一种扇形非圆齿轮的设计方法与流程

本发明涉及一种非圆齿轮，具体涉及一种扇形非圆齿轮的设计方法。

背景技术：

长期以来，广泛应用于生产的是圆齿轮，即节曲线为圆形、传动比为定值的齿轮，例如圆柱齿轮、圆锥齿轮。然而，在某些场合需要机构作为变速比传动，传统的圆齿轮已不能满足这一需求。

非圆齿轮传动以其特有的非匀速比传动，满足了不同工况下的实际需求。非圆齿轮虽有其独特的优点，但长期以来并没有得到广泛的应用，原因在于非圆齿轮副的设计计算比较复杂、加工困难。近年来，随着cad/cam技术的不断发展，非圆齿轮在设计、制造中的许多问题正在得到比较满意的解决，非圆齿轮传动技术进一步成熟，推动了非圆齿轮的普及和应用。非圆齿轮正步入一个新的实用化的时期，以至于有的文献把这种情况称为非圆齿轮的“再发明”。

技术实现要素：

本发明的目的在于，弥补现有技术的不足，利用一种全新的方法设计非圆齿轮，该方法的创新之处在于可以根据实际工况设计，并且精度较高，能够满足不同工况下对非圆齿轮传动的需求。

本发明通过下述技术方案来实现：一种扇形非圆齿轮的设计方法，包括以下步骤：

1)根据需要的工作环境状况，为所述扇形非圆齿轮制作一个简易模型，通过该简易模型测出一组需要的数据，所述数据包括主动轮每转一定度数的节曲线长度，从动轮的节曲线长度，以及瞬时传动比；

2)利用matlab软件拟合出主动轮节曲线方程和传动比函数；

3)根据拟合出的传动比函数和主动轮节曲线，利用公式推出从动轮节曲线；

4)根据节曲线弧长算出模数、齿数；

5)利用solidworks软件插入函数曲线命令绘制出主动轮和从动轮。

本发明与现有技术相比的优越性在于：本发明能够实现不同工况下的非圆齿轮的设计，以极好的适应性达到预期的要求。它不仅可以满足许多复杂的使用环境，而且它是根据实际需求进行设计，更能满足人们的实际需要。

本发明设计方法适合小批量生产，可满足一些复杂环境下的设计要求。

附图说明

图1是扇形非圆齿轮的设计方法流程图。

图2是扇形非圆齿轮的简易模型示意图。

图3是利用matlab拟合出的主动轮节曲线方程及曲线示意图。

图4是利用matlab拟合出的传动比函数示意图。

图5是利用solidworks绘制的主动轮示意图。

图6是利用solidworks绘制的从动轮示意图。

图7是利用solidworks绘制的主动轮和从动轮装配图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明：

本发明实施例的扇形非圆齿轮的设计方法流程如图1所示，具体步骤如下：

1)在一些特殊的变速器中，需要使用扇形齿轮来完成挂档、摘档动作，根据变速器的大小、型号可以制作一个简易模型，如图2所示，代替需要设计的齿轮，通过这个简易模型测量出所需要的数据，如表1所示，以便设计出符合要求的齿轮。

表1简易模型的数据测取值

表1中每一组数据为主动轮转过固定的5°测得主动轮、从动轮的节曲线以及瞬时传动比，且中心距固定为54mm。

2)拟合主动轮节曲线方程和传动比函数曲线

2.1)利用matlab软件编写程序，使用cftool命令拟合出主动轮节曲线，如图3所示，该曲线是极坐标状态下拟合出来的曲线，最外围一圈数字表示度数，里面的数字表示半径，也就是说主动轮每转过一定的角度所对应的节曲线长度，从而拟合出主动轮的节曲线函数方程。同时可以得到拟合出来的方程经过圆整如下：

2.2)利用matlab软件编写程序，使用cftool命令拟合出传动比函数曲线，如图4所示，图4为普通坐标系下的拟合方程，横坐标表示主动轮转过的角度，纵坐标表示的是瞬时传动比，从而拟合出的传动比函数曲线。同时可以得到拟合出来的方程经过圆整如下：

3)根据拟合出的传动比函数和主动轮节曲线，利用公式推出从动轮节曲线。

已知a＝r1+r2；继而得出

i＝ω1÷ω2＝dφ1/dt÷dφ2/dt＝dφ1/dφ2

故位置函数为

总结得：

式中：i——传动比；

a——中心距；

r1——主动轮的节曲线半径；

r2——从动轮的节曲线半径；

ω1——主动轮的角速度；

ω2——从动轮的角速度；

——主动轮转过的角度；

——从动轮转过的角度。

4)根据节曲线弧长算出模数、齿数

定理：在非圆齿轮中，节曲线弧长等于模数乘以齿数乘以π。

即：s＝m×z×π(式中s为弧长、m为模数、z为齿数)

首先查表确定齿数z1＝10；z2＝10。

节曲线弧长：

经计算得模数m1＝1,m2＝1

5)三维绘图

在solidworks软件中打开插入函数曲线命令，输入曲线方程，生成节曲线，利用缩小命令将节曲线缩小cosα得到基曲线，根据实际需要设计齿形曲线：

右齿型：

左齿形：

式中，xg,yg——节曲线与齿形法线交点的坐标；

β——节曲线上(xg,yg)点的切线正方向与x轴的夹角；

s——由节曲线(xg,yg)点到节曲线与齿形交点间的节曲线弧长。

画出需要的齿型，拉伸生成实体，如图5、图6所示。

6)绘制装配图

在solidworks中新建装配图，插入主动轮和从动轮，试运动仿真检验，如图7所示。

7)生产加工

将设计出的扇形非圆齿轮通过数控机床进行小批量生产。