專利名稱：一種純滾動齒輪機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及齒輪機構，尤其是涉及在嚙合時沒有相對滑動的一種純滾動齒輪機構。
背景技術：
在機械傳動中，摩擦輪機構與齒輪機構是兩種互補的機構，它們的傳動原理完全不同。摩擦輪機構中有兩個摩擦輪，它們具有封閉的光滑輪廓；工作時兩摩擦輪相切接觸依靠摩擦力做純滾動，通常不必潤滑；但摩擦輪機構難以保證準確的速比。齒輪機構中有兩個齒輪，每個齒輪上分別均布有凸出和凹下的配對齒形；工作時兩輪靠輪齒的嚙合傳動，可以保證準確的速比；但嚙時都有相對滑動，存在滑動摩擦，通常需要潤滑。
發明內容
本發明的目的在于提供一種純滾動齒輪機構，能夠綜合摩擦傳動與齒輪傳動的主要優點，而避免其各自的主要缺點。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:技術方案1:一種純滾動齒輪機構:在機架上安裝有兩個軸線平行的摩擦輪，兩摩擦輪相切接觸依靠摩擦力做純滾動，兩摩擦輪的圓柱面上分別均布有凸出和凹下的配對齒形，使得在與兩摩擦輪軸線垂直的任一嚙合平面內，配對的齒形只在兩節圓的公切點上相切接觸、瞬時嚙合；兩摩擦輪在嚙合時沒有相對滑動，形成摩擦傳動與嚙合傳動共存的傳動機構。所述的兩個摩擦輪中，在第一個摩擦輪的圓柱面上均布有凸出在外的球形齒；在第二個摩擦輪的圓柱面上均布有與第一個摩擦輪上的球形齒齒距相等的、瞬時嚙合的錐形孔；錐形孔的母線是漸開線、圓弧或直線；嚙合點既在球形齒球面的大圓上，又在錐孔的棱邊上。所述的兩個摩擦輪中，在第一個摩擦輪的圓柱面上均布有凸出在外的螺旋齒；在第二個摩擦輪的圓柱面上均布有與第一個摩擦輪上的螺旋齒齒距相等的、瞬時嚙合的螺旋槽；在任一嚙合平面內，嚙合點附近的齒形是漸開線、圓弧或直線；嚙合點既在螺旋齒表面的內部，又在螺旋槽表面的棱邊上。所述的兩個摩擦輪中，第二個摩擦輪上的所有螺旋槽都沿半徑向外延伸形成凸出在外的螺旋凸起，使嚙合點出現在螺旋槽表面的內部，而不是出現在螺旋槽表面的棱邊上；為了不與第二個摩擦輪上的螺旋凸起發生干涉，在第一個摩擦輪的圓柱面上所有螺旋齒的兩側都分布有不參與嚙合的螺旋輔槽。技術方案2:一種純滾動齒輪機構:在機架上安裝有兩個軸線平行的齒輪，在第一個齒輪的圓柱面上均布有凸出的螺旋齒，在第二個齒輪的圓柱面上均布有與第一個齒輪上的螺旋齒齒距相等的、瞬時嚙合的凹下的螺旋槽；在與兩齒輪軸線垂直的任一嚙合平面內，配對的螺旋齒與螺旋槽之間只在兩輪節圓的公切點上相切接觸、瞬時嚙合，兩齒輪在嚙合時沒有相對滑動；螺旋齒與螺旋槽的螺旋角應保證在任何瞬時都至少存在兩個嚙合點，兩個嚙合點分別位于不同的嚙合平面內，形成無隙嚙合；在任一嚙合平面內，嚙合點附近的齒形是漸開線、圓弧或直線。技術方案3:一種純滾動齒輪機構:在機架上安裝有兩個軸線相交的摩擦輪，兩摩擦輪相切接觸依靠摩擦力做純滾動，兩摩擦輪的圓錐面上分別均布有凸出和凹下的配對齒形，使得在與兩摩擦輪軸線垂直的任一嚙合球面內，配對的齒形只在兩節圓的公切點上相切接觸、瞬時嚙合；兩摩擦輪在嚙合時沒有相對滑動，形成摩擦傳動與嚙合傳動共存的傳動機構。所述的兩個摩擦輪中，在第一個摩擦輪的圓錐面上均布有凸出在外的球形齒；在第二個摩擦輪的圓錐面上均布有與第一個摩擦輪上的球形齒齒距相等的、瞬時嚙合的錐形孔；錐形孔的母線是漸開線、圓弧或直線；嚙合點既在球形齒球面的大圓上，又在錐孔的棱邊上。所述的兩個摩擦輪中，在第一個摩擦輪的圓錐面上均布有凸出在外的螺旋齒；在第二個摩擦輪的圓錐面上均布有與第一個摩擦輪上的螺旋齒齒距相等的、瞬時嚙合的螺旋槽；在任一哨合球面內，哨合點附近的齒形是球面漸開線、圓弧或哨合球面內的大圓；哨合點既在螺旋齒表面的內部，又在螺旋槽表面的棱邊上。所述的兩個摩擦輪中，第二個摩擦輪上的所有螺旋槽都沿半徑向外延伸形成凸出在外的螺旋凸起，使嚙合點出現在螺旋槽表面的內部，而不是出現在螺旋槽表面的棱邊上；為了不與第二個摩擦輪上的螺旋凸起發生干涉，在第一個摩擦輪的圓錐面上所有螺旋齒的兩側都分布有不參與嚙合的螺旋輔槽。技術方案4:一種純滾動齒輪機構:在機架上安裝有兩個軸線相交的齒輪，在第一個齒輪的圓錐面上均布有凸出的螺旋齒，在第二個齒輪的圓錐面上均布有與第一個齒輪上的螺旋齒齒距相等的、瞬時嚙合的凹下的螺旋槽；在與兩齒輪軸線垂直的任一嚙合球面內，配對的螺旋齒與螺旋槽之間只在兩輪節圓的公切點上相切接觸、瞬時嚙合，兩齒輪在嚙合時沒有相對滑動；螺旋齒與螺旋槽的螺旋角應保證在任何瞬時都至少存在兩個嚙合點，兩個嚙合點分別位于不同的嚙合球面內，形成無隙嚙合；在任一嚙合球面內，嚙合點附近的齒形是球面漸開線、圓弧或嚙合球面內的大圓。本發明具有的有益效果是:作為摩擦輪機構與齒輪機構的雜合或變異，它綜合了摩擦傳動與嚙合傳動的主要優點，而避免了各自的主要缺點:它既無滑動摩擦、無需潤滑，又有準確速比。當然，與一般摩擦傳動相比，它增加了復雜性；與一般齒輪傳動相比，它降低了承載能力。因而在載荷不大、需要準確速比又不便進行潤滑的場合有著廣闊的應用前景。
圖1是本發明的工作原理圖。圖2是圖1在嚙合點附近的工作原理圖。圖3是本發明的第一種具體形式圖，稱為校正嚙合式。
圖4是本發明的第二種具體形式圖，稱為棱邊嚙合式。圖5是圖4的改進形式圖。圖6是本發明的第三種具體形式圖，稱為正常嚙合式。圖7是本發明的第四種具體形式圖，稱為單純嚙合式。圖8是軸線相交時的校正嚙合式圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1是本發明的工作原理圖。位于同一嚙合平面內的、圓心分別為點O1與點O2的兩個節圓P1與P2相切于節點P。過節點P作一條斜直線與點O1與點O2的連線夾角為Y，并與圓心在點O1與點O2的兩基圓B1與B2分別相切于點A1與點A2。過節點P可以分別作出基圓B1與B2的漸開線Γ i與Γ 2，它們在節點P的曲率中心分別是點A1與點A2。根據公知的漸開線嚙合原理，當兩個節圓P1與P2做純滾動時，漸開線Γ i與Γ 2保持相切接觸的嚙合狀態，但在除節點P之外的其它嚙合點處均有相對滑動。為了避免相對滑動，本發明將嚙合點限制在節點P處，而在其它位置則保持分離狀態。為滿足這一要求，方法之一是:將基圓B1與B2之一或兩者同時向節點P收縮，獲得一對新的漸開線，則它們僅在節點P處相切接觸、瞬時嚙合，在其它位置必處于分離狀態。例如由基圓B2向節點P收縮得到的、圓心位于點O3點的基圓B3的漸開線Γ3，它在節點P的曲率中心是點A3 ;由于除節點P之外，漸開線1%完全落在Γ2的內側，所以在圖示瞬時漸開線「3與^相切嚙合，但在其它位置則處于分離狀態。當然，用于本發明的齒形并不局限于漸開線，任何僅在節點P處相切接觸而在其它位置處于分離狀態的一對平面曲線均可選用。因此，方法之二是:將漸開線之一或兩者同時換成圓弧或直線。例如圖中顯示了圓弧Γ4與直線「5相切接觸、瞬時嚙合的情形，它們在其它位置處于分離狀態，可以滿足本發明的要求。對于軸線相交的情形，位于同一嚙合球面內的、球面上圓心分別為點O1與點O2的兩個節圓P1與P2相切于節點P。過節點P作一個嚙合球面的大圓與過點O1與O2的大圓夾角為Y，并與球面上圓心在點O1與點O2的兩基圓B1與B2分別相切于點A1與點Α2。過節點P可以分別作出基圓B1與B2的球面漸開線^與Γ2，它們在節點P的球面曲率中心分別是點A1與點Α2。根據公知的球面漸開線嚙合原理，當兩個節圓P1與P2做純滾動時，球面漸開線F工與Γ2保持相切接觸的嚙合狀態，但在除節點P之外的其它嚙合點處均有相對滑動。為了避免相對滑動，本發明將嚙合點限制在節點P處，而在其它位置則保持分離狀態。為滿足這一要求，方法之一是:將基圓B1與B2之一或兩者同時在嚙合球面內向節點P收縮，獲得一對新的球面漸開線，則它們僅在節點P處相切接觸、瞬時嚙合，在其它位置必處于分離狀態。例如由基圓B2向節點P在嚙合球面內收縮得到的、球面上圓心位于點O3點的基圓B3的球面漸開線Γ3，它在節點P的球面曲率中心是點A3;由于除節點P之外，球面漸開線Γ3完全落在Γ2的內側，所以在圖示瞬時球面漸開線「3與^相切嚙合，但在其它位置則處于分離狀態。當然，用于本發明的齒形并不局限于球面漸開線，任何僅在節點P處相切接觸而在其它位置處于分離狀態的一對球面曲線均可選用。因此，方法之二是:將球面漸開線之一或兩者同時換成哨合球面內的圓弧或大圓。例如圖中顯不了哨合球面內的圓弧Γ4與大圓「5相切接觸、瞬時嚙合的情形，它們在其它位置處于分離狀態，可以滿足本發明的要求。
同時，雖然圖中僅僅表示了兩輪轉向相反的情形，但本發明對轉向相同的情形同樣適用。圖2是圖1在嚙合點附近的工作原理圖。由于本發明要求一對齒形曲線僅僅在節點P處相切接觸、瞬時嚙合，所以對齒形曲線的形狀要求實際上僅限于節點P附近很小的區域，其它位置的形狀只要不干涉就行，可以自由選擇。又因為在光滑曲線任意一點附近，曲線的形狀均可以用曲率圓進行逼近，因此，研究在本發明中采用圓弧齒形的理論條件具有普遍意義。如圖所示，位于同一嚙合平面內、圓心分別為點O1與點O2的兩節圓P1與P2相切于節點P，半徑分別為R1 = PO1, R2 = PO2 ;兩輪的圓弧齒形r i與Γ 2相切于節點P，圓心分別為點O1與點O2，半徑分別為ri = Po1, r2 = Po2,從PO2到Po2的轉角為Y ;其中R2、r2和Y總是正數，而Rpr1則可正可負，圖中所示為正數的情形況取負數表示兩輪轉向相同、點O1與點O2的在節點P的同側，且必有Ir」> R2 ；Γι取負數表示兩輪齒廓凹凸接觸、點O1與點O2在節點P的同側。現以節點P為原點，PO2為X軸建立直角坐標系，則在圖示位置圓弧r i與Γ2的圓心坐標分別為A1(I1CC)S y , T1Sin Y )和o2(r2cos y , r2sin y )。現在,設輪I從圖示位置沿逆時針轉過角度Q1，則輪2沿逆時針轉過的角度為Q2 = -R1Ql7^R2，并且圓弧 Γ i 與 Γ2 的圓心的坐標分別成為=O1H-RjR1COS Θ JT1COS ( Y + Θ j), R1Sin Θ ^r1Sin ( Y+ Q1)]和 o2 [R2-R2COs Θ 2+r2cos ( Y + Θ 2), -R2Sin Θ 2+r2sin ( Y + Θ 2)]。此時，圓弧 Γ i 與 Γ 2的圓心距離平方λ (Q1)成為:λ ( Θ 丄)=[R2-R2COs Θ 2+r2cos ( Y + Θ 2) +R1-R1Cos Θ ^r1Cos ( Y + Θ j) ]2 (I)+[-R2Sin Θ 2+r2sin ( y + Θ 2) -R1Sin Θ ^r1Sin ( Y + Θ j) ]2將上式對θ 求導后，令Θ i = 0，得:
權利要求
1.種純滾動齒輪機構，其特征在于:在機架上安裝有兩個軸線平行的摩擦輪，兩摩擦輪相切接觸依靠摩擦力做純滾動，兩摩擦輪的圓柱面上分別均布有凸出和凹下的配對齒形，使得在與兩摩擦輪軸線垂直的任一嚙合平面內，配對的齒形只在兩節圓的公切點上相切接觸、瞬時嚙合；兩摩擦輪在嚙合時沒有相對滑動，形成摩擦傳動與嚙合傳動共存的傳動機構。
2.據權利要求1所述的一種純滾動齒輪機構，其特征在于:所述的兩個摩擦輪中，在第一個摩擦輪的圓柱面上均布有凸出在外的球形齒；在第二個摩擦輪的圓柱面上均布有與第一個摩擦輪上的球形齒齒距相等的、瞬時嚙合的錐形孔；錐形孔的母線是漸開線、圓弧或直線；嚙合點既在球形齒球面的大圓上，又在錐孔的棱邊上。
3.據權利要求1所述的一種純滾動齒輪機構，其特征在于:所述的兩個摩擦輪中，在第一個摩擦輪的圓柱面上均布有凸出在外的螺旋齒；在第二個摩擦輪的圓柱面上均布有與第一個摩擦輪上的螺旋齒齒距相等的、瞬時嚙合的螺旋槽；在任一嚙合平面內，嚙合點附近的齒形是漸開線、圓弧或直線；嚙合點既在螺旋齒表面的內部，又在螺旋槽表面的棱邊上。
4.據權利要求3所述的一種純滾動齒輪機構，其特征在于:所述的兩個摩擦輪中，第二個摩擦輪上的所有螺旋槽都沿半徑向外延伸形成凸出在外的螺旋凸起，使嚙合點出現在螺旋槽表面的內部，而不是出現在螺旋槽表面的棱邊上；為了不與第二個摩擦輪上的螺旋凸起發生干涉，在第一個摩擦輪的圓柱面上所有螺旋齒的兩側都分布有不參與嚙合的螺旋輔槽。
5.種純滾動齒輪機構，其特征在于:在機架上安裝有兩個軸線平行的齒輪，在第一個齒輪的圓柱面上均布有凸出的螺旋齒，在第二個齒輪的圓柱面上均布有與第一個齒輪上的螺旋齒齒距相等的、瞬時嚙合的凹下的螺旋槽；在與兩齒輪軸線垂直的任一嚙合平面內，配對的螺旋齒與螺旋槽之間只在兩輪節圓的公切點上相切接觸、瞬時嚙合，兩齒輪在嚙合時沒有相對滑動；螺旋齒與螺旋槽的螺旋角應保證在任何瞬時都至少存在兩個嚙合點，兩個嚙合點分別位于不同的嚙合平面內，形成無隙嚙合；在任一嚙合平面內，嚙合點附近的齒形是漸開線、圓弧或直線。
6.種純滾動齒輪機 構，其特征在于:在機架上安裝有兩個軸線相交的摩擦輪，兩摩擦輪相切接觸依靠摩擦力做純滾動，兩摩擦輪的圓錐面上分別均布有凸出和凹下的配對齒形，使得在與兩摩擦輪軸線垂直的任一嚙合球面內，配對的齒形只在兩節圓的公切點上相切接觸、瞬時嚙合；兩摩擦輪在嚙合時沒有相對滑動，形成摩擦傳動與嚙合傳動共存的傳動機構。
7.據權利要求6所述的一種純滾動齒輪機構，其特征在于:所述的兩個摩擦輪中，在第一個摩擦輪的圓錐面上均布有凸出在外的球形齒；在第二個摩擦輪的圓錐面上均布有與第一個摩擦輪上的球形齒齒距相等的、瞬時嚙合的錐形孔；錐形孔的母線是漸開線、圓弧或直線；嚙合點既在球形齒球面的大圓上，又在錐孔的棱邊上。
8.據權利要求6所述的一種純滾動齒輪機構，其特征在于:所述的兩個摩擦輪中，在第一個摩擦輪的圓錐面上均布有凸出在外的螺旋齒；在第二個摩擦輪的圓錐面上均布有與第一個摩擦輪上的螺旋齒齒距相等的、瞬時嚙合的螺旋槽；在任一嚙合球面內，嚙合點附近的齒形是球面漸開線、圓弧或嚙合球面內的大圓；嚙合點既在螺旋齒表面的內部，又在螺旋槽表面的棱邊上。
9.據權利要求8所述的一種純滾動齒輪機構，其特征在于:所述的兩個摩擦輪中，第二個摩擦輪上的所有螺旋槽都沿半徑向外延伸形成凸出在外的螺旋凸起，使嚙合點出現在螺旋槽表面的內部，而不是出現在螺旋槽表面的棱邊上；為了不與第二個摩擦輪上的螺旋凸起發生干涉，在第一個摩擦輪的圓錐面上所有螺旋齒的兩側都分布有不參與嚙合的螺旋輔槽。
10.種純滾動齒輪機構，其特征在于:在機架上安裝有兩個軸線相交的齒輪，在第一個齒輪的圓錐面上均布有凸出的螺旋齒，在第二個齒輪的圓錐面上均布有與第一個齒輪上的螺旋齒齒距相等的、瞬時嚙合的凹下的螺旋槽；在與兩齒輪軸線垂直的任一嚙合球面內，配對的螺旋齒與螺旋槽之間只在兩輪節圓的公切點上相切接觸、瞬時嚙合，兩齒輪在嚙合時沒有相對滑動；螺旋齒與螺旋槽的螺旋角應保證在任何瞬時都至少存在兩個嚙合點，兩個哨合點分別位于不同的哨合球面內，形成無隙哨合；在任一哨合球面內，哨合點附近的齒形是球面漸開線、圓弧或嚙 合球面內的大圓。
全文摘要
本發明公開了一種純滾動齒輪機構。在機架上安裝有兩個軸線平行或相交的摩擦輪，兩輪相切接觸，依靠摩擦力做純滾動，其上分別均布有凸出和凹下的配對齒形，使得在與兩摩擦輪軸線垂直的任一嚙合平面或球面內，配對齒形只在兩節圓的公切點上相切接觸、瞬時嚙合，形成摩擦傳動與嚙合傳動共存的傳動機構。如果在任何瞬時都至少存在兩個瞬時嚙合點，它們分別位于不同的嚙合平面或球面內，形成無隙嚙合，就可以僅保留嚙合傳動，而不再需要摩擦傳動，但兩輪之間依舊為純滾動，沒有相對滑動。本發明綜合了摩擦傳動與嚙合傳動的主要優點它既無滑動摩擦、無需潤滑，又有準確速比。在載荷不大、需要準確速比又不便進行潤滑的場合有著廣闊的應用前景。
文檔編號F16H1/06GK103089920SQ201310054550
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月20日 優先權日2013年2月20日
發明者李立新 申請人:浙江大學