CN100406781C

CN100406781C - 复合齿型泛锥齿轮副

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Publication number: CN100406781C
Application number: CN2004100602017A
Authority: CN
Inventors: 梁桂明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: CN1614262A

Abstract

本发明公开了一种非零变位的复合齿型泛锥齿轮副，其设计的基准曲面定在中点端面当量齿轮副上，在轴交角∑不变的条件下，采用新的相对变位原理演绎出径向变位系数和切向变位系数构成的综合变位系数不为零的原理设计与制造，同时锥齿轮副的齿高制采用等高齿和收缩齿的复合齿高制，其中齿顶为收缩齿，齿根为等高齿，并且在齿顶与齿根设有倒角，即进行齿廓修正，其齿高系数ha＝0.9～1.15。本发明泛锥齿轮的齿顶和齿根进行齿廓修正，啮合时无干涉现象，噪声低；其齿根采用等高齿，便于加工制造；采用非零传动，其锥距发生改变，使锥齿轮副具有最佳的综合啮合品质，寿命大为延长；本发明适用于相交轴或相错轴的传动中，推广后具有较好的社会和经济效益。

Description

复合齿型泛锥齿轮副

一.技术领域：

本发明涉及一种锥齿轮传动副，特别是涉及一种非零变位的复合齿型泛锥齿轮副。

二.背景技术：

目前世界上锥齿轮副的齿形制，如美国格利森Gleason制，德国克林贝格Klingelnberg制，瑞士奥利康Oerlikon制和前苏联EHIMS制，都是采用零传动设计与制造，以求保持轴交角不改变，这种零传动锥齿轮副在实际使用过程中存在一些缺陷：综合强度较低，体积较大，噪声较高，齿数比不能过大，这些缺点只有采用新的相对变位原理演绎的新型非零变位才能消除，如果用过去的绝对变位来看，必然引起轴交角的改变，改变原设定轴交角，不受用户欢迎，这就是目前世界各国不采用变轴交角或相当于变中心距当量齿轮副的原因。针对这种缺陷，发明人发明了相对变位原理在不改变轴交角的条件下，采用非零变位(相当于不改变中心距的当量齿轮副)，并获得中国国家知识产权局的授权，其授权公告号为CN1073677C，专利号为97104422.8，它采用非零综合变位，即综合变位系数之和不为零的相对变位新原理设计与制造，这种锥齿轮副在轴交角∑不变的条件下，零变位节锥锥距R₀改变为R＝R₀+ΔR，相应地零变位当量齿轮中心距a₀改变为a_v＝a₀+Δa，此时当量齿轮变成变中心距齿轮。当ΔR＞0时，即锥距变长，成为正传动锥齿轮；当ΔR＜0时，即锥距变短，成为负传动锥齿轮。其优点是对正传动，其传动特征是齿轮强度高、寿命长、体积小；对负传动，其传动特征是传动平稳、噪声低，两种传动都可以用现有的常规设备和常规刀具加工即可完成。发明人对它进行改进，使其寿命更长、噪声更低，更加容易制造。

三.发明内容：

本发明的目的：提供一种寿命长、噪声低，更加容易制造的复合齿型泛锥齿轮副。

本发明的技术方案：一种长寿命低噪声易制造的泛锥齿轮副，其设计的基准面定在中点的端面当量齿轮副上，在轴交角∑不变的条件下，采用径向变位系数x₁、x₂与切向变位系数x_t1、x_t2构成的综合变位系数之和不为零的原理设计与制造，零变位传动的节圆锥锥距R₀改变为非零变位的R，并且R＝R₀+ΔR，其中变动量ΔR≠0，相应地零变位传动的当量齿轮的大端面中心距a₀改变为非零变位的a_v，并且a_v＝a₀+Δa，其中变动量Δa≠0，综合变位系数之和X_h＝(x₁+x₂)+0.5(x_t1+x_t2)/tan α≠0，当X_h＞0时，称为正传动，当X_h＜0时，称为负传动，式中x₁、x₂分别为小锥齿轮和大锥齿轮的径向变位系数，x_t1、x_t2分别为小锥齿轮和大锥齿轮的切向变位系数，α为分度圆压力角；并且：

(1).所述锥齿轮副的齿高制采用等高齿和收缩齿的复合齿高制：以分度锥为分界锥面，把每一个齿面分为齿顶和齿根两个部分，其中齿顶部分为收缩齿，即大端齿顶高大于小端齿顶高，齿根部分为等高齿，即大端齿根高等于小端齿根高；

(2).齿高系数ha＝0.9～1.15；

(3).在齿顶与齿根都设有倒角，即进行齿廓修正。

所述齿顶的齿廓修正以不变尖为限，齿根的齿廓修正以不根切为限。

所述齿顶和齿根的齿廓修正的宽度e＝b/3～b/2，式中b为齿宽。

当锥齿轮副的齿线为曲齿时，其齿高系数ha＝0.9，或ha＝0.95，或ha＝1.0，当锥齿轮副的齿线为直齿时，其齿高系数ha＝1.0，或ha＝1.1，或ha＝1.15。

所述锥齿轮副的顶隙系数C^*＝0.2～0.3。锥齿轮副的顶隙系数具体为C^*＝0.2，或C^*＝0.25，或C^*＝0.3。

所述锥齿轮副采用齿条形刀具，运用展成法在现有各种直齿加工机床或曲齿加工机床或多轴数控机床上加工完成。

所述曲齿加工机床为带刀倾或摇台变性机构的弧线切齿机床，或为延伸外摆线切齿机床，或为数控加工机床。

本发明的有益效果：

1.本发明采取“齿顶与齿根同时倒角”即通过对该泛锥齿轮的齿顶和齿根进行齿廓修正的发明点，使锥齿轮副在传动啮合过程中，即在啮入和啮出时平滑，无干涉和冲击现象，达到传动平稳和降低噪声的效果，此时齿廓修正以不根切和齿顶变尖为限，由于本发明采用较大的齿高系数，这样保证齿廓修正时，有一个足够的修正的高度即倒角或挖沟的活动余地，因此降低噪声效果十分明显。

2.本发明寿命长的效果，源于采用非零的正传动(X_h＞0)，通过调整锥齿轮的径向和切向四个变位系数的优化设计使变锥距的锥齿轮副具有最佳的综合啮合品质。例如：用节点区两对啮合来获得高抗点蚀能力，用大模数和度宽齿根以获得高抗折齿能力，用等比滑来提高胶合能力，用等滑动系数来提高抗磨损能力，还可以同时获得上述综合强度的结果，使锥齿轮副的寿命大为延长。

3.本发明更容易加工的效果，是锥齿轮副的下半部齿形采用等高齿，便于采用“平面齿轮产形”原理来加工制造，大大简化调整工艺。另外用现有的常规设备和常规刀具加工即可完成，只需要改变加工调整参数，不必另做工艺设备，因此极易推广。

4.本发明应用范围广。适用于广义的锥齿轮副和狭义的锥齿轮副，其中广义的锥齿轮副是指传递相错轴(带偏置距)的啮合节曲线为双曲线的双曲面齿轮副；狭义锥齿轮副是指传递相交轴的啮合节曲面为圆锥体的锥齿轮副。在各种相交轴或相错轴的机械传动中广泛使用，尤其适用于要求高强度和长寿命的重载传动机器、要求平稳低声传动机器和要求高强度并且平稳传动的机器中，推广后具有较好的社会和经济效益。

四.附图说明：

图1为复合齿型泛锥齿轮副的齿轮结构示意图；

图2为图1所示F-F剖视图之一；

图3为图1所示F-F剖视图之二；

图4为图2和图3所示G处放大图；

图5为图2和图3所示K处放大图；

图6为复合齿型泛锥齿轮副的啮合示意图。

五.具体实施方式：

实施例一：参见图1、图2、图4、图5和图6，图中，1为锥齿轮的回转轴心线，2为分度锥曲线，即在切齿制造时，刀具与摇台构成的相对运动的平面产形齿轮副之一，切齿胚滚动时与被配对齿胚作展成运动时的加工节锥曲线， 3为顶锥线，4为齿形，即当量齿轮中点齿廓形状，5为锥齿轮轮体，6为根锥线，θa为齿顶角，δ为分度锥角，δa为顶锥角，其中θa＝(δa-δ)＞0。

复合齿型泛锥齿轮副采用变锥距及径向变位和切向变位之和X_h为正值或为负值的原理来设计与制造，在轴交角∑不变的条件下，零变位的节锥锥距R₀改变为非零变位的R，并且R＝R₀+ΔR，其中变动量ΔR≠0，相应地零变位当量齿轮中心距a₀改变为非零变位的a_v，并且a_v＝a₀+Δa，其中变动量Δa≠0，综合变位系数之和X_h＝(x₁+x₂)+0.5(x_t1+x_t2)/tan α≠0，式中x₁、x₂分别为锥齿轮副中小齿数锥齿轮与大齿数锥齿轮的径向变位系数，x_t1、x_t2分别为小、大锥齿轮副中相应的切向变位系数，α为分度圆压力角。

所述锥齿轮副的齿高制采用等高齿和收缩齿的复合齿高制：以分度锥线2为分界线，把锥齿轮5的每一个齿形4分为齿顶部分和齿根部分两部分，其中齿顶部分为收缩齿，即大端齿顶高大于小端齿顶高，齿根部分为等高齿，即大端齿根高等于小端齿根高，后者构成平面产形齿轮，这样便于加工。

设计与制造时，锥齿轮5的顶隙系数C^*＝0.2，或C^*＝0.25，或C^*＝0.3，当其齿形为直齿时，其端面当量齿轮两侧齿廓对称，其齿高系数采用较大值即ha＝1.0～1.15，具体为ha＝1.0，或ha＝1.1，或ha＝1.15，并且对齿顶与齿根的齿廓进行修正：在齿顶和齿根沿宽度方向上都倒角，齿顶和齿根的齿廓修正的宽度e＝b/3～b/2，式中b为齿宽，齿顶的齿廓修正以不变尖为限，齿根的齿廓修正以不根切为限，齿顶的倒角即去掉图1中ABC所示的区域，图4和图5中虚线部分为未经修正前的齿面形状，通过齿廓修正，使它们在啮合时的啮入和啮出过程中避免出现干涉现象，大大降低噪声，同时由于采用较大的齿高系数，留有一个空间便于齿面4的修正，用切向系数加大来保证齿顶不变尖，齿根不内凹。

图6为配对齿轮副关系图(即显示单件锥齿轮的图1的组合)，两回转轴I与II相交于0构成轴交角∑，配对锥出轮副共用一个节圆锥为2’，小齿轮的制造节圆锥称为分度圆锥1’和大齿轮的分度圆锥为3’，在中点到大端这一段为相等的顶隙，中点到小端的一段为不相等顶隙。

该锥齿轮副用展成法在现有弧线切齿机床或外摆线切齿机床或多轴数控机床上用平面形齿轮原理加工完成，十分方便。

齿廓修形通过刀倾法和摇台变性机构，利用半展成法有意地在小锥齿轮上修形，在修形的前提下，加大修形量，即多修一点。为了保证有足够的修行空间，小齿轮采用较大的切向变位值，对于直齿加工，如果没有齿廓修正机构，可以在刀具上修形。

实施例二：参见图3，图中编号与实施例一相同的，代表意义相同，相同之处不重述，不同之处在于：锥齿轮5的齿形4为曲齿及斜齿，其齿高系数采用较小值即ha＝0.9～1，具体为ha＝0.9，或ha＝0.95，或ha＝1。曲齿加工机床为带刀倾或摇台变性机构的弧线切齿机床，或为延伸外摆线切齿机床，或为数控加工机床。

Claims

1.一种复合齿型泛锥齿轮副，其设计的基准面定在中点的端面当量齿轮副上，在轴交角∑不变的条件下，零变位传动的节圆锥锥距R₀改变为非零变位的R，并且R＝R₀+ΔR，其中变动量ΔR≠0，相应地零变位传动的当量齿轮的大端面中心距a₀改变为非零变位的a_v，并且a_v＝a₀+Δa，其中变动量Δa≠0，并且，综合变位系数之和X_h＝(X₁+X₂)+0.5(X_t1+X_t2)/tanα≠0，当X_h＞0时，称为正传动，当X_h＜0时，称为负传动，式中X₁、X₂分别为小锥齿轮和大锥齿轮的径向变位系数，X_t1、X_t2分别为小锥齿轮和大锥齿轮的切向变位系数，α为分度圆压力角，其特征是：

(1).所述锥齿轮副的齿高制采用等高齿和收缩齿的复合齿高制，以分度锥为分界锥面，把每一个齿面分为齿顶和齿根两个部分，其中齿顶部分为收缩齿，即大端齿顶高大于小端齿顶高，齿根部分为等高齿，即大端齿根高等于小端齿根高；

(2).齿高系数ha＝0.9～1.15；

(3).在齿顶与齿根都设有倒角，即进行齿廓修正。

2.根据权利要求1所述的复合齿型泛锥齿轮副，其特征是：齿顶的齿廓修正以不变尖为限，齿根的齿廓修正以不根切为限。

3.根据权利要求2所述的复合齿型泛锥齿轮副，其特征是：齿顶和齿根的齿廓修正的宽度e＝b/3～b/2，式中b为齿宽。

4.根据权利要求1所述的复合齿型泛锥齿轮副，其特征是：当锥齿轮副的齿线为曲齿时，其齿高系数ha＝0.9，或ha＝0.95，或ha＝1.0，当锥齿轮副的齿线为直齿时，其齿高系数ha＝1.0，或ha＝1.1，或ha＝1.15。

5.根据权利要求1所述的复合齿型泛锥齿轮副，其特征是：锥齿轮副的顶隙系数C^*＝0.2～0.3。

6.根据权利要求5所述的复合齿型泛锥齿轮副，其特征是：锥齿轮副的顶隙系数C^*＝0.2，或C^*＝0.25，或C^*＝0.3。

7.根据权利要求1～6任一所述的复合齿型泛锥齿轮副，其特征是：所述锥齿轮副采用齿条形刀具，运用展成法在现有各种直齿加工机床或曲齿加工机床或多轴数控机床上加工完成。

8.根据权利要求7所述的复合齿型泛锥齿轮副，其特征是：所述曲齿加工机床为带刀倾或摇台变性机构的弧线切齿机床，或为延伸外摆线切齿机床，或为数控加工机床。