卵形锥齿轮副
阅读：489发布：2020-05-12
专利汇可以提供卵形锥齿轮副专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种卵形锥 齿轮 副，由一对轴线垂直相交的卵形 锥齿轮 组成，其中主动齿轮的大端面节曲线为卵形， 节圆 方程为式（Ⅰ），节圆方程中α为卵形的长半轴，e为偏心率，φ1为主动齿轮的极 角 ；从动齿轮的大端面节曲线为卵形，节圆方程为式（Ⅱ），节圆方程中α为卵形的长半轴，e为偏心率，φ1为主动齿轮的极角。本 发明 通过将卵形齿轮副在空间展开得到卵形锥齿轮副，使它同时具备了卵形齿轮和圆锥齿轮的优点：可以传递两相交轴间的非匀速比运动，结构紧凑、动平衡性好，承载能 力 好，传动效率较高，其运动为转动和軸向往复直线运动的复合传动，可以用于同时具有转动和軸向往复直线运动的特殊运动场合。，下面是卵形锥齿轮副专利的具体信息内容。
卵形锥齿轮副
技术领域
本发明涉及一种用于传递两相交轴间非匀速比运动的齿轮机构。
背景技术
现有的用来传递两轴间的运动和动力的机构有：圆柱齿轮副、圆锥齿轮副和非圆齿轮副。其中圆柱齿轮副用来传递两平行轴间的匀速比运动；圆锥齿轮副用来传递两相交轴间的匀速比运动；非圆齿轮副用来传递两平行轴间的非匀速比运动。中国专利CN1490541公开了一种非圆齿轮型匀速往复直线运动机构，采用非圆齿轮副和正弦机构的组合，实现输出匀速往复直线运动。要传递两相交轴间的非匀速比运动，现有技术一般采用非圆齿轮副和圆锥齿轮副的组合机构或其它组合机构，但会造成机构体积较大、动平衡性较差、结构复杂，效率低，承载能力较弱等缺点。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述缺陷，提供一种用来传递两相交轴间的非匀速比运动的齿轮机构，使它同时具备卵形齿轮和圆锥齿轮的优点，而且结构紧凑、动平衡性好，效率较高，承载能力好。。
本发明的技术方案涉及一种卵形锥齿轮副，由一对轴线垂直相交的卵形锥齿轮组成，其中主动齿轮的大端面节曲线为卵形，其节圆方程为r1=a·1-e21+e·cos2φ1,]]>节圆方程中的a为卵形的长半轴，e为偏心率，φ1为主动齿轮的极角。从动齿轮的大端面节曲线为卵形，节圆方程为r2=a·1+2e·cos2φ1+e21+e·cos2φ1,]]>节圆方程中的a为卵形的长半轴，e为偏心率，φ1为主动齿轮的极角。
本发明的技术方案所涉及的卵形锥齿轮副节锥的建立方法是：在卵形齿轮中，设主动齿轮的节圆半径为r1，齿轮副的中心距为A，从动齿轮的节圆半径为r2＝A-r1，主动齿轮的转角为φ1。和圆锥齿轮展成一样，将卵形齿轮在空间中展成卵形锥齿轮。讨论两相交轴为90°的情形，在直角坐标系下，对每一特定的φ1值，取x＝r1，y＝r2，由原点(0，0)，点(0，r2)，点(r1，r2)构成三角形Δ1，由原点(0，0)，点(r1，0)，点(r1，r2)构成三角形Δ2。当φ1从0°转动到360°时，每一个φ1都对应了一组三角形Δ1、Δ2，并且保证点(r1，r2)在同一个平面上，连接每一个φ1值对应的三角形Δ1、Δ2，这样三角形Δ1、Δ2就构成了两个封闭的锥体。分别以这两个锥体作为卵形锥齿轮副的主动齿轮、从动齿轮的节锥。这样就建立了卵形锥齿轮副的节锥。
本发明通过将卵形齿轮副在空间展开得到卵形锥齿轮，使它同时具备了卵形齿轮和圆锥齿轮的优点：可以传递两相交轴间的非匀速比运动，结构紧凑、动平衡性好，承载能力好，传动效率较高，其运动为转动和軸向往复直线运动的复合传动，可以用于同时具有转动和軸向往复直线运动的特殊场合。
本发明的技术方案所涉及的卵形锥齿轮副，传动比与卵形齿轮副相同，其方程为i12=1+2e·cos2φ1+e21-e2·]]>本发明的技术方案所涉及的卵形锥齿轮副的从动齿轮转角为φ2，其计算表达式为φ2=arctan[1-e1+e·tanφ1]·]]>本发明的技术方案所涉及的卵形锥齿轮副具有以下四个特点：1.卵形锥齿轮副的支承轴具有轴向移动(位移、速度及加速度)1)卵形锥齿轮副主动轴和从动轴的轴向移动位移：设主动齿轮初始极角φ1＝0，则当极角为φ1时主动轴轴向移动位移Δs1，其表达式为Δs1=a·1-e21+e·cos2φ1-a(1-e)---(1)]]>从动轴的轴向位移为Δs2=a(1-e)-a·1-e21+e·cos2Φ1---(2)]]>由(1)和(2)可知：主动轴和从动轴移动位移大小相等，方向相反。卵形锥齿轮副主动轴和从动轴的轴向移动速度。
2)卵形锥齿轮副主动轴和从动轴的轴向移动速度设φ1＝ω·t，其中ω为输入角速度，t为时间，主动轴轴向移动速度为v1，其表达式为v1=2aeω(1-e2)·sin2φ1(1+e·cos2φ1)2---(3)]]>从动轴轴向速度为v2=-2aeω(1-e2)·sin2φ1(1+e·cos2φ1)2----(4)]]>由(3)和(4)可知：主动轴和从动轴轴向移动速度大小相等，方向相反。
3)卵形锥齿轮副主动轴和从动轴的轴向移动加速度主动轴加速度a1=4aew2(1-e2)·cos2φ1·(1+e·cos2φ1)+2esin22φ1(1+e·cos2φ1)3---(5)]]>从动轴加速度a2=-4aew2(1-e2)·cos2φ1·(1+e·cos2φ1)+2esin22φ1(1+e·cos2φ1)3---(6)]]>
由(5)和(6)可知：主动轴和从动轴轴向移动加速度大小相等，方向相反。
2.卵形锥齿轮的啮合线具有摆动(摆角变化量、摆角变化速度及摆角变化加速度)1)卵形锥齿轮副摆角变化量设初始主动齿轮极角φ1＝0，则当极角为φ1时摆角变化量为Δθ，其表达式为Δθ=arctan(1+e1-e)-arctani12---(7)]]>由(7)可知：摆角变化量Δθ只与偏心率e有关。
2)卵形锥齿轮副摆角变化速度摆角变化速度ω2=4eω1-e2·sin2φ11+i122---(8)]]>由(8)可知：摆角变化速度ω2只与偏心率e有关。
3)卵形锥齿轮副摆角变化加速度摆角变化加速度ξ=8eω21-e2·(cos2φ11+i122+4ei12sin22φ1(1-e2)·(1+i122)2)---(9)]]>由(9)可知：摆角变化加速度ξ只与偏心率e有关。
3.卵形锥齿轮副的传动比i12满足1-e1+e≤i12≤1+e1-e·]]>4.卵形锥齿轮副的运动为旋转和軸向的往复直线运动的复合。
附图说明
图1为卵形锥齿轮副的传动结构示意图。
图2为主动齿轮0°，180°截面图。
图3为主动齿轮45°，225°截面图。
图4为主动齿轮90°，270°截面图。
图5为主动齿轮大端面示意图。
图6为卵形锥齿轮副的传动比曲线。其中a＝10，L1为e＝0.2时卵形锥齿轮副的传动比曲线，L2为e＝0.5时卵形锥齿轮副的传动比曲线。
图7为卵形锥齿轮副主动轴的位移曲线。其中a＝10，L3为e＝0.2时卵形锥齿轮副主动轴的位移曲线，L4为e＝0.5时卵形锥齿轮副主动轴的位移曲线。
图8为卵形锥齿轮副主动轴移动速度曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L5为e＝0.2时卵形锥齿轮副主动轴的移动速度曲线，L6为e＝0.5时卵形锥齿轮副主动轴移动的位移曲线。
图9为卵形锥齿轮副主动轴移动加速度曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L7为e＝0.2时卵形锥齿轮副主动轴的移动加速度曲线，L8为e＝0.5时卵形锥齿轮副主动轴的移动加速度曲线。
图10为卵形锥齿轮副摆角变化量曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L9为e＝0.2时卵形锥齿轮副摆角变化量曲线，L10为e＝0.5时卵形锥齿轮副摆角变化量曲线。
图11为卵形锥齿轮副摆角变化速度曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L11为e＝0.2时卵形锥齿轮副摆角变化速度曲线，L12为e＝0.5时卵形锥齿轮副摆角变化速度曲线。
图12为卵形锥齿轮副摆角变化加速度曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L13为e＝0.2时卵形锥齿轮副摆角变化加速度曲线，L14为e＝0.5时卵形锥齿轮副摆角变化加速度曲线。
本发明的技术方案涉及一种卵形锥齿轮副，由一对轴线垂直相交的卵形锥齿轮组成，其中主动齿轮的大端面节曲线为卵形，其节圆方程为r1=a·1-e21+e·cos2φ1,]]>节圆方程中的a为卵形的长半轴，e为偏心率，φ1为主动齿轮的极角。从动齿轮的大端面节曲线为卵形，节圆方程为r2=a·1+2e·cos2φ1+e21+e·cos2φ1,]]>节圆方程中的a为卵形的长半轴，e为偏心率，φ1为主动齿轮的极角。
本发明的技术方案所涉及的卵形锥齿轮副节锥的建立方法是：在卵形齿轮中，设主动齿轮的节圆半径为r1，齿轮副的中心距为A，从动齿轮的节圆半径为r2＝A-r1，主动齿轮的转角为φ1。和圆锥齿轮展成一样，将卵形齿轮在空间中展成卵形锥齿轮。讨论两相交轴为90°的情形，在直角坐标系下，对每一特定的φ1值，取x＝r1，y＝r2，由原点(0，0)，点(0，r2)，点(r1，r2)构成三角形Δ1，由原点(0，0)，点(r1，0)，点(r1，r2)构成三角形Δ2。当φ1从0°转动到360°时，每一个φ1都对应了一组三角形Δ1、Δ2，并且保证点(r1，r2)在同一个平面上，连接每一个φ1值对应的三角形Δ1、Δ2，这样三角形Δ1、Δ2就构成了两个封闭的锥体。分别以这两个锥体作为卵形锥齿轮副的主动齿轮、从动齿轮的节锥。这样就建立了卵形锥齿轮副的节锥。
本发明通过将卵形齿轮副在空间展开得到卵形锥齿轮，使它同时具备了卵形齿轮和圆锥齿轮的优点：可以传递两相交轴间的非匀速比运动，结构紧凑、动平衡性好，承载能力好，传动效率较高，其运动为转动和軸向往复直线运动的复合传动，可以用于同时具有转动和軸向往复直线运动的特殊场合。
本发明的技术方案所涉及的卵形锥齿轮副，传动比与卵形齿轮副相同，其方程为i12=1+2e·cos2φ1+e21-e2·]]>本发明的技术方案所涉及的卵形锥齿轮副的从动齿轮转角为φ2，其计算表达式为φ2=arctan[1-e1+e·tanφ1]·]]>本发明的技术方案所涉及的卵形锥齿轮副具有以下四个特点：1.卵形锥齿轮副的支承轴具有轴向移动(位移、速度及加速度)1)卵形锥齿轮副主动轴和从动轴的轴向移动位移：设主动齿轮初始极角φ1＝0，则当极角为φ1时主动轴轴向移动位移Δs1，其表达式为Δs1=a·1-e21+e·cos2φ1-a(1-e)---(1)]]>从动轴的轴向位移为Δs2=a(1-e)-a·1-e21+e·cos2Φ1---(2)]]>由(1)和(2)可知：主动轴和从动轴移动位移大小相等，方向相反。卵形锥齿轮副主动轴和从动轴的轴向移动速度。
2)卵形锥齿轮副主动轴和从动轴的轴向移动速度设φ1＝ω·t，其中ω为输入角速度，t为时间，主动轴轴向移动速度为v1，其表达式为v1=2aeω(1-e2)·sin2φ1(1+e·cos2φ1)2---(3)]]>从动轴轴向速度为v2=-2aeω(1-e2)·sin2φ1(1+e·cos2φ1)2----(4)]]>由(3)和(4)可知：主动轴和从动轴轴向移动速度大小相等，方向相反。
3)卵形锥齿轮副主动轴和从动轴的轴向移动加速度主动轴加速度a1=4aew2(1-e2)·cos2φ1·(1+e·cos2φ1)+2esin22φ1(1+e·cos2φ1)3---(5)]]>从动轴加速度a2=-4aew2(1-e2)·cos2φ1·(1+e·cos2φ1)+2esin22φ1(1+e·cos2φ1)3---(6)]]>
由(5)和(6)可知：主动轴和从动轴轴向移动加速度大小相等，方向相反。
2.卵形锥齿轮的啮合线具有摆动(摆角变化量、摆角变化速度及摆角变化加速度)1)卵形锥齿轮副摆角变化量设初始主动齿轮极角φ1＝0，则当极角为φ1时摆角变化量为Δθ，其表达式为Δθ=arctan(1+e1-e)-arctani12---(7)]]>由(7)可知：摆角变化量Δθ只与偏心率e有关。
2)卵形锥齿轮副摆角变化速度摆角变化速度ω2=4eω1-e2·sin2φ11+i122---(8)]]>由(8)可知：摆角变化速度ω2只与偏心率e有关。
3)卵形锥齿轮副摆角变化加速度摆角变化加速度ξ=8eω21-e2·(cos2φ11+i122+4ei12sin22φ1(1-e2)·(1+i122)2)---(9)]]>由(9)可知：摆角变化加速度ξ只与偏心率e有关。
3.卵形锥齿轮副的传动比i12满足1-e1+e≤i12≤1+e1-e·]]>4.卵形锥齿轮副的运动为旋转和軸向的往复直线运动的复合。
附图说明
图1为卵形锥齿轮副的传动结构示意图。
图2为主动齿轮0°，180°截面图。
图3为主动齿轮45°，225°截面图。
图4为主动齿轮90°，270°截面图。
图5为主动齿轮大端面示意图。
图6为卵形锥齿轮副的传动比曲线。其中a＝10，L1为e＝0.2时卵形锥齿轮副的传动比曲线，L2为e＝0.5时卵形锥齿轮副的传动比曲线。
图7为卵形锥齿轮副主动轴的位移曲线。其中a＝10，L3为e＝0.2时卵形锥齿轮副主动轴的位移曲线，L4为e＝0.5时卵形锥齿轮副主动轴的位移曲线。
图8为卵形锥齿轮副主动轴移动速度曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L5为e＝0.2时卵形锥齿轮副主动轴的移动速度曲线，L6为e＝0.5时卵形锥齿轮副主动轴移动的位移曲线。
图9为卵形锥齿轮副主动轴移动加速度曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L7为e＝0.2时卵形锥齿轮副主动轴的移动加速度曲线，L8为e＝0.5时卵形锥齿轮副主动轴的移动加速度曲线。
图10为卵形锥齿轮副摆角变化量曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L9为e＝0.2时卵形锥齿轮副摆角变化量曲线，L10为e＝0.5时卵形锥齿轮副摆角变化量曲线。
图11为卵形锥齿轮副摆角变化速度曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L11为e＝0.2时卵形锥齿轮副摆角变化速度曲线，L12为e＝0.5时卵形锥齿轮副摆角变化速度曲线。
图12为卵形锥齿轮副摆角变化加速度曲线。其中a＝10，输入角速度ω＝1，L13为e＝0.2时卵形锥齿轮副摆角变化加速度曲线，L14为e＝0.5时卵形锥齿轮副摆角变化加速度曲线。
具体实施方式
下面结合附图对卵形锥齿轮的运动学特性简要分析如下：由图6可知：①卵形锥齿轮副与卵形齿轮副有相同的传动比；②偏心率e越大，卵形锥齿轮副的传动比i12的变化范围就越大。偏心率e越大，传动比曲线变化就越尖锐。
由图7可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副主动轴的位移s的变化范围就越大。偏心率e越大，主动轴位移曲线变化就越尖锐。
由图8可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副主动轴的移动速度v的变化范围就越大。偏心率e越大，主动轴速度曲线变化就越尖锐。
由图9可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副主动轴的移动加速度a的变化范围就越大。偏心率e越大，主动轴加速度曲线变化就越尖锐。
由图10可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副摆角变化量Δθ的变化范围就越大。偏心率e越大，摆角变化量曲线变化就越尖锐。
由图11可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副摆角变化速度ω1的变化范围就越大。偏心率e越大，摆角变化速度曲线变化就越尖锐。
由图12可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副摆角变化加速度ξ的变化范围就越大。偏心率e越大，摆角变化加速度曲线变化就越尖锐。
下面给出卵形锥齿轮的一个实施例本实施例的结构图如图1所示，卵形锥齿轮副由主动卵形锥齿轮1和从动卵形锥齿轮2构成。两者大端面节曲线坐标长度单位为毫米，可以确定其安装距为78.6毫米。主动齿轮大端面卵形长半轴为53，偏心率为0.2，齿数为54，压力角为20°，齿宽为15，从动齿轮大端面卵形长半轴为53，偏心率为0.2，齿数为54，压力角为20°，齿宽为15，主动齿轮从动齿轮的模数均为2。主动齿轮1上的最大半径处为齿顶，最小半径处为齿槽，从动齿轮2上的最大半径处为齿顶，最小半径处为齿槽，以使在安装时主动齿轮最大半径处与从动齿轮最小半径处准确啮合。
由图7可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副主动轴的位移s的变化范围就越大。偏心率e越大，主动轴位移曲线变化就越尖锐。
由图8可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副主动轴的移动速度v的变化范围就越大。偏心率e越大，主动轴速度曲线变化就越尖锐。
由图9可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副主动轴的移动加速度a的变化范围就越大。偏心率e越大，主动轴加速度曲线变化就越尖锐。
由图10可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副摆角变化量Δθ的变化范围就越大。偏心率e越大，摆角变化量曲线变化就越尖锐。
由图11可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副摆角变化速度ω1的变化范围就越大。偏心率e越大，摆角变化速度曲线变化就越尖锐。
由图12可知：偏心率e越大，卵形锥齿轮副摆角变化加速度ξ的变化范围就越大。偏心率e越大，摆角变化加速度曲线变化就越尖锐。
下面给出卵形锥齿轮的一个实施例本实施例的结构图如图1所示，卵形锥齿轮副由主动卵形锥齿轮1和从动卵形锥齿轮2构成。两者大端面节曲线坐标长度单位为毫米，可以确定其安装距为78.6毫米。主动齿轮大端面卵形长半轴为53，偏心率为0.2，齿数为54，压力角为20°，齿宽为15，从动齿轮大端面卵形长半轴为53，偏心率为0.2，齿数为54，压力角为20°，齿宽为15，主动齿轮从动齿轮的模数均为2。主动齿轮1上的最大半径处为齿顶，最小半径处为齿槽，从动齿轮2上的最大半径处为齿顶，最小半径处为齿槽，以使在安装时主动齿轮最大半径处与从动齿轮最小半径处准确啮合。
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