以平面阿基米德螺旋线构造主动线齿的斜交线齿轮机构制造技术

本发明专利技术公开了一种以平面阿基米德螺旋线构造主动线齿的斜交线齿轮机构，包括主动轮和从动轮组成的传动副，采用平面阿基米德螺旋线进行主动接触线构造，满足线齿轮空间曲线啮合理论，即空间共轭的主动接触线和从动接触线以点接触形式实现啮合传动，所述主动接触线和从动接触线分别依托于主动线齿和从动线齿上，所述主动线齿和从动线齿分布于主动轮和从动轮的轮体上；所述主动轮和从动轮的轴以任意角度交叉，所述任意角度指0°‑180°中任一角度。本发明专利技术由原来线齿轮副常用作主动接触线的圆柱螺旋线变为平面阿基米德螺旋线，降低了主动接触线的空间维度，便于与微纳制造中平面加工为主的工艺结合，更有利于线齿轮在微小传动领域的应用。

Oblique line gear mechanism for constructing active wire teeth with plane Archimedes spiral

The invention discloses a helical gear to plane intersection of Archimedes spiral tectonic active line comprises a transmission gear, a driving wheel and a driven wheel pair consisting of, by plane Archimedes spiral active contact line structure, meet the space curve line gear meshing theory, namely the active space conjugate contact line and contact line driven meshing drive with point contact, the contact line and contact line driven were relying on active tooth and tooth line from the line, the line from the line of active tooth and tooth distribution on a driving wheel and a driven wheel wheel; the driving wheel and the driven wheel axis at any angle of the cross. Any angle refers to any angle 0 degrees 180 degrees in. The present invention from the original line of gear pair is used as a helix active contact line into the plane Archimedes spiral line, the spatial dimensions of active contact line is reduced, and micro nano technology combined with the easy plane manufacturing based, more conducive to the application in the field of micro gear transmission line.

【技术实现步骤摘要】
以平面阿基米德螺旋线构造主动线齿的斜交线齿轮机构
本专利技术涉及小功率、小尺寸的新型齿轮传动领域，尤其涉及一种以平面阿基米德螺旋线构造主动线齿的斜交轴线齿轮机构。
技术介绍
齿轮传动是应用最广泛的一种传动与变速技术。区别于传统渐开线齿轮副的共轭曲面啮合理论，新型齿轮机构——线齿轮传动副，应用空间共扼曲线啮合理论，可实现轴线以任意角度相交或交错的传动和大传动比传动。线齿轮又称为空间曲线啮合轮,传动过程中是一对共扼空间曲线参与啮合，这对空间曲线分别作为线齿轮副中的主动接触线和从动接触线。已有的线齿轮机构无论其主从动轮轴线是平行、垂交叉还是交错，设计要求是等速传动还是变速传动，都一致采用圆柱螺旋线构造主动接触线，如中国专利(专利申请号CN201010105902)公开的“一种斜交齿轮机构”；中国专利(专利申请号CN201210449290)公开的“一种空间交错轴齿轮机构”；中国专利(专利申请号CN201520611186)公开的“一种变传动比线齿轮机构”。考虑到常规尺寸传动副的加工难度，圆柱螺旋线相对于其他空间曲线更容易实现数控加工且保证较高精度。然而线齿轮要解决的核心问题是微小空间传动，线齿轮在微小尺寸正确啮合传动的前提是线齿轮构型适应于微纳加工工艺。微纳加工方法加工平面构型较容易且精度高。目前的交叉轴齿轮副中，尚没有以平面形状构建主动轮的传动形式。
技术实现思路
本专利技术针对目前微小传动领域现有技术存在的问题，提出了以平面阿基米德螺旋线构造主动接触线的斜交线齿轮机构。主动接触线的构造由原来的圆柱螺旋线变为平面阿基米德螺旋线，降低了接触线的空间维度，降低加工微小加工难度，便于与微纳制造中平面加工为主的工艺结合，更有利于线齿轮在微小传动领域的应用。该种新的线齿轮副遵循空间曲线啮合原理，依靠主动轮和从动轮上的主动线齿和从动线齿之间的连续啮合实现稳定传动。本专利技术的具体技术方案如下：一种以平面阿基米德螺旋线构造主动线齿的斜交线齿轮机构，包括主动轮和从动轮组成的传动副，所述主动轮和从动轮满足线齿轮空间曲线啮合理论，即空间共轭的主动接触线和从动接触线以点接触形式实现啮合传动，所述主动接触线和从动接触线分别依托于主动线齿和从动线齿上，所述主动线齿和从动线齿分别分布于主动轮和从动轮的轮体上，所述主动轮和从动轮的轴线可以根据设计需要以任意角度交叉，形成主从动轮旋转轴夹角θ，实现空间任意角度交叉轴之间的传动，所述任意角度指0°～180°中任一角度；所述主动接触线为平面阿基米德螺旋线，从动接触线根据轴线夹角的不同设计要求采用平面阿基米德螺旋线、圆柱螺旋线或圆锥螺旋线。进一步地，所述主动接触线和从动接触线参数方程为：式中，t1为参变量，m为阿基米德螺旋线参数，n为阿基米德螺旋线截距，a，b为主从动接触线所固结的两个参考系的原点之间的水平距离与竖直距离，θ为主从动轮旋转轴夹角，i21为传动比。k为极角系数。进一步地，根据所述传动副的轴线交角θ的设计要求，当θ为0°或180°时，所述从动接触线为平面阿基米德螺旋线；当θ为90°时，所述从动接触线为圆柱螺旋线；当θ为其他角度时，所述从动接触线为圆锥螺旋线。进一步地，所述主动线齿实体和从动线齿实体的扫掠构建过程如下：首先构建主动中心线和从动中心线：当外啮合时，主动线齿中心线为主动接触线沿其法线向曲率中心方向平移一个距离r1得到，从动线齿中心线为从动接触线沿主动接触线法线向曲率中心方向反向平移一个距离r2得到，当内啮合时，平移方向相反；其中，所述主动线齿中心线参数方程为：所述从动线齿中心线参数方程为：其中，r1，r2表示主动线齿及从动接触线在接触线处垂直于接触线平面上的曲率半径，正负号的取决于外啮合或者内啮合，中心线所平移的方向不同；然后进行扫掠得到线齿实体：分别由主动中心线起点向主动接触线垂直方向作截面圆，从动中心线起点向从动接触线垂直方向作截面圆，再由截面圆沿着中心线扫掠得到线齿实体。线齿曲率半径根据设计要求进行选取。所述主从动接触线和主从动中心线保证了主从动线齿在接触线附近的形状和曲率半径，主动轮、从动轮的轮体、主动、从动线齿的形状都可以根据实际条件设计。上述以平面阿基米德螺旋线构造主动接触线的斜交齿轮机构中，在传动某时刻某对主动线齿和从动线齿实现啮合，在未脱开啮合时，下一对主从动接触线进入啮合，保证了传动副连续稳定的啮合传动。相比以往一致采用圆柱螺旋线作为主动接触线，本专利技术采用平面阿基米德螺旋线作为主动接触线，降低了主动接触线的空间维度，便于与微纳制造中平面加工为主的工艺结合，更有利于线齿轮在微小传动领域的应用，因为在微小尺度加工中，受制于微小尺度材料特性、结构强度及刚度、形状尺寸(尺寸效应)、装夹及释放的难度、残余应力及表面完整性等，加工三维曲面需要多一维度的控制或者运动，难度大成本高；加工2D或者2.5D的加工技术较为成熟，一方面自集成电路加工技术发展起来的硅微加工技术先天适应平面的加工，如硅各向异性刻蚀、光刻、反应离子刻蚀等，另一方面非硅加工技术加工平面图形较容易，如平面电火花铣削，电解铣削、离子束加工等。附图说明图1为实施方式中的以平面阿基米德螺旋线为主动接触线的斜交线齿轮机构示意图。图2为以平面阿基米德螺旋线为主动接触线的斜交线齿轮机构的主动轮俯视图。图3为以平面阿基米德螺旋线为主动接触线的斜交线齿轮机构的从动轮俯视图。图4为以平面阿基米德螺旋线为主动接触线的斜交线齿轮机构的从动轮侧视图。图5为图2，3所述主动轮上线齿横截面示意图。图6为图1中对应坐标系示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施作进一步说明，本专利技术的实施不限于此。如图1所示，一种以平面阿基米德螺旋线构造主动线齿的斜交线齿轮机构，包括主动轮和从动轮组成的传动副，所述主动轮和从动轮满足线齿轮空间曲线啮合理论，即空间共轭的主动接触线和从动接触线以点接触形式实现啮合传动，所述主动接触线和从动接触线分别依托于主动线齿和从动线齿上，所述主动线齿和从动线齿分别分布于主动轮和从动轮的轮体上，所述主动轮和从动轮的轴线可以根据设计需要以任意角度交叉，形成主从动轮旋转轴夹角θ，实现空间任意角度交叉轴之间的传动，所述任意角度指0°～180°中任一角度；所述主动接触线为平面阿基米德螺旋线，从动接触线根据轴线夹角的不同设计要求采用平面阿基米德螺旋线、圆柱螺旋线或圆锥螺旋线。其中，主动轮3与驱动轴2固联，从动轮4与被驱动轴5固联，驱动轴2与电机1固联，如图2所示，主动线齿6均匀布置在主动轮3的轮体上，如图3、4所示，从动线齿7均匀布置在从动轮4的轮体上。其传动原理为：电机1转动使驱动轴2和主动轮3转动，主动轮3与从动轮4啮合传动，进而使被驱动轴5转动，实现交叉轴的传动过程。任意时刻某对主动线齿和从动线齿实现啮合，在未脱开啮合时，下一对主从动接触线进入啮合，保证了传动副连续稳定的啮合传动。下面结合附图进一步说明本专利技术中主动线齿和从动线齿的构造过程。如图5所示的空间共轭曲线的坐标系与图1所示的齿轮机构传动位置相对应，表示一对空间共轭曲线在空间中的参考坐标和传动啮合时的运动参考坐标。具体为：o-xyz和o-xpypzp两个空间坐标系表示主动轮和从动轮所在位置的固定坐标系，o-x1y1z1和o-x2y2z2两个空间坐标系分别与主动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以平面阿基米德螺旋线构造主动线齿的斜交线齿轮机构，包括主动轮和从动轮组成的传动副，其特征在于：所述主动轮和从动轮满足线齿轮空间曲线啮合理论，即空间共轭的主动接触线和从动接触线以点接触形式实现啮合传动，所述主动接触线和从动接触线分别依托于主动线齿和从动线齿上，所述主动线齿和从动线齿分别分布于主动轮和从动轮的轮体上，所述主动轮和从动轮的轴线可以根据设计需要以任意角度交叉，形成主从动轮旋转轴夹角θ，实现空间任意角度交叉轴之间的传动，所述任意角度指0°～180°中任一角度；所述主动接触线为平面阿基米德螺旋线，从动接触线根据轴线夹角的不同设计要求采用平面阿基米德螺旋线、圆柱螺旋线或圆锥螺旋线。

【技术特征摘要】
1.一种以平面阿基米德螺旋线构造主动线齿的斜交线齿轮机构，包括主动轮和从动轮组成的传动副，其特征在于：所述主动轮和从动轮满足线齿轮空间曲线啮合理论，即空间共轭的主动接触线和从动接触线以点接触形式实现啮合传动，所述主动接触线和从动接触线分别依托于主动线齿和从动线齿上，所述主动线齿和从动线齿分别分布于主动轮和从动轮的轮体上，所述主动轮和从动轮的轴线可以根据设计需要以任意角度交叉，形成主从动轮旋转轴夹角θ，实现空间任意角度交叉轴之间的传动，所述任意角度指0°～180°中任一角度；所述主动接触线为平面阿基米德螺旋线，从动接触线根据轴线夹角的不同设计要求采用平面阿基米德螺旋线、圆柱螺旋线或圆锥螺旋线。2.根据权利要求1所述的以平面阿基米德螺旋线构造主动接触线的斜交齿轮机构，其特征在于：所述主动接触线和从动接触线参数方程为：式中，t1为参变量，m为阿基米德螺旋线参数，n为阿基米德螺旋线截距，a，b为主从动接触线所固结的两个参考系的原点之间的水平距离与竖直距离，θ为主从动轮旋转轴夹角，i21为传动比。k为极角系数。3.根据权利要求2所述的以平面阿基米德螺旋线构造主动接触线的斜交齿轮机构，其特征在于：根据所述传动副的轴线交角θ的设计要求，当θ为0°或180°时，所述从动接触线为平面阿基米德螺旋线；当θ为90°时，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈扬枝，谢雄敦，李政，吕月玲，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44