专利名称：微线段球齿轮机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械传动及机器人传动技术领域，涉及一种可用于各类机器人柔性手腕关节、各种仿生机械复合运动关节以及汽车前转向桥驱动机构等领域的微线段球齿轮机构。
背景技术：
自1991年挪威工程师Ole. Monlang发明“球冠齿轮”机构以来，各国专家和学者又提出了圆弧齿球齿轮机构、离散分布的渐开线球齿轮机构、锥形齿球齿轮机构。上述类型的球齿轮机构的轮齿都是离散分布的，当球体沿齿间的方向滚动时，啮合点不在运动平面内，只能靠相邻轮齿的啮合来实现，因此，存在传动原理误差。而且，轮齿分布在空间球体上，在加工时需要一个专门设计的二维分度装置才能实现刀具的空间定位，其加工过程复杂，难度很大，加工成本很高。国防科技大学的潘存云教授提出的轮齿连续分布的渐开线球齿轮机构，其特点是两个齿轮的轮齿分别分布在两个球冠体上，且呈环状连续排列，其母线为渐开线。该球齿轮机构不存在传动原理误差，且加工方法简单，容易实现，但轮齿在根部和顶部啮合时接触应力较大，因此它只能用于强度要求不高的场合，不能适宜日益增长的高速、重载及小型化的需求。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种轮齿母线为微线段齿廓的球齿轮机构，可以改善球齿轮传动的性能，且强度高，传递动力和载荷更大。为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是一种微线段球齿轮机构，包括中凸齿轮和中凹齿轮，两个齿轮上分别设有环状间隔排列的环形轮齿和齿间沟槽，两齿轮的环形轮齿分别分布在两个球冠体上；该中凸齿轮的中心设有一个中心轮齿，该中心轮齿为一个凸出的柱状回转体；该中凹齿轮的中心设有一个环形的齿间凹坑；其中一个齿轮的环形轮齿插入另一齿轮的齿间沟槽中实现两齿轮的啮合；所述环形轮齿和中心轮齿的母线是微线段齿廓。所述环形轮齿的齿廓由成千甚至上万段微段渐开线光滑连接而成。所述中凸齿轮和中凹齿轮的啮合形式是凸-凹的啮合形式，即每个环形轮齿的齿顶部分为凸齿廓，齿根部分是凹齿廓。采用上述方案后，本实用新型具有下述优点1、由于所述球齿轮机构的轮齿母线为采用微线段齿廓，可以改善球齿轮传动的性能。相关资料表明，微线段齿轮的接触强度是渐开线齿轮的3倍，弯曲强度是渐开线齿轮的 3. 3倍左右，且微线段齿轮滑动系数小，耐磨性能高。在齿形参数相同时，微线段齿轮比渐开线齿轮可以在传递更大的动力和载荷。2、所述的微线段球齿轮机构的啮合形式是凸-凹的啮合形式，即每个齿轮的齿顶部分为凸齿廓，齿根部分是凹齿廓，在构造点上综合曲率为零，所以该机构具有很高的接触和弯曲强度。3、本实用新型的微线段球齿轮机构，不仅适用于一般的有二自由度需求的传动场合，尤其适用于重载场合下的运动和动力传动，如汽车前转向桥驱动机构等。
图1是本实用新型微线段球齿轮的传动原理图；图2是本实用新型中凸齿轮结构示意图；图3是本实用新型中凸齿轮结构剖视图；图4是本实用新型中凹齿轮结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。本实用新型所揭示的是一种微线段球齿轮机构，如图1至图4所示，为本实用新型的较佳实施例。所述的球齿轮机构包括中凸齿轮1和中凹齿轮2，两个齿轮上分别设有环状间隔排列的环形轮齿3和齿间沟槽4，两齿轮的各环形轮齿3分别分布在两个球冠体上。 所述中凸齿轮1的中心设有一个中心轮齿5，该中心轮齿5为一个凸出的柱状回转体。所述中凹齿轮2的中心设有一个环形的齿间凹坑6。其中一个齿轮的环形轮齿3可插入另一齿轮的齿间沟槽4中，实现两齿轮的啮合。本实用新型的关键在于所述环形轮齿3和中心轮齿5的母线7为微线段齿廓，即由若干微线段光滑连接而成，更优选的，该齿廓可以根据所选定的初始参数，由成千甚至上万段微段渐开线光滑连接而成。另外，所述的两球齿轮(中凸齿轮1和中凹齿轮2)的啮合形式是凸-凹的啮合形式，即每个环形轮齿3的齿顶部分为凸齿廓，齿根部分是凹齿廓，在构造点上综合曲率为零。与现有其他类型齿廓的环形齿球齿轮机构相比，本实用新型具有更高的接触和弯曲强度。
权利要求1.一种微线段球齿轮机构，包括中凸齿轮和中凹齿轮，两个齿轮上分别设有环状间隔排列的环形轮齿和齿间沟槽，两齿轮的环形轮齿分别分布在两个球冠体上；该中凸齿轮的中心设有一个中心轮齿，该中心轮齿为一个凸出的柱状回转体；该中凹齿轮的中心设有一个环形的齿间凹坑；其中一个齿轮的环形轮齿插入另一齿轮的齿间沟槽中实现两齿轮的啮合；其特征在于所述环形轮齿和中心轮齿的母线是微线段齿廓。
2.根据权利要求1所述的微线段球齿轮机构，其特征在于所述环形轮齿的齿廓由成千甚至上万段微段渐开线光滑连接而成。
3.根据权利要求1所述的微线段球齿轮机构，其特征在于所述中凸齿轮和中凹齿轮的啮合形式是凸-凹的啮合形式，即每个环形轮齿的齿顶部分为凸齿廓，齿根部分是凹齿廓。
专利摘要本实用新型公开了一种微线段球齿轮机构，其属于机械传动及机器人传动技术领域，该机构包括中凸齿轮和中凹齿轮，两个齿轮上分别设有环状间隔排列的环形轮齿和齿间沟槽，两齿轮的环形轮齿分别分布在两个球冠体上；该中凸齿轮的中心设有一个中心轮齿，该中心轮齿为一个凸出的柱状回转体；该中凹齿轮的中心设有一个环形的齿间凹坑；其中一个齿轮的环形轮齿插入另一齿轮的齿间沟槽中实现两齿轮的啮合；所述环形轮齿和中心轮齿的母线是微线段齿廓。该微线段球齿轮机构可以改善球齿轮传动的性能，且强度高，传递动力和载荷更大。
文档编号F16H55/17GK202220830SQ201120323808
公开日2012年5月16日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者余以道, 王建, 罗善明 申请人:厦门理工学院