一种空间交错轴斜齿轮副

1.本实用新型涉及机械传动领域，尤其涉及一种空间交错轴斜齿轮副。


背景技术：

2.交错轴斜齿轮传动是由两个螺旋角不等或螺旋角相等、旋向也相同的斜齿轮组成的齿轮副，两齿轮的轴线理论上可以成任意角度，且可以通过轴向串动方便地调节两轮的侧隙，适合用于对回差要求严格的精密传动。现有的空间交错轴斜齿轮副通常以以渐开线为基本齿廓构建形成齿面，该齿面结构强度受限，难以实现以高弯曲强度、高接触强度、高传动效率、低振动噪声等技术指标为代表的高质量传动，而且，其齿面理论上为点接触，齿面间除节点外均有滑动，少齿数时在齿顶和齿根还存在较大滑动。
3.因此，就需要对现有的空间交错轴斜齿轮副进行改进。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种空间交错轴斜齿轮副，可减少齿面相对滑动，提高齿面接触强度。
5.为实现上述目的，本实用新型特提供了一种空间交错轴斜齿轮副，包括第一齿轮和与第一齿轮互为共轭啮合齿轮的第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮沿附着在各自齿面上的一对空间共轭曲线点接触运动；所述第一齿轮的齿面为凸型齿面，凸型齿面的接触轨迹线为空间圆柱螺旋线ⅰ；所述第二齿轮的齿面为凹型齿面，凹型齿面的接触轨迹线为与空间圆柱螺旋线ⅰ共轭的空间圆柱螺旋线ii。
6.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述第一齿轮为动力输入端齿轮，所述第二齿轮为动力输出端齿轮。
7.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述空间圆柱螺旋线ⅰ的一般方程为：
[0008][0009]
式中，r是输入端齿轮节圆半径；θ是空间圆柱螺旋线参数；p是螺旋参数；
[0010]
所述凸型齿面的一般方程为：
[0011][0012]
式中，h1是等距距离，也是凸型齿面的圆弧半径；分别是空间圆柱螺旋线ⅰ在接触点处的单位法向矢量分量；φ
σ1
，α
σ1
分别是与空间圆柱螺旋线ⅰ对应的包络球
面ⅰ的曲面参数。
[0013]
作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述空间圆柱螺旋线ii的一般方程为：
[0014][0015]
式中，φ
σ2
，α
σ2
分别是与空间圆柱螺旋线ii对应的包络球面ii的曲面参数；σ是第一齿轮与第二齿轮的中心轴线夹角，其范围为0～180
°
；a是第一齿轮与第二齿轮之间的中心距离；i
21
是第一齿轮与第二齿轮之间的传动比；
[0016]
所述凹型齿面的一般方程为：
[0017][0018]
式中，h2是等距距离，也是凹型齿面的圆弧半径；n
nx1
，n
ny1
，n
nz1
分别是空间圆柱螺旋线ⅰ和空间圆柱螺旋线ii在公共接触点处的法向矢量分量；分别是该空间圆柱螺旋线ii在接触点处的单位法向矢量分量。
[0019]
通过上述公开内容，本实用新型具有以下有益技术效果：
[0020]
本实用新型的一种空间交错轴斜齿轮副，解决了当前渐开线交错轴斜齿轮传动齿面相对滑动大、传动效率低、承载强度有限的问题，该新型空间交错轴斜齿轮副以凸型与凹型齿面点接触为基本形态，基本特点是第一齿轮齿面与第二齿轮齿面沿一对空间共轭曲线接触，运动过程沿各自轴线方向接近纯滚，使得其齿面相对滑动较少，传动效率高；该齿轮副采用凸型与凹型齿面配对，可有效增大相对曲率半径，提高齿面接触强度；在实际设计过程中，两配对交错轴传动轴线可选择在0～180
°
夹角范围内，并且在同传动比、同中心距条件下可实现少齿数、大模数设计，能够满足高性能传动需求。
附图说明
[0021]
图1为本实用新型第一齿轮与第二齿轮啮合传动过程示意图；
[0022]
图2为本实用新型第一齿轮的凸型齿面与第二齿轮的凹型齿面基本接触形式示意图；
[0023]
图3为本实用新型第一齿轮与第二齿轮传动啮合坐标系示意图。
具体实施方式
[0024]
下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0025]
实施例1
[0026]
本实施例提供的一种空间交错轴斜齿轮副，包括第一齿轮1和与第一齿轮1互为共轭啮合齿轮的第二齿轮2，所述第一齿轮1与第二齿轮2沿附着在各自齿面上的一对空间共轭曲线点接触运动；所述第一齿轮1的齿面为凸型齿面，凸型齿面的接触轨迹线为空间圆柱螺旋线ⅰ，该凸型齿面是以空间圆柱螺旋线ⅰ为基准曲线，并通过空间等距包络方法形成的；所述第二齿轮2的齿面为凹型齿面，凹型齿面的接触轨迹线为与空间圆柱螺旋线ⅰ共轭的空间圆柱螺旋线ii，该凹型齿面是以空间圆柱螺旋线ii为基准曲线，并通过空间等距包络方法形成的。
[0027]
本实施例中，所述第一齿轮1为动力输入端齿轮，所述第二齿轮2为动力输出端齿轮。
[0028]
本实施例中，所述空间圆柱螺旋线ⅰ的一般方程为：
[0029][0030]
式中，r是输入端齿轮节圆半径；θ是空间圆柱螺旋线参数；p是螺旋参数；
[0031]
所述凸型齿面的一般方程为：
[0032][0033]
式中，h1是等距距离，也是凸型齿面的圆弧半径；分别是空间圆柱螺旋线ⅰ在接触点处的单位法向矢量分量；φ
σ1
，α
σ1
分别是与空间圆柱螺旋线ⅰ对应的包络球面ⅰ的曲面参数。
[0034]
本实施例中，所述空间圆柱螺旋线ii的一般方程为：
[0035][0036]
式中，φ
σ2
，α
σ2
分别是与空间圆柱螺旋线ii对应的包络球面ii的曲面参数；σ是第一齿轮1与第二齿轮2的中心轴线夹角，其范围为0～180
°
；a是第一齿轮1与第二齿轮2之间的中心距离；i
21
是第一齿轮1与第二齿轮2之间的传动比；
[0037]
所述凹型齿面的一般方程为：
[0038][0039]
式中，h2是等距距离，也是凹型齿面的圆弧半径；n
nx1
，n
ny1
，n
nz1
分别是空间圆柱螺旋线ⅰ和空间圆柱螺旋线ii在公共接触点处的法向矢量分量；分别是该空间圆柱螺旋线ii在接触点处的单位法向矢量分量
[0040]
本实施例的一种空间交错轴斜齿轮副，解决了当前渐开线交错轴斜齿轮传动齿面相对滑动大、传动效率低、承载强度有限的问题，该新型空间交错轴斜齿轮副以凸型与凹型齿面点接触为基本形态，基本特点是第一齿轮1齿面与第二齿轮2齿面沿一对空间共轭曲线接触，运动过程沿各自轴线方向接近纯滚，使得其齿面相对滑动较少，传动效率高；该齿轮副采用凸型与凹型齿面配对，可有效增大相对曲率半径，提高齿面接触强度；在实际设计过程中，两配对交错轴传动轴线可选择在0～180
°
夹角范围内，并且在同传动比、同中心距条件下可实现少齿数、大模数设计，能够满足高性能传动需求。
[0041]
实施例2
[0042]
如图3建立空间交错轴斜齿轮传动啮合坐标系示意图，s(o-x,y,z)与s
p
(o
p-x
p
,y
p
,z
p
)是空间固定坐标系，s1(o
1-x1,y1,z1)与s2(o
2-x2,y2,z2)是分别与第一齿轮1和第二齿轮2固连的空间动坐标系；ω
(1)
和ω
(2)
分别表示第一齿轮1和第二齿轮2的旋转角速度；φ1和φ2分别表示第一齿轮1和第二齿轮2的旋转角；σ表示第一齿轮1和第二齿轮2之间的中心轴线夹角；a是第一齿轮1和第二齿轮2之间的中心距；p是第一齿轮1和第二齿轮2的齿面公共接触点；m
21
表示从坐标系s1(o
1-x1,y1,z1)到坐标系s2(o
2-x2,y2,z2)的变换矩阵，可写为：
[0043][0044]
本实施例给定以下设计参数：第一齿轮1和第二齿轮2的模数均为m＝5mm，第一齿轮1的节圆半径为r＝35.5mm，第一齿轮1和第二齿轮2的中心距a＝135mm、齿宽b＝30mm、法面压力角α
α
＝30
°
，第一齿轮1和第二齿轮2的齿数分别为z1＝11、z2＝31，螺旋参数p＝39.28，等距距离h1＝5、h2＝5.5，第一齿轮1和第二齿轮2的中心轴线夹角σ＝10
°
。
[0045]
假定空间圆柱螺旋线1为附着在第一齿轮1上的曲线，结合上述设计参数，其一般方程表示为：
[0046][0047]
式中，θ的取值区间范围为[0，42.68
°
]。
[0048]
依据空间共轭曲线啮合理论，推导出与空间圆柱螺旋线ⅰ相互共轭啮合的空间圆柱螺旋线ii，其一般方程可表示为：
[0049][0050]
式中φ2＝2.82φ1。
[0051]
根据齿轮几何学理论，分别以空间圆柱螺旋线ⅰ和空间圆柱螺旋线ii为基准曲线，利用空间等距包络方法形成凸型齿面和凹型齿面，等距距离分别为h1和h2，则第一齿轮1和
第二齿轮2的齿面一般方程为：
[0052][0053]
和
[0054][0055]
式中，φ
σ1
、α
σ1
是包络球面ⅰ的曲面参数，其取值范围分别为[-90
°
,90
°
]、[0,360
°
]；φ
σ2
、α
σ2
分别是包络球面ii的曲面参数，其取值范围为[-90
°
,90
°
]、[0,360
°
]。
[0056]
通过上述方法可完成第一齿轮1凸型齿面和第二齿轮2凹型齿面构建，如图2所示为第一齿轮1的凸型齿面与第二齿轮2的凹型齿面基本接触形式示意图。
[0057]
进一步，将上述齿面数据点存储并导入三维建模软件(例如unigraphics nx)中，利用该软件样条曲线命令，并结合曲面造型功能建立出完整的单个轮齿，最后通过阵列、旋转等功能模块完成最终的第一齿轮1和第二齿轮2的啮合模型，图1即为第一齿轮1与第二齿轮2啮合过程示意图。
[0058]
以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。