專利名稱：一種斜交齒輪機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方法涉及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體是空間曲線嚙合傳動(dòng)方法，本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)上述方法的機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，促進(jìn)了微小機(jī)械裝置(1～100mm)和微機(jī)械裝置(10μm～1mm)的快速發(fā)展，微機(jī)械學(xué)成為機(jī)械學(xué)科前沿之一。微小機(jī)械和微機(jī)械的核心功能之一是實(shí)現(xiàn)微小空間內(nèi)小功率和連續(xù)運(yùn)動(dòng)傳遞。
微小型機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理、性能特征和設(shè)計(jì)制造的創(chuàng)新研究已經(jīng)成為機(jī)械科學(xué)前沿研究領(lǐng)域的重要方向之一。另外齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)技術(shù)，齒輪已經(jīng)形成一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)體系，是機(jī)械工業(yè)仍至現(xiàn)代工業(yè)的重要基礎(chǔ)之一，它伴隨著整個(gè)工業(yè)文明的發(fā)展進(jìn)程。新型高性能齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)一直都是機(jī)械工業(yè)重點(diǎn)的研究領(lǐng)域之一。由于微小型/微型機(jī)電產(chǎn)品的最重要特征是小體積(要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)占用空間小)、輕重量，大多以小動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)傳遞或者分度運(yùn)動(dòng)為主，而不是以大功率的動(dòng)力傳遞為主，使得常規(guī)工業(yè)廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如齒輪、鏈、帶、連桿等)往往不適用于這類產(chǎn)品。所以實(shí)現(xiàn)微小機(jī)械傳動(dòng)方法和機(jī)構(gòu)成為微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。
各發(fā)達(dá)國(guó)家先后都大力開展了微小傳動(dòng)技術(shù)研究，并取得了較大的成就，近年來微小傳動(dòng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。目前世界各國(guó)研究開發(fā)的微小機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)主要包括 (1)傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的直接微小型化機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)。例如，微泵機(jī)構(gòu)、微彈簧機(jī)構(gòu)、微流量閥機(jī)構(gòu)、微輪系機(jī)構(gòu)、微并聯(lián)機(jī)構(gòu)、微棘輪機(jī)構(gòu)、微液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等微小機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接微小型化存在著一些明顯的缺點(diǎn)。例如，微小圓柱齒輪制造和安裝精度要求高，且成本較高，而且無法實(shí)現(xiàn)垂直相交軸間的傳動(dòng)；微小錐齒輪傳動(dòng)無法實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比傳動(dòng)，同時(shí)微小錐齒輪制造和安裝更困難；微小摩擦輪傳動(dòng)需要附加正壓力施加裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且造成軸系的變形和摩擦、磨損加??；微小蝸桿傳動(dòng)則因蝸輪蝸桿的軸線不在同一平面所占的空間過大；微螺旋傳動(dòng)效率低，易磨損，低速時(shí)有爬行，等等。
(2)非傳統(tǒng)機(jī)械微驅(qū)動(dòng)技術(shù)。例如，電-熱驅(qū)動(dòng)，巨磁彈性驅(qū)動(dòng)、電鍍微驅(qū)動(dòng)、形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動(dòng)，熱機(jī)械式驅(qū)動(dòng)，磁流體驅(qū)動(dòng)，壓電驅(qū)動(dòng)，基于無預(yù)應(yīng)變非傳導(dǎo)性彈性體人工肌肉驅(qū)動(dòng)器，利用光激發(fā)激光器的微沖擊驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等等。這些非機(jī)械微驅(qū)動(dòng)技術(shù)，有的已經(jīng)得到工業(yè)應(yīng)用，特別是壓電微驅(qū)動(dòng)技術(shù)得到了大量的工業(yè)應(yīng)用。但是，有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，性能不穩(wěn)定。非傳統(tǒng)機(jī)械微驅(qū)動(dòng)技術(shù)的最重要特征是，只適用于實(shí)現(xiàn)微小位移或微小力的瞬時(shí)觸發(fā)或者間歇傳動(dòng)，而且大多還處于研究階段。
(3)組合或者綜合微驅(qū)動(dòng)技術(shù)。例如，微-宏或者組合連桿微驅(qū)動(dòng)；氣體驅(qū)動(dòng)與巨磁致伸縮驅(qū)動(dòng)混合驅(qū)動(dòng)器，等等。
(4)基于傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式進(jìn)行根本性原理創(chuàng)新的微小機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)微小空間內(nèi)的微小力或者運(yùn)動(dòng)的連續(xù)傳動(dòng)，同時(shí)又要克服傳統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接微小型化產(chǎn)生的一系列問題，許多學(xué)者基于傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行根本性原理創(chuàng)新而研究新型的微小傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這類微小機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)研究具有原創(chuàng)性特色，目前屬于最新的研究領(lǐng)域之一。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前該領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種斜交齒輪機(jī)構(gòu)。本發(fā)明由同一平面內(nèi)軸線任意角度相交的主動(dòng)輪，從動(dòng)輪組成傳動(dòng)副，依靠主從動(dòng)輪上均勻分布的主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿之間的連續(xù)嚙合作用實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的傳動(dòng)。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下 一種斜交齒輪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成傳動(dòng)副，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的軸線在以任意角度交叉，主動(dòng)輪連接輸入軸，從動(dòng)輪連接被驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)軸，通過主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿之間的連續(xù)嚙合作用實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，所述任意角度不等于90°。
上述的斜交齒輪機(jī)構(gòu)中，所述主動(dòng)輪上有若干主動(dòng)鉤桿，從動(dòng)輪上有若干從動(dòng)鉤桿，主動(dòng)鉤桿均勻分布在主動(dòng)輪圓柱體的端面上，從動(dòng)鉤桿均勻分布在從動(dòng)輪圓柱面的圓周上，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成一對(duì)傳動(dòng)副，主動(dòng)輪在電機(jī)的帶動(dòng)下，主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)鉤桿嚙合，實(shí)現(xiàn)空間任意交叉軸之間的傳動(dòng)。
上述的斜交齒輪機(jī)構(gòu)中，所述主動(dòng)鉤桿為空間螺旋線形狀，從動(dòng)鉤桿的中心空間曲線與主動(dòng)鉤桿的中心空間曲線共扼。
上述的斜交齒輪機(jī)構(gòu)中，其中一個(gè)主動(dòng)鉤桿和一個(gè)從動(dòng)鉤桿嚙合，在即將脫離嚙合但沒有完全脫離嚙合時(shí)，另一個(gè)主動(dòng)鉤桿和另一個(gè)從動(dòng)鉤桿又接著參與了嚙合，夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)。
上述的斜交齒輪機(jī)構(gòu)中，所述的從動(dòng)鉤桿的中心空間曲線與主動(dòng)鉤桿的中心空間曲線形狀由如下方法確定在o-x，y，z及op-xp，yp，zp兩個(gè)空間坐標(biāo)系中，Z軸與主動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，ZP軸與從動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，xoz與xpopzp在同一平面，平面xpopyp與平面x o y之間的夾角為θ，0°＜θ＜180°；OP點(diǎn)到z軸的距離為a，到在x軸的距離為b，坐標(biāo)系o-x，y，z與主動(dòng)輪固聯(lián)，坐標(biāo)系o2-x2，y2，z2與從動(dòng)輪固聯(lián)，在起始位置它們分別與坐標(biāo)系o-x，y，z及op-xp，yp，zp重合，主動(dòng)輪以勻角速度ω1繞z軸旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪以勻角速度ω2繞ZP軸旋轉(zhuǎn)，從起始位置經(jīng)一段時(shí)間后，坐標(biāo)系o1-x1，y1，z1及o2-x2，y2，z2運(yùn)動(dòng)，此時(shí)主動(dòng)輪繞z軸轉(zhuǎn)過φ1角，從動(dòng)輪繞ZP軸轉(zhuǎn)過φ2角； 則主動(dòng)鉤桿和從動(dòng)輪鉤桿中心線空間曲線方程可表示為 其中式 是空間共軛曲線的嚙合方程； r1＝x1(t)i1+y1(t)j1+z1(t)k1為主動(dòng)鉤桿中心線的徑失表達(dá)式；為主動(dòng)鉤桿中心線的空間曲線方程表達(dá)式；t為參變量，且-π＜t，t的終點(diǎn)值由空間共軛曲線的嚙合方程式確定； β1為嚙合點(diǎn)M的單位主法失，即，β1＝βx1i1+βy1j1+βz1k1，i1，k1，k1分別為x1，y1，z1各坐標(biāo)軸單位矢量βx1，βy1，βz1分別為單位主法失β1在x1，y1，z1各坐標(biāo)軸分量的大小， 其中 r1為主動(dòng)鉤桿中心線的徑失，s為中心線曲線弧長(zhǎng)； 與主動(dòng)鉤桿空間曲線共軛的從動(dòng)輪鉤桿的空間曲線方程為 式中 θ—主、從動(dòng)輪軸線夾角的補(bǔ)角，范圍為0°-180°； a，b—OP點(diǎn)到z軸的距離為a，a＞0；OP到在x軸的距離為b，b＞0； ω1，ω2—主動(dòng)輪與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度； i21—主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的傳動(dòng)比，即主動(dòng)鉤桿數(shù)量與從動(dòng)輪鉤桿數(shù)量之比； D—為主從動(dòng)鉤桿直徑； 當(dāng)確定主動(dòng)鉤桿中心線方程和a，b，D，i21，θ的值時(shí)，與之共軛的從動(dòng)鉤桿的中心線方程隨之確定，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的形狀也確定，從而得到斜交齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明基于傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式(齒輪傳動(dòng)形式)上進(jìn)行根本性原理創(chuàng)新(基于任意交叉軸空間曲線嚙合原理)的微小機(jī)械傳動(dòng)方法，能夠?yàn)槲⑿C(jī)械裝置提供連續(xù)穩(wěn)定嚙合傳動(dòng)的方法。極大的減化了微機(jī)械傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，縮小幾何尺寸，減小質(zhì)量，提高操作的靈活性，造價(jià)低廉，便于在微機(jī)電領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn) 1、斜交齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)空間同一平面內(nèi)任意交叉軸之間的運(yùn)動(dòng)傳遞，由于兩個(gè)輪軸位于同一個(gè)平面可成任意相交角度，其適用范圍將比傳統(tǒng)用于平行軸或者正交軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副更廣； 2、斜交齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)只有一個(gè)傳動(dòng)副，使得傳動(dòng)系零件數(shù)減至最少，與傳統(tǒng)微小型變速機(jī)構(gòu)(如微小行星齒輪機(jī)構(gòu))相比，該傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單；與其它傳動(dòng)技術(shù)(如SMA傳動(dòng)、熱膨脹傳動(dòng)、壓電傳動(dòng)和電磁傳動(dòng))相比，它能實(shí)現(xiàn)在較高轉(zhuǎn)速(如1000轉(zhuǎn)/分)下的連續(xù)傳動(dòng)； 3、斜交齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工藝性和經(jīng)濟(jì)性好，可以生產(chǎn)制造成為通用的微小型或微型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或減速器，便于簡(jiǎn)化微小型或微型機(jī)電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，節(jié)省空間，減輕質(zhì)量，并且造價(jià)低廉； 4、斜交齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)類似蝸輪蝸桿的大傳動(dòng)比(如12∶1)傳動(dòng)，同時(shí)，使得其空間尺寸比蝸桿傳動(dòng)副小得多，且易于加工； 5、斜交齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)，較之現(xiàn)有的非傳統(tǒng)機(jī)械微驅(qū)動(dòng)技術(shù)有顯著的改進(jìn)和更為廣泛的應(yīng)用。



圖1為實(shí)施方式中的斜交齒輪機(jī)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1所示斜交齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪及其鉤桿的主視圖。
圖3為圖1所示斜交齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪及其鉤桿的俯視圖。
圖4為圖1所示斜交齒輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)輪及其鉤桿示意圖。
圖5為實(shí)施方式中當(dāng)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的夾角為180°-θ時(shí)的示意圖。
圖6為圖5中所示坐標(biāo)示意圖的部分俯視圖。
圖7為實(shí)施方式中的斜交齒輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
如圖1所示，本發(fā)明的斜交齒輪機(jī)構(gòu)的連接關(guān)系為主動(dòng)輪5與驅(qū)動(dòng)器(電機(jī)6)固聯(lián)，從動(dòng)輪2與被驅(qū)動(dòng)裝置相聯(lián)。如圖2、圖3所示，主動(dòng)鉤桿4均勻布置在主動(dòng)輪端面的圓周上，如圖4所示，從動(dòng)鉤桿3均勻布置在從動(dòng)輪圓柱面的圓周上，主從動(dòng)輪組成一對(duì)傳動(dòng)副。主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)鉤桿嚙合，實(shí)現(xiàn)空間任意交叉軸之間的傳動(dòng)。主動(dòng)鉤桿和從動(dòng)輪鉤桿是基于任意交叉軸空間曲線嚙合原理設(shè)計(jì)制作出來的，不同于之前研究發(fā)明的基于正交軸空間曲線嚙合原理的空間曲線嚙合輪(一種空間曲線嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00810029649.0)。具體的來說主動(dòng)鉤桿形狀為空間螺旋線，而從動(dòng)輪鉤桿形狀為與其共扼的空間曲線。
其傳動(dòng)原理為主動(dòng)輪在微電機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一對(duì)主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)鉤桿接觸，開始進(jìn)入嚙合，實(shí)現(xiàn)空間任意交叉軸之間的傳動(dòng)。這對(duì)鉤桿嚙合一段時(shí)間后，在即將脫離嚙合，但還沒有完全脫離嚙合時(shí)下一對(duì)鉤桿又接著參與了嚙合，因此能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)鉤桿的空間曲線形狀的確定。
如圖5和圖6所示，其中o-x，y，z及op-xp，yp，zp是兩個(gè)空間坐標(biāo)系，Z軸與主動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，ZP軸與從動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，xoz與xpopzp在同一平面，平面xpopyp與平面x o y之間的夾角為θ(0°＜θ＜180°)。OP點(diǎn)到z軸的距離為a，到在x軸的距離為b。坐標(biāo)系o-x，y，z與主動(dòng)輪固聯(lián)，坐標(biāo)系o2-x2，y2，z2與從動(dòng)輪固聯(lián)，在起始位置它們分別與坐標(biāo)系o-x，y，z及op-xp，yp，zp重合。主動(dòng)輪以勻角速度ω1繞z軸旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪以勻角速度ω2繞ZP軸旋轉(zhuǎn)。從起始位置經(jīng)一段時(shí)間后，坐標(biāo)系o1-x1，y1，z1及o2-x2，y2，z2運(yùn)動(dòng)到圖5中所示的位置，主動(dòng)輪繞z軸轉(zhuǎn)過φ1角，從動(dòng)輪繞ZP軸轉(zhuǎn)過φ2角。
則主動(dòng)鉤桿和從動(dòng)輪鉤桿中心線空間曲線方程可表示為 其中式 是空間共軛曲線的嚙合方程。
r1＝x1(t)i1+y1(t)j1+z1(t)k1為主動(dòng)鉤桿中心線的徑失表達(dá)式；為主動(dòng)鉤桿中心線的空間曲線方程表達(dá)式；t為參變量，且-π＜t(注t的起始值為-π，t的終點(diǎn)值由空間共軛曲線的嚙合方程式確定)； β1為嚙合點(diǎn)M的單位主法失，即，β1＝βx1i1+βy1j1+βz1k1，i1，j1，k1分別為x1，y1，z1各坐標(biāo)軸單位矢量βx1，βy1，βz1分別為單位主法失β1在x1，y1，z1各坐標(biāo)軸分量的大小。其中 (r1為主動(dòng)鉤桿中心線的徑失，s為中心線曲線弧長(zhǎng)) 主動(dòng)鉤桿空間曲線共軛的從動(dòng)輪鉤桿的空間曲線方程為 式中 θ—主、從動(dòng)輪軸線夾角的補(bǔ)角，范圍為0°-180°； a，b—OP點(diǎn)到z軸的距離為a(a＞0)；OP到在x軸的距離為b(b＞0)(如圖6)； ω1，ω2—主動(dòng)輪與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度； i21—主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的傳動(dòng)比，即主動(dòng)鉤桿數(shù)量與從動(dòng)輪鉤桿數(shù)量之比； D—為主從動(dòng)鉤桿直徑。
(注x，y，z，x1，y1，z1，x2，y2，z2，xp，yp，zp，a，b，D的單位均為毫米)上式中，當(dāng)確定主動(dòng)鉤桿中心線方程和a，b，D，i21，的值時(shí)，與之共軛的從動(dòng)鉤桿的中心線方程就隨之確定了，這樣主從動(dòng)輪的形狀也就確定了，從而得到了斜交齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
當(dāng)上式中主動(dòng)鉤桿中心線方程為(此時(shí)-π＜t＜-1.85625)，θ＝150°，a＝45，b＝60，i21＝1/12，D＝1時(shí)，求得從動(dòng)鉤桿中心線的曲線方程為 根據(jù)求出的從動(dòng)鉤桿中心線方程便可得出從動(dòng)輪機(jī)構(gòu)的外型，其形狀如圖5所示。
應(yīng)用實(shí)例 本發(fā)明方法及機(jī)構(gòu)適用于為微機(jī)械裝置提供驅(qū)動(dòng)器，本實(shí)例中以斜交齒輪安裝于試驗(yàn)臺(tái)為實(shí)例。如圖7所示，試驗(yàn)臺(tái)由支架1，主動(dòng)輪5，主動(dòng)鉤桿4，從動(dòng)輪鉤桿3，從動(dòng)輪2，電機(jī)6，精密三維移動(dòng)臺(tái)7，編碼器8和分度盤9組成。
精密三維移動(dòng)臺(tái)7安裝在分度盤9上，微電機(jī)6固定在精密三維移動(dòng)臺(tái)7上，主動(dòng)輪2與微電機(jī)6主軸固接，編碼器8固定在支架1上，從動(dòng)輪4與編碼器8固接。通過分度盤分度，可以得到0-180°的交叉角度。主動(dòng)輪2與從動(dòng)輪4之間通過各自的鉤桿3，4形成傳動(dòng)副。微電機(jī)3采用市售的外徑8mm的直流電動(dòng)機(jī)，用普通2v電池作為電源。
本實(shí)例中主動(dòng)鉤桿中心線方程為(此時(shí)-π＜t＜-1.7555)，θ＝120°，傳動(dòng)比i21＝1/4，a＝20，b＝20，主動(dòng)鉤桿數(shù)量為6，從動(dòng)輪鉤桿數(shù)量為24，主、從動(dòng)鉤桿直徑D均為1.2。
求得從動(dòng)鉤桿中心線方程為然后根據(jù)此中心線方程可以確定主從動(dòng)輪傳動(dòng)副的形狀。
如圖2和圖3所示，主動(dòng)輪和主動(dòng)鉤桿采用光敏樹脂通過快速原型技術(shù)來制作，一體成型。主動(dòng)鉤桿為空間螺旋線形狀，且其直徑D為1.2。
如圖4所示，從動(dòng)輪和從動(dòng)輪鉤桿采用光敏樹脂通過快速原型技術(shù)來制作，一體成型。從動(dòng)輪鉤桿為與主動(dòng)鉤桿(空間螺旋線)相共扼的空間曲線形狀，且其直徑D為1.2。
本實(shí)例所研制的斜交齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為在主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速(1000轉(zhuǎn)/分)恒定的情況下，通過編碼器測(cè)得從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定；瞬時(shí)傳動(dòng)比和平均傳動(dòng)比穩(wěn)定。表明斜交齒輪能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)。這表明本發(fā)明研制的斜交齒輪傳動(dòng)方法可行。
本發(fā)明為齒輪機(jī)構(gòu)和微小機(jī)械裝置提供了一種能夠用于任意交叉軸連續(xù)穩(wěn)定嚙合傳動(dòng)的方法與機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)能夠極大地簡(jiǎn)化了齒輪機(jī)構(gòu)和微機(jī)械傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，縮小幾何尺寸，減小質(zhì)量，提高操作的靈活性，且制作簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，便于在微機(jī)電領(lǐng)域的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種斜交齒輪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成傳動(dòng)副，其特征在于主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的軸線在以任意角度交叉，主動(dòng)輪連接輸入軸，從動(dòng)輪連接被驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)軸，通過主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿之間的連續(xù)嚙合作用實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，所述任意角度不等于90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜交齒輪機(jī)構(gòu)，其特征在于所述主動(dòng)輪上有若干主動(dòng)鉤桿，從動(dòng)輪上有若干從動(dòng)鉤桿，主動(dòng)鉤桿均勻分布在主動(dòng)輪圓柱體的端面上，從動(dòng)鉤桿均勻分布在從動(dòng)輪圓柱面的圓周上，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成一對(duì)傳動(dòng)副，主動(dòng)輪在電機(jī)的帶動(dòng)下，主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)鉤桿嚙合，實(shí)現(xiàn)空間任意交叉軸之間的傳動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜交齒輪機(jī)構(gòu)，其特征在于所述主動(dòng)鉤桿為空間螺旋線形狀，從動(dòng)鉤桿的中心空間曲線與主動(dòng)鉤桿的中心空間曲線共扼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斜交齒輪機(jī)構(gòu)，其特征在于其中一個(gè)主動(dòng)鉤桿和一個(gè)從動(dòng)鉤桿嚙合，在即將脫離嚙合但沒有完全脫離嚙合時(shí)，另一個(gè)主動(dòng)鉤桿和另一個(gè)從動(dòng)鉤桿又接著參與了嚙合，夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的嚙合傳動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斜交齒輪機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的從動(dòng)鉤桿的中心空間曲線與主動(dòng)鉤桿的中心空間曲線形狀由如下方法確定在o-x，y，z及op-xp，yp，zp兩個(gè)空間坐標(biāo)系中，Z軸與主動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，ZP軸與從動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸線重合，xoz與xpopzp在同一平面，平面xpopyp與平面xoy之間的夾角為θ，0°＜θ＜180°；OP點(diǎn)到z軸的距離為a，到在x軸的距離為b，坐標(biāo)系o-x，y，z與主動(dòng)輪固聯(lián)，坐標(biāo)系o2-x2，y2，z2與從動(dòng)輪固聯(lián)，在起始位置它們分別與坐標(biāo)系o-x，y，z及op-xp，yp，zp重合，主動(dòng)輪以勻角速度ω1繞z軸旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪以勻角速度ω2繞ZP軸旋轉(zhuǎn)，從起始位置經(jīng)一段時(shí)間后，坐標(biāo)系o1-x1，y1，z1及o2-x2，y2，z2運(yùn)動(dòng)，此時(shí)主動(dòng)輪繞z軸轉(zhuǎn)過φ1角，從動(dòng)輪繞ZP軸轉(zhuǎn)過φ2角；
則主動(dòng)鉤桿和從動(dòng)輪鉤桿中心線空間曲線方程可表示為
其中式
是空間共軛曲線的嚙合方程；
r1＝x1(t)i1+y1(t)j1+z1(t)k1為主動(dòng)鉤桿中心線的徑失表達(dá)式；為主動(dòng)鉤桿中心線的空間曲線方程表達(dá)式；t為參變量，且-π＜t，t的終點(diǎn)值由空間共軛曲線的嚙合方程式確定；
β1為嚙合點(diǎn)M的單位主法失，即，β1＝βx1i1+βy1j1+βz1k1，i1，j1，k1分別為x1，y1，z1各坐標(biāo)軸單位矢量βx1，βy1，βz1分別為單位主法失β1在x1，y1，z1各坐標(biāo)軸分量的大小，其中
r1為主動(dòng)鉤桿中心線的徑失，s為中心線曲線弧長(zhǎng)；
與主動(dòng)鉤桿空間曲線共軛的從動(dòng)輪鉤桿的空間曲線方程為
式中
θ—主、從動(dòng)輪軸線夾角的補(bǔ)角，范圍為0°-180°；
a，b—OP點(diǎn)到z軸的距離為a，a＞0；OP到在x軸的距離為b，b＞0；
ω1，ω2—主動(dòng)輪與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度；
i21—主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的傳動(dòng)比，即主動(dòng)鉤桿數(shù)量與從動(dòng)輪鉤桿數(shù)量之比；
D—為主從動(dòng)鉤桿直徑；
當(dāng)確定主動(dòng)鉤桿中心線方程和a，b，D，i21，θ的值時(shí)，與之共軛的從動(dòng)鉤桿的中心線方程隨之確定，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的形狀也確定，從而得到斜交齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種斜交齒輪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成傳動(dòng)副，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的軸線在以任意角度交叉，主動(dòng)輪連接輸入軸，從動(dòng)輪連接被驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)軸，通過主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)輪鉤桿之間的連續(xù)嚙合作用實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，所述任意角度不等于90°；所述主動(dòng)輪上有若干主動(dòng)鉤桿，從動(dòng)輪上有若干從動(dòng)鉤桿，主動(dòng)鉤桿均勻分布在主動(dòng)輪圓柱體的端面上，從動(dòng)鉤桿均勻分布在從動(dòng)輪圓柱面的圓周上，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成一對(duì)傳動(dòng)副，主動(dòng)輪在電機(jī)的帶動(dòng)下，主動(dòng)鉤桿與從動(dòng)鉤桿嚙合，實(shí)現(xiàn)空間任意交叉軸之間的傳動(dòng)。本發(fā)明能夠極大的減化了微機(jī)械傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，縮小幾何尺寸，減小質(zhì)量，提高操作的靈活性，造價(jià)低廉，便于在微機(jī)電領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號(hào)F16H55/17GK101782129SQ20101010590
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者陳揚(yáng)枝, 陳禎, 傅小燕, 丁江 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)