一种无相对滑动的凹-凸啮合圆弧齿轮齿条机构制造技术

本发明专利技术涉及一种无相对滑动的凹‑凸啮合圆弧齿轮齿条机构，包括外表面均布有螺旋凹圆弧齿槽的螺旋圆弧齿轮和表面均布有凸圆弧齿的圆弧齿条组成的一对传动副，螺旋凹圆弧齿槽和凸圆弧齿配合，螺旋圆弧齿轮连接驱动器的转动轴；螺旋凹圆弧齿槽中心线均为等升距圆柱螺旋线，螺旋圆弧齿轮和圆弧齿条的结构形状由设计参数确定。安装本机构时须保证螺旋凹圆弧齿槽和凸圆弧齿正确啮合，实现圆弧齿轮齿条传动。本发明专利技术的圆弧齿轮齿条机构传动时无齿面相对滑动、齿面胶合、齿面磨损和齿面塑性变形等失效形式，具有重合度高，结构简单易加工，传动效率高，承载能力强等优点，适合在微小、微机械和常规机械领域推广应用。

A relative sliding concave convex gear rack mechanism

The present invention relates to a non convex concave relative sliding gear rack mechanism, including the outer surface cloth with spiral concave arc tooth helical circular gear and are distributed on the surface of a convex circular arc rack composed of a pair of gear with helical grooves and convex concave circular arc tooth, the axis of rotation of the spiral arc the drive gear is connected with the spiral concave arc; the center line is tooth pitch helix structure, shape of spiral arc gear and arc rack is determined by design parameters. When installing the mechanism, the spiral concave arc tooth ring and the convex arc tooth must be correctly meshed, and the circular arc gear rack drive can be realized. Arc gear rack mechanism transmission of the invention without tooth surface sliding, tooth bonding, tooth tooth wear and plastic deformation failure modes, with high contact ratio, simple structure and easy processing, high transmission efficiency, strong bearing capacity, suitable for small and micro mechanical and conventional mechanical applications.

【技术实现步骤摘要】
一种无相对滑动的凹-凸啮合圆弧齿轮齿条机构
本专利技术涉及一种无相对滑动的凹-凸啮合圆弧齿轮齿条机构，具体地说是一种基于曲线啮合原理的用于齿轮齿条传动的无相对滑动的凹-凸啮合圆弧齿轮齿条机构。
技术介绍
齿轮传动作为机械传动中的基本传动形式，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，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。如国内外在齿轮啮合理论领域创新出新型的微小传动机构。在中国专利文献中，专利号为201010105902.3，公开了“一种斜交齿轮机构”，还有专利号为201510054843.4，公开了“用于平行轴外啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构”，专利号为201510051923.4，公开了“用于平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构”。上述前一种传动机构属于基于曲线啮合原理的微小机械传动机构，它最大局限性在于，倚靠主、从动轮体上的空间细长钩杆进行啮合运动，能承受的载荷十分有限，因此只能实现微小空间内的微小力或者运动的连续传递，而不能实现工业应用所必须的常规动力传递。而后两种传动机构最大局限性在于，它们只能实现平面内两平行轴之间的运动和动力传递，不能实现齿轮齿条副之间的运动和动力传递。此外，申请号为99114349.3，公开了“纯滚动接触齿轮齿条及其切削刀具”，虽然提出了齿轮齿条实现纯滚动接触的几种设计方法，但是只限于概念设计阶段，没有给出具体的齿轮齿条结构参数和重合度等设计计算公式，因此，该设计的齿形具体形状和受力状态也无法查考，无法在工程上应用和推广。目前齿轮齿条机构之间的运动和动力的传递，工业应用最广泛的是渐开线齿轮齿条机构，包括直齿轮-直齿条副和斜齿轮-斜齿条副。但这两种齿轮齿条副的啮合原理都严格遵循曲面啮合理论，从设计理论上就必然存在齿面之间的相对滑动，因此不能避免齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形等传统齿轮传动的普遍失效形式，严重影响了齿轮齿轮副的使用寿命和可靠性，同时由于采用的渐开线齿形为悬臂梁式结构，齿面啮合方式为凸-平面啮合，因此弯曲强度和接触强度不高，其承载能力也有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对机械传动领域中齿轮齿条机构现有技术存在的问题，而提供一种结构简单，体积小，质量轻，传动系零件数少，齿面间无相对滑动，重合度高，承载能力强，传动效率高，且传动连续稳定的无相对滑动凹-凸啮合圆弧齿轮齿条机构。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种无相对滑动的凹-凸啮合圆弧齿轮齿条机构，包括外表面均布有螺旋凹圆弧齿槽的螺旋圆弧齿轮和表面均布有凸圆弧齿的圆弧齿条组成的一对传动副，螺旋凹圆弧齿槽和凸圆弧齿配合；所述的螺旋圆弧齿轮连接驱动器的转动轴，驱动器的转动带动螺旋圆弧齿轮同向转动；所述的圆弧齿条上表面与凸圆弧齿之间设有过渡圆角用以减小凸圆弧齿根部应力集中；螺旋圆弧齿轮和圆弧齿条啮合方式为空间曲线啮合，其啮合传动为点接触的无相对滑动啮合传动，所有啮合点的相对运动速度均为零，并且啮合点在螺旋圆弧齿轮上形成的接触线和螺旋凹圆弧齿槽中心线，均为等升距圆柱螺旋线，啮合点在圆弧齿条上形成的接触线和凸圆弧齿中心线均为倾斜直线；所述的螺旋凹圆弧齿槽中心线和凸圆弧齿中心线的形状由如下方法确定：在o--x,y,z及op--xp,yp,zp两个固定空间坐标系中，z轴与螺旋圆弧齿轮的回转轴线重合，x与xp轴重合，y轴与yp轴平行，z轴与zp轴平行，坐标原点o与op的距离为a；坐标系o1--x1,y1,z1与螺旋圆弧齿轮固联，坐标系o2--x2,y2,z2与圆弧齿条固联，yp轴与y2轴重合；在起始位置，坐标系o1--x1,y1,z1和o2--x2,y2,z2分别与坐标系o--x,y,z及op--xp,yp,zp重合，螺旋圆弧齿轮以匀角速度ω1绕z轴旋转，圆弧齿条以匀速v2沿着yp轴反方向平行移动，从起始位置经一段时间后，坐标系o1--x1,y1,z1及o2--x2,y2,z2分别运动，此时啮合点为M，螺旋圆弧齿轮绕z轴转过角，圆弧齿条沿yp轴反方向平行移动距离为s2；设给定螺旋圆弧齿轮上所有啮合点所组成的接触线为C1，C1的参数方程为：其中：t—为等升距圆柱螺旋线的参变量，且t≥0，其取值范围为△t>0；β为螺旋圆弧齿轮接触线C1的螺旋角，d1为接触线为C1的螺旋直径；设给定圆弧齿条上形成的凸圆弧齿接触线为C2，凹-凸啮合圆弧齿轮齿条机构的共轭接触线C1和C2的啮合点M的相对运动速度必须满足啮合条件：ν12＝0；(2)上式中，ν12为啮合点M的相对运动速度；空间坐标变换矩阵M21为：上述矩阵中，为螺旋圆弧齿轮绕z轴转过的角度；s2为圆弧齿条沿yp轴反方向平行移动距离；a为oop的距离，即圆弧齿轮与圆弧齿条的安装间距；根据空间坐标变换矩阵和啮合条件求得圆弧齿条上的接触线C2的参数方程为：由式(1)和式(6)得到，圆弧齿轮齿条机构中一对共轭啮合的接触线要满足的条件是螺旋圆弧齿轮的接触线螺旋角必须等于圆弧齿条上接触线的倾斜角且旋向相反，同时，螺旋圆弧齿轮上均布的接触线的法向齿距必须等于圆弧齿条上均布的接触线的法向齿距；此时，所有啮合点的相对运动速度为零，啮合点在固定坐标系o--x,y,z组成一条平行于z轴的直啮合线；由此，得到螺旋圆弧齿轮的螺旋凹圆弧齿槽中心线为与螺旋圆弧齿轮上的接触线C1相同螺旋参数的等升距圆柱螺旋线，其参数方程为：由此，得到圆弧齿条的凸圆弧齿中心线为与圆弧齿条上的接触线C2相同倾斜角的直线，其参数方程为：其中，ρ2为圆弧齿条的凸圆弧齿的法向圆弧半径；螺旋圆弧齿轮和圆弧齿条的法向模数为mn，mn的取值为0.1，0.15，0.2，0.25，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1，1.25，1.5，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40，50，单位为毫米；螺旋圆弧齿轮与圆弧齿条的法向齿距为pn，pn＝πmn；(9)螺旋圆弧齿轮的齿数即为螺旋凹圆弧齿槽的个数Z1，Z1为大于等于1的整数；螺旋圆弧齿轮的螺旋角为螺旋圆弧齿轮接触线的螺旋角β，单位为弧度；螺旋圆弧齿轮的螺旋凹圆弧齿槽中心线的螺旋直径为d1，螺旋圆弧齿轮的齿宽B与圆弧齿条的宽度B相等，螺旋圆弧齿轮的螺旋凹圆弧齿槽的法向圆弧半径为ρ1，螺旋圆弧齿轮的外径为D1，D1＝d1；(13)圆弧齿条的凸圆弧齿中心线的倾斜角等于螺旋圆弧齿轮的螺旋角β，单位为弧度；圆弧齿条的凸圆弧齿的法向圆弧半径为ρ2，ρ2＝kρ1；(14)其中，k为齿槽间隙系数，0.8≤k≤1；圆弧齿条的总长度为L，L>0；宽度为B，圆弧齿条的基厚为TC，TC>0，总厚度为圆弧齿条的凸圆弧齿与圆弧齿条上表面之间的过渡圆角半径为r2，r2>0；螺旋圆弧齿轮与圆弧齿条的安装间距为a，其中：x，y，z，x1，y1，z1，x2，y2，z2，s2，xp，yp，zp，a，B，T，TC，a，D1，d1，db，r2的长度或距离单位均为毫米；和β角度单位均为弧度；当确定基本参数模数mn，螺旋角β及其旋向和间隙系数k时，螺旋凹圆弧齿槽与凸圆弧齿的齿廓法向截面形状得以确定，然后给定螺旋线参变量t及其取值范围△t，过渡圆角半径r2，螺旋圆弧齿轮的齿数Z1，圆弧齿条长度L和圆弧齿条基厚TC时，螺旋圆弧齿轮与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无相对滑动的凹‑凸啮合圆弧齿轮齿条机构，包括外表面均布有螺旋凹圆弧齿槽的螺旋圆弧齿轮和表面均布有凸圆弧齿的圆弧齿条组成的一对传动副，螺旋凹圆弧齿槽和凸圆弧齿配合；所述的螺旋圆弧齿轮连接驱动器的转动轴，驱动器的转动带动螺旋圆弧齿轮同向转动；其特征在于：所述的圆弧齿条上表面与凸圆弧齿之间设有过渡圆角用以减小凸圆弧齿根部应力集中；螺旋圆弧齿轮和圆弧齿条啮合方式为空间曲线啮合，其啮合传动为点接触的无相对滑动啮合传动，所有啮合点的相对运动速度均为零，并且啮合点在螺旋圆弧齿轮上形成的接触线和螺旋凹圆弧齿槽中心线，均为等升距圆柱螺旋线，啮合点在圆弧齿条上形成的接触线和凸圆弧齿中心线均为倾斜直线；所述的螺旋凹圆弧齿槽中心线和凸圆弧齿中心线的形状由如下方法确定：在o‑‑x,y,z及o

【技术特征摘要】
1.一种无相对滑动的凹-凸啮合圆弧齿轮齿条机构，包括外表面均布有螺旋凹圆弧齿槽的螺旋圆弧齿轮和表面均布有凸圆弧齿的圆弧齿条组成的一对传动副，螺旋凹圆弧齿槽和凸圆弧齿配合；所述的螺旋圆弧齿轮连接驱动器的转动轴，驱动器的转动带动螺旋圆弧齿轮同向转动；其特征在于：所述的圆弧齿条上表面与凸圆弧齿之间设有过渡圆角用以减小凸圆弧齿根部应力集中；螺旋圆弧齿轮和圆弧齿条啮合方式为空间曲线啮合，其啮合传动为点接触的无相对滑动啮合传动，所有啮合点的相对运动速度均为零，并且啮合点在螺旋圆弧齿轮上形成的接触线和螺旋凹圆弧齿槽中心线，均为等升距圆柱螺旋线，啮合点在圆弧齿条上形成的接触线和凸圆弧齿中心线均为倾斜直线；所述的螺旋凹圆弧齿槽中心线和凸圆弧齿中心线的形状由如下方法确定：在o--x,y,z及op--xp,yp,zp两个固定空间坐标系中，z轴与螺旋圆弧齿轮的回转轴线重合，x与xp轴重合，y轴与yp轴平行，z轴与zp轴平行，坐标原点o与op的距离为a；坐标系o1--x1,y1,z1与螺旋圆弧齿轮固联，坐标系o2--x2,y2,z2与圆弧齿条固联，yp轴与y2轴重合；在起始位置，坐标系o1--x1,y1,z1和o2--x2,y2,z2分别与坐标系o--x,y,z及op--xp,yp,zp重合，螺旋圆弧齿轮以匀角速度ω1绕z轴旋转，圆弧齿条以匀速v2沿着yp轴反方向平行移动，从起始位置经一段时间后，坐标系o1--x1,y1,z1及o2--x2,y2,z2分别运动，此时啮合点为M，螺旋圆弧齿轮绕z轴转过角，圆弧齿条沿yp轴反方向平行移动距离为s2；设给定螺旋圆弧齿轮上所有啮合点所组成的接触线为C1，C1的参数方程为：其中：t—为等升距圆柱螺旋线的参变量，且t≥0，其取值范围为△t>0；β为螺旋圆弧齿轮接触线C1的螺旋角，d1为接触线为C1的螺旋直径；设给定圆弧齿条上形成的凸圆弧齿接触线为C2，凹-凸啮合圆弧齿轮齿条机构的共轭接触线C1和C2的啮合点M的相对运动速度必须满足啮合条件：ν12＝0；(2)上式中，ν12为啮合点M的相对运动速度；空间坐标变换矩阵M21为：上述矩阵中，为螺旋圆弧齿轮绕z轴转过的角度；s2为圆弧齿条沿yp轴反方向平行移动距离；a为oop的距离，即圆弧齿轮与圆弧齿条的安装间距；根据空间坐标变换矩阵和啮合条件求得圆弧齿条上的接触线C2的参数方程为：由式(1)和式(6)得到，圆弧齿轮齿条机构中一对共轭啮合的接触线要满足的条件是螺旋圆弧齿轮的接触线螺旋角必须等于圆弧齿条上接触线的倾斜角且旋向相反，同时，螺旋圆弧齿轮上均布的接触线的法向齿距必须等于圆弧齿条上均布的接触线的法向齿距；此时，所有啮合点的相对运动速度为零，啮合点在固定坐标系o--x,y,z组成一条平行于z轴的直啮合线；由此，得到螺旋圆弧齿轮的螺旋凹圆弧齿槽中心线为与螺旋圆弧齿轮上的接触线C1相同螺旋参数的等升距圆柱螺旋线，其参数方程为：由此，得到圆弧齿条的凸圆弧齿中心线为与圆弧齿条...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祯，丁华锋，文国军，罗林波，杨静，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42