渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可连续啮合的渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构，为一个凹齿球冠齿轮和一个凸齿球冠齿轮组成的三自由度转动副。通过该转动副的连接，凹齿球冠齿轮和凸齿球冠齿轮可以完全啮合并连续转动。同时，由于是和现有普通传递一自由度转动的齿轮的设计原则一致，属于连续啮合的渐开线齿廓，因此可以实现和普通齿轮一样的定传动比、传动效率等传动特性。本实用新型专利技术解决了现有离散型球冠齿轮啮合时无法连续定比传动的问题，以及渐开线环形齿球冠齿轮仅提供两个转动自由度的问题，因而为球冠齿轮结构在实际工程项目中获得应用和推广，提供了更有利的条件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构(-)
:本技术涉及球冠齿轮结构，具体为一对可连续啮合的渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构。(二)
技术介绍
:球冠齿轮是一种新型的机械传动结构，与只具备一个自由度的普通齿轮传动不同，球冠齿轮可以传递二维或者三维回转运动，符合自然界中绝大多数生物关节的运动特性，因而受到广泛关注。但是球体表面的齿形和啮合方式一直存在难以克服的结构问题。目前已有两种球冠齿轮结构:第一种是离散型球冠齿轮结构，其是利用锥形指状齿及其对应凹坑进行啮合的，由于它的凸齿齿廓为直线，因而不能实现精确的定传动比球面运动，难以在实际工程项目中获得应用和推广；第二种是渐开线环形齿球冠齿轮结构，其是以渐开线齿轮的齿廓线为依据，进行连续圆周阵列后得到的齿形，不过正是这种结构，使得其在实际使用中只能提供两个自由度，在应用上有一定的局限性。(三)
技术实现思路
:为此，本技术提出了一种可连续啮合的渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构，以解决现有的离散型球冠齿轮结构的定比传动难题和渐开线环形齿球冠齿轮仅有两个自由度的问题。能够解决上述技术问题的可连续啮合的渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构，包括一个凹齿球冠齿轮和一个凸齿球冠齿轮，组成的三自由度转动副。凹齿球冠齿轮和凸齿球冠齿轮的渐开线齿廓线是基于齿轮模数和齿数计算求得，所求结果包含齿顶球直径、齿底球直径、基球直径等设计参数，这些参数的计算方式与普通传递一自由度转动的齿轮的计算方式一致。对于凹齿球冠齿轮，绕其X轴和y轴圆周阵列的两组渐开线齿轮轮廓线采用“逻辑或”叠加法则，合并而得凹齿球冠齿轮轮廓线；对于凸齿球冠齿轮，绕其X轴和y轴圆周阵列的两组渐开线齿轮轮廓线采用“逻辑与”叠加法则，合并而得凸齿球冠齿轮轮廓线。同时，此球冠齿轮齿廓线生成法则对于外啮合渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构和内啮合渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构均适用。由这两种逻辑叠加法则生成的球冠齿轮可以满足凹齿球冠齿轮的每个凹齿对应着一个与之匹配的凸齿球冠齿轮的凸齿。为了方便加工与装卡，凹齿球冠齿轮和凸齿球冠齿轮的部分球表面是起到装卡作用的圆柱销或者其他类似功能的结构。在球冠齿轮安装时，必须满足凹齿球冠齿轮的对称中心凹齿和凸齿球冠齿轮的对称中心凸齿匹配安装。凹齿球冠齿轮和凸齿球冠齿轮，均可绕其自身的x、y、z三个轴转动。并且二者中一个为主动齿轮，一个为从动齿轮。主动齿轮绕自身x、y、z三个轴的独立转动可以同时被传递到从动齿轮上，使得从动齿轮能绕自身x、y、z三个轴进行独立转动。通过该球冠齿轮转动副的连接，凹齿球冠齿轮和凸齿球冠齿轮可以完全啮合并连续转动。同时，由于是和现有普通传递一自由度转动的齿轮的设计原则一致，属于连续啮合的渐开线齿廓，因此可以实现和普通齿轮一样的定传动比、传动效率等传动特性。本技术的优点:本技术可连续啮合的渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构解决了现有离散型球冠齿轮啮合时无法连续定比传动的问题，以及渐开线环形齿球冠齿轮仅提供两个转动自由度的问题，因而为球冠齿轮结构在实际工程项目中获得应用和推广，提供了更有利的条件。(四)【附图说明】:图1 (a)为本技术的凹齿球冠齿轮的结构示意图。图1 (b)为本技术的凸齿球冠齿轮的结构示意图。图2为本技术的凹齿球冠齿轮的四视图。图3为本技术的凸齿球冠齿轮的四视图。图4为图1 (a)、图1 (b)中凹齿球冠齿轮和凸齿球冠齿轮在对称中心轮齿处相互啮合时的结构示意图，其中图中的这对示意用凹齿球冠齿轮和凸齿球冠齿轮的传动比为1:1,并以凹齿球冠齿轮为主动齿轮、凸齿球冠齿轮为从动齿轮。图5为图4中凹齿球冠齿轮(主动齿轮)在绕z轴转动45度后,和凸齿球冠齿轮(从动齿轮)的相互啮合结构示意图。图6为图4中凹齿球冠齿轮(主动齿轮)在绕X轴相对转动90度后,和凸齿球冠齿轮(从动齿轮)的相互啮合结构示意图。图7为图6中凹齿球冠齿轮(主动齿轮)在绕z轴转动45度后,和凸齿球冠齿轮(从动齿轮)的相互啮合结构示意图。图8为图4中凹齿球冠齿轮(主动齿轮)在绕y轴相对转动90度后,和凸齿球冠齿轮(从动齿轮)的相互啮合结构示意图。图9为图8中凹齿球冠齿轮(主动齿轮)在绕z轴转动45度后,和凸齿球冠齿轮(从动齿轮)的相互啮合结构示意图。图10为图9中凹齿球冠齿轮(主动齿轮)在绕X轴转动90度后,和凸齿球冠齿轮(从动齿轮)的相互啮合结构示意图。图号标识:1、凹齿球冠齿轮(主动齿轮)；2、凸齿球冠齿轮(从动齿轮)；3、起到装卡作用的球冠齿轮圆柱销；4.凹齿球冠齿轮和凸齿球冠齿轮的渐开线齿廓线；5、凹齿球冠齿轮(主动齿轮)的对称中心凹齿；6、凸齿球冠齿轮(从动齿轮)的对称中心凸齿。(五)【具体实施方式】:下面结合附图对本技术的技术方案作进一步说明。可连续啮合的渐开线齿球冠齿轮由一对凹齿球冠齿轮I和凸齿球冠齿轮2组成。其中，凹齿球冠齿轮I和凸齿球冠齿轮2的渐开线齿廓线4可类比于普通传递一自由度转动的齿轮的渐开线齿廓线，即基于齿轮模数m和齿数z计算求得，求解结果包含齿顶球直径、齿底球直径、基球直径等类似普通齿轮的齿顶圆直径、齿底圆直径、基园直径等设计参数。这种设计原则使得球冠齿轮也可以满足和普通传递一自由度转动的齿轮一样的定传动t匕、传动效率等传动特性。基于这些计算求得的设计参数可以获得绕X轴和I轴圆周阵列的两组齿轮轮廓线。对于凹齿球冠齿轮1，绕其X轴和y轴圆周阵列的两组渐开线齿轮轮廓线采用“逻辑或”叠加法则，合并而得凹齿球冠齿轮轮廓线；而对于凸齿球冠齿轮2，绕其X轴和y轴圆周阵列的两组渐开线齿轮轮廓线采用“逻辑与”叠加法则，合并而得凸齿球冠齿轮轮廓线。由这两种逻辑叠加法则生成的球冠齿轮可以满足凹齿球冠齿轮I的每个凹齿对应着一个与之匹配的凸齿球冠齿轮2的凸齿。为了方便计算与说明，本说明书所举实例为传动比例等于1: 1、模数m等于1.5、齿数z等于20的一对球冠齿轮。在实际工程应用中，为了方便球冠齿轮的加工与安装，通常不要求其360度球表面上布满轮齿，而是仅保留一部分轮齿，其余部分设计和制造用于装卡的结构。以本说明书的附图为例，凹齿球冠齿轮I和凸齿球冠齿轮2的一半球体加工为轮齿面，另一半球体加工有装卡用的圆柱销3，如图1 (a)和图1 (b)所示。在球冠齿轮安装时，必须满足凹齿球冠齿轮的对称中心凹齿5和凸齿球冠齿轮的对称中心凸齿6匹配安装，如图4所示。通常情况下，一对凹齿球冠齿轮和凸齿球冠齿轮中，有一个是主动齿轮，另一个是从动齿轮。为了在本例中说明运动状态，将以凹齿球冠齿轮为主动齿轮、凸齿球冠齿轮为从动齿轮。当凹齿球冠齿轮I (主动齿轮)绕其z轴转动时，凸齿球冠齿轮2 (从动齿轮)因为受到啮合齿的推力从而亦绕其z轴转动。当以图4的啮合状态为初始状态时，凹齿球冠齿轮I (主动齿轮)绕其z轴转动45度后，得到如图5所示的啮合状态。当凹齿球冠齿轮I (主动齿轮)绕其X轴转动时，凸齿球冠齿轮2 (从动齿轮)因为受到啮合齿的推力从而亦绕其X轴转动。当以图4的啮合状态为初始状态时，凹齿球冠齿轮I (主动齿轮)绕其X轴转动90度后，得到如图6所示的啮合状态。当凹齿球冠齿轮I (主动齿轮)绕其y轴转动时，凸齿球冠齿轮2 (从动齿轮)因为受到啮合齿的推力本文档来自技高网...

【技术保护点】
渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构，包括一个凹齿球冠齿轮（1）和一个凸齿球冠齿轮（2），组成的三自由度转动副，其特征在于：所述凹齿球冠齿轮（1）和凸齿球冠齿轮（2）的渐开线齿廓线（4）是基于齿轮模数和齿数计算求得，所求结果包含齿顶球直径、齿底球直径、基球直径的设计参数，上述的设计参数的计算方式与普通传递一自由度转动的齿轮的计算方式一致；在球冠齿轮安装时，所述的凹齿球冠齿轮的对称中心凹齿（5）和凸齿球冠齿轮的对称中心凸齿（6）匹配安装；所述的凹齿球冠齿轮（1）和凸齿球冠齿轮（2），均绕其自身的x、y、z三个轴转动；并且二者中一个为主动齿轮，另一个为从动齿轮，主动齿轮绕自身x、y、z三个轴的独立转动能同时被传递到从动齿轮上，使得从动齿轮能绕自身x、y、z三个轴进行独立转动。

【技术特征摘要】
1.渐开线非环形连续齿球冠齿轮传动机构，包括一个凹齿球冠齿轮(I)和一个凸齿球冠齿轮(2)，组成的三自由度转动副，其特征在于:所述凹齿球冠齿轮(I)和凸齿球冠齿轮(2)的渐开线齿廓线(4)是基于齿轮模数和齿数计算求得，所求结果包含齿顶球直径、齿底球直径、基球直径的设计参数，上述的设计参数的计算方式与普通传递一自由度转动的齿轮的计算方式一致...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪浛檩，
申请(专利权)人：洪浛檩，
类型：新型
国别省市：安徽;34