CN110107652A - 可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构，包括两个或多个依次啮合传动、且具有相同齿数的渐开线齿轮，两端的两个渐开线齿轮分别装配于输入轴和输出轴上，由输入端至输出端，相邻的两渐开线齿轮的模数和轮齿的各参数依次增加10％～20％；当增变量n取值10％≤n≤15％时，轮齿为固定形式；当增变量n取值15％＜n≤20％时，小渐开线齿轮的轮齿借助伸缩部能够沿径向伸缩，且齿顶距齿根的伸长增量小于20％。该传动机构在保证有效的啮合传动的前提下，既能够提高齿轮输出功率又能够提高齿轮扭矩。
Description
技术领域
本发明涉及渐开线齿轮传动技术领域，尤其涉及一种可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构。
背景技术
渐开线齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。它的传动比较准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长。渐开线渐开线齿轮啮合传动，通常由一对模数及压力角相同的渐开线齿轮来实现。
以小齿轮输入大齿轮输出的传动过程中，根据公式d＝mz(式中，d-分度圆直径，m-模数，z-齿数)、公式P＝vF(式中，P-功率，v-线速度，F-扭力)及公式T＝FR(式中，T-扭矩，F-扭力，R-半径)可得，在传动过程中扭力(F)不变，大齿轮的齿数(z)增加，线速度(v)不变，扭矩(T)增加，输出功率(P)不变。因此在现有的渐开线齿轮啮合传动过程中，虽然能够提高大齿轮的扭矩，但是不会改变输出功率，同时齿数的增加也会用损失转速换来扭矩的提高。
根据渐开线齿轮啮合原理，渐开线齿轮实现啮合的充要条件是两个渐开线齿轮的基节相等。渐开线齿轮的基节与模数、压力角的正弦成正比，即不同模数的渐开线齿轮是可以啮合的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在保证有效的啮合传动的前提下，既能够提高齿轮输出扭矩又能够提高输出功率的可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构，其特征在于：包括两个或多个依次啮合传动、且具有相同齿数的渐开线齿轮，两端的两个渐开线齿轮分别装配于输入轴和输出轴上，由输入端至输出端，相邻的两渐开线齿轮的模数和轮齿的各参数依次增加10％～20％；
其中，
当增变量n取值10％≤n≤15％时，轮齿为固定形式；
当增变量n取值15％＜n≤20％时，小渐开线齿轮的轮齿借助伸缩部能够沿径向伸缩，且齿顶距齿根的伸长增量小于20％。
进一步的技术特征在于：当轮齿为固定形式时，增变量n取值15％。
进一步的技术特征在于：当轮齿为可伸缩式结构时，所述渐开线齿轮包括以渐开线齿轮基圆为直径的轮盘，于轮盘的外缘上以其中心为圆心呈放射状均布有多个伸缩部，所述伸缩部包括与轮盘固定的套管，所述套管的底部设有弹性体，所述轮齿的根部活动设于套管内，且轮齿与套管之间具有防止二者脱离的限位部。
进一步的技术特征在于：所述渐开线齿轮轮齿的齿顶固定有可转动的降阻轮。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
该传动机构中轮系的各齿轮采用同齿数、渐变模数的啮合方式，摒弃了固有的同模数啮合传动的方式，只是因为大小齿距不同不能满啮合，而采用松啮合。
首先，为保证齿轮间变模数啮合传动的稳定性，将相邻轮径的增变量控制在10％～20％，齿间松啮合，大小齿轮间留有自动补差空间，仍可满足小齿轮的一节齿距齿合住略大一点的大齿轮的一节齿距，从而保证变模传动的稳定性。而且在增变量n取值15％＜n≤20％时，小渐开线齿轮的轮齿采用伸缩式结构，在增能较大的情况下，保证了有效的啮合传动。
另外，关于变模数传动中，根据v＝rw(式中，v-线速度，r-半径，w-角速度)，输出轮的角速度(w)不变，线速度(v)增加，根据P＝vF，F不变，则输出轮的输出功率(P)增大，根据公式T＝FR，在输出轮半径增加的情况下，则输出轮的扭矩(T)增大，从而实现了同时的增扭增能传动。
而且，该传动机构的轮系中，各齿轮的齿数相同，不随直径的增大而增加，不仅起到了提高大齿轮线速度的作用，还能够降低生产成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明中一实施例的结构示意图(轮系中齿轮数量为7个)；
图2是本发明中轮齿为伸缩式的结构示意图；
图3是本发明中齿轮的增变量为10％的结构示意图；
图4是本发明中齿轮的增变量为13％的结构示意图；
图5是本发明中齿轮的增变量为15％的结构示意图；
图6是本发明中齿轮的增变量为17％的结构示意图；
图7是本发明中齿轮的增变量为20％的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1和图2所示，可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构，包括两个或多个依次啮合传动、且具有相同齿数的渐开线齿轮，两端的两个渐开线齿轮分别装配于输入轴和输出轴上，形成一输入轮101和一输出轮102，于输入轮101和输出轮102之间的渐开线齿轮形成传导轮。由输入端至输出端，相邻的两渐开线齿轮的模数和轮齿的各参数依次增加10％～20％，即齿轮整体依次扩大。
其中，
当增变量n取值10％≤n≤15％时，轮齿为固定形式；
当增变量n取值15％＜n≤20％时，小渐开线齿轮的轮齿借助伸缩部能够沿径向伸缩，且齿顶距齿根的伸长增量小于20％。
关于齿轮变模数传动的有效增变，经试验证明：
当齿轮的增变量为10％时，如图3所示，大小齿轮齿距差较小，齿峰错位较大，齿轮啮合面积大，传动安全，但增扭较小；
当齿轮的增变量为13％时，如图4所示，齿峰错位变小，但不会顶牙，传动安全，但增扭较小；
当齿轮的增变量为15％时，如图5所示，兼顾安全与较大的增扭；
当齿轮的增变量为17％时，如图6所示，齿峰刚刚错为，有一点顶牙风险，增扭较大；
当齿轮的增变量为20％时，如图7所示，径差最大，增扭最大，但存在顶牙风险。
关于变模数传动中，输出轮102的角速度不变，线速度增加，根据P＝vF，F不变，则输出轮102的输出功率(P)增大，根据公式T＝FR，在输出轮102半径增加的情况下，则输出轮102的扭矩(T)增大，从而实现了同时的增扭增能传动。
关于增能增扭的提高量，根据T＝FR，半径与扭矩成正比，输出轮102半径增量越大，则扭矩提高越明显。根据P＝vF，线速度与输出功率成正比，线速度又与半径成正比，即输出轮102半径增量越大，则扭矩提高越明显。因此在该传动机构的轮系中，传导轮的数量越多，则输出轮102的半径增量越大，扭矩(T)和输出功率(P)提高越明显。
如图1所示，以5个传导轮为例：
当轮齿为固定形式，齿轮最大增变量15％，那么输出轮102的扭矩(T)和输出功率(P)较输入轮101的而言，均最大提高2.313倍(由1.156得)；
当轮齿为伸缩形式，轮最大增变量20％，那么输出轮102的扭矩(T)和输出功率(P)较输入轮101而言，均最大提高2.986倍(由1.26得)。
而在提高扭矩和输出功率的情况下，还要保证相邻齿轮的有效啮合，因此，齿轮的增变量不宜过大。将相邻轮径的增变量控制在10％～20％，齿间松啮合，大小齿轮间留有自动补差空间，仍可满足小齿轮的一节齿距齿合住略大一点的大齿轮的一节齿距，从而即保证了扭矩和输出功率的最大提高量，又保证了齿轮间安全的传动啮合。
而且在增变量n取值15％＜n≤20％时，小渐开线齿轮的轮齿采用伸缩式结构，在增能较大的情况下，保证了有效的啮合传动。
当轮齿为固定形式时，为保证有效的啮合传动以及较大的增扭增能，增变量n取值15％。
当轮齿为可伸缩式结构时，所述渐开线齿轮包括以渐开线齿轮基圆为直径的轮盘，于轮盘的外缘上以其中心为圆心呈放射状均布有多个伸缩部，所述伸缩部包括与轮盘固定的套管1，所述套管1的底部设有弹性体2，弹性体2可以采用弹簧，所述轮齿的根部活动设于套管1内，且轮齿与套管1之间具有防止二者脱离的限位部。通过增加轮齿径向伸出，可增大两轮的啮合面积，在传动时，两齿轮啮合后，小齿轮中的轮齿向内压缩弹性体2，使两齿轮间具有较强的啮合传动，而当轮齿脱离啮合后，弹性体2复位驱动轮齿向外伸出，以保证后续有效的啮合。
另外，由于加工精度的不同，齿轮在传动过程中由于摩擦力较大会产生噪音及振动，因此在该传动机构中，在渐开线齿轮轮齿的齿顶固定有可转动的降阻轮3，使相邻的两齿轮间为滚动摩擦，具有降噪减振的作用。
以上仅是本发明的较佳实施例，任何人根据本发明的内容对本发明作出的些许的简单修改、变形及等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构，其特征在于：包括两个或多个依次啮合传动、且具有相同齿数的渐开线齿轮，两端的两个渐开线齿轮分别装配于输入轴和输出轴上，由输入端至输出端，相邻的两渐开线齿轮的模数和轮齿的各参数依次增加10％～20％；
其中，
当增变量n取值10％≤n≤15％时，轮齿为固定形式；
当增变量n取值15％＜n≤20％时，小渐开线齿轮的轮齿借助伸缩部能够沿径向伸缩，且齿顶距齿根的伸长增量小于20％。
2.根据权利要求1所述的可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构，其特征在于：当轮齿为固定形式时，增变量n取值15％。
3.根据权利要求1所述的可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构，其特征在于：当轮齿为可伸缩式结构时，所述渐开线齿轮包括以渐开线齿轮基圆为直径的轮盘，于轮盘的外缘上以其中心为圆心呈放射状均布有多个伸缩部，所述伸缩部包括与轮盘固定的套管(1)，所述套管(1)的底部设有弹性体(2)，所述轮齿的根部活动设于套管(1)内，且轮齿与套管(1)之间具有防止二者脱离的限位部。
4.根据权利要求1所述的可增扭增能的机械齿轮差模啮合传动机构，其特征在于：所述渐开线齿轮轮齿的齿顶固定有可转动的降阻轮(3)。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118395610A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-07-26 | 西南交通大学 | 基于粘滞阻尼系数计算模型的齿轮传动优化方法及系统 |
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2019
- 2019-06-11 CN CN201910502395.8A patent/CN110107652A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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| CN118395610B (zh) * | 2024-04-03 | 2024-11-22 | 西南交通大学 | 基于粘滞阻尼系数计算模型的齿轮传动优化方法及系统 |
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