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非圆齿轮传动技术概述(河北科技大学机械电子工程学院,河北石家庄050054)高雪强摘要介绍了一种非常有实用价值的传动机构———非圆齿轮传动机构,对其传动特性及应用作了概要说明,对非圆齿轮的发展过程和国内外研究动态作了阐述。针对非圆齿轮节曲线的非圆特性,对设计中应注意的问题给予解释,并介绍了加工非圆齿轮的方法。指出非圆齿轮存在的问题和对未来的展望。关键词非圆齿轮传动概述技术前言齿轮传动作为机械传动中普遍应用的一种形式,已有着上千年的历史。齿轮是机器和仪器中广泛应用的传动件之一,用来传递两轴间的回转运动,其传动比可以是常数(定传动比),也可以是变数(变传动比)。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(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要求。于是人们突破圆齿轮的局限,提出了非圆齿轮的概念。非圆齿轮传动以其特有的非匀速比传动,满足了实际需求。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”1。1非圆齿轮的传动特性及应用非圆齿轮可以认为是圆齿轮的一种变型,即其滚动节圆已变为非圆形,称之为节曲线。反之,也可以认为非圆齿轮是柱形齿轮的一种普遍情况,而圆齿轮则是柱形齿轮的一种特例,即圆齿轮的节曲线的曲率半径为常量。由于非圆齿轮节曲线的曲率半径是变量,故由回转中心到啮合节点的向径也是变量。在一对非圆齿轮啮合过程中,如果保持两齿轮的中心距不变,由于啮合节点位置沿中心连线变化,故其传动比是变化的。而且传动比的变化规律由啮合节点在中心连线上的变化规律决定,即随两齿轮节曲向径的变化规律决定2。图1为一对相互啮合的非圆齿轮副,设齿轮副的中心距为A,主动轮的转角为φ1,瞬时角速度为ω1,从动轮的转角为φ2,瞬时角速度为ω2。在起始位置时,φ1=0°,φ2=0°。两齿轮在任一瞬时,总有一个相对运动速度等于零的点P,它位于两齿轮的中心连线上,且满足条件ωr=ω2r2,则瞬时传动比可表示为11Design,1993,Vol.115Tsay,D.M.andLin,B.J.GeometricImprovementofRibbedGloboidalCamsforUnsymmetricalMotionControls.ProceedingsoftheComputersinEngineeringConferenceandtheEngineeringDatabaseSymposium,eds.A.A.BusnainaandR.Rangan,ASME,Sept.17～21,1995,Boston,HongSenYanandHsinHungChen.GeometryDesignofGloboidalCamsWithGeneralizedMeshingTurret-Rollers.JournalofMecha-nicalDe2sign,JUNE1996,Vol.118Yan,Hong-Sen;Chen,Hsin-Hung.Geometrydesignandmachiningofrollergearcamswithcylindricalrollers.MechanismMachineTheoryv29n6Aug1994.Tsay,D.M.andLin,B.J.DesignandMachiningofGloboidalIndexCams.ASMEJournalofManufacturingScienceandEngineering,1997,Vol.119RONGSHEANLEEandCHENHUASHE.TOOLPATHGENERATIONANDERRORCONTROLMETHODFORMULTI-AXISNCMACHININGOFSPATIALCAM.IntJMach.ToolsManufact,1998,Vol.38,No.4PsangDainLinandMingFarLee.ApplicationsofD-HNotationinMa2chiningandOn-LineMeasurementofRoller-GearCamson5-AxisMa2chineTools.JournalofManufacturingScienceandEngineering,AUGUST1997,Vol.119Tsay,D.M.,Huang,N.J.andLin,B.J..GeometricDesignofRollerGe