CN111637193B - 一种内啮合斜齿轮传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内啮合斜齿轮传动机构，包括相啮合的内齿轮和外齿轮，内齿轮和外齿轮均为斜齿轮，外齿轮的法向齿廓曲线为圆弧曲线，内齿轮的法向齿廓曲线为摆线曲线。本发明提高了传动齿轮的齿根弯曲强度及齿面承载力，且不易发生根切，可以在相同体积及中心距条件下获得较大传动比，且大大降低了轮齿的滑动磨损，能够较好的满足高速、重载、高功率的齿轮传动要求。

Description

一种内啮合斜齿轮传动机构

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，具体涉及一种内啮合斜齿轮传动机构。

背景技术

齿轮是通过齿面啮合来传递运动与动力的一种基础零部件。在各类齿轮啮合副中，渐开线齿轮因具有加工制造方便、中心距可分性等特点而被广泛应用。但渐开线齿轮的轮齿偏瘦高型，齿根弯曲强度较差、齿面承载能力低，且为防止渐开线齿轮在加工过程中出现根切，其齿数至少为17个齿，因此在同样中心距与体积的情况下，现有的渐开线齿轮传动机构不能实现大传动比；同时在节圆附近靠近齿根部分的啮合齿面间，相对滑动速度过大，导致这一区域易发生严重磨损，无法满足高速、重载及高功率齿轮传动的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种内啮合斜齿轮传动机构，能够提高传动齿轮的齿根弯曲强度及齿面承载力，且不易发生根切，可以在相同体积及中心距条件下获得较大传动比，且利于降低轮齿的滑动磨损，能够较好的满足高速、重载、高功率的齿轮传动要求。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种内啮合斜齿轮传动机构，包括相啮合的内齿轮和外齿轮，所述内齿轮和外齿轮均为斜齿轮，所述外齿轮的法向齿廓曲线为圆弧曲线，所述内齿轮的法向齿廓曲线为摆线曲线。

在其中一个实施方式中，所述摆线曲线由所述圆弧曲线做包络运动形成。

在其中一个实施方式中，所述外齿轮的齿面方程为：

其中，x₁、y₁、z₁分别表示外齿轮齿面的x、y、z方向的坐标，e为外齿轮法向轮廓的分布圆半径，ρ外齿轮法向齿廓的圆弧半径，n₁为外齿轮齿数，φ₁＝2π/n₁为外齿轮相邻轮齿之间的夹角，k＝±1，γ为圆弧圆心与外齿轮中心连线的偏转角，p₁＝R₁ tan β为外齿轮螺距系数，β为螺旋角，R₁＝a/(i₁₂-1)为外齿轮基圆半径，a为外齿轮与内齿轮的中心距，i₁₂＝n₂/n₁为内齿轮与外齿轮齿数比，n₂为内齿轮齿数，

为外齿轮螺旋转角变量，

为外齿轮螺旋转角最大值，B为齿轮宽度，θ₁∈[θ_1o,θ_1t]为外齿轮齿廓角参量，θ_1o为外齿轮齿廓角参量最小值，θ_1t为外齿轮齿廓角参量最大值。

在其中一个实施方式中，所述内齿轮的齿面方程为：

其中，x₂、y₂、z₂分别表示内齿轮齿面的x、y、z方向的坐标，a为外齿轮与内齿轮的中心距，φ₂＝2π/n₂为内齿轮相邻轮齿之间的夹角，α₁表示外齿轮旋转角度，α₂表示内齿轮旋转角度，p₂＝R₂ tan β为内齿轮螺距系数，R₂＝ai₁₂/(i₁₂-1)为内齿轮基圆半径，

为内齿轮螺旋转角变量，

为内齿轮螺旋转角最大值，θ₂∈[θ_2o,θ_2t]为内齿轮齿廓角参量，θ_2o为内齿轮齿廓角参量最小值，θ_2t为内齿轮齿廓角参量最大值。

在其中一个实施方式中，所述外齿轮与内齿轮均采用人字形齿轮。

本发明具有以下有益效果：本发明的内啮合斜齿轮传动机构，其外齿轮的法向齿廓曲线为圆弧曲线，内齿轮的法向齿廓曲线为摆线曲线，从而形成了由法向圆弧和摆线构成的共轭齿轮副，实现了螺旋啮合传动，该传动机构具有较小的滑动率，能够有效避免齿轮因滑动磨损失效；且不易发生根切，加工方便，外齿轮的齿数最小能够达到1，在相同体积及中心距条件下可实现小齿数、大传动的设计要求；该齿轮啮合副的轮齿齿高小、齿根宽，模数大，具有较好的齿根弯曲强度及齿面接触强度，齿面承载能力较大且齿轮体积较小，能够较好的满足高速、重载、高功率的传动要求。

附图说明

图1是本发明的内啮合斜齿轮传动机构的三维结构示意图；

图2图1所示的内啮合斜齿轮传动机构的正视图；

图3图1所示的外齿轮和内齿轮的法向齿廓啮合示意图；

图4图1所示的外齿轮法向齿廓曲线形成示意图；

图5图1所示的内齿轮法向齿廓曲线形成示意图；

图6图1所示的外齿轮的三维结构示意图；

图7图1所示的内齿轮的三维结构示意图；

图中：1、外齿轮，2、内齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1-图3所示，本实施例公开了一种内啮合斜齿轮传动机构，包括相啮合的内齿轮2和外齿轮1，内齿轮2和外齿轮1均为斜齿轮，外齿轮1的法向齿廓曲线为圆弧曲线，内齿轮2的法向齿廓曲线为摆线曲线。

进一步地，摆线曲线由圆弧曲线做包络运动形成。

如图4所示，外齿轮1的法向齿廓曲线为圆弧曲线1a，该圆弧曲线1a的半径为ρ，该圆弧曲线1a所在的产型圆(半径为ρ)为1b，如图5所示，该圆弧曲线1a所在的产型圆1b根据相对运动关系做包络运动形成摆线曲线2b,内齿轮2的法向齿廓曲线2a就是该摆线曲线2b的一部分。

在其中一个实施方式中，外齿轮1的结构参阅图6，外齿轮1的齿面方程为：

其中，x₁、y₁、z₁分别表示外齿轮1齿面的x、y、z方向的坐标，e为外齿轮1法向轮廓的分布圆半径，ρ外齿轮1法向齿廓的圆弧半径，n₁为外齿轮1的齿数，φ₁＝2π/n₁为外齿轮1相邻轮齿之间的夹角，k＝±1，k＝1则表示该齿面方程对应的是轮齿的左侧齿面，k＝-1则表示该齿面方程对应的是对应轮齿的右侧齿面，γ为圆弧圆心与外齿轮中心O₁连线的偏转角，p₁＝R₁tanβ为外齿轮1的螺距系数，β为螺旋角，R₁＝a/(i₁₂-1)为外齿轮1的基圆半径，a为外齿轮1与内齿轮2的中心距，i₁₂＝n₂/n₁为内齿轮2与外齿轮1的齿数比，n₂为内齿轮2的齿数，

为外齿轮1的螺旋转角变量，

为外齿轮1的螺旋转角最大值，B为齿轮宽度，θ₁∈[θ_1o,θ_1t]为外齿轮1的齿廓角参量，θ_1o为外齿轮1的齿廓角参量最小值，θ_1t为外齿轮1的齿廓角参量最大值。

其中，外齿轮1和内齿轮2的螺旋角β是相同的，齿轮宽度B也是相同的。

进一步地，内齿轮2的结构参阅图7，内齿轮2的齿面方程为：

其中，x₂、y₂、z₂分别表示内齿轮2齿面的x、y、z方向的坐标，a为外齿轮1与内齿轮2的中心距，φ₂＝2π/n₂为内齿轮2的相邻轮齿之间的夹角，α₁表示外齿轮1的旋转角度，α₂表示内齿轮2的旋转角度，也即在由圆弧曲线做包络运动形成摆线曲线的包络运动中内齿轮2的旋转角度；

p₂＝R₂ tan β为内齿轮2的螺距系数，R₂＝ai₁₂/(i₁₂-1)为内齿轮2的基圆半径，

为内齿轮2的螺旋转角变量，

为内齿轮2的螺旋转角最大值，θ₂∈[θ_2o,θ_2t]为内齿轮2的齿廓角参量，θ_2o为内齿轮2的齿廓角参量最小值，θ_2t为内齿轮2的齿廓角参量最大值。

在其中一个实施方式中，外齿轮1和内齿轮2均可采用人字形齿轮，也即外齿轮1和内齿轮2的齿面均可以设计成轴向对称且螺旋方向相反的人字形结构，以更好地消除齿轮对中心轴的横向力。

上述外齿轮1和内齿轮2构成的传动机构适用于内啮合定轴齿轮传动，且为平行轴内啮合齿轮传动。

本实施例的内啮合斜齿轮传动机构，其外齿轮1的法向齿廓曲线为圆弧曲线，内齿轮2的法向齿廓曲线为摆线曲线，从而形成了由法向圆弧和摆线构成的共轭齿轮副，实现了螺旋啮合传动，该传动机构具有较小的滑动率，能够有效避免齿轮因滑动磨损失效；且不易发生根切，加工方便，外齿轮的齿数最小能够达到1，在相同体积及中心距条件下可实现小齿数、大传动的设计要求；该齿轮啮合副的轮齿齿高小、齿根宽，模数大，具有较好的齿根弯曲强度及齿面接触强度，齿面承载能力较大且齿轮体积较小，能够较好的满足高速、重载、高功率的传动要求。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (2)

1.一种内啮合斜齿轮传动机构，包括相啮合的内齿轮和外齿轮，其特征在于，所述内齿轮和外齿轮均为斜齿轮，所述外齿轮的法向齿廓曲线为圆弧曲线，所述内齿轮的法向齿廓曲线为摆线曲线；

所述摆线曲线由所述圆弧曲线做包络运动形成；

所述外齿轮的齿面方程为：

其中，x₁、y₁、z₁分别表示外齿轮齿面的x、y、z方向的坐标，e为外齿轮法向轮廓的分布圆半径，ρ外齿轮法向齿廓的圆弧半径，n₁为外齿轮齿数，φ₁＝2π/n₁为外齿轮相邻轮齿之间的夹角，k＝±1，γ为圆弧圆心与外齿轮中心连线的偏转角，p₁＝R₁tanβ为外齿轮螺距系数，β为螺旋角，R₁＝a/(i₁₂-1)为外齿轮基圆半径，a为外齿轮与内齿轮的中心距，i₁₂＝n₂/n₁为内齿轮与外齿轮齿数比，n₂为内齿轮齿数，

为外齿轮螺旋转角变量，

为外齿轮螺旋转角最大值，B为齿轮宽度，θ₁∈[θ_1o,θ_1t]为外齿轮齿廓角参量，θ_1o为外齿轮齿廓角参量最小值，θ_1t为外齿轮齿廓角参量最大值；

所述内齿轮的齿面方程为：

其中，x₂、y₂、z₂分别表示内齿轮齿面的x、y、z方向的坐标，a为外齿轮与内齿轮的中心距，φ₂＝2π/n₂为内齿轮相邻轮齿之间的夹角，α₁表示外齿轮旋转角度，α₂表示内齿轮旋转角度，p₂＝R₂tanβ为内齿轮螺距系数，R₂＝ai₁₂/(i₁₂-1)为内齿轮基圆半径，

为内齿轮螺旋转角变量，

为内齿轮螺旋转角最大值，θ₂∈[θ_2o,θ_2t]为内齿轮齿廓角参量，θ_2o为内齿轮齿廓角参量最小值，θ_2t为内齿轮齿廓角参量最大值。

2.如权利要求1所述的内啮合斜齿轮传动机构，其特征在于，所述外齿轮与内齿轮均采用人字形齿轮。

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