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CN111120601A - 齿轮齿带传动结构 - Google Patents

齿轮齿带传动结构 Download PDF

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CN111120601A
CN111120601A CN202010042301.6A CN202010042301A CN111120601A CN 111120601 A CN111120601 A CN 111120601A CN 202010042301 A CN202010042301 A CN 202010042301A CN 111120601 A CN111120601 A CN 111120601A
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CN
China
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gear
helical
tooth
toothed belt
transmission structure
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CN202010042301.6A
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张德丰
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Beijing Dofsim Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Dofsim Technology Co ltd
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H19/00Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/06Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising flexible members, e.g. an endless flexible member
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H19/02Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种齿轮齿带传动结构,包括斜圆齿圆柱齿轮和与该斜圆齿圆柱齿轮匹配的齿带,斜圆齿圆柱齿轮包括基圆柱体,在基圆柱体的侧面均匀间隔环设有数个相同的斜轮齿,斜轮齿的法向齿廓为半径是r的一段连续圆弧,该圆弧的圆心在基圆柱体的侧面上并以一定的螺旋角β1沿其轴线方向扫掠而成的齿柱,该齿柱两端包括与该齿柱光滑过渡的球体,该球体的半径与法向齿廓半径相等,该齿带包括底板,在该底板上设有与该斜轮齿匹配的啮合齿槽,该齿槽对边的垂直宽度与斜轮齿法向截面圆直径相等,该齿槽与齿轮轴线投影的夹角β2等于齿轮的螺旋角β1,相邻齿槽的间距P2等于该斜圆齿圆柱齿轮的节距P1,相邻两个斜轮齿的对应边在基圆柱体侧面展开的长度方向上的投影有重合。

Description

齿轮齿带传动结构
技术领域
本发明涉及一种齿轮齿带传动结构。
背景技术
常规的渐开线齿轮齿条传动只能提供直线运动的啮合传动,常规的齿轮传动只能提供圆周运动的啮合运动,而对于同时满足直线,固定曲率曲线和变化曲率曲线运动的啮合传动,常规的齿轮和齿条传动无法实现。对于石化核电行业的储罐管道,舰船飞机的机身等二维曲线,焊接或检测设备最好能沿曲线作精密运动。本发明所述的斜圆齿圆柱齿轮及其配套齿带的传动装置能够很好的实现任意二维曲线运动的精密啮合传动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种齿轮齿带传动结构,能够实现直线,圆和任意二维曲线运动的啮合传动。
为达成上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种齿轮齿带传动结构,包括斜圆齿圆柱齿轮和与该斜圆齿圆柱齿轮匹配的齿带,该斜圆齿圆柱齿轮包括基圆柱体,该基圆柱体直径为该斜圆齿圆柱齿轮的节圆直径,在该基圆柱体的侧面均匀间隔环设有数个相同的斜轮齿,该斜轮齿的法向齿廓为半径是r的一段连续圆弧,该斜圆齿圆柱齿轮的螺旋角β1为斜轮齿法向齿廓扫掠的方向与节圆圆柱体侧面素线的夹角,该圆弧的圆心在基圆柱体的侧面上并以一定的螺旋角β1沿其轴线方向扫掠而成的齿柱,该齿带包括底板,在该底板上设有与该斜轮齿匹配的啮合齿槽,该齿槽对边的垂直宽度与斜轮齿法向截面圆直径相等,该齿槽与斜圆齿圆柱齿轮轴线投影的夹角β2等于齿轮的螺旋角β1,两螺旋角的方向相反,该齿带上的任意两个相邻齿槽的线性间隔称为齿带的节距P2,该节距P2等于该斜圆齿圆柱齿轮的节距P1,该节距P1为任意两个相邻斜轮齿在该基圆柱体侧面上的间隔所对应的弧长,相邻两个斜轮齿的对应边在基圆柱体侧面展开的长度方向上的投影有重合。
所述螺旋角β1为0度至90度。
所述齿带为刚性或柔性。
所述齿带是直齿带、封闭的环状齿带或任意二维曲线的齿带。
在所述齿槽两端的底板上留有使运动达到更高精度的导向沿。
所述斜圆齿圆柱齿轮成一对设置,其螺旋角数值相等,旋向相反,与其啮合传动的齿带为两个阵列的齿槽呈对称排列。
所述齿柱两端包括与该齿柱光滑过渡的球头,该球头的半径与法向齿廓半径相等,该球头与该基圆柱体侧面相交。
所述斜圆齿圆柱齿轮为两个成对设置,其旋向相反,与成对斜圆齿圆柱齿轮匹配的齿带上包括两列旋向相反的齿槽。
成对所述斜圆齿圆柱齿轮通过轮轴连接,在该轮轴的两端分别连接导向部A,该导向部A包括与轮轴连接的立板A,该立板A的内侧间隔设有两个导向滚轮,该导向沿夹设在两导向滚轮之间。
成对所述斜圆齿圆柱齿轮通过轮轴连接,在该轮轴的两端分别连接导向部B,该导向部B的轮轴连接的立板B,该立板的下端设置滚轮,两该滚轮在齿带的宽度方向上对应夹设在该齿带的两侧。
本发明的有益效果:本发明的斜圆齿圆柱齿轮及其配套齿带的传动结构用于齿轮在刚性的或柔性的直线齿带上啮合传动,或者齿轮在大直径的刚性的或柔性的环形齿带上啮合传动,或者齿轮在刚性的或柔性的曲线齿带上啮合传动。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图;
图2A为本发明实施例的斜圆齿圆柱齿轮的立体结构示意图;
图2B为图2A的主视结构示意图;
图2C为图2A的侧视结构示意图;
图2D为示斜圆齿圆柱齿轮的法向齿廓的结构示意图;
图2E是本发明实施例的斜圆齿圆柱齿轮的展开图;
图2F为图2E的局部放大结构示意图;
图3A为本发明实施例的齿带的立体结构示意图;
图3B为图3A中的部分俯视结构示意图;
图3C为数个阵列齿槽的示意图;
图4A为本发明另一实施例的立体结构示意图;
图4B为本发明再一实施例的立体结构示意图;
图5为本发明使用状态的立体结构示意图一;
图6为本发明使用状态的立体结构示意图二。
具体实施方式
请参阅图1至图6,其显示本发明的齿轮齿带传动结构,它包括:斜圆齿圆柱齿轮1和与该斜圆齿圆柱齿轮匹配的齿带2,该斜圆齿圆柱齿轮1包括基圆柱体11,该基圆柱体直径为该斜圆齿圆柱齿轮的节圆直径D,在该基圆柱体11的侧面均匀间隔环设有数个相同的斜轮齿12,该斜轮齿的法向齿廓A是半径为r的一段连续圆弧,该斜圆齿圆柱齿轮的螺旋角β1为斜轮齿法向齿廓扫掠的方向与节圆圆柱体侧面素线的夹角,该圆弧的圆心在基圆柱体的侧面上并以一定的螺旋角β1沿其轴线方向扫掠而成的齿柱,该凸柱121两端包括与该凸柱光滑过渡的球头122,该球头122的半径与斜轮齿的法向齿廓A半径r相等,该球头一是为斜轮齿向基圆柱体侧面过渡更平滑,二是更便于轮齿在齿槽中有确定的轴向定位;该齿带2包括底板,在该底板上设有与该斜轮齿匹配的啮合齿槽21,该齿槽21对边的垂直宽度W与斜轮齿法向截面圆直径2r相等,该齿槽与斜圆齿圆柱齿轮轴线投影的夹角β2等于齿轮的螺旋角β1,所述螺旋角β1为0度至90度,优选为10度至70度,该斜轮齿与该齿槽的旋向相反;该齿带上的任意两个相邻齿槽的线性间隔(该线性间隔是与齿轮弧长的间隔相对的一个概念,即相邻齿槽的间距)称为齿带的节距P2,该节距P2等于该斜圆齿圆柱齿轮的节距P1,该节距P1为任意两个相邻斜轮齿在该基圆柱体侧面上的间隔所对应的弧长,相邻两个斜轮齿的对应边在基圆柱体侧面展开的长度方向上的投影有重合。
所述齿带是直齿带、封闭的环状齿带或任意二维曲线的齿带。
具体地,如图1所示,左旋的斜圆齿圆柱齿轮1与配套的齿带2啮合。
如图2A至图2F所示,本发明的斜圆齿圆柱齿轮1轮齿的法向齿廓A是半径为r的圆的一段连续圆弧,这个圆的圆心在基圆柱体11的侧面上。在轮齿的法向截面中,半径为r的连续圆弧的齿廓以一定的螺旋角β1在直径为D的节圆圆柱侧面上沿齿轮轴线方向扫掠一定长度B而成齿形,这里的长度B称为齿宽,斜轮齿法向齿廓扫掠的方向与节圆圆柱面的素线的夹角称为齿轮的螺旋角β1。在齿轮的基圆柱侧面上,多个斜轮齿在节圆的圆周上均匀分布。其中,任意两个相邻斜轮齿在节圆上的间隔所对应的弧长称为齿轮的节距P1。在轮齿的两端,为了使斜轮齿与节圆圆柱体圆滑过渡,加工出半径为r的球头与节圆圆柱面衔接。在斜圆齿圆柱齿轮的展开图中,相邻两个斜轮齿的对应边在节圆圆柱面展开的长度方向上的投影有重合段H1,以保证齿轮与齿带啮合时,其重合度系数大于等于1。
如图3A至图3C所示,齿带2是一根具有一定厚度的长条形带状材料,在该齿带的底板上等间距的加工出齿槽阵列,齿槽21与斜轮齿匹配,即齿槽21的形状与斜轮齿的形状能够凹凸嵌合,齿槽的法向宽度等于轮齿的齿厚,齿槽两端的圆弧半径等于轮齿半径。齿带2上的齿槽方向与齿带宽度方向的夹角为β2。齿带2上的任意两个相邻齿槽的线性间隔称为齿带的节距P2。齿带的材料可以是一定厚度的长条形状的金属板,塑料等;齿带可以是软的也可以是硬的。在齿带上,相邻两个齿槽21的同一边在齿带长度方向的投影有重合段H2,H2=H1,以保证齿带与齿轮啮合时,其啮合的重合度系数大于等于1。
在本发明中,对于一对能够正确啮合的齿轮和齿带,齿带的节距P2与齿轮的节距P1相等。同时的,在齿带上,齿槽的法向宽度等于斜轮齿的直径,其值为2r。同时的,齿带2上β2与齿轮的螺旋角β1相等,螺旋方向相反。
如图4A和图4B所示,为本发明使用状态的一种实施例,常规应用情况下,为优化传动副的受力情况和提高承载能力,平衡单个齿轮和单方向齿槽阵列齿带的轴向力,一般采用一对螺旋角度相等,螺旋方向相反的斜圆齿圆柱齿轮:左旋齿轮和右旋齿轮组成一套人字齿轮。相应的,与之啮合的齿带也加工有对应的人字齿齿槽。齿带与人字齿轮组成啮合传动副。或者,更进一步的实用装置,如图4B所示,为了增加轮距,采用一对斜圆齿圆柱齿轮:左旋齿轮和右旋齿轮,以及一根轮轴3组成一套人字齿轮轮对。相应的,与之啮合的齿带也加工有对应的人字齿齿槽,齿带与人字齿轮轮对组成啮合传动副。
如图5和图6所示为更近一步的实际产品实施例,在该实施例中,为提高装置的导向精度,利用齿带的底板的边沿部位作为导向沿22。如图5所示,成对所述斜圆齿圆柱齿轮通过轮轴3连接,在该轮轴3的两端分别连接导向部A,该导向部A包括与轮轴连接的立板A31,该立板A31的内侧间隔设有两个导向滚轮32,该导向沿22夹设在两导向滚轮32之间,成对的导向滚轮在齿带的厚度方向上夹住齿带底板,利用齿带精确的厚度作为导向。同时的,为提升装置的导向精度,如图6所示,与图5所述的实施例的区别仅在于导向部的结构不同:成对所述斜圆齿圆柱齿轮通过轮轴连接,在该轮轴的两端分别连接导向部B,该导向部B的轮轴连接的立板B41,该立板的下端设置一个滚轮42,两个该滚轮42在齿带的宽度方向上对应夹设在该齿带的侧壁上。滚轮42在齿带的宽度方向上夹住齿带,利用精密加工过的齿带的两条侧边作为导向。
设置导向滚轮32的导向装置和设置滚轮42的导向装置,在实际的一套机器设备中,可以任选其一使用,也可以两种装置都配置。
以上所述,仅为本发明的较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内,可轻易想到的变化或替代,都应属于在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种齿轮齿带传动结构,其特征在于:它包括斜圆齿圆柱齿轮和与该斜圆齿圆柱齿轮匹配的齿带,该斜圆齿圆柱齿轮包括基圆柱体,该基圆柱体直径为该斜圆齿圆柱齿轮的节圆直径,在该基圆柱体的侧面均匀间隔环设有数个相同的斜轮齿,该斜轮齿的法向齿廓为半径是r的一段连续圆弧,该斜圆齿圆柱齿轮的螺旋角β1为斜轮齿法向齿廓扫掠的方向与节圆圆柱体侧面素线的夹角,该圆弧的圆心在基圆柱体的侧面上并以一定的螺旋角β1沿其轴线方向扫掠而成的齿柱,该齿带包括底板,在该底板上设有与该斜轮齿匹配的啮合齿槽,该齿槽对边的垂直宽度与斜轮齿法向截面圆直径相等,该齿槽与斜圆齿圆柱齿轮轴线投影的夹角β2等于齿轮的螺旋角β1,两螺旋角的方向相反,该齿带上的任意两个相邻齿槽的线性间隔称为齿带的节距P2,该节距P2等于该斜圆齿圆柱齿轮的节距P1,该节距P1为任意两个相邻斜轮齿在该基圆柱体侧面上的间隔所对应的弧长,相邻两个斜轮齿的对应边在基圆柱体侧面展开的长度方向上的投影有重合。
2.如权利要求1所述的齿轮齿带传动结构,其特征在于:所述螺旋角β1为0度至90度。
3.如权利要求1所述的齿轮齿带传动结构,其特征在于:所述齿带为刚性或柔性。
4.如权利要求1所述的齿轮齿带传动结构,其特征在于:所述齿带是直齿带、封闭的环状齿带或任意二维曲线的齿带。
5.如权利要求1所述的齿轮齿带传动结构,其特征在于:在所述齿槽两端的底板上留有使运动达到更高精度的导向沿。
6.如权利要求1或5所述的齿轮齿带传动结构,其特征在于:所述斜圆齿圆柱齿轮成一对设置,其螺旋角数值相等,旋向相反,与其啮合传动的齿带为两个阵列的齿槽呈对称排列。
7.如权利要求1所述的齿轮齿带传动结构,其特征在于:所述齿柱两端包括与该齿柱光滑过渡的球头,该球头的半径与法向齿廓半径相等,该球头与该基圆柱体侧面相交。
8.如权利要求6所述的齿轮齿带传动结构,其特征在于:所述斜圆齿圆柱齿轮为两个成对设置,其旋向相反,与成对斜圆齿圆柱齿轮匹配的齿带上包括两列旋向相反的齿槽。
9.如权利要求8所述的齿轮齿带传动结构,其特征在于:成对所述斜圆齿圆柱齿轮通过轮轴连接,在该轮轴的两端分别连接导向部A,该导向部A包括与轮轴连接的立板A,该立板A的内侧间隔设有两个导向滚轮,该导向沿夹设在两导向滚轮之间。
10.如权利要求8所述的齿轮齿带传动结构,其特征在于:成对所述斜圆齿圆柱齿轮通过轮轴连接,在该轮轴的两端分别连接导向部B,该导向部B的轮轴连接的立板B,该立板的下端设置滚轮,两该滚轮在齿带的宽度方向上对应夹设在该齿带的两侧。
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