一種面接觸齒輪傳動機構的製作方法
2023-05-21 16:46:26
專利名稱：一種面接觸齒輪傳動機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械工程中的機械傳動領域，特別涉及一種面接觸齒輪傳動機構。
背景技術：
機械傳動在機械工程中應用非常廣泛，主要是指利用機械方式傳遞動力和運動的傳動。分為兩類:一是靠構件間的摩擦力傳遞動力叫做摩擦傳動，二是靠主動件與從動件嚙合或藉助中間件嚙合傳遞動力。其中，齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機構。具有結構緊湊、效率高、壽命長等特點。目前，現有的齒輪傳動形式按空間軸線布置情況，可分為平行軸齒輪傳動、相交軸齒輪傳動、交錯軸齒輪傳動。平行軸直齒輪傳動和平行軸斜齒輪傳動可以實現線接觸。在大多數的空間齒輪傳動形式中，例如錐齒輪、渦輪蝸杆傳動等，齒面間主要以點接觸為主。線接觸、點接觸是多數齒輪傳動的特點，但從運動副的角度來看，齒面與齒面之間為高副接觸。高副接觸的最大缺點在於單位面積內承受應力大，齒面容易發生變形、滑移等現象，從而降低了齒輪傳動精度，使得齒輪的承載能力下降。一般平行軸定傳動比齒輪傳動機構，在垂直於軸線方向的平面上，齒廓曲面變成兩條相切的曲線E1, Σ 2 (如圖1所示)，其中切點M為瞬時嚙合點。根據齒廓嚙合基本定理，在嚙合點的相對速度方向應當與齒頂齒廓曲率中心NpN2的連線垂直。嚙合點處的運動副類型為高副接觸，根據平面四桿機構中的「高副低代」原理，為了把高副轉變為低副，在瞬時嚙合點M處，可用杆件N1N2連接兩齒廓曲線的曲率中心，曲率中心分別與各自的迴轉中心O。O2連接，這樣組成了鉸鏈四桿機構O1N1N2O2 (如圖2所示)。接觸點M處的高副由中間杆件的兩端低副％、N2代替，中間杆N1N2作為新添加的第三個活動構件，瞬時替代的鉸鏈四桿機構的自由度、瞬時速度、瞬時加速度均與替代前的齒輪傳動機構保持不變。雖然，瞬時替代的鉸鏈四桿機構實現了高副低代，但並不能實現連續的嚙合傳動，不能夠應用於齒輪傳動中。另外，齒輪傳動機構在高速重載的環境下工作時，由於齒面有較高的相對滑動速度，產生大量的熱，同時在重載的作用，以及潤滑不足的情況下，使得齒面近似於熔融狀態，即，兩個齒輪齒面上的材料會出現相互粘連的現象，也就是，兩齒面易產生膠合問題。以點、線接觸為特點的齒輪傳動，從工作原理上限制了齒輪傳動機構齒面的接觸應力和承載能力，進而影響了齒輪傳動機構的精度。如何提供一種面接觸齒輪傳動機構及方法，成為亟待解決的技術問題。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種面接觸的齒輪傳動機構，避免齒輪傳動過程中，由於齒面與齒面的高副接觸，而產生的齒面變形、滑移承載能力低等問題。
為解決上述問題，本發明提供一種面接觸的齒輪傳動機構，包括:主動齒輪、從動齒輪、滑塊、支撐部件、彈性部件；具體地:所述滑塊兩側面為凹圓弧曲面，且所述凹圓弧曲面的半徑分別等於所述主動齒輪和從動齒輪齒頂的齒面曲率半徑；所述支撐部件的一端與所述滑塊固定，且使所述滑塊的凹圓弧曲面與所述主動齒輪或從動齒輪齒頂齒廓貼合；另一端連接在所述主動齒輪或所述從動齒輪齒頂齒廓的中心孔上，所述支撐部件帶動所述滑塊貼合齒頂齒廓滑動；所述彈性部件的一端固定在所述支撐部件上，隨所述支撐部件的滑動而伸縮；另一端固定於安裝有所述支撐部件的所述主動齒輪或從動齒輪上，將所述滑塊定位於所述主動齒輪或所述從動齒輪的每個齒頂預設的初始位置上，使所述滑塊凹圓弧曲面在嚙合過程中與所述主或從動齒輪的齒面嚙合，且所述滑塊在嚙合完畢後復位到所述初始位置。優選地，所述支撐部件上還設置有與所述中心孔相對應的槽型開口，且該槽形開口的方向與所述支撐部件長度方向一致，通過定位銷將所述槽型開口與所述中心孔連接，所述支撐部件通過所述彈性部件作用，在所述支撐部件長度方向上保證所述滑塊與所述齒頂齒廓的貼合。優選地，所述支撐部件包括第一支撐板和第二支撐板，分別固定於所述主動齒輪或從動齒輪的兩側。優選地，所述支撐部件與所述滑塊之間通過採用螺栓、螺釘或焊接的方式固定。優選地，所述彈性部件分別位於所述第一支撐板和所述第二支撐板上，並與所述主從齒輪或從動齒輪連接。優選地，所述彈性部件為彈簧，通過吊環螺釘固定。本發明所述滑塊安裝於主動齒輪或從動齒輪上每個齒頂齒廓的初始位置處，通過與滑塊連接的並且能夠以齒頂齒廓中心孔為中心轉動的支撐部件，實現滑塊的連接，並通過安裝在主動齒輪或從動齒輪與支撐板上的彈性部件，能夠實現彈性部件隨支撐板擺動而伸縮與復位，進而使滑塊能夠貼合齒頂齒廓，進行齒輪的面接觸嚙合，並在嚙合完成後將滑塊復位到原來的初始位置，以便下次的嚙合。通過設置的滑塊實現主動齒輪與從動齒輪之間在嚙合過程中的面接觸，避免了由於齒面與齒面的高副接觸，而產生的齒面變形、滑移以及承載能力低等問題，同時也避免了在重載時產生的膠合問題，進而提高了齒輪傳動的承載能力。
為了更清楚地說明本發明實施例和現有技術中的技術方案，下面將對實施例和現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現有技術中一般齒輪傳動的瞬時哨合不意圖；圖2是現有技術中解決高副運動的齒輪傳動瞬時等效鉸鏈四桿機構示意圖；圖3是基於圖2的一種面接觸齒輪傳動機構的原理示意圖；圖4是基於圖3齒輪轉過小角度後的面接觸齒輪機構的狀態圖；圖5是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的外哨合原理圖6是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的內哨合原理圖；圖7是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的外嚙合具體實施方式
的示意圖；圖8是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的外嚙合具體實施方式
的側視圖；圖9是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的滑塊的局部放大圖；圖10是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的工作原理示意圖；圖11是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的齒根採用圓弧過渡的結構示意圖；圖12是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的內嚙合形式示意圖；圖13是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的行星齒輪傳動形式示意圖；圖14是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的外嚙合傳動比曲線圖形。
具體實施例方式下面將接合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。基於圖1和圖2存在的問題，本發明提供了一種面接觸齒輪傳動機構，請參考圖3，圖3是基於圖2的一種面接觸齒輪傳動機構的原理示意圖；因為瞬時替代的鉸鏈四桿機構不能實現面接觸的目的，為了改變齒輪副之間的接觸形式，本發明考慮把齒廓之間的點、線接觸轉變為曲面與曲面接觸。同樣基於「高副低代」原理，將中間杆件N1N2替換為兩側呈凹圓弧曲面的滑動塊，相應的兩齒廓取凸圓弧齒廓Σ ΛΣ 2』，其圓心在原齒廓曲率中心處，滑塊兩側凹圓弧曲面與齒頂齒廓(凸圓弧齒廓)的曲率半徑相等，並且保證滑塊的凹圓弧曲面與齒頂齒廓處始終貼合。結合圖3參考圖4所示，圖4是基於圖3齒輪轉過小角度後的面接觸齒輪機構的狀態圖。忽略與原齒輪傳動的瞬時速度、加速度對比，保持機構的自由度數目，使凸圓弧齒廓Σ /作為主動輪，順時針轉動一個微小角度，齒廓Σ /推動滑動塊運動，滑動塊擠壓從動齒廓Σ 2』逆時針轉動，滑動塊作為一個傳遞壓力的活動構件，始終與兩側齒廓曲面貼合併且相對滑動，得到下一時刻的運動狀態圖。請參考圖5所示，圖5是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的外嚙合原理圖。為了使本發明提供的這種以面接觸為特點的齒輪傳動機構能夠連續不間斷的傳遞運動，將圓形齒廓分別繞其迴轉中心圓周布置若干齒數，滑塊和主動齒輪或從動齒輪的齒數相同，並與之滑動連接，通過安裝的滑塊，在主動齒輪連續推動從動齒輪上的齒運動時，形成了面接觸齒輪傳動。參考圖6所示，圖6是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的內嚙合原理圖。該內哨合原理圖的工作原理與圖5的外哨合原理一樣，因此不再贅述。請參考圖7並結合圖8所示，圖7是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的外嚙合具體實施方式
的示意圖；圖8是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的外嚙合具體實施方式
的側視圖。
本發明基於現有技術中，沒有面接觸齒輪傳動機構而存在齒面容易發生變形、滑移、膠合等現象，進而造成精度降低、齒輪承載能力下降等問題，提出了一種面接觸齒輪傳動機構，包括:主動齒輪1、從動齒輪2、滑塊3、支撐部件4、彈性部件5 ;具體地:請參考圖9所示，圖9是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的滑塊的局部放大圖。所述滑塊3兩側面為凹圓弧曲面，且所述凹圓弧曲面的半徑等於所述主動齒輪I和從動齒輪2的齒面曲率半徑；所述支撐部件4的一端與所述滑塊3固定，且使所述滑塊3的凹圓弧曲面與所述主動齒輪I或從動齒輪2齒頂齒廓貼合；另一端連接在所述主動齒輪I或所述從動齒輪2齒頂齒廓的中心孔6處，所述支撐部件4帶動所述滑塊3貼合齒頂齒廓滑動；所述彈性部件5的一端固定在所述支撐部件4上，隨所述支撐部件4的擺動而伸縮；另一端固定於安裝有所述支撐部件4的所述主動齒輪I或從動齒輪2上，用於將所述滑塊3定位於所述主動齒輪I或所述從動齒輪2的每個齒頂預設的初始位置上，使所述滑塊3凹圓弧曲面在嚙合過程中與所述主或從動齒輪2的齒面嚙合，並在嚙合完畢後，使所述滑塊3復位到所述初始位置。本發明提供的面接觸齒輪傳動機構，包括了在所述主動齒輪I或從動齒輪2上安裝的滑塊3作為嚙合時的接觸面，實現嚙合。具體地，本發明所述滑塊3安裝於主動齒輪I或從動齒輪2上每個齒頂齒廓的初始位置處，通過與滑塊3連接的並且能夠以齒頂齒廓中心孔6為中心轉動的支撐部件4，實現滑塊3的連接，並通過安裝在主動齒輪I或從動齒輪2與支撐板上的彈性部件5，能夠實現彈性部件5隨支撐板移動而伸縮與復位，進而使滑塊3能夠貼合齒頂齒廓，進行齒輪的面接觸嚙合，並在嚙合完成後將滑塊3復位到原來的初始位置，以便下次的嚙合。本發明中所述的滑塊3作為一個傳遞壓力的活動構件，始終使得滑塊3凹圓弧曲面能夠貼合在主動齒輪I與從動齒輪2的齒面上，並且能夠相對滑動,實現主動齒輪I與從動齒輪2嚙合面的面接觸。本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構，通過設置的滑塊3實現主動齒輪I與從動齒輪2之間在嚙合過程中的面接觸，提高了齒輪傳動的承載能力；並且避免了在重載時產生的膠合問題。請參考圖10所示，圖10是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的工作原理圖。本發明面接觸齒輪傳動機構的工作原理是，滑塊3可以連接在主動齒輪I或者從動齒輪2的每一個齒頂齒廓的初始位置上,所述初始位置是在面接觸齒輪傳動的基本參數給定後(例如:分度圓半徑、齒廓曲率半徑、齒數、滑塊最薄處厚度)，通過理論計算或實際安裝可以確定滑塊3的初始位置。當主動齒輪I與從動齒輪2的相對應齒輪實現面接觸時，按齒輪的旋轉方向可以確定「進入嚙合」位置，該進入嚙合的位置是對應齒輪的齒頂齒廓曲率中心Nn、N21處；「脫離嚙合」位置為對應齒輪齒頂齒廓曲率中心N21、N22處。在「進入嚙合」的位置處，相對齒頂齒廓的曲率中心連線與齒頂齒廓徑向之間的夾角θρ 02成為滑塊3的初始角度。每一個滑塊3與齒頂齒廓貼合，並且通過所述初始角度來確定滑塊3的初始位置，通過支撐板與彈性部件5，將滑塊3定位在初始位置。嚙合過程分為三個階段(以從動齒輪上安裝有滑塊來舉例說明):
首先，進入嚙合；主動齒輪I繞某一個方向轉動，待到某一位置時，主動齒輪I的齒頂齒廓與連接在從動齒輪2上的滑塊3接觸。若滑塊3的初始角度有偏差，可通過齒頂齒廓(齒輪凸圓弧齒廓)撥動滑塊3凹圓弧兩尖端，使之形成面接觸。接著，嚙合期間；嚙合期間只有一對齒在工作，主動齒輪I齒廓會擠壓滑塊3，滑塊3進一步擠壓從動齒輪2齒廓,從而推動從動齒輪2轉動。滑塊3作為傳遞中介始終與兩齒輪的齒廓接觸並相對滑動，齒頂齒廓撥動滑塊3兩側尖端，使其姿態不斷改變適應面接觸特點，輸出傳動比不斷變化。最後，脫離哨合；待上述一對齒轉動到某一位置時，後面一對齒即將進入哨合，由於新進入嚙合的齒輪，嚙合瞬間的轉速比原來一對齒高，加之碰撞使得原來一對齒脫離嚙合。脫離嚙合後的滑塊3，在彈性部件5的作用下，又恢復到初始位置，這樣面接觸齒輪在傳動過程實現了傳動交替，從而保證了面接觸齒輪傳遞的連續性。本發明提供的面接觸齒輪傳動機構，所述支撐部件上還設置有與所述中心孔相對應的槽型開口 11，且該槽型開口 11的方向與所述支撐部件4長度方向一致，通過定位銷將所述槽型開口 11與所述中心孔6連接，使所述支撐部件4通過所述彈性部件5作用，在所述支撐部件4長度方向上保證所述滑塊3與所述齒頂齒廓的貼合。也就是，所述滑塊3與安裝滑塊的所述主動齒輪之間沒有空隙，或所述滑塊與安裝滑塊的所述從動齒輪之間沒有空隙，即「緊密貼合」;進而保證沒有滑塊3的主動齒輪或從動齒輪，能夠將動力傳遞給安裝有滑塊3的主動齒輪或從動齒輪上，而不是滑塊3上，延長滑塊的使用壽命並提高齒輪的承載能力。再參考圖8、9所示，本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構，所述支撐部件包括第一支撐板41和第二支撐板42，分別相對固定於所述主動齒輪或從動齒輪的兩側。所述支撐部件4與所述滑塊3之間通過採用螺栓10或螺釘或焊接等方式固定，固定方式並不限於上述。所述彈性部件分別位於第一支撐板41和第二支撐板42上，並與所述主從齒輪或從動齒輪連接。所述彈性部件5為彈簧，可以直接分別固定在所述支撐部件4和齒輪上，也可以通過吊環螺釘9固定或採用其他中間連接件進行固定。需要說明的是，本發明提供的滑塊3形狀大小不受上述內容限制，任何可通過上述原理實現的面接觸都應屬於本發明的保護範圍之內。另外，所述滑塊3的固定還可以有多種形式，例如通過連接杆或夾具等其他任何形式，只要能將滑塊3固定與所述齒廓上，並能夠實現齒輪的嚙合即可，因為本發明的連接固定方式並不限於上述內容。本發明的彈性部件5可以為彈簧，通過吊環螺釘固定於支撐部件與齒輪上，實現初始位置的定位，實現面接觸。該固定方式可以通過其他方式實現，並不限於上述內容。請參考圖11所示，圖11是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的齒根採用圓弧過渡的結構示意圖；本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構，主動齒輪I和從動齒輪2的齒根可採用大圓弧過渡，齒頂齒廓7與齒根齒廓8平滑連接，應力集中減小，齒根彎曲疲勞強度更大，齒根更不容易發生斷裂的失效形式。面接觸齒輪齒數最少可以做到4、5個齒，面接觸齒輪傳動模數選擇更大，故此種傳動可以適用在低速、重載等場合。以上僅為舉例，本發明提供的面接觸齒輪傳動機構並不限於上述，可以根據具體需求設計。另外，本發明提供的面接觸齒輪傳動機構，可以應用在不同形式的傳動機構中，面接觸的齒輪傳動原理不僅僅應用於基於上述如圖7所示的外嚙合齒輪傳動，同時也適用於如圖12所示的內嚙合傳動；如圖13所示的行星齒輪傳動。本發明提供的面接觸齒輪傳動原理具有一定的通用性。參考圖14所示，圖14是本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的外嚙合傳動比曲線圖形。圖14展示了是本發明提供的一種面接觸傳動機構，在給定一組參數後通過計算得到的外嚙合傳動比曲線圖形。由此可見，本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構，通過設置的在齒輪上設置的滑塊3，實現通過以面接觸的形式進行齒輪傳動；從而避免了齒面的變形、滑移等問題，進而提高了齒輪傳動的承載能力。以上所述僅為本發明提供的一種面接觸齒輪傳動機構的優選實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。該實施例中的部件數量並不局限於實施例中所採用的方式，任何在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護範圍之內。
權利要求
1.一種面接觸齒輪傳動機構，其特徵在於，包括:主動齒輪、從動齒輪、滑塊、支撐部件、彈性部件；具體地: 所述滑塊兩側面為凹圓弧曲面，且所述凹圓弧曲面的半徑分別等於所述主動齒輪和從動齒輪齒頂的齒面曲率半徑； 所述支撐部件的一端與所述滑塊固定，且使所述滑塊的凹圓弧曲面與所述主動齒輪或從動齒輪齒頂齒廓貼合；另一端連接在所述主動齒輪或所述從動齒輪齒頂齒廓的中心孔上，所述支撐部件帶動所述滑塊貼合齒頂齒廓滑動； 所述彈性部件的一端固定在所述支撐部件上，隨所述支撐部件的擺動而伸縮；另一端固定於安裝有所述支撐部件的所述主動齒輪或從動齒輪上，將所述滑塊定位於所述主動齒輪或所述從動齒輪的每個齒頂預設的初始位置上，使所述滑塊凹圓弧曲面在嚙合過程中與所述主或從動齒輪的齒面嚙合，且所述滑塊在嚙合完畢後復位到所述初始位置。
2.根據權利要求1所述的面接觸齒輪傳動機構，其特徵在於，所述支撐部件上還設置有與所述中心孔相對應的槽型開口，且該槽型開口的方向與所述支撐部件長度方向一致，通過定位銷將所述槽型開口與所述中心孔連接，所述支撐部件通過所述彈性部件作用，在所述支撐部件長度方向上保證所述滑塊與所述齒頂齒廓的貼合。
3.根據權利要求2所述的面接觸齒輪傳動機構，其特徵在於，所述支撐部件包括第一支撐板和第二支撐板，分別相對固定於所述主動齒輪或從動齒輪的兩側。
4.根據權利要求3所述的面接觸齒輪傳動機構，其特徵在於，所述支撐部件與所述滑塊之間通過採用螺栓、螺釘或焊接的方式固定。
5.根據權利要求4所述的面接觸齒輪傳動機構，其特徵在於，所述彈性部件分別位於所述第一支撐板和所述第二支撐板上，並與所述主從齒輪或從動齒輪連接。
6.根據權利要求5所述的面接觸齒輪傳動機構，其特徵在於，所述彈性部件為彈簧，通過吊環螺釘固定。
全文摘要
一種面接觸齒輪傳動機構，包括主動齒輪、從動齒輪、滑塊、支撐部件、彈性部件；通過設置的滑塊實現主動齒輪與從動齒輪之間在嚙合過程中的面接觸，避免了由於齒面與齒面的高副接觸，而產生的齒面變形、滑移以及承載能力低等問題，同時也避免了在重載時產生的膠合問題，進而提高了的承載能力。
文檔編號F16H1/04GK103089919SQ20131003250
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者魏世民, 廖啟徵, 宋洪舟, 郭磊 申請人:北京郵電大學