交錯軸非圓齒輪的設計方法及其傳動裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種齒輪的設計方法和機械傳動裝置，特別是涉及一種交錯軸非圓齒 輪設計方法及其傳動裝置。
【背景技術】
[0002] 內、外嚙合非圓齒輪傳動可以傳遞平行軸間的變速比運動，非圓錐齒輪可以傳遞 相交軸間變速比運動。如果要傳遞空間交錯軸的變速比運動，必須將上述兩者結合起來，構 成二級傳動，其傳動鏈長，結構復雜，效率低。
[0003] 同時，非圓錐齒輪由于齒輪的軸線相交，一般齒輪在結構上要以懸臂的方式安裝， 其在高速運動中，齒輪軸剛性不足，撓動很大，嚴重的影響齒面的嚙合，產生沖擊和振動，影 響高速動力學性能。
[0004] 交錯軸非圓齒輪傳動及其設計原理可由空間嚙合基本定義得出，但由于其數學模 型具備相當的復雜性，其瞬軸面是空間不可展曲面，其齒廓的發生曲面的螺旋角呈現出非 常大的非線性，包絡刀具難以構建。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種具有結構簡單，傳動效率高，支撐剛性好等特點交錯 軸非圓齒輪的設計方法。
[0006] 其設計方法的步驟如下：
[0007] -、根據空間嚙合原理求出輸入交錯軸非圓齒輪和輸出交錯軸非圓齒輪的瞬軸 面；
[0008] 二、根據瞬軸面的螺旋情況，確定包絡刀具的齒廓形狀（如漸開線，正弦，圓弧 等）；
[0009] 三、求解刀具的運動速度；
[0010] 四、確定刀具在不同向徑上的模數；
[0011] 五、運用上述刀具模型包絡得到交錯軸非圓齒輪齒廓的包絡解；
[0012] 六、用數值方法，求解出交錯軸非圓齒輪的齒廓；
[0013] 七、根據齒廓數據，進行三維建模，分析，以及生產加工。
[0014] 按上述方案，所述的設計方法的步驟具體是：
[0015] 第一步，輸入交錯軸非圓齒輪的瞬軸面方程和輸出交錯軸非圓齒輪瞬軸面方程分 別為：
[0016]
【主權項】
1. 一種交錯軸非圓齒輪的設計方法，其特征在于：其步驟如下： 一、 根據空間嚙合原理求出輸入交錯軸非圓齒輪和輸出交錯軸非圓齒輪的瞬軸面； 二、 根據瞬軸面的螺旋情況，確定包絡刀具的齒廓形狀（如漸開線，正弦，圓弧等）； 三、 求解刀具的運動速度； 四、 確定刀具在不同向徑上的模數； 五、 運用上述刀具模型包絡得到交錯軸非圓齒輪齒廓的包絡解； 六、 用數值方法，求解出交錯軸非圓齒輪的齒廓； 七、 根據齒廓數據,進行三維建模，分析，以及生產加工。
2. 根據權利要求1所述的交錯軸非圓齒輪的設計方法，其特征在于： 所述的步驟具體是： 第一步，輸入交錯軸非圓齒輪的瞬軸面方程和輸出交錯軸非圓齒輪瞬軸面方程分別 為：
式中： a為兩交錯軸非圓齒輪的軸線最小公垂線段的長度（即軸距）； 2為兩交錯軸非圓齒輪的軸線所夾之銳角（即軸交角）； t為瞬軸面的向徑參數，瞬軸面可以看成是不同向徑下瞬軸線所構成的集合； 奶為輸入交錯軸非圓齒輪的轉角，其范圍為〇?2JI ; k(的）為傳動比函數，表征輸入輪和輸出輪的速度變化關系，，它是輸入輪轉角奶的函 數，其形式可以是正弦函數，指數函數，正比例函數等； %(奶）為輸出交錯軸非圓齒輪的轉角，其為例的函數，其范圍為〇?2 Ji ;其計算式如 下：
第二步，瞬軸面的峨倫衾敝士
第三步，刀具的運動速度為：
式中，vk{(p,J)為瞬軸面的運動速度，vH{(px,t)為瞬軸面和刀具共同的運動速度；
第四步，刀具在不同向徑上的模數為：
式中St (2，t)為刀具所經過的總弧長，由弧積分公式可得：
z為齒輪的齒數，由強度，重合度等條件綜合確定； 第五步，輸入交錯軸非_齒輪、輸出奪錯軸韭_齒輪齒廊的包絡解分別為：
式中：匕為上述求解的刀具齒廓；。(釣）、(的，〇、(釣，〇、M2;，(釣）、 Mp〇(P2(奸)）為各相應的變換矩陣； 第六步，用數值方法，求解出交錯軸非圓齒輪的齒廓； 該數值方法基于對嚙合方程的求解，在本例中嚙合方程表現為刀具齒面的法向量na(s)和齒面相對刀具的運動速度v(^);其中v(灼）基于對包絡方程的求導： 在輸入交錯軸非圓齒輪中：
在輸出交錯軸非圓齒輪中：v:
哨合方程的表現：輸入輪："?1(仍，0 = 〇 輸出輪：/?,,(.s')v、(fA，〇 = 〇 通過數值方法對嚙合方程的求解可得到齒面的坐標數據； 第七步，根據齒廓數據,進行三維建模，分析，以及生產加工。
3. -種是使用權利要求1所述交錯軸非圓齒輪的設計方法設計的交錯軸非圓齒輪傳 動裝置，其特征在于：包括一個機架（〇)，其特征在于：機架（〇)上有空間垂直交錯布置的輸 入軸（1)和輸出軸（2)，輸入軸（1)和輸出軸（2)上分別通過鍵槽固定有輸入交錯軸非圓 齒輪（3)和輸出交錯軸非圓齒輪（4)，輸入交錯軸非圓齒輪（3)和輸出交錯軸非圓齒輪（4) 相互P齒合。
4. 根據權利要求3所述的使用權利要求1所述交錯軸非圓齒輪的設計方法設計的交錯 軸非圓齒輪傳動裝置，其特征在于：所述的輸入軸（1)與輸出軸（2)的速度關系滿足特定的 傳動比函數；動力驅動輸入軸（1)勻速轉動，經過一級交錯軸非圓齒輪傳動，輸出軸（2)上 即得到特定的傳動比函數要求的運動輸出。
【專利摘要】一種交錯軸非圓齒輪的設計方法及其傳動裝置，根據空間嚙合原理和相對運動的方法，得到了交錯軸非圓齒輪的設計方法，該方法具有簡單實用的特點。交錯軸非圓齒輪傳動裝置機架上設有空間垂直交錯布置的輸入軸和輸出軸，輸入軸和輸出軸上分別通過鍵槽固定有輸入交錯軸非圓齒輪和輸出交錯軸非圓齒輪，輸入交錯軸非圓齒輪和輸出交錯軸非圓齒輪相互嚙合。僅采用了一級非圓齒輪傳動，即實現了空間交錯軸之間的變速比傳動，具有結構簡單，傳動效率高，支撐剛性好等特點。
【IPC分類】G06F17-50, F16H55-17
【公開號】CN104615800
【申請號】CN201410707936
【發明人】華林, 鄭方焱, 韓星會
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年11月28日