【技术实现步骤摘要】
端面圆弧与抛物线组合齿廓的圆弧齿线齿轮机构
[0001]本专利技术涉及传动齿轮
，尤其涉及一种端面圆弧与抛物线组合齿廓的圆弧齿线齿轮机构。
技术介绍
[0002]齿轮广泛应用于机器人关节减速机、汽车变速箱、风电齿轮箱、机床床头箱等工业装备，传递运动和动力，被视为机器中的“心脏”。目前常规的渐开线直齿轮、斜齿轮以及圆弧齿轮等平行轴圆柱齿轮传动，均难以克服齿面相对滑动引发的摩擦磨损、胶合、塑性变形等传动失效以及热变形、振动、噪声等问题。同时，齿轮润滑系统增加了整机重量和成本，并且在高温、低温、高压、真空、强辐射等极端环境，润滑剂可能失效，其排放也对环境造成不可逆的污染。随着智能制造产业的高速发展，常规的齿轮产品已经不能满足汽车自动变速器、机器人减速器、风电齿轮箱以及高铁轨道交通等高端装备的精密传动需求，高性能齿轮产品大量依赖进口。高性能齿轮设计制造技术已成为制约高端装备制造领域发展的关键因素，而如何避免齿面相对滑动提升齿轮传动性能是本领域亟需解决的关键问题之一。
[0003]为了解决上述平行轴齿轮传动存在的种种问题，国内外研究人员相继专利技术了单圆弧齿轮和双圆弧齿轮和圆弧齿线圆柱齿轮，如申请号为202110318591.7的中国专利文献公开了“一种双圆弧少齿差减速传动装置及双圆弧齿形成方法”，申请号为202123012746.9的中国专利文献公开了“一种变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副结构”等。但是上述双圆弧齿轮的小轮和大轮的齿廓是基于同一把滚刀由范成法切制而成，而且为了保证大小齿轮正确啮合，滚刀齿廓两个啮合点的压...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.端面圆弧与抛物线组合齿廓的圆弧齿线齿轮机构，包括轴线平行的小轮和大轮组成的一对齿轮副，所述小轮和所述大轮之间纯滚动啮合传动，其特征在于：所述小轮和所述大轮的端面齿廓曲线由端面工作齿廓曲线和齿根过渡曲线组成，所述小轮和所述大轮的端面齿廓曲线均左右两侧对称；所述小轮和所述大轮的端面工作齿廓为端面圆弧与抛物线的组合齿廓；所述小轮和所述大轮的齿面具有圆弧齿线结构；所述小轮和所述大轮至少一对轮齿啮合点位于节点以实现纯滚动啮合接触，所述小轮和所述大轮相对转动啮合点形成啮合线分别在所述小轮和所述大轮的齿面形成两条接触线。2.如权利要求1所述的端面圆弧与抛物线组合齿廓的圆弧齿线齿轮机构，其特征在于：所述小轮和所述大轮的齿面结构分别由各自的齿廓曲线随接触点沿接触线运动形成，且接触线沿所述小轮和所述大轮的节圆柱面展开后均为轴对称的圆弧。3.如权利要求1所述的端面圆弧与抛物线组合齿廓的圆弧齿线齿轮机构，其特征在于：所述小轮和所述大轮的左侧工作齿廓曲线均由圆弧和抛物线两种平面曲线在齿间控制点P
bi
光滑连接而成，所述小轮和所述大轮安装时右侧齿廓的齿间控制点G
bi
与节点P
i
重合，控制点G
bi
由左侧工作齿廓曲线齿间控制点P
bi
轴对称得到；端面工作齿廓曲线形状由齿顶控制点P
ai
、齿间控制点P
bi
和齿底控制点P
ci
决定，所述小轮和所述大轮的工作齿廓曲线从齿顶到齿根的组合类型均为CP，其中C、P分别代表圆弧和抛物线，圆弧为工作齿廓上部曲线，抛物线为工作齿廓下部曲线；齿根过渡曲线为齿底控制点P
ci
与齿根控制点P
di
所确定的Hermite曲线，且齿根过渡曲线与工作齿廓下部曲线在齿底控制点P
ci
光滑连接。4.如权利要求3所述的端面圆弧与抛物线组合齿廓的圆弧齿线齿轮机构，其特征在于：所述小轮和所述大轮的左侧工作齿廓的齿顶控制点P
ai
由齿顶圆半径R
ai
和偏移角χ
ai
确定，χ
ai
为所述小轮和所述大轮的齿顶基准点J
ai
绕圆心顺时针转动的角度；齿底控制点P
ci
由齿底圆半径R
ci
和偏移角χ
ci
确定，χ
ci
为所述小轮和所述大轮的齿底基准点J
ci
绕圆心顺时针转动的角度；其中，所述小轮和所述大轮齿顶基准点J
ai
为与所述小轮和所述大轮分别具有相同基圆半径、端面压力角的渐开线和相同半径R
ai
齿顶圆的交点；所述小轮和所述大轮齿底基准点J
ci
为与所述小轮和所述大轮分别具有相同基圆半径、端面压力角的渐开线和相同半径R
ci
齿底圆的交点。5.如权利要求1所述的端面圆弧与抛物线组合齿廓的圆弧齿线齿轮机构，其特征在于：所述小轮和所述大轮齿面接触线由如下方法确定：在o
p
‑
x
p
，y
p
，z
p
、o
k
‑
x
k
，y
k
，z
k
及o
g
‑
x
g
，y
g
，z
g
三个空间坐标系中，z
p
轴与所述小轮的回转轴线重合，z
g
轴与所述大轮的回转轴线重合，z
k
轴与通过啮合点M
a
和M
b
的啮合线K
‑
K重合，且z
k
轴与z
p
、z
g
轴互相平行，x
p
与x
g
轴重合，x
k
与x
g
轴平行，o
p o
g
的距离为a；坐标系o1‑
x1，y1，z1与所述小轮固联，坐标系o2‑
x2，y2，z2与所述大轮固联，所述小轮、所述大轮坐标系o1‑
x1，y1，z1和o2‑
x2，y2，z2在起始位置分别与坐标系o
p
‑
x
p
，y
p
，z
p
及o
g
‑
x
g
，y
g
，z
g
重合，此时啮合点M
a
和M
b
重合并记为M，所述小轮以匀角速度ω1绕z
p
轴顺时针旋转，所述大轮以匀角速度ω2绕z
g
轴逆时针旋转，从起始位置经一段时间后，坐标系o1‑
x1，y1，z1及o
2 x2，y2，z2分别旋转，所述小轮绕z
p
轴转过角，大轮绕z
g
轴转过角；当所述小轮和所述大轮啮合传动时，设定啮合点M
a
和M
b
分别从坐标原点o
k
开始沿啮合线K
‑
K上下运动，描述啮合点运动的参数方程为：
式(1)中，t为啮合点M
a
和M
b
的运动参数变量，0≤t≤Δt；为啮合点运动的线性比例系数；R1为所述小轮的节圆柱半径；r
c
为圆弧齿线在所述小轮的节圆柱面展开后的半径，由啮合点运动的线性比例系数运动参数变量最大值Δt、端面模数m
t
、所述小轮参数Z1、齿宽b确定；“+”对应啮合点M
a
，
“‑”
对应啮合点M
b
；为了确保定传动比啮合，所述小轮和所述大轮的转角与啮合点的运动必须是线性关系，它们的关系式如下：式(2)中i
12
为所述小轮与所述大轮之间的传动比；当啮合点M
a
和M
b
沿啮合线K
‑
K运动时，它们同时在所述小轮齿面和所述大轮齿面分别形成接触线C
p
和C
g
；根据坐标变换，得到坐标系o
p
‑
x
p
，y
p
，z
p
、o
k
‑
x
k
，y
k
，z
k
及o
g
‑
x
g
，y
g
，z
g
、o1‑
x1，y1，z1和o2‑
x2，y2，z2之间的齐次坐标变换矩阵为：其中，其中，式(4)和(5)中，R1为所述小轮的节圆柱半径，R2为所述大轮的节圆柱半径，α
t
为啮合点的端面压力角；由式(1)和(4)求得所述小轮齿面的接触线C
p
的参数方程为：由式(1)和(5)求得所述大轮齿面的接触线C
g
的参数方程为：
6.如权利要求1所述的端面圆弧与抛物线组合齿廓的圆弧齿线齿轮机构，其特征在于：所述小轮和所述大轮的左侧端面齿廓由如下方法确定：分别在所述大轮和所述小轮的齿间控制点P
bi
建立局部坐标系S
pbi
(o
pbi
‑
x
pbi
y
pbi
z
pbi
)，i＝1，2，其中i＝1表示所述小轮，i＝2表示所述大轮，得到用于工作齿廓曲线组合的上部圆弧曲线的参数方程分别为：式(8)中，i＝1，2，其中i＝1表示所述小轮，i＝2表示所述大轮；ξ
ai
为圆弧曲线的角度参数，ξ
aimin
和ξ
aimax
分别是ξ
ai
取值的最小值和最大值，ρ
ai
是所述小轮和所述大轮的圆弧半径，当确定偏移角χ
ai
、齿顶圆半径R
ai
，ρ
ai
、ξ
aimin
和ξ
aimax
均可求解，从而确定上部圆弧齿廓曲线；得到用于工作齿廓曲线组合的下部抛物线曲线的参数方程分别为：式(9)中，a
pi
为所述小轮和所述大轮的抛物线曲线的二次项系数，x
pi
是坐标轴x
pbi
的参变量，x
pimin
和x
pimax
分别是x
pbi
取值的最小值和最大值；当确定齿底圆半径R
ci
、偏移角χ
ci
时，a
pi
、x
pimin
和x
pimax
均可求解，从而确定下部抛物线齿廓曲线；根据坐标变换，可以得到坐标系S
pbi
(o
pbi
‑
x
pbi
y
pbi
z
pbi
)和S
Invi
(o
Invi
‑
x
Invi
y
lnvi
z
Invi
)之间的齐次坐标变换矩阵为：其中，γ
i
为节点P
i
的径矢与坐标轴y
Invi
正向所夹的锐角；坐标系S
Inv1
(o
Inv1
‑
x
Inv1
y
Inv1
...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈祯，肖小平，陈扬枝，杨辉，李颖淇，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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