一种相交轴非圆面齿轮传动机构制造技术

一种相交轴非圆面齿轮传动机构，所述传动机构包括小圆柱齿轮和非圆面齿轮，所述小圆柱齿轮与非圆面齿轮的回转轴线非正交，且啮合过程中，小圆柱齿轮的节圆柱与非圆面齿轮的节圆锥保持相切，切线为非圆面齿轮的节圆锥母线；所述非圆面齿轮的节曲线为缠绕在其节圆锥面上的一条曲线，所述非圆面齿轮节曲线在节圆锥底面上的投影是一条关于节圆锥轴线的非圆曲线。本发明专利技术由一对齿轮啮合构成的传动机构实现了以往相交轴传动结构非正交时至少两对齿轮才能获得的减‑变速复合传动效果，最大限度地简化传动结构、缩短传动链、减少传动零件、提高传动效率和精度，尤其适用于任意相交轴结构、有空间限制且有减‑变速复合传动要求的场合。

A kind of gear transmission mechanism with intersecting shaft and non-circular surface

【技术实现步骤摘要】
一种相交轴非圆面齿轮传动机构
本专利技术涉及传动机械领域，尤其涉及一种相交轴非圆面齿轮传动机构。
技术介绍
在机械传动领域中，变速比传动占有非常大的比例。为实现特定的工艺要求，很多应用场合需要设备具有变速比传动功能。在众多变速比传动机构中，非圆齿轮副兼具凸轮和齿轮的传动特性，可实现高效率，大功率的精确传动比，在农业机械、冶金机械、印刷机械和轻工机械等领域已得到了广泛的应用。由于设备的原动机一般为电动机，转速较高，无法直接与变速传动机构连接以输出变速运动，因此实际生产中在非圆齿轮副与原动机之间安装减速机构，这样就能通过减速机构与非圆齿轮副组成串联装置来实现减速变速传动，这种串联的传动结构相对于单对齿轮副来说，增加了传动链的长度，增大了传动空间，且降低了传动效率，因此若能将减速和变速功能集中在一对齿轮副上，实现减变速一体化传动，将齿轮副的从动齿轮与主动齿轮的传动比分解为是减速比和变速比的乘积的倒数，通过对齿轮副减速比与变速比的任意组合可以实现设备对减速变速复合传动效果的要求，能彻底改变齿轮变速比传动的串联结构，简化传动装置，提升机构传动性能，但目前的非圆齿轮副都只能实现一些特定环境中的减速变速传动，无法满足实际生产的需要。平面非圆齿轮可实现两平行回转轴之间的变角速度传动，根据平面非圆齿轮的形状可以将其分成很多种类，但实际中应用最多的是椭圆齿轮副和偏心圆齿轮副。若要通过一对平面非圆齿轮副实现减速变速一体传动，需要由一个小非圆齿轮与一个大非圆齿轮配合传动。根据非圆齿轮的共轭原理可知，小非圆齿轮的回转周期T1与大非圆齿轮的回转周期T2，必须满足T1/n1＝T2/n2，其中n1和n2分别为小非圆齿轮和大非圆齿轮节曲线的周期数，一对平面非圆齿轮副的减速效果由参数n1和n2控制，当n2和n1的差值越大时，减速效果越明显，同时n2还控制着大非圆齿轮回转一周输出角速度的周期数。若要平面非圆齿轮副实现减速效果，n2取值必须大于1，这就使得大非圆齿轮回转一周，角速度的变化周期数大于1，而且这个周期数还受减速比的限制，也就是说平面非圆齿轮一旦减速比确定，输出角速度的周期数也随之确定，这样无法实现传统串联机构中减速比和输出角速度周期数可任意组合的减变速传动效果，平面非圆齿轮副的只能实现某些特定的减变速传动效果。空间非圆齿轮可用于实现两相交轴之间的变角速度传动，非圆锥齿轮是空间非圆齿轮较早出现的一种非圆齿轮结构，其节曲线目前主要采用椭圆曲线以及由椭圆曲线改进的变形椭圆曲线以及高阶椭圆曲线，如公开号为CN1648490A的中国专利公开的卵形锥齿轮副、公开号为CN102003538A的中国专利公开的偏心椭圆锥齿轮以及公开号为CN101975247A的中国专利公开的变传动比高阶变性椭圆锥齿轮。但是这些非圆锥齿轮与平面非圆齿轮采用了相同的椭圆节曲线或改进的椭圆节曲线时，它们所实现的传动比是相同的。因此非圆锥齿轮所实现的减变速效果与平面非圆齿轮也是相同的，无法实现减速比和输出角速度周期数的任意组合。在此基础之上，公开号为CN102518756A的专利公开了一种平面椭圆齿轮与特殊面齿轮组成的变速比传动机构，用以传递两正交轴间的变传动比。椭圆齿轮的节曲线周期数为1，当特殊面齿轮节曲线周期数为大于1的整数时，可以实现减变速传动，但与其它类型的非圆齿轮副一样，这对非圆齿轮副的减速比受输出角速度周期数的限制，无法实现相交轴结构间的任意减-变速复合传动效果，再如，公开号为CN104500654A的专利公开了一种圆柱齿轮与端面齿轮组成的变速比传动机构，用以传递两正交轴间的任意减速变速传动，但由于两回转轴正交，无法进行减-变速复合传动。综上所述，目前所有类型的非圆齿轮都无法实现空间任意相交轴结构间的任意减-变速复合传动。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能实现相交轴间任意减-变速复合传动，能最大限度的减小传动空间，减轻传动质量，提高传动效率的一种相交轴非圆面齿轮传动机构。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术所提出的一种相交轴非圆面齿轮传动机构，所述传动机构包括小圆柱齿轮和非圆面齿轮，所述小圆柱齿轮与非圆面齿轮的回转轴线非正交，切啮合过程中，小圆柱齿轮的节圆柱与非圆面齿轮的节圆锥保持相切，切线为非圆面齿轮的节圆锥母线，该传动机构连续传动时的通用传动比函数为式中，θ1为圆柱齿轮的转角，ij＝Z2/Z1，其中Z1，Z2分别为小圆柱齿轮和非圆面齿轮的齿数，n为非圆面齿轮节曲线的阶数，M为任意正整数，ak和bk为传动比系数，所述传动比系数均小于小于1/ij，所述非圆面齿轮的节曲线为缠绕在其节圆锥面上的一条曲线，所述非圆面齿轮节曲线在节圆锥底面上的投影是一条关于节圆锥轴线的非圆曲线，其表达式为式中，r2，θ2分别为所述非圆面齿轮节曲线在其节圆锥底面上投影曲线的向径和极角，r1为所述小圆柱齿轮节圆柱的半径，所述非圆面齿轮封闭节曲线的方程为式中，λ为所述非圆面齿轮节圆锥的分锥角。进一步的，所述分锥角λ的取值范围为0-180°。进一步的，所述非圆面齿轮的轮齿沿其节曲线分布，由标准直齿圆柱齿轮插刀包络而成，该标准直齿圆柱齿轮插刀的模数与所述小圆柱齿轮的模数相同而齿数多于小圆柱齿轮。进一步的，所述非圆面齿轮的节曲线是封闭的，所述传动机构的最简传动比函数为式中，n代表非圆面齿轮节曲线的阶数，ε为非圆面齿轮节曲线的偏心率。进一步的，所述小圆柱齿轮为直齿渐开线圆柱齿轮或斜齿渐开线圆柱齿轮或摆线圆柱齿轮。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：通过一个由一对齿轮啮合构成的传动机构实现了以往相交轴传动结构非正交时至少两对齿轮才能获得的减-变速复合传动效果，最大限度地简化传动结构、缩短传动链、减少传动零件、提高传动效率和精度，尤其适用于任意相交轴结构、有空间限制且有减-变速复合传动要求的场合。附图说明图1是本专利技术所提出的一种相交轴非圆面齿轮传动机构一个实施例的装配结构示意图；图2是本专利技术的主视图；图3是本专利技术的右视图；图4是非圆面齿轮节圆锥面与小圆柱齿轮节圆柱面的相对位置图；图5是小圆柱齿轮与非圆面齿轮传动比i12的曲线图；图6是小圆柱齿轮与非圆面齿轮变速比ib的曲线图。其中，附图标记：1、小圆柱齿轮；2、非圆面齿轮；3、非圆面齿轮节圆锥面；4、非圆面齿轮节曲线；5、小圆柱齿轮节圆柱面。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。参见图1至图4，给出了本专利技术所提出的一种相交轴非圆面齿轮传动机构的一个实施例的具体结构。该传动机构包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮为小圆柱齿轮1，所述从动齿轮为非圆面齿轮2，所述小圆柱齿轮1可选择为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相交轴非圆面齿轮传动机构，其特征在于：所述传动机构包括小圆柱齿轮和非圆面齿轮，所述小圆柱齿轮与非圆面齿轮的回转轴线非正交，且啮合过程中，小圆柱齿轮的节圆柱与非圆面齿轮的节圆锥保持相切，切线为非圆面齿轮的节圆锥母线，该传动机构可连续传动的通用传动比函数为/n

【技术特征摘要】
1.一种相交轴非圆面齿轮传动机构，其特征在于：所述传动机构包括小圆柱齿轮和非圆面齿轮，所述小圆柱齿轮与非圆面齿轮的回转轴线非正交，且啮合过程中，小圆柱齿轮的节圆柱与非圆面齿轮的节圆锥保持相切，切线为非圆面齿轮的节圆锥母线，该传动机构可连续传动的通用传动比函数为



式中，θ1为圆柱齿轮的转角，ij＝Z2/Z1，其中Z1，Z2分别为小圆柱齿轮和非圆面齿轮的齿数，n为非圆面齿轮节曲线的阶数，M为任意正整数，ak和bk为传动比系数，所述传动比系数均小于小于1/ij；所述非圆面齿轮的节曲线为缠绕在其节圆锥面上的一条曲线，所述非圆面齿轮节曲线在节圆锥底面上的投影是一条关于节圆锥轴线的非圆曲线，其表达式为



式中，r2，θ2分别为所述非圆面齿轮节曲线在其节圆锥底面上投影曲线的向径和极角，r1为所述小圆柱齿轮节圆柱的半径，所述非圆面齿轮封闭节曲线的方程为



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【专利技术属性】
技术研发人员：刘大伟，吕珍珍，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13