而得到平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构。

当上述式中：相关参数分别取值为：m＝4mm，n＝2mm，i₁₂＝1.5，-π﹤t﹤0，螺旋圆弧槽直径为d₁＝3.1mm，b＝0.5mm和c＝0.1mm；

代入式⑴求得本实例中螺旋圆弧槽中心线方程为： $\left\{\begin{array}{c}{x}_1^{\left(1c\right)}=4\cos t\\ y_1^{\left(1c\right)}=-4\sin t\\ z_1^{\left(1c\right)}=2t+2\mathrm{\π}\end{array}\right.$

代入式⑵求得本实例中螺旋圆弧齿中心线方程为： $\left\{\begin{array}{c}{x}_2^{\left(2c\right)}=6\cos \frac{2(\mathrm{\π}+t)}{3}\\ y_2^{\left(2c\right)}=6\sin \frac{2(\mathrm{\π}+t)}{3}\\ z_2^{\left(2c\right)}=2t+2\mathrm{\π}\end{array}\right.$

由于螺旋圆弧槽数量为2，螺旋圆弧齿数量为3，然后分别根据上述螺旋圆弧槽6和螺旋圆弧齿1的中心线方程和数据能确定小轮5、大轮3传动副的形状。代入式⑶～⑺求得两轴间距a＝10mm，小轮圆柱体半径为4mm，大轮圆柱体半径为5.5mm，螺旋圆弧齿的圆弧直径为3mm，螺旋圆弧齿与大轮圆柱体之间的过渡圆角半径为0.25mm。根据求出的大小轮圆柱体直径和中心线方程便可得出螺旋圆弧齿轮外啮合传动机构的外型。

当驱动器8带动输入轴7、小轮5旋转时，由于在安装小轮5和大轮3时，其中一对螺旋圆弧槽6与螺旋圆弧齿1为啮合状态，以及螺旋圆弧槽与螺旋圆弧齿的重合度大于1，因此当这一对螺旋圆弧槽6和螺旋圆弧齿1在旋转即将脱离啮合但没有完全脱离啮合时，另一对相邻的螺旋圆弧槽6和螺旋圆弧齿1又接着参与了啮合，从而实现了螺旋圆弧齿轮外啮合传动机构在旋转运动中连续稳定的啮合传动。

实施例2：将本实用新型的一种用于平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构采用平行轴外啮合传动方式应用于增速传动。如图7所示，采用大轮3连接输入轴7，小轮5连接输出轴4，即小轮5通过输出轴4与被驱动负载相联；小轮5和大轮3的轴线互相平行。本实施例中大轮3上有八个螺旋圆弧齿1，小轮5上有一个螺旋圆弧槽6，当输入轴7带动大轮3旋转时，由于在安装大轮3和小轮5时，小轮5上螺旋圆弧槽6与大轮上一个螺旋圆弧齿1为啮合状态，随着大轮3旋转时，大、小轮转动保持螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿啮合的重合度大于1，从而实现螺旋圆弧齿轮机构连续稳定的啮合传动。

相关参数分别取值为：m＝4mm，n＝2mm，i₁₂＝8，-π﹤t﹤π，螺旋圆弧槽直径为d₁＝3.1mm，b＝0.5mm和c＝0.1mm；

代入式⑴中，求得螺旋圆弧槽中心线方程为 $\left\{\begin{array}{c}{x}_1^{\left(1c\right)}=4\cos t\\ y_1^{\left(1c\right)}=-4\sin t\\ z_1^{\left(1c\right)}=2t+2\mathrm{\π}\end{array}\right.$

代入式⑵中，求得螺旋圆弧齿中心线方程为 $\left\{\begin{array}{c}{x}_2^{\left(2c\right)}=32\cos \frac{\mathrm{\π}+t}{8}\\ y_2^{\left(2c\right)}=32\sin \frac{\mathrm{\π}+t}{8}\\ z_2^{\left(2c\right)}=2t+2\mathrm{\π}\end{array}\right.$

由于螺旋圆弧槽数量为1，螺旋圆弧齿数量为8，然后分别根据上述螺旋圆弧槽6和螺旋圆弧齿1的中心线方程和数据能确定小轮5、大轮3传动副的形状。代入式⑶～⑺求得轴间距a＝36mm，小轮圆柱体半径为4mm，大轮圆柱体半径为31.5mm，螺旋圆弧齿的圆弧直径为3mm，螺旋圆弧齿与大轮圆柱体之间的过渡圆角半径为0.25mm。

本实用新型的螺旋圆弧齿轮机构具有较高的弯曲强度、接触强度和较大的刚度，本实用新型的齿轮机构能够极大简化常规齿轮机构和微机械传动装置的结构，缩小产品几何尺寸，减轻产品重量，提高操作的灵活性，且制作简单，造价低廉，单级传动比大，重合度高，适于在微小、微型机械及常规机械领域的应用。

Claims (4)

1.一种平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，设有小轮和大轮组成的一对传动副，小轮连接输入轴，大轮连接输出轴，小轮和大轮的轴线互相平行；其特征在于：所述的小轮其圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧槽，大轮的圆柱体外表面上均布有螺旋圆弧齿，小轮的螺旋圆弧槽和大轮的螺旋圆弧齿的中心线均为圆柱螺旋线，螺旋圆弧槽和螺旋圆弧齿配合；所述螺旋圆弧齿与大轮圆柱体外表面之间有过渡圆角；小轮通过输入轴与驱动器固连，小轮在驱动器的带动下旋转，通过螺旋圆弧槽与螺旋圆弧齿之间的连续啮合作用，实现平面内两平行轴之间的外啮合平稳传动。

2.根据权利要求1所述的平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，其特征在于：所述小轮与大轮连接的输入轴、输出轴具有互换性，即采用小轮连接输入轴，大轮连接输出轴，或采用大轮连接输入轴，小轮连接输出轴。

3.根据权利要求2所述的平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，其特征在于：所述小轮或大轮通过输入轴与驱动器固连，分别对应于螺旋圆弧齿轮机构的减速传动或增速传动方式。

4.根据权利要求1或3所述的平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构，其特征在于：通过所述驱动器连接的输入轴旋转方向为顺时针或逆时针，用以实现小轮或大轮的正、反转传动。