一种螺旋圆弧锥齿轮机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种螺旋圆弧锥齿轮机构，具体地说是一种基于曲线啮合理论的 用于平面正交轴传动的无相对滑动的螺旋圆弧锥齿轮机构。
【背景技术】
[0002] 齿轮作为机械传动中的基本传动元件，广泛应用于工业、农业、医学、国防军事及 航空航天等领域。现代工业装备的发展进一步提高了对齿轮传动零部件质量和性能的要 求。近年来，国内外在齿轮啮合理论领域创新出具有原创性特色新型的微小传动机构。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。
[0003] 目前平面内两正交轴之间的运动和动力的传递，工业应用最广泛的是渐开线锥齿 轮机构。但渐开线锥齿轮机构的啮合原理遵循曲面啮合理论，从设计理论上就必然存在齿 面之间的相对滑动，因此不能避免因齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形等齿轮传动的普 遍失效形式，严重影响了齿轮副的使用寿命和可靠性，同时其承载能力也有限。
【发明内容】
[0004] 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，提出一种结构 简单，传动系零件数少，体积小，质量轻，啮合传动时齿面间无相对滑动，效率高，单级传动 比大，重合度高，承载能力高，能进行正反转啮合，实现减速或者增速，用于平面正交轴传 动，且传动连续稳定的螺旋圆弧锥齿轮机构。
[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采取的技术措施是：提供一种螺旋圆弧锥齿轮机 构，包括小轮和大轮组成的一对传动副，小轮和大轮的轴线垂直相交，小轮通过输入轴与驱 动器固连，大轮连接输出轴，所述的小轮圆锥体外表面上均布有螺旋圆弧齿，大轮圆锥体外 表面上均布有螺旋圆弧槽，小轮的螺旋圆弧齿和大轮的螺旋圆弧槽配合，螺旋圆弧齿和螺 旋圆弧槽的中心线均为圆锥螺旋线;所述螺旋圆弧齿与小轮圆锥体外表面之间有过渡圆角 以减小根部应力集中；所述的螺旋圆弧齿和螺旋圆弧槽啮合传动为基于平面正交轴传动的 空间曲线啮合，小轮在驱动器的带动下旋转，通过螺旋圆弧齿与螺旋圆弧槽之间的连续啮 合作用，实现平面正交轴之间的平稳啮合传动，其啮合为点接触的无相对滑动啮合传动，所 有啮合点位于大轮和小轮理论分度圆锥体的切线，所有啮合点的相对运动速度均为零，并 且啮合点在大轮和小轮上分别形成的接触线均为圆锥螺旋线。
[0006] 所述的小轮圆锥体外表面均布的螺旋圆弧齿是以cU为直径的圆，且使其圆心沿着 小轮的圆弧齿中心线垂直移动而成螺旋圆弧齿;所述的大轮圆锥体外表面均布的螺旋圆弧 槽是以d 2为直径的圆，且使其圆心沿着大轮上圆弧槽中心线垂直移动而成的螺旋圆弧槽。
[0007] 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，分别对应于螺旋圆弧锥齿轮机构的 减速传动或增速传动。
[0008] 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。
[0009] 本实用新型的螺旋圆弧锥齿轮机构是基于传统机械传动机构形式上进行根本性 创新的齿轮传动机构，本机构传动的啮合为基于平面正交轴传动的空间曲线啮合原理的节 点啮合方式，所有啮合点的相对运动速度均为零，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，本实用新型的螺旋圆弧锥齿轮机构可以有效避免齿轮传动中齿面磨 损、胶合、塑性变形等常见失效形式。
[0010] 本实用新型的螺旋圆弧锥齿轮机构与现有技术相比具有的优点是：
[0011] 1、本实用新型的螺旋圆弧锥齿轮机构其啮合为点接触的无相对滑动啮合传动，啮 合点位于大轮和小轮理论分度圆锥体的切线上，所有啮合点的相对运动速度均为零，因此 可避免齿轮传动中齿面磨损、胶合和齿面塑性变形，传动效率高。
[0012 ] 2、本实用新型的螺旋圆弧锥齿轮机构最小齿数为1，相比现有直齿锥齿轮、斜齿锥 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，极大地节省安装空 间。
[0013] 3、本实用新型的螺旋圆弧锥齿轮机构相比传统平面正交轴传动的直齿锥齿轮、斜 齿锥齿轮等机构可设计更大的齿厚，从而具有更高的强度和刚度，具备更大的承载能力。本 实用新型的机构适合在微小、微机械和常规机械领域推广应用。
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型的一种螺旋圆弧锥齿轮机构的结构示意图。
[0015] 图2为图1中的小轮及其螺旋圆弧槽结构主视示意图。
[0016]图3为图2俯视不意图。
[0017]图4为图1中大轮及其螺旋圆弧齿的结构主视示意图。
[0018]图5为图4的俯视不意图。
[0019] 图6为本实用新型的螺旋圆弧锥齿轮机构的空间坐标系示意图。
[0020] 图7为本实用新型中当大轮连接输入轴带动小轮增速传动时的结构示意图。
[0021 ] 上述图中：1-小轮，2-螺旋圆弧齿，3-输入轴，4-驱动器，5-过渡圆角，6-输出轴，7-螺旋圆弧槽，8-大轮，9-螺旋圆弧槽中心线，10-螺旋圆弧齿中心线，11-小轮理论分度圆锥 体，12-大轮理论分度圆锥体。
【具体实施方式】
[0022]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。
[0023]实施例1:本实用新型提供一种螺旋圆弧锥齿轮机构，应用于平面正交轴之间传动 比为1的传动，其结构如图1所示，包括小轮1和大轮8,小轮1和大轮8组成一对传动副，小轮1 连接输入轴3，大轮8连接输出轴6，即大轮8通过输出轴6与被驱动负载相联;所述的小轮1和 大轮8的轴线互相垂直。图6为本实用新型螺旋圆弧锥齿轮机构的空间坐标系示意图。
[0024]参见图1、2、3、6，小轮的理论分度圆锥体大端半径为心，小轮的分度圆锥角，小 轮1圆锥体外表面上均匀分布有螺旋圆弧齿2,小轮圆锥体大端半径ri为其理论分度圆锥体 11的大端半径Rl·减去b毫米。小轮的螺旋圆弧齿与小轮圆锥体之间设有过渡圆角5,过渡圆 角半径为b/2毫米，小轮的螺旋圆弧齿的圆弧直径为cU毫米。
[0025]参见图1、4、5、6，大轮的理论分度圆锥体大端半径为1?2，大轮的分度圆锥角为62，大 轮8圆锥体外表面上均匀分布有螺旋圆弧槽7,大轮圆锥体大端半径r2等于其理论分度圆锥 体12的大端半径R2。大轮上的螺旋圆弧槽的圆弧直径为d2毫米，d2=di+c。
[0026] 小轮1连接输入轴3，在驱动器4的带动下旋转，使螺旋圆弧齿2与大轮8的螺旋圆弧 槽7连续啮合，实现平面内两正交轴之间的运动和动力的传动，本实施例中驱动器4为电动 机。
[0027] 所述小轮的螺旋圆弧齿和大轮的螺旋圆弧槽的中心线均为空间圆锥螺旋线形状； 螺旋圆弧齿2与螺旋圆弧槽7啮合，实现平面内两正交轴之间的连续平稳啮合传动。
[0028] 其中，所述螺旋圆弧齿2的中心线空间曲线与螺旋圆弧槽7的中心线空间曲线形状 由如下方法确定:参见图6，在0-X，y，z及Op-Xp，y P，zP两个空间坐标系中，z轴与小轮的回 转轴线重合，zP轴与大轮的回转轴线重合，z轴与z P轴互相垂直，ooP的距离为a;坐标系〇1- XI，yi，Z1与小轮固联，坐标系02-X2，y2，Z2与大轮固联，小轮、大轮在起始位置分别与坐标系 0一X，y，Z及Op-Xp，y P，zP重合，小轮以勾角速度ω丨绕叾轴旋转，大轮以勾角速度ω 2绕zP轴旋 转，从起始位置经一段时间后，坐标系01--X1，yi，Z1及02--X2，y2，Z2分别运动，此时啮合点为 Μ，小轮绕Z轴转过奶角，大轮绕4轴转过P角；
[0029] 设给定小轮上的接触线&的参数方程为：
(1)
[0031] 本机构的共辄接触线&和&的啮合点Μ必须满足啮合条件为：
[0032] ν12 = 〇 (2)
[0033] 上式中，ν12为啮合点Μ的相对运动速度；
[0034] 空间坐标变换矩阵为M21为：
：3)
[0036] 上述矩阵中，为小轮绕z轴转过的角度；蹲为大轮绕zP轴转过的角度;a为0049 距离；
[0037] 根据空间坐标变换矩阵和啮合条件，求得大轮上的接触线&的参数方程为：
4)
[0039] 上式中：t一为螺旋圆弧齿中心线方程的参变量，且t 2 0;
[0040] η-为螺旋圆弧齿中心线和螺旋圆弧槽中心线的螺距参数，23m为螺距，单位毫米；
[0041 ]