【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及齿轮副，具体而言，涉及一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副及设计方法和传动装置。
技术介绍
1、在自然界中，对数螺旋是大自然经过长期的选择，并在恶劣的环境中得以生存的曲线，从宇宙中的龙卷风和银河系，到蜘蛛网和蜗牛壳的形状，都是如此。蜘蛛网和蜗牛壳的形状、车前草的叶子、向日葵的种子以及野生动物毛发的整体排列也都是对数螺旋形。可见，自然生物总是倾向于选择最佳可行方案，这表明对数螺旋具有良好的性能和巨大的应用潜力。
2、人们通过数值和实验方法对齿廓设计、齿轮传动结构和传动特性进行了系统而充分的研究。但在以往的研究中，一种方法是将对数螺旋线设计为齿向线，其齿廓仍为传统的渐开线和圆弧等，虽然缓解了齿轮齿向方向的齿轮受力情况，但齿廓方向上的滑动、磨损等难题仍然无法得到有效改善。另一方面，对数螺旋伞齿轮(齿向线为对数螺旋线，齿廓为渐开线)主要利用了对数螺旋的数学特性，而从动植物结构中得到启发的高性能齿轮及其传动系统仍然缺乏。根据啮合原理可知，齿廓曲线不同，齿轮副及其传动装置的性能不同。
3、此外，目前大多数轮齿大多采用渐开线、摆线和圆弧。传统的齿轮副设计方法主要采用常规的齿轮设计方法。例如，在齿轮副设计的过程中，需要先预设定中心距，然后设计齿轮的其他参数，如齿形曲线等。但是，采用这些曲线和设计方法所设计的齿轮，在啮合过程中相对曲率半径较小，承载能力受到限制。并且，存在啮合角变化大，齿面滑动以及综合曲率半径变化大等问题，导致齿轮副在啮合过程中，尤其是在高速重载领域，如航空航天、风力发电等领域，齿轮容易发生胶合
4、有鉴于此，在仿生学的启发下，申请人在研究了现有的技术后特提出本申请，设计了一种齿廓上带有对数螺旋线的新型圆柱直齿轮，构建一套适用于对数螺旋线齿轮设计的理论，从而继承和发挥自然界中对数螺旋线的特性，以解决齿轮传动中的关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副及其设计方法和传动装置，以改善上述技术问题中的至少一个。
2、第一方面、本专利技术实施例提供了一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法。所述齿轮副包含第一齿轮和第二齿轮。所述设计方法包含步骤s1至步骤s8。
3、s1、获取预先设定的螺旋角β、第一齿轮的初始极径ρ10、第一齿轮的齿数z1和第二齿轮的齿数z2。其中，所述螺旋角为齿轮副的压力角。所述初始极径为旋转角为0时的极径，即第一齿轮的齿根圆半径。
4、s2、根据所述第一齿轮的齿数z1和所述第二齿轮的齿数z2，计算所述第一齿轮的对数螺旋齿廓线的最大旋转角以及所述第二齿轮的对数螺旋齿廓线的最大旋转角
5、s3、根据所述螺旋角β、所述第一齿轮的对数螺旋齿廓线的最大旋转角所述第二齿轮的对数螺旋齿廓线的最大旋转角计算所述第一齿轮和所述第二齿轮的中心距l。
6、s4、根据所述螺旋角β、所述第一齿轮的初始极径ρ10，以及所述第一齿轮的对数螺旋齿廓线的最大旋转角构造第一齿轮的对数螺旋齿廓线
7、s5、根据所述第一齿轮的对数螺旋齿廓线获取第一齿轮的齿顶圆半径ρ1max。其中，所述第一齿轮的齿顶圆半径为旋转角达到最大旋转角时的极径。
8、s6、根据所述第一齿轮的齿顶圆半径ρ1max，以及所述第一齿轮和所述第二齿轮的中心距l，计算第二齿轮的初始极径ρ20。
9、s7、根据所述螺旋角β、所述第二齿轮的初始极径ρ20，以及所述第二齿轮的对数螺旋齿廓线的最大旋转角构造第二齿轮的对数螺旋齿廓线
10、s8、根据所述第一齿轮的对数螺旋齿廓线构造所述第一齿轮的齿形，根据所述第二齿轮的对数螺旋齿廓线构造第二齿轮的齿形，以获取仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副。
11、第二方面、本专利技术实施例提供了一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副。所述仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副包含第一齿轮和第二齿轮。其中，所述第一齿轮和所述第二齿轮的齿廓/齿形曲线由第一方面任意一段所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法设计得到。
12、第三方面、本专利技术实施例提供了一种传动装置，其包含第一齿轮和第二齿轮组成的齿轮副。其中，所述齿轮副根据第一方面任意一段所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法设计得到。
13、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：
14、本专利技术实施例的齿轮副设计方法设计出来的齿轮副，在传动过程中，两个齿轮间的接触点具有定压力角传动特性，其压力角始终保持一致，避免了传统齿形因压力角变化而引起的承载及传动平稳性问题。
15、此外，齿轮副之间通过对对数螺旋线进行仿生，从而实现纯滚动，避免了齿间滑动带来的齿面磨损和发热问题，提高了齿轮的可靠性和耐久性。
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1.一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，所述齿轮副包含第一齿轮和第二齿轮；
2.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，第一齿轮的对数螺旋齿廓线的最大旋转角θmax的计算模型为：
3.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，第一齿轮和所述第二齿轮的中心距L的计算模型为：
4.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，所述第一齿轮的对数螺旋齿廓线f(θ)为：
5.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，所述第二齿轮的初始极径ρ20的计算模型为：
6.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，所述第二齿轮的对数螺旋齿廓线为：
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，根据所述第一齿轮的对数螺旋齿廓线f(θ)构造所述第一齿轮的齿形，根据所述第二齿轮的对数螺旋齿
8.一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副，其特征在于，所述仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副包含第一齿轮和第二齿轮；其中，所述第一齿轮和所述第二齿轮的齿廓/齿形曲线由权利要求1至7任意一项的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法设计得到。
9.一种传动装置，其特征在于，包含第一齿轮和第二齿轮组成的齿轮副；其中，所述齿轮副根据权利要求1至7任意一项的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法设计得到。
...【技术特征摘要】
1.一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，所述齿轮副包含第一齿轮和第二齿轮；
2.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，第一齿轮的对数螺旋齿廓线的最大旋转角θmax的计算模型为：
3.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，第一齿轮和所述第二齿轮的中心距l的计算模型为：
4.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，所述第一齿轮的对数螺旋齿廓线f(θ)为：
5.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法，其特征在于，所述第二齿轮的初始极径ρ20的计算模型为：
6.根据权利要求1所述的一种仿生纯滚动对数螺旋齿形的齿轮副的设计方法...
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