[发明专利]用于交叉轴传动的平-凸啮合纯滚动锥齿轮机构

说明书

本发明提供一种用于交叉轴传动的平‑凸啮合纯滚动锥齿轮机构及其设计方法，用于交叉轴传动的平‑凸啮合纯滚动锥齿轮机构包括小轮和大轮组成一对传动副，小轮和大轮的轴线交叉，小轮圆锥体外表面均布有螺旋梯形槽，大轮圆锥体外表面均布有螺旋圆弧齿，螺旋圆弧齿和螺旋梯形槽的结构由纯滚动的啮合线参数方程和传动比等参数共同确定，螺旋圆弧齿和螺旋梯形槽配合；安装小轮和大轮时使螺旋圆弧齿和螺旋梯形槽啮合，在驱动器带动下小轮和大轮旋转，实现两交叉轴间的传动。本发明可用于交叉轴纯滚动锥齿轮机构设计，具有设计简单，易于加工，传动效率高、重合度大、承载能力强等优点，可广泛应用于不易润滑的微小、微机械和常规机械领域。

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，尤其涉及一种用于交叉轴传动的平-凸啮合纯滚动锥齿轮 机构。

背景技术

齿轮作为机械核心基础零部件，广泛应用于机床、汽车、机器人、风电、煤矿、航空航 天等装备制造业领域和国民经济主战场，其性能优劣直接决定着重大装备和高端工业产品的 质量、性能和可靠性。高性能齿轮等核心基础零部件的研究是推动工业转型升级、提升国家 产业核心竞争力的关键因素，是实现“中国制造2025”强国战略的重要举措。

目前我国齿轮行业面临的主要问题是高效率、大承载能力、轻量化、高可靠性的高性能 齿轮产品的设计和制造能力明显不足。在工业生产制造领域广泛应用的传统直齿轮、斜齿轮 和锥齿轮副始终未曾彻底解决因齿面相对滑动所带来的摩擦磨损、胶合、塑性变形等传动失 效问题，严重影响了齿轮产品尤其是高速重载齿轮的传动效率、使用寿命和可靠性，制约了 “高尖精”机械装备的性能提升。减小齿面磨损的常用方式是使用润滑油、润滑脂等润滑剂， 但在某些极端环境下，如高温、低温、高压、强辐射等环境，这些润滑剂会失效。而且，为 改善齿面磨损而配备的齿轮润滑系统增加了整机成本和重量，同时润滑油、润滑脂的排放也 对环境造成污染。现代装备制造业“轻量化、模块化、智能化”的发展趋势，对齿轮传动性 能、重量、体积和齿轮绿色设计及制造提出了更高要求。如何实现资源节约、环境友好的高 性能齿轮机构绿色设计与制造，降低或避免齿面相对滑动引发的传动失效，进一步提高传动 效率和承载能力，是目前齿轮研究领域重要而迫切的问题之一。

纯滚动啮合齿面的设计对齿轮传动尤其是对高速、重载、精密齿轮传动而言意义重大， 它可以有效降低甚至消除齿面间的相对滑动，由此引发的齿面摩擦磨损、胶合、塑性变形等 传动失效也将得到有效控制，不仅能降低高速齿轮齿面间的摩擦损耗，减小发热和振动，还 能提高齿轮传动寿命，提升传动效率，确保传动精度和平稳性，具有更好的齿面啮合性能， 对提升齿轮副和轮系的综合性能具有极大的积极作用。

目前平面内两交叉轴之间的运动和动力的传递，工业应用最广泛的是渐开线锥齿轮机构。 但渐开线锥齿轮机构的啮合原理遵循曲面啮合理论，从设计理论上就必然存在齿面之间的相 对滑动，因此不能避免齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形等齿轮传动的普遍失效形式，影 响了齿轮副的使用寿命和可靠性。