[发明专利]一种组合齿廓的内啮合纯滚动齿轮机构

说明书

本发明公开一种组合齿廓的内啮合纯滚动齿轮机构，所述组合齿廓的内啮合纯滚动齿轮机构包括轴线平行的外齿轮和内齿轮，外齿轮圆柱体外表面均布有螺旋齿，内齿轮圆柱体内表面均布有螺旋齿，外齿轮和内齿轮螺旋齿的端面工作齿廓均为不同半径的圆弧曲线组合，外齿轮和内齿轮根部过渡曲线均采用埃尔米特曲线；螺旋齿结构由纯滚动啮合线参数方程、重合度和传动比等参数共同确定；安装时确保使外齿轮和内齿轮的工作齿廓在节点啮合，在驱动器的带动下，外齿轮和内齿轮分别旋转，实现两平行轴传动。本发明公开的内啮合齿轮机构具有传动效率高、结构紧凑、承载能力强等优点，可广泛应用于常规机械领域的行星齿轮传动设计和不易润滑的微小、微型机械装置。

技术领域

本发明公开一种纯滚动齿轮机构，具体地说是一种组合齿廓的内啮合纯滚动齿轮机构及其设计方法。

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。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平行轴、交叉轴传动的各类齿轮机构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。为了减小齿面磨损而使用润滑油、润滑脂等润滑剂，在某些极端环境下，如高温、低温、高压、强辐射等环境，可能发生失效。并且，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。

纯滚动啮合齿面的合理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。

近年来，国内外在齿轮啮合理论领域创新出具有原创性特色新型的齿轮传动机构。如中国专利文献，申请号为201510051923.4，公开了“用于平行轴内啮合传动的螺旋圆弧齿轮机构”。上述传动机构的局限性在于，它的设计方法基于空间曲线啮合理论，啮合齿面依赖于曲线啮合方程计算求解，啮合方式为凹-凸啮合形式，啮合点位于凹-凸齿廓的边缘，传动时由于边缘接触，会产生过大的局部应力，容易引发凹齿齿顶断裂造成传动失效，不能用于工业生产的常规动力和高速重载传动。申请号为 201810603088.4，公开了“平行轴内啮合传动的平-凸啮合纯滚动齿轮机构”，申请号为201810603090.1公开了“平行轴内啮合传动的凸-平啮合纯滚动齿轮机构”。上述两种传动机构的局限性在于其端面齿廓均为单一圆弧或者直线形式，而非端面组合齿廓结构，同时，端面齿廓啮合类型为平-凸或凸-平结构，而不是凸-凹结构，因此齿面接触应力较大，容易发生齿面点蚀等失效；另外上述两类齿轮机构的根部过渡曲线为圆弧形式，而不是曲线形状可任意调整的埃尔米特曲线，其根部弯曲应力较大，抗弯强度较低。

发明内容

本发明的目的是针对目前齿轮传动领域现有技术存在的问题，提出一种组合齿廓的内啮合纯滚动齿轮机构及其设计方法及其设计方法，该纯滚动齿轮机构具有传动效率高、结构紧凑、承载能力强等优点，可广泛应用于常规机械领域的行星齿轮传动设计如工业机器人用行星减速器、汽车用行星传动变速箱、风电行星传动齿轮箱和不易润滑的微小、微型机械装置。