一种变中心距非圆齿轮对的设计方法及其机械传动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变中心距非圆齿轮对的设计方法及其机械传动装置。该设计方法在已知变中心距非圆齿轮对的传动比与中心距变化函数或曲线的情况下，以齿轮啮合原理为理论基础，运用瞬心法及隆格‑库塔的思想推导出递推公式，通过基于递推求解思想的变中心距非圆齿轮节曲线数值计算方法求得节曲线上的离散点集，再使用二次样条法拟合，得到变中心距非圆齿轮与的节曲线。然后根据实际情况选择插齿刀的模数，并以此为依据圆整节曲线，最终通过展成法用插齿刀包络两齿轮的节曲线模型，得到所求的变中心距非圆齿轮对。此外，本发明专利技术中所述的机械传动装置具有结构紧凑，传动效率高，耐磨损等优点。

A Design Method of Variable Center Spacing Non-circular Gear Pair and Its Mechanical Driving Device

The invention discloses a design method of a variable center distance non-circular gear pair and a mechanical transmission device thereof. This design method is based on the meshing principle of gears and the instantaneous center method and Runge Kutta's idea. The recurrence formula is deduced when the transmission ratio and the center distance change function or curve of the non-circular gear pair with variable center distance are known. The numerical calculation formula of pitch curve of the non-circular gear pair with variable center distance based on the recurrence method is given. The discrete point set on the pitch curve is obtained by using the method of quadratic spline fitting, and the pitch curve of non-circular gears with variable center distance is obtained. Then, according to the actual situation, the modulus of the gear shaper cutter is selected, and based on the circular pitch curve, the pitch curve model of the two gears is enveloped by the gear shaper cutter by the generating method, and the non-circular gear pair with variable center distance is obtained. In addition, the mechanical transmission device described in the invention has the advantages of compact structure, high transmission efficiency and wear resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种变中心距非圆齿轮对的设计方法及其机械传动装置
本专利技术涉及机械传动
，更具体地说，涉及一种变中心距非圆齿轮对的设计方法及其机械传动装置。
技术介绍
传统的定中心距非圆齿轮对能实现高精度的变速比运动，其在传动时中心距却是恒定不变的，无法满足特定的需求。而凸轮机构能实现中心距变化运动，但是其磨损高，并不能满足传动的需求。为了在平面上实现传动比与中心距同时变化的传动机构，则必须将上述两者结合起来，构成二级传动机构，但是存在传动链长、结构复杂、传动效率低、精度不高等缺陷。现阶段存在圆齿轮与非圆齿轮所组成的变中心距机械传动装置，由于该装置中一齿轮为圆齿轮，其能满足的中心距与传动比变化范围有限，难以满足更加广泛的需求。而两齿轮均为非圆齿轮的变中心距非圆齿轮对因其在啮合运动时存在啮合点随着中心距的变化而脱离两非圆齿轮中心连线、实际转动角度与啮合角不一致、啮合半径之和不等于中心距等特殊的几何特性，使得两齿轮均为非圆齿轮的变中心距非圆齿轮的数学模型相当复杂，在已知传动比函数及中心距变动函数的情况下难以靠传统几何方法得出参与啮合的两非圆齿轮的节曲线进而难以得到变中心距非圆齿轮的模型。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提出一种变中心距非圆齿轮对的设计方法及其机械传动装置。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：设计一种变中心距非圆齿轮对的设计方法，该设计方法包括以下步骤；Step1，根据用户需求，确定变中心距非圆齿轮对的中心距a(φA,i)及传动比i(φA,i)函数曲线；Step2，依据基于递推求解思想的变中心距非圆齿轮节曲线数值计算方法计算变中心距非圆齿轮对的节曲线，具体步骤如下所示：如图2所示，设平面坐标系(x,y)上有非圆齿轮对的A与B的节曲线做啮合运动，它们的传动比函数为：iAB(φA,i)＝wA/wB,i、中心距变动函数a(φA,i)，其中，A是主动轮，其角速度大小恒为wA，沿顺时针方向转动。从动轮为B，在t＝ti时，角速度为wB,i、中心点为OB,i。在A与B节曲线上的啮合点分别为过OB,i与啮合点Pi的直线与y轴的交点为则OB,i在x轴上移动的速度可表示为：t＝t0时，A的转动角为φA,i与啮合角为均为零。B的转动角为φB,i与啮合角为亦为零。则可知此时P0的坐标为(a(φA,0)/(i(φA,0)+1),0)。且依据啮合原理可知此时过啮合点P0且与A、B相切的公切线l0的斜率为无穷大。那么在t＝ti-1到ti间，A的转动角φA,Δ可表示为：则当t＝ti时，的斜率可表示为：过的直线的斜率kΔ可表示为：则过啮合点的直线li的斜率可表示为：则：又因为啮合点在上，则可知：然后，联立公式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)即可解得啮合点在平面上的坐标与进而求得li的斜率且t＝ti时，在A、B节曲线上的坐标可通过坐标变换表示为：(在t≠t0的情况下，当a(φA,i)≥a(φA,i-1)时，取正号；当a(φA,i)＜a(φA,i-1)，取负号)从而得到节曲线上的离散点集。最终，通过二次样条拟合，可以得到变中心距非圆齿轮对的节曲线与Step3，得到变中心距非圆齿轮对的节曲线与后，根据实际需求，确定刀具模数m，并依照此模数选用标准刀具或制定刀具。然后通过变中心距非圆齿轮对节曲线圆整算法对变中心距非圆齿轮对的节曲线进行圆整处理，该算法具体包括以下步骤：首先，通过下列公式计算出变中心距非圆齿轮对A与B的节曲线与的长度LA与LB：又依据刀具的具体尺寸，计算出插齿刀上的齿距p＝m*π，然后对变中心距两节曲线进行微调，在尽量少改变其中心距与传动比大小的情况下，使LA与LB的节曲线为刀具齿距p的整数倍。最终得到圆整后的节曲线与刀具模型。Step4，运用上述刀具模型对两非圆齿轮对的两节曲线进行包络，从而得到变中心距非圆齿轮对的包络模型。Step5，根据包络模型，进行三维建模、分析和生产加工，最终得到一对变中心距非圆齿轮。本专利技术依据上述设计方法获得的该变中心距非圆齿轮对的三维建模，提供一种变中心距非圆齿轮对构成的机械传动装置，通过一级齿轮传动即可实现齿轮间的的变速比传动的同时还能实现两传动轴间中心距的变化，具有结构紧凑，传动效率高，耐磨损等优点。此变中心距非圆齿轮对所构成的机械传动装置包括一个机座，机座上有一个孔和槽，其中，孔中安装输出轴，在输出轴上安装有非圆齿轮B并用垫片和螺母固定。在槽中安装输入轴，输入轴可沿槽上下滑动。在输入轴上还装有非圆齿轮A并通过键槽和键与联轴器相连，联轴器连接到输入设备。在机械传动装置运动过程中非圆齿轮A与非圆齿轮B始终相啮合。输入轴与输出轴的角速度关系满足用户指定的传动比函数；输入轴与输出轴的轴心距满足用户指定的中心距变化函数；动力驱动输入轴匀速转动，经过一级变中心距非圆齿轮传动，输出轴上得到用户指定的传动比函数要求的运动输出，且输入轴与输出轴的轴心距也满足用户指定的中心距变化函数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的设计方法具有理论思路清晰、计算过程简单、实际操作实用、产品精度高等特点。2、本专利技术提供的变中心距非圆齿轮对机械传动装置，通过一级齿轮传动即可实现齿轮间的的变速比传动，还能实现两传动轴间中心距的变化，具有结构紧凑，传动效率高，耐磨损等优点。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术实施例中变中心距非圆齿轮对构成的机械传动装置的结构示意图；图2为非圆齿轮对A与B的节曲线在平面坐标系(x,y)上做啮合运动；图3为本专利技术实施例中变中心距非圆齿轮A与B的传动比变化曲线；图4为本专利技术实施例中变中心距非圆齿轮A与B的中心距变化曲线；图5为本专利技术实施例中变中心距非圆齿轮对的节曲线图6为本专利技术实施例中变中心距非圆齿轮对的节曲线图7是本专利技术实施例中得到圆整后的节曲线模型图8是本专利技术实施例中得到圆整后的节曲线模型图9是本专利技术实施例中得到变中心距非圆齿轮对的三维建模。图1中：1-机座，2-孔，3-槽，4-输出轴，5-非圆齿轮B，6-垫片，7-螺母，8-输入轴，9-非圆齿轮A，10-联轴器，11-键槽和键。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术提供一种变中心距非圆齿轮对的设计方法，在本实施例中，首先给出变中心距非圆齿轮A与B的传动比及中心距变化曲线，如图3、图4所示。如图2所示，非圆齿轮对与的节曲线在平面坐标系上做啮合运动。图3和图4中，横轴为非圆齿轮A的φA,i角，纵轴则表示参数在φA,i∈[0,2π]时所对应的数值，曲线表示在φA,i∈[0,2π]区间内变中心距非圆齿轮对的传动比与中心距变化，那么在已知每个φA,i所对应的a(φA,i)以及i(φA,i)的情况下，则t＝t0时，从曲线可知，a(φA,0)＝47.4783且i(φA,0)＝0.5791。那么及的长度可通过以下式算出：则可得P0坐标为(30.0667,0)，又因为t＝t0时A与B的φA,0、φB,0的值均为0。则此时过啮合点P0且与A、B相切的公切线l0的斜率为无穷大。那么t＝t1时a(φA,1)＝47.4782、i(φA,1)＝0.5791且t1到t0间的转动角度φA,Δ＝0.00。17则通过公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变中心距非圆齿轮对的设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤；Step1，根据用户需求，确定变中心距非圆齿轮对的中心距a(φA,i)及传动比i(φA,i)函数曲线；Step2，依据基于递推求解思想的变中心距非圆齿轮节曲线数值计算方法计算变中心距非圆齿轮对的节曲线

【技术特征摘要】
1.一种变中心距非圆齿轮对的设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤；Step1，根据用户需求，确定变中心距非圆齿轮对的中心距a(φA,i)及传动比i(φA,i)函数曲线；Step2，依据基于递推求解思想的变中心距非圆齿轮节曲线数值计算方法计算变中心距非圆齿轮对的节曲线与Step3，确定刀具模数m，并依照此模数选用标准刀具或制定刀具，通过变中心距非圆齿轮对节曲线圆整算法对变中心距非圆齿轮对的节曲线进行圆整处理，得到圆整后的非圆齿轮对节曲线与刀具模型；Step4，运用上述刀具模型对非圆齿轮对的节曲线进行包络，从而得到变中心距非圆齿轮对的包络模型；Step5，根据包络模型，进行三维建模、分析和生产加工，最终得到一对变中心距非圆齿轮。2.根据权利要求1所述的一种变中心距非圆齿轮对的设计方法，其特征在于，在所述Step2中，设平面坐标系(x,y)上有非圆齿轮对的A与B的节曲线做啮合运动，它们的传动比函数为：iAB(φA,i)＝wA/wB,i、中心距变动函数a(φA,i)，其中，A是主动轮，其角速度大小恒为wA，沿顺时针方向转动；从动轮为B，在t＝ti时，角速度为wB,i、中心点为OB,i；在A与B节曲线上的啮合点分别为过OB,i与啮合点Pi的直线与y轴的交点为则OB,i在x轴上移动的速度表示为：t＝t0时，A的转动角为φA,i与啮合角为均为零，B的转动角为φB,i与啮合角为亦为零，则此时P0的坐标为(a(φA,0)/(i(φA,0)+1),0)；依据啮合原理得出此时过啮合点P0且与A、B相切的公切线l0的斜率为无穷大；那么在t＝ti-1到ti间，A的转动角φA,Δ表示为：则当t＝ti时，的斜率表示为：过的直线的斜率kΔ表示为：则过啮合点的直线li的斜率表示为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡吉全，李渤涛，赵加伟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42