一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系

说明书摘要
本发明涉及一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，其包括：内齿圈（1），行星轮（2），中心轮（3），其中内齿圈(1)与行星轮（2）为内接触内啮合，行星轮（2）与中心轮（3）为外接触内啮合。

其加工特点为：模数相同，齿数不同的双圆弧齿轮，可以用同一把滚刀滚切，使滚刀品种可以减少，大大降低了加工成本。

传动特点为：啮合齿廓为内外凸凹圆弧面接触，其接触面积大，接触应力小，传动效率高；传动过程中，传动比为定值，传动平稳、可靠；侧隙和顶隙较大，传动灵活；齿顶高和齿根高较小，不容易卡滞；轮齿根部有较宽的齿厚，提高了轮齿根部的弯曲强度。

双圆弧修正摆线齿轮轮系轮齿的特殊啮合形式-都是凹凸内啮合，相对于渐开线齿轮的凸凸曲线接触外啮合形式，有效地提高了齿轮啮合的接触强度，使得双圆弧修正摆线齿轮应用于高接触强度、高寿命的齿轮传动系统中成为可能。

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摘要附图
权利要求书
1、本发明涉及一种在渐开线齿轮、圆弧齿轮和摆线齿轮的基础上提出的双圆弧修正摆线齿轮差动轮系。

其包括：内齿圈（1），5个行星轮（2），中心轮（3）。

2、本发明所涉及的差动轮系是指轮系的两个中心轮内齿圈（1）和中心轮（3）都是主动轮。

3、如权利要求1所述结构，行星轮（2）与中心轮（3）按标准中心距安装。

4、如权利要求1所述结构，其中：中心轮（3）与内齿圈（1）具有相同的回转中心轴线，因此同轴且基于同一平面安装。

5、如权利要求1所述结构，其中：行星轮（2）以中心轮（3）和内齿圈（1）的共同中心轴线为回转轴线，均布啮合装配在内齿圈（1）与中心轮（3）之间。

6、如权利要求2所述的安装方式，其中：行星轮（2）与中心轮（3）是凸凹啮合，属于外接触内啮合（5）。

7、如权利要求3所述的安装方式，其中：行星轮（2）与内齿圈（1）之间是内接触内啮合（4）。

8、根据设计要求确定起始条件和参数（齿轮材料、模数、输入功率、转速）。

说明书
一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系
技术领域
本发明涉及一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，属于机械设备齿轮传动设计和齿轮技术领域。

背景技术
齿轮失效在各种机械故障中占60%以上，因此对齿轮啮合性能的研究长期以来一直是国内外研究的重要课题。

为了有效提高用于机械传动的齿轮系统中齿轮的性能、质量以及寿命，提高传动系统中齿轮的接触强度是关键，常见的提高齿轮接触强度的方法如：1.提高齿轮的加工精度；2.热处理；3.齿面修形；4.润滑油使用添加剂；除此之外还可以通过计算法来降低接触应力。

但是这些方法普遍存在局限性与缺陷，在很多时候由于传动机构以及成本的限制，支撑刚度及齿轮制造精度的原因，这些方法仅仅适用于以考虑强度为主，而对噪声和振动要求不高的低速重载齿轮。

现有的几种常用齿轮结构类型虽然在提高齿轮啮合与传动性能方面都有各自的独到之处，但在降低动力传动过程中齿轮接触应力这一方面仍旧存在一些问题。

渐开线齿轮特有的啮合方式带来的突出问题是：随着齿轮转速升高或负荷加大，轮齿的热变形或机械变形将明显增大，齿轮及其支承系统的变形也会增大，再加上安装制造误差，因此齿轮传动中不可避免地会出现啮入、啮出冲击，载荷突变，速度波动，以及不同振型、频率组成的各阶振动，从而降低传动精度，缩短使用寿命，降低承载能力，增大振动噪声。

圆弧齿轮将渐开线齿轮凸面与凸面相接触，改变成凹形齿廓与凸形齿廓之间的啮合，具有承载能力高、啮合性能好、寿命长，且承载能力比同样条件下的渐开线齿轮高。

但是圆弧齿轮存在两个主要问题：1.这种齿轮的承载能力改善较难，主要是因为齿形限制，从而使齿根弯曲强度略显不足；2.加工工艺比较麻烦，这是由于一对啮合齿轮，需要两把滚刀（凸-凹齿）进行加工;3.轮齿传动过程中，中心距和切齿深度的偏差将引起沿齿高方向轮齿接触位置变化，对齿轮的承载能力影响较大；
4.圆弧齿轮依靠接触点沿齿宽方向移动实现传动的方式，会导致啮入和啮出冲击，影响传动的平稳性；
5.轮齿传动中，啮合点沿齿宽方向传动，初始接触点在齿端，齿端是薄弱环节。

摆线齿轮这种齿轮在传动中，中心距不能改变，若发生变化，则会使其瞬时传动比发生变化；并且每一种参数的摆线齿轮就须一把专门的滚刀，加工成本高，同
时对于齿数少、齿距大的滚刀，设计制造存在很大的困难。

现有公知发明中也公开了一些其它形式的齿轮结构，用来改进齿轮啮合与传动性能。

CN1419064A中公开了一种小齿数大重合度齿轮，它严格满足平面共轭啮合条件的齿轮齿廓曲线。

这种齿轮的相对滑移率比渐开线齿轮低，虽然其重合度可达到2，并且有效地减少标准渐开线直齿轮的最小齿数，最小可达到4齿，但却忽视了齿轮的根切问题，因而会造成齿轮轮齿强度降低，这种齿轮在长期的运行中将导致齿轮表面的疲劳剥落与磨损，降低其使用寿命。

CN1153875A中公开了一种斜齿轮，特别是一种即使在摆线、渐开线曲线以及圆弧齿形构成的连续相切齿形。

这种齿轮整体强度较低，齿轮啮合径向力以外增大，容易产生轮齿疲劳断裂，使得齿轮传动系统因为故障频发而大幅度地降低了系统的寿命，甚至因为突发故障而危及安全。

CN102374273A中公布了一种双压力角渐开线斜齿外啮合圆柱齿轮的齿形设计，由于该类结构齿轮的主动侧与从动侧的压力角不等，因此，单齿齿廓并不对称，不能使用传统范成、插齿法进行加工制造。

必须使用特种加工方法，这样便增加了生产成本和加工时间，并且降低了生产效率。

本发明在渐开线齿轮、圆弧齿轮和摆线齿轮以及现有公知技术的基础上，提出了一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，这种轮系中所应用的双圆弧修正摆线齿轮，其啮合齿廓为内外凸凹圆弧面接触，其接触面积大，接触应力小，传动效率高；传动过程中，传动比为定值，传动平稳、可靠；侧隙和顶隙较大，传动灵活；齿顶高和齿根高较小，不容易卡滞；轮齿根部有较宽的齿厚，提高了轮齿根部的弯曲强度。

双圆弧修正摆线齿轮的应用，将现有的外接触形式改进为内接触形式，从而降低了计算接触应力，改善了齿轮啮合特性和动力传动性能，从而使双圆弧修正摆线齿轮应用于高接触强度、高寿命的齿轮传动系统中。

发明内容
本发明涉及一种在渐开线齿轮、圆弧齿轮和摆线齿轮的基础上提出的双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，目的是使双圆弧修正摆线齿轮应用于高接触强度、高寿命的齿轮传动系统中。

其包括：内齿圈（1），5个行星轮（2），中心轮（3）；目的在于使双圆弧修正摆线齿轮应用于高接触强度、高寿命的齿轮传动系统中。

行星轮（2）与中心轮（3）按标准中心距，以轮齿凸凹面啮合形式安装，中心轮（3）与内齿圈（1）具有相同的回转中心轴线，因此同轴且基于同一平面安装。

行星轮（2）以中心轮（3）
和内齿圈（1）的共同中心轴线为回转轴线，均布啮合装配在内齿圈（1）与中心轮
（3）之间。

其中，行星轮（2）与中心轮（3）是凸凹啮合，属于内接触外啮合（5）。

行星轮（2）与内齿圈（1）之间是内接触内啮合（4），根据赫兹（H.Hertz ）公式
:
H σ=其中，令121
11ρρρ∑=±，称为综合曲率，1212
ρρρρρ∑=±称为综合曲率半径。

根据机械零件的接触强度计算方法可知，当齿轮啮合接触为内接触时，综合曲率用负号“-”，因此曲率半径增大，根据赫兹（H.Hertz ）公式可知其接触应力H σ减小，因而接触强度相对于渐开线轮齿的凸凸曲线外接触的强度和使用寿命都要高，从而提高了整个行星轮系的使用寿命。

本发明所涉及的行星轮系是指轮系的内齿圈（1）和中心轮（3）中其中一个是主动轮，另一个为固定的行星轮系。

构成该轮系的零件主要为双圆弧修正摆线齿轮，它是摆线齿轮的一种。

发明与现有的技术相比，除了具有摆线齿轮本身的优点之外，还具有以下有益效果：
1) 侧隙和顶隙较大，传动灵活；
2) 齿顶高和齿根高较小，不容易卡滞；
3) 轮齿根部齿厚较宽，轮齿根部的弯曲强度较大；
4) 模数相同，齿数不同的齿轮，可以使用同一把滚刀，使滚刀品种减少，大大降低
了加工成本等优点。

5) 传动过程中，传动比为定值，传动平稳可靠，且顺势速比稳定。

6) 无根切现象，不用变位。

7) 啮合齿廓间都为内啮合，其接触面积大，接触应力小，传动效率高。

行星轮与内齿圈和行星轮与中心轮的啮合形式都是内接触啮合，有效的减小了接触应力。

附图说明
附图1为本发明的组成结构的主视图。

其中，1为内齿圈，2为行星轮，3为中心轮。

附图2为本发明所涉及的两种类型齿轮之间的接触形式。

其中，4为内接触内啮合，5为内接触外啮合。

具体实施方式
本发明所涉及的双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，基本构件为内齿圈1z （1个），行星轮2z （5个），中心轮3z （1个）。

为了轮系的合理装配且不发生干涉，行星轮中各轮齿数的选配需满足以下四个条件（标准齿轮传动）：
○
1传动比条件：1311H i z z =+； ○
2同心条件：3122z z z =+； ○3均匀安装条件：13()/z z k N +=； （其中：k 为行星轮个数，N 必须为整数。

）
○4邻接条件：122()sin(180)2a z z k z h *+>+。

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-2所示，一种双圆弧修正摆线齿轮差动轮系，该发明的目的在于使双圆弧修正摆线齿轮差动轮系能够应用于高接触强度、高寿命的齿轮传动系统中。

其包括：内齿圈（1），5个行星轮（2），中心轮（3），行星轮（2）与中心轮（3）按标准中心距，以轮齿凸凹面啮合形式安装，中心轮（3）与内齿圈（1）具有相同的回转中心轴线，因此同轴且基于同一平面安装。

行星轮（2）以中心轮（3）和内齿圈（1）的共同中心轴线为回转轴线，均布啮合装配在内齿圈（1）与中心轮（3）之间。

其中，行星轮（2）与中心轮（3）是凸凹啮合，属于内接触外啮合（5），而行星轮（2）与内齿圈（1）之间是内接触内啮合（4）。

说明书附图
图 1
图 2。