一种新型仿生齿轮制造技术

本发明专利技术提供了一种新型仿生齿轮，适于承载凹凸啮合传动；该仿生齿轮配置成一斜齿轮，且所述斜齿轮的外轮廓包含工作齿廓和非工作齿廓；所述工作齿廓至少包含对数螺旋凸齿廓和对数螺旋凹齿廓，所述非工作齿廓至少包含凸齿廓底部过渡圆弧和凹齿廓底部过渡圆弧；其中，所述对数螺旋凸齿廓与凸齿廓底部过渡圆弧相互平顺过渡连接，所述对数螺旋凹齿廓与凹齿廓底部过渡圆弧相互平顺过渡连接，且所述对数螺旋凸齿廓与对数螺旋凹齿廓相平齐设置。该新型仿生齿轮在进一步对自然界中昆虫齿轮的齿形及啮合特性进行分析，从而在基于齿轮传动中的凹凸啮合、非对称齿廓以及重合度和承载能力等方面实施深化改进。面实施深化改进。面实施深化改进。

【技术实现步骤摘要】
一种新型仿生齿轮


[0001]本专利技术涉及齿轮传动
，具体而言，涉及一种新型仿生齿轮。

技术介绍

[0002]伴随生产和科技的飞速发展，使得人们对齿轮提出了更高的要求，凹凸点接触齿轮相对于渐开线齿轮具有更高的能力，获得广泛的研究，主要有摆线齿轮、抛物线齿轮和圆弧齿轮，当前以圆弧齿轮的研究最为广泛。
[0003]一直以来齿轮都被认为是人造产物，因为自然界完全没有发现任何齿轮构造，但现在这个论点被推翻了。具体请参阅说明书附图1，剑桥大学的动物学家发现伊苏斯飞虱的两后脚关节有锯齿结构，而且互相对应，就像齿轮一样，作用是让飞虱在起跳时保持左右脚对称。透过解剖分析及飞虱跳跃时的高速录影影片，飞虱起跳时两脚动作差距只有30微秒。
[0004]由于神经讯号传导的时间对如此紧密的协调动作来说太慢，两脚完全对称的动作是无法透过神经系统完成的。不过透过齿轮结构，飞虱只需要传出让肌肉产生相同力度的神经讯号，其中一只脚起跳的时候，昆虫齿轮就会自动带动另一只脚，让两脚动作几乎同时。其中，两个齿轮的旋转速度超过每分钟3.3万转，而齿轮转动的加速度达到700g，能瞬间把昆虫加速到每秒3.9米的速度。当要跳跃时，昆虫胸腔的一对肌肉拉动肌腱进而拉动后腿旋转，之后压缩胸膜弓进行储能，等储能完毕，肌肉放松，胸膜弓释放能量，进而实现跳跃的过程。
[0005]请参阅说明书附图2，其中，该天然齿轮的齿高仅为15
‑
30微米，一侧大概有是10个轮齿。如此精细的结构在高速下需保持同步啮合运转，如当一条腿在起跳时先进行移动，它的齿轮会啮合并传递动力，促使另一条腿进行移动。而这种高速情况下齿轮需要有很大的承载能力。从昆虫齿轮的优点方面来看，具有齿间磨损小，精度高，承载能力大。从而，由于其多方面的优点，针对此种自然昆虫齿轮进行仿生设计具有重要意义。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新型仿生齿轮，以解决上述问题。
[0007]本专利技术采用了如下方案：
[0008]本申请提供了一种新型仿生齿轮，适于承载凹凸啮合传动；该仿生齿轮配置成一斜齿轮，且所述斜齿轮的外轮廓包含工作齿廓和非工作齿廓；所述工作齿廓至少包含对数螺旋凸齿廓和对数螺旋凹齿廓，所述非工作齿廓至少包含凸齿廓底部过渡圆弧和凹齿廓底部过渡圆弧；其中，所述对数螺旋凸齿廓与凸齿廓底部过渡圆弧相互平顺过渡连接，所述对数螺旋凹齿廓与凹齿廓底部过渡圆弧相互平顺过渡连接，且所述对数螺旋凸齿廓与对数螺旋凹齿廓相平齐设置。
[0009]作为进一步改进，所述外轮廓由多个斜齿部沿周向规则布设形成；所述斜齿部沿其啮合转动方向由所述凸齿廓底部过渡圆弧、对数螺旋凸齿廓、对数螺旋凹齿廓、凹齿廓底部过渡圆弧依次连接构造而成，且相邻的斜齿部之间通过一具有多个过渡点的曲线段来平
顺衔接。
[0010]作为进一步改进，所述工作齿廓配置成对数螺旋线，所述曲线段配置成圆弧，且所述工作齿廓在啮合工作时其啮合点被限定在斜齿轮的节线上。
[0011]作为进一步改进，所述外轮廓构造为非对称式齿廓，所述斜齿部的其中一侧呈一凸齿面，其中另一侧呈一凹齿面；且所述凸齿面被限定为所述对数螺旋凸齿廓的曲线段形成的啮合齿面，所述凹齿面被限定为所述对数螺旋凹齿廓的曲线段形成的啮合齿面。
[0012]作为进一步改进，所述对数螺旋凸齿廓压力角θ0和对数螺旋凹齿廓压力角θ3相等，并且，对数螺旋凸齿廓的齿顶高h
a1
等于对数螺旋凹齿廓的齿顶高h
a2
，以及对数螺旋凸齿廓的齿根高h
f1
大于对数螺旋凹齿廓的齿根高h
f2
，且其计算公式为h
a1
＝h
a2
＝h
a
m
n
，以及h
f1
＝(h
a
+c)m
n
；其中，需满足h
f2
>h
a2
＝h
a1
。
[0013]作为进一步改进，所述对数螺旋凹齿廓的齿顶压力角其中，对数螺旋凸齿廓的中心O1到啮合点k1的距离为1.5m
n
，即对数螺旋凹齿廓的中心O2到啮合点k2的距离为1.65m
n
，即其中，r1，r2，t1，t2为对数螺旋线的基数，且r1小于r2，t1等于t2，m
n
为法面模数。
[0014]作为进一步改进，在所述斜齿轮的分度圆基准上形成有法面轮廓，该法面齿廓中齿厚为啮合点k1和啮合点k2之间的距离，即齿厚s＝1.54m
n
，法面齿廓中齿槽宽e＝1.6m
n
；其中，对数螺旋凸齿廓的中心在齿高方向的移距量齿宽方向的移距量对数螺旋凹齿廓的中心在齿高方向的移距量齿宽方向的移距量
[0015]作为进一步改进，建立S1(O1‑
x1y1z1)
‑
与对数螺旋齿廓齿轮固连的动坐标系，在齿廓截面坐标系S
s
(O
s
‑
x
s
y
s
z
s
)中，对数螺旋凸齿廓曲线段的方程为C1,对数螺旋凹齿廓曲线段的方程C2；其中，
[0016][0017][0018]其中：r1，t1为凸齿廓对数螺旋线的基数，r2，t2为凹齿廓对数螺旋线的基数，并且，t1＝t2＝t；f1为对数螺旋齿廓齿轮凸齿廓的中心相对于x
s
轴的偏移量，取正值；w1为对数螺旋齿廓齿轮凸齿廓的中心相对于y
s
轴的偏移量，取正值；f2为对数螺旋齿廓齿轮凹齿廓的中
心相对于x
s
轴的偏移量，取正值；w2为对数螺旋齿廓齿轮凹齿廓的中心相对于y
s
轴的偏移量，取正值；其中，
[0019]作为进一步改进，对数螺旋凸齿面的方程∑1，以及对数螺旋凹齿面的方程∑2在动坐标系S1(O1‑
x1y1z1)中的方程为：
[0020][0021][0022]其中：φ1为齿轮的转角；β为齿轮的螺旋角，r为对数螺旋齿廓齿轮节圆柱半径。
[0023]通过采用上述技术方案，本专利技术可以取得以下技术效果：
[0024]本申请中，该新型仿生齿轮在进一步对自然界中昆虫齿轮的齿形及啮合特性进行分析，从而在基于齿轮传动中的凹凸啮合、非对称齿廓以及重合度和承载能力等方面实施深化改进。其中，该仿生齿轮构造为斜齿轮结构，其工作侧的齿形为凹凸啮合的曲线，且同一齿部的两侧分别为凸凹齿廓，能够显著降低齿间磨损，并且采用纯滚动接触，可实现高效的双向传动。尤其是，根据昆虫齿轮的特点进行设计，在啮合时为凹凸纯滚动点接触，与现有单圆弧齿轮相比，只需一把加工刀具就能加工同一模数的相啮合的一对齿轮，极大的降低了加工成本。并且，齿廓采用对数螺旋线，减小了接触应力和有误差时的齿面滑动速度。在合理的范围内增大了齿根厚度，减小了齿顶厚度，增加了承载能力，使得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型仿生齿轮，适于承载凹凸啮合传动；其特征在于，该仿生齿轮配置成一斜齿轮，且所述斜齿轮的外轮廓包含工作齿廓和非工作齿廓；所述工作齿廓至少包含对数螺旋凸齿廓和对数螺旋凹齿廓，所述非工作齿廓至少包含凸齿廓底部过渡圆弧和凹齿廓底部过渡圆弧；其中，所述对数螺旋凸齿廓与凸齿廓底部过渡圆弧相互平顺过渡连接，所述对数螺旋凹齿廓与凹齿廓底部过渡圆弧相互平顺过渡连接，且所述对数螺旋凸齿廓与对数螺旋凹齿廓相平齐设置。2.根据权利要求1所述的新型仿生齿轮，其特征在于，所述外轮廓由多个斜齿部沿周向规则布设形成；所述斜齿部沿其啮合转动方向由所述凸齿廓底部过渡圆弧、对数螺旋凸齿廓、对数螺旋凹齿廓、凹齿廓底部过渡圆弧依次连接构造而成，且相邻的斜齿部之间通过一具有多个过渡点的曲线段来平顺衔接。3.根据权利要求2所述的新型仿生齿轮，其特征在于，所述工作齿廓配置成对数螺旋线，所述曲线段配置成圆弧，且所述工作齿廓在啮合工作时其啮合点被限定在斜齿轮的节线上。4.根据权利要求2所述的新型仿生齿轮，其特征在于，所述外轮廓构造为非对称式齿廓，所述斜齿部的其中一侧呈一凸齿面，其中另一侧呈一凹齿面；且所述凸齿面被限定为所述对数螺旋凸齿廓的曲线段形成的啮合齿面，所述凹齿面被限定为所述对数螺旋凹齿廓的曲线段形成的啮合齿面。5.根据权利要求4所述的新型仿生齿轮，其特征在于，所述对数螺旋凸齿廓压力角θ0和对数螺旋凹齿廓压力角θ3相等，并且，对数螺旋凸齿廓的齿顶高h
a1
等于对数螺旋凹齿廓的齿顶高h
a2
，以及对数螺旋凸齿廓的齿根高h
f1
大于对数螺旋凹齿廓的齿根高h
f2
，且其计算公式为h
a1
＝h
a2
＝h
a
m
n
，以及h
f1
＝(h
a
+c)m
n
；其中，需满足h
f2
>h
a2
＝h
a1
。6.根据权利要求5所述的新型仿生齿轮，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：何增煌，符升平，叶伟雄，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
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