專利名稱：章動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪齒形及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，特別涉及一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪齒形及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，其章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置的中心輪的齒形發(fā)展是推動(dòng)該傳動(dòng)裝置的主要?jiǎng)恿ΑｋS著新技術(shù)的不斷發(fā)展以及加工工藝的不斷改進(jìn)，中心輪的齒形得到了不斷的更新與發(fā)展。對(duì)中心輪齒形研究的主要目的是為了提高嚙合性能，改善章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置的性能。中心輪包括固定中心輪和轉(zhuǎn)動(dòng)中心輪，其齒形一般由多段齒曲線首尾連接。常用的組成齒線有:點(diǎn)、直線、擺線、圓弧、漸開(kāi)線等。例如申請(qǐng)?zhí)枮镴P2001349387A給出的一種采用卵形線、點(diǎn)、擺線作為齒形的章動(dòng)傳動(dòng)裝置，由于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的擺線齒形存在尖點(diǎn)導(dǎo)致加工后的實(shí)際齒形存在根切現(xiàn)象，滾珠在此位置存在運(yùn)動(dòng)不確定的問(wèn)題，因此降低傳動(dòng)的嚙合性能。因此，研究開(kāi)發(fā)出使其中心輪與活齒(滾珠或滾錐體)相對(duì)嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可達(dá)到更為圓滑貼合，實(shí)現(xiàn)提高嚙合性能，減少轉(zhuǎn)動(dòng)噪音，便于齒形加工的創(chuàng)新的一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪齒形；是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在為了避免上述技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足之處，秉著提高嚙合性能的目的出發(fā)，使其中心輪與活齒(滾珠或滾錐體)相對(duì)嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可達(dá)到更為圓滑貼合，提供一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪齒形及其設(shè)計(jì)方法。該中心輪齒形不僅設(shè)計(jì)合理，簡(jiǎn)單實(shí)用，既減少根切，提高嚙合性能，而且具有便于加工，噪音低等特點(diǎn)。本發(fā)明的目的是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:所述的章動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪齒形，包括中心輪，其特征在于:其中心輪齒形采用球面圓弧曲線齒形，所述的每個(gè)單齒齒形由對(duì)稱的兩半球面圓形曲線 組成，所述的每半球面圓形曲線由齒根點(diǎn)％和切點(diǎn)Id1之間的
圓弧曲線、切點(diǎn)h和齒頂點(diǎn)C1之間blCl的圓形曲線組成，其毗鄰兩圓形曲線的連接處通過(guò)圓滑過(guò)渡成整體光滑的球面圓弧曲線齒形。所述的章動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪齒形的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:該設(shè)計(jì)方法的步驟是:( I)、根據(jù)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中滾珠或滾錐齒的結(jié)構(gòu)參數(shù)，獲得活齒輪輪廓上能成為與中心輪嚙合接觸點(diǎn)的任意一點(diǎn)P的坐標(biāo)；(2)、在所述活齒輪與中心輪間做展成運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，任意點(diǎn)P的坐標(biāo)形成的包絡(luò)軌跡線可確定出中心輪的齒形；根據(jù)齒廓嚙合的基本定律，引入四個(gè)坐標(biāo)系:靜止的固定坐標(biāo)系0-ΧΥΖ、與活齒所在的行星盤(pán)相固聯(lián)的轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系O1-X1Y1Z1、活齒所在的動(dòng)坐標(biāo)系Oiq-X1C1Y1C1Z1C1以及與中心輪固聯(lián)并隨其一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪坐標(biāo)系O2-X2Y2Z2 ；(3)、由章動(dòng)傳動(dòng)原理確定步驟(2)所述的四個(gè)坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換矩陣分別為:由坐標(biāo)系Oiq-XiqYiqZiq變換到坐標(biāo)系C^-X1Y1Z1的變換矩陣Mlltl,由坐標(biāo)系(^-X1Y1Z1變換到坐標(biāo)系O-XYZ的變換矩陣Mtll,由坐標(biāo)系O-XYZ變換到坐標(biāo)系O2-X2Y2Z2的變換矩陣M20 ;根據(jù)活齒的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定活齒位于坐標(biāo)系O10-X10Y10Z10中的坐標(biāo)矢量，利用變換矩陣Mll0得
到活齒曲面上共軛接觸點(diǎn)在坐標(biāo)系OrX1Y1Z1下的矢徑題]=Mlin 當(dāng)行星盤(pán)繞Y1軸轉(zhuǎn)
過(guò)Q1角時(shí)，共軛接觸點(diǎn)的矢徑妒的方程為:屬(1)=Mg 都，其中是繞Y1軸轉(zhuǎn)過(guò)的變換矩陣；由變換矩陣Mtll可以得到共軛接觸點(diǎn)在固定坐標(biāo)系O-XYZ下的矢徑方程為:R(l) = Mm.ψ，坐標(biāo)系O-XYZ下中心輪的矢徑方程貧與活齒曲面上共軛接觸點(diǎn)處的矢徑是同起點(diǎn)和同端點(diǎn)的矢量，所以其大小和方向相同；因而中心輪在坐標(biāo)系O2-X2Y2Z2下的矢徑方程可以表示為:g2) = Mm ，這樣就得到中心輪的齒廓曲面方程；以上所述變換矩陣均遵循右手定則，取右手的螺旋方向?yàn)檎较颍?4)、由步驟(3)所述方法確定的中心輪齒面方程中，中心輪的齒數(shù)Z1應(yīng)至少取3個(gè)及以上的齒數(shù)、與中心輪嚙合的活齒數(shù)為ζ2,為避免產(chǎn)生齒形干涉,應(yīng)取Z2 = ZJ1。本發(fā)明的原理和特點(diǎn)分述于下:本發(fā)明的中心輪齒形的形成是:現(xiàn)以滾錐齒活齒為例，其坐標(biāo)系設(shè)定如說(shuō)明書(shū)附圖
中的圖3所不一中心輪與行星輪空間坐標(biāo)系；和圖4所不一活齒空間坐標(biāo)系。固定坐標(biāo)系O-XYZ與機(jī)架相固聯(lián)；動(dòng)坐標(biāo)系O2-X2Y2Z2與中心輪相固聯(lián)；動(dòng)坐標(biāo)系O1-X1Y1Z1與行星盤(pán)相固聯(lián)。Z軸和Z2軸重合，取固定中心輪的軸線方向。動(dòng)坐標(biāo)系O10-X10Y10Z10與行星盤(pán)上固定中心輪側(cè)活齒相固聯(lián)。Zl0軸和Z1軸分別取輥?zhàn)优c行星盤(pán)自身的軸線方向。四個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合。其中Θ工角為行星盤(pán)瞬時(shí)自轉(zhuǎn)角；ΦΗ角為輸入軸轉(zhuǎn)角；Θ 2為中心輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)角；^角為活齒本身軸線與垂直行星盤(pán)自身軸線的平面間的夾角；α角為中心輪軸線與行星盤(pán)軸線間的夾角。如圖4所示，V1角為行星盤(pán)活齒的半錐角；u、t1角為滾錐活齒的曲面參數(shù)。坐標(biāo)系遵循右手定則，取右手的螺旋方向?yàn)檎较颉８鶕?jù)上述坐標(biāo)系的設(shè)定以及空間嚙合原理可推得:中心輪齒廓曲面上共軛接觸點(diǎn)處的矢徑/P可表示為
權(quán)利要求
1.一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪齒形，包括中心輪，其特征在于:其中心輪(I)齒形采用球面圓弧曲線齒形，所述的每個(gè)單齒(2)齒形由對(duì)稱的兩半球面圓形曲線組成，所述的每半球面圓形曲線由齒根點(diǎn)B1和切點(diǎn)Id1之間的ah圓弧曲線、切點(diǎn)Id1和齒頂點(diǎn)C1之間blCl的圓形曲線組成，其毗鄰兩圓形曲線的連接處通過(guò)圓滑過(guò)渡成整體光滑的球面圓弧曲線齒形。
2.如權(quán)利要求1的章動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪齒形的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:該設(shè)計(jì)方法的步驟是: (1)、根據(jù)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中滾珠或滾錐齒的結(jié)構(gòu)參數(shù)，獲得活齒輪輪廓上能成為與中心輪嚙合接觸點(diǎn)的任意一點(diǎn)P的坐標(biāo)； (2)、在所述活齒輪與中心輪間做展成運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，任意點(diǎn)P的坐標(biāo)形成的包絡(luò)軌跡線可確定出中心輪的齒形；根據(jù)齒廓嚙合的基本定律，引入四個(gè)坐標(biāo)系:靜止的固定坐標(biāo)系0-ΧΥΖ、與活齒所在的行星盤(pán)相固聯(lián)的轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系O1-X1Y1Z1、活齒所在的動(dòng)坐標(biāo)系Oiq-X1C1Y1C1Z1C1以及與中心輪固聯(lián)并隨其一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪坐標(biāo)系O2-X2Y2Z2 ； (3)、由章動(dòng)傳動(dòng)原理確定步驟(2)所述的四個(gè)坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換矩陣分別為:由坐標(biāo)系Oiq-XiqYiqZiq變換到坐標(biāo)系O^X1Y1Z1的變換矩陣Mlltl,由坐標(biāo)系C^-X1Y1Z1變換到坐標(biāo)系O-XYZ的變換矩陣Mtll,由坐標(biāo)系O-XYZ變換到坐標(biāo)系O2-X2Y2Z2的變換矩陣M20 ;根據(jù)活齒的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定活齒位于坐標(biāo)系Oic1-XiciYiciZici中的坐標(biāo)矢量,利用變換矩陣Mlltl得至IJ活齒曲面上共軛接觸點(diǎn)在坐標(biāo)系OrX1Y1Z1下的矢徑/ 1 = M110.Rl1J;當(dāng)行星盤(pán)繞Y1軸轉(zhuǎn)過(guò)Q1角時(shí)，共軛接觸點(diǎn)的矢徑屬(1)的方程為:爲(wèi)其中A1是繞Y1軸轉(zhuǎn)過(guò)ΘΑ的變換矩陣；由變換矩陣Mtll可以得到共軛接觸點(diǎn)在固定坐標(biāo)系O-XYZ下的矢徑方程為:Ril)^ Mn-R^，坐標(biāo)系O-XYZ下中心輪的矢徑方程貧屮與活齒曲面上共軛接觸點(diǎn)處的矢徑講1是同起點(diǎn)和同端點(diǎn)的矢量，所以其大小和方向相同；因而中心輪在坐標(biāo)系O2-X2Y2Z2下的矢徑方程可以表示為這樣就 得到中心輪的齒廓曲面方程；以上所述變換矩陣均遵循右手定則，取右手的螺旋方向?yàn)檎较颍? (4)、由步驟(3)所述方法確定的中心輪齒面方程中，中心輪的齒數(shù)Z1應(yīng)至少取3個(gè)及以上的齒數(shù)、與中心輪嚙合的活齒數(shù)為z2,為避免產(chǎn)生齒形干涉,應(yīng)取Z2 = ZJ1。
全文摘要
本發(fā)明屬于章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，特別涉及一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪齒形及其設(shè)計(jì)方法；包括中心輪，其特征在于其中心輪(1)齒形采用球面圓弧曲線齒形，所述的每個(gè)單齒(2)齒形由對(duì)稱的兩半球面圓形曲線組成，所述的每半球面圓形曲線由齒根點(diǎn)a1和切點(diǎn)b1之間的a1b1圓弧曲線、切點(diǎn)b1和齒頂點(diǎn)c1之間b1c1的圓形曲線組成，其毗鄰兩圓形曲線的連接處通過(guò)圓滑過(guò)渡成整體光滑的球面圓弧曲線齒形。本發(fā)明不僅設(shè)計(jì)合理，簡(jiǎn)單實(shí)用，既減少根切，提高嚙合性能，而且具有便于加工，噪音低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103195908SQ201310123210
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者王廣欣, 朱莉莉, 李林杰, 何文杰 申請(qǐng)人:大連交通大學(xué)