CN100476258C - 一种非对称渐开线塑料齿轮 - Google Patents

Abstract

一种非对称渐开线塑料齿轮属于机械制造领域，其特征在于是一种在塑料齿轮轮齿的两侧采用了不对称的渐开线齿廓、轮齿两侧的压力角不相等并使用大压力角渐开线齿廓(4)作为工作侧的技术方案，该齿轮的齿形是由齿根圆(1)、小直径基圆(2)生成的大压力角渐开线齿廓(4)、大直径基圆(3)生成的小压力角渐开线齿廓(6)、齿顶(5)和过渡曲线(7)所组成，本发明与现有的对称的渐开线塑料齿轮相比本发明提高了承载能力和降低了使用温度，延长了使用寿命，具有广阔的应用前景和十分可观的经济效益。

Description

一种非对称渐开线塑料齿轮

技术领域

本发明一种非对称渐开线塑料齿轮属于机械制造领域，具体地说，是一种在塑料齿轮轮齿的两侧采用了不对称的渐开线齿廓的技术方案。

背景技术

齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动方式。自从1935年研制成功纤维尼龙以来，高分子合成材料工业迅速发展，塑料作为一种新型的齿轮材料已经得到了广泛的应用。目前，塑料齿轮的齿形呈对称状，是从唯一的压力角，即只有一个基圆出发进行设计的。以标准齿廓的较多，即采用分度圆压力角α＝20°，齿顶高系数h_a ^*＝1的形式；也有采用非标准齿廓的(α＞20°，h_a ^*＜1)，例如α＝25°，h_a ^*＝0.8。这种塑料齿轮的主要缺点是承载能力低，耐热性差等。为了提高塑料齿轮的承载能力和降低使用温度，常采用填料改性的方法，这样做不仅麻烦、成本高，而且还会带来一些新的问题。譬如，成型时会在注塑流前面汇合处产生搭接线，引起轮齿表面变形以及在齿轮上产生一些局部薄弱点，而且这种方式制成的塑料齿轮在寿命期内更易磨损等。

发明内容

本发明一种非对称渐开线塑料齿轮目的在于，解决上述现有技术中存在的问题，从而公开一种使轮齿两侧的压力角不相等并使用大压力角渐开线齿廓作为工作侧的非对称渐开线塑料齿轮的技术方案。

本发明一种非对称渐开线塑料齿轮，其特征在于是一种使轮齿两侧的压力角不相等并使用大压力角渐开线齿廓作为工作侧的非对称渐开线塑料齿轮，该齿轮的齿形是由齿根圆1、小直径基圆2生成的大压力角渐开线齿廓4、大直径基圆3生成的小压力角渐开线齿廓6、齿顶5和过渡曲线7所组成，大压力角渐开线齿廓4的分度圆压力角α₁与小压力角渐开线齿廓6的分度圆压力角α₂不相等，即α₁≠α₂并且α₁+α₂＜60°，在α₁＞α₂且α₁+α₂＜60°的情况下，α₁在15°～45°范围内，α₂在14.5°～29.5°范围内；大压力角渐开线齿廓4和小压力角渐开线齿廓6的形状是由各自的基圆直径来确定的，其计算公式分别为：小直径基圆2的直径d_b1＝mzcosα₁毫米、大直径基圆3的直径d_b2＝mzcosα₂毫米，其中m为模数，按国家标准系列选取或按实际需要选取；z为齿数，根据实际需要确定；齿顶5的直径为d_a＝(z+2h_a1 ^*)m毫米，其中h_a1 ^*为大压力角渐开线齿廓4侧的齿顶高系数，h_a1 ^*＝1，齿顶5的厚度为S_a＝d_b1·m_a毫米，其中m_a为齿顶厚系数，m_a的取值范围为(0.25～0.4)/z；过渡曲线7是与两相邻齿的渐开线齿廓相连并与齿根圆1相切的一整段圆弧；齿根圆1的直径d_f＝(z-2h_a1 ^*-2c₁ ^*)m＝(z-2h_a2 ^*-2c₂ ^*)m毫米，其中，c₁ ^*为大压力角渐开线齿廓4侧的径向间隙系数，c₁ ^*的取值范围为0.3～0.45；h_a2 ^*为小压力角渐开线齿廓6侧的齿顶高系数，h_a2 ^*的取值范围为0.85～1.0；c₂ ^*为小压力角渐开线齿廓6侧的径向间隙系数，c₂ ^*的取值由公式c₂ ^*＝h_a1 ^*+c₁ ^*-h_a2 ^*确定。

上述的一种非对称渐开线塑料齿轮，其特征在于所述的分度圆压力角在α₂＞α₁并且α₁+α₂＜60°的情况下，α₂在15°～45°范围内，α₁在14.5°～29.5°范围内。

本发明一种非对称渐开线塑料齿轮的优点在于：

1与现有的对称渐开线塑料齿轮相比

本发明轮齿两侧的压力角不相等并使用大压力角渐开线齿廓作为工作侧，与现有的对称渐开线塑料齿轮相比，本发明提高了承载能力和降低了使用温度，延长了使用寿命，具有广阔的应用前景。

2与金属齿轮相比

本发明与金属齿轮相比，可大大简化加工工艺，提高生产效率，降低成本。塑料齿轮具有较好的弹性，有吸振、防冲击作用，运转时噪音少、传动平稳。由于轮齿的弹性能补偿加工和装配误差，所以制造和装配的精度要求可以降低；由于塑料的耐磨性好，当与金属齿轮配对使用时，可以延长磨损寿命，并可以节约大量的铜合金及优质钢材。塑料齿轮还可以通过偏转变形来吸收冲击载荷的作用，能较好地分散轴偏斜和错齿造成的局部负荷变化。塑料齿轮应用领域比金属齿轮宽，因此它们推动了齿轮朝着承受更高负荷、传送更大动力的方向发展。

附图说明

图1是本发明非对称渐开线塑料齿轮齿形的示意图

图中：1：齿根圆  2：小直径基圆  3：大直径基圆  4：大压力角渐开线齿廓  5：齿顶  6：小压力角渐开线齿廓  7：过渡曲线

具体实施方式

实施方式1

齿轮的齿形是由齿根圆1、小直径基圆2生成的大压力角渐开线齿廓4、大直径基圆3生成的小压力角渐开线齿廓6、齿顶5和过渡曲线7所组成。

对于α₁＞α₂时：

由α₁＝15°、α₂＝14.5°、m＝1.25、z＝24、h_a1 ^*＝1.0、h_a2 ^*＝0.95、c₁ ^*＝0.35、c₂ ^*＝0.4、m_a＝0.4/24＝0.0167。

得d_b1＝mzcosα₁＝1.25×24cos15°＝28.98(mm)

d_b2＝mzcosα₂＝1.25×24cos14.5°＝29.04(mm)

d_a＝(z+2h_a1 ^*)m＝(24+2×1)×1.25＝32.5(mm)

S_a＝d_b1·m_a＝28.98×0.0167＝0.483966(mm)

d_f＝(z-2h_a1 ^*-2c₁ ^*)m＝(24-2×1-2×0.35)×1.25＝26.625(mm)

根据基圆直径d_b1和d_b2作同一基准、方向相反的大压力角渐开线齿廓4和小压力角渐开线齿廓6，在齿顶5的直径d_a上量得这两条渐开线之间的弧长1.2132mm，根据齿顶5的厚度S_a，确定并绘制出一个齿形。由于齿根圆1的直径d_f小于小直径基圆2的直径d_b1同时小于大直径基圆3的直径d_b2，所以形成的大压力角渐开线齿廓4和小压力角渐开线齿廓6都由两部分组成：小直径基圆2与齿顶5之间、大直径基圆3与齿顶5之间都是渐开线；齿根圆1与小直径基圆2之间、齿根圆1与大直径基圆3之间是一段渐开线的近似曲线，过渡曲线7为与齿根圆1相切并与相邻齿的渐开线齿廓相连的一整段圆弧。

实施方式2

对于α₁＞α₂时：

由α₁＝30°、α₂＝14.5°、m＝1.25、z＝24、h_a1 ^*＝1.0、h_a2 ^*＝0.90、c₁ ^*＝0.3、c₂ ^*＝0.4、m_a＝0.325/24＝0.0135。

得d_b1＝mzcosα₁＝1.25×24cos30°＝25.98(mm)

d_b2＝mzcosα₂＝1.25×24cos14.5°＝29.04(mm)

d_a＝(z+2h_a1 ^*)m＝(24+2×1)×1.25＝32.5(mm)

S_a＝d_b1·m_a＝25.98×0.0135＝0.35073(mm)

d_f＝(z-2h_a1 ^*-2c₁ ^*)m＝(24-2×1-2×0.3)×1.25＝26.75(mm)

在齿顶5的直径d_a上量得两条渐开线之间的弧长2.3364mm。由于齿根圆1的直径d_f大于小直径基圆2的直径d_b1，所以形成的大压力角渐开线齿廓4完全是渐开线；由于齿根圆1的直径d_f小于大直径基圆3的直径d_b2，所以形成的小压力角渐开线齿廓6分为两部分：大直径基圆3与齿顶5之间是渐开线；齿根圆1与大直径基圆3之间是一段渐开线的近似曲线，过渡曲线7为与齿根圆1相切并与相邻齿的渐开线齿廓相连的一整段圆弧。其它同实施方式1。

实施方式3

对于α₁＞α₂时：

由α₁＝45°、α₂＝14.5°、m＝1.25、z＝24、h_a1 ^*＝1.0、h_a2 ^*＝1.0、c₁ ^*＝0.45、c₂ ^*＝0.45、m_a＝0.25/24＝0.0104。

得d_b1＝mzcosα₁＝1.25×24cos45°＝21.21(mm)

d_b2＝mzcosα₂＝1.25×24cos14.5°＝29.04(mm)

d_a(z+2ha1^*)m＝(24+2×1)×1.25＝32.5(mm)

S_a＝d_b1·m_a＝21.21×0.0104＝0.220584(mm)

d_f＝(z-2h_a1 ^*-2c₁ ^*)m＝(24-2×1-2×0.45)×1.25＝26.375(mm)

在齿顶5的直径d_a上量得两条渐开线之间的弧长5.4899mm。由于齿根圆1的直径d_f大于小直径基圆2的直径d_b1，所以形成的大压力角渐开线齿廓4完全是渐开线；由于齿根圆1的直径d_f小于大直径基圆3的直径d_b2，所以形成的小压力角渐开线齿廓6分为两部分：大直径基圆3与齿顶5之间是渐开线；齿根圆1与大直径基圆3之间是一段渐开线的近似曲线，过渡曲线7为与齿根圆1相切并与相邻齿的渐开线齿廓相连的一整段圆弧。其它同实施方式1。

实施方式4

对于α₁＞α₂时：

由α₁＝30°、α₂＝29.5°、m＝1.25、z＝24、h_a1 ^*＝1.0、h_a2 ^*＝0.95、c₁ ^*＝0.35、c₂ ^*＝0.4、m_a＝0.325/24＝0.0135。

得d_b1＝mzcosα₁＝1.25×24cos30°＝25.98(mm)

d_b2＝mzcosα₂＝1.25×24cos29.5°＝26.11(mm)

d_a＝(z+2ha1^*)m＝(24+2×1)×1.25＝32.5(mm)

S_a＝d_b1·m_a＝25.98×0.0135＝0.35073(mm)

d_f＝(z-2h_a1 ^*-2c₁ ^*)m＝(24-2×1-2×0.35)×1.25＝26.625(mm)

在齿顶5的直径d_a上量得两条渐开线之间的弧长3.4178mm。由于齿根圆1的直径d_f大于小直径基圆2的直径d_b1同时大于大直径基圆3的直径d_b2，所以形成的大压力角渐开线齿廓4和小压力角渐开线齿廓6都完全是渐开线，过渡曲线7为与齿根圆1相切并与相邻齿的渐开线齿廓相连的一整段圆弧。其它同实施方式1。

实施方式5

对于α₁＞α₂时：

由α₂＝20°、α₁＝35°、m＝1.5、z＝20、h_a1 ^*＝1.0、h_a2 ^*＝0.85、c₁ ^*＝0.35、c₂ ^*＝0.5、m_a＝0.36/24＝0.015。

得d_b1＝mzcosα₁＝1.5×20cos35°＝24.575(mm)

d_b2＝mzcosα₂＝1.5×20cos20°＝28.19(mm)

d_a＝(z+2h_a1 ^*)m＝(20+2×1)×1.5＝33(mm)

S_a＝d_b1·m_a＝24.575×0.015＝0.3686(mm)

d_f＝(z-2h_a1 ^*-2c₁ ^*)m＝(20-2×1-2×0.35)×1.5＝25.95(mm)

在齿顶5的直径d_a上量得两条渐开线之间的弧长3.3288mm。由于齿根圆1的直径d_f大于小直径基圆2的直径d_b1，所以形成的大压力角渐开线齿廓4完全是渐开线；由于齿根圆1的直径d_f小于大直径基圆3的直径d_b2，所以形成的小压力角渐开线齿廓6分为两部分：大直径基圆3与齿顶5之间是渐开线；齿根圆1与大直径基圆3之间是一段渐开线的近似曲线，过渡曲线6为与齿根圆1相切并与相邻齿的渐开线齿廓相连的一整段圆弧。其它同实施方式1。

实施方式6

对于α₂＞α₁，只需将分度圆压力角的大小对换，其它同实施方式1～5。

Claims (2)

1、一种非对称渐开线塑料齿轮，其特征在于是一种使轮齿两侧的压力角不相等并使用大压力角渐开线齿廓作为工作侧的非对称渐开线塑料齿轮，该齿轮的齿形由齿根圆(1)、小直径基圆(2)生成的大压力角渐开线齿廓(4)、大直径基圆(3)生成的小压力角渐开线齿廓(6)、齿顶(5)和过渡曲线(7)所组成，大压力角渐开线齿廓(4)的分度圆压力角α₁与小压力角渐开线齿廓(6)的分度圆压力角α₂不相等，即α₁≠α₂并且α₁+α₂＜60°，在α₁＞α₂且α₁+α₂＜60°的情况下α₁在15°～45°范围内，α₂在14.5°～29.5°范围内；大压力角渐开线齿廓(4)和小压力角渐开线齿廓(6)的形状是由各自的基圆直径来确定的，其计算公式分别为：小直径基圆(2)的直径d_b1＝mzcosα₁毫米、大直径基圆(3)的直径d_b2＝mzcosα₂毫米，其中m为模数，按国家标准系列选取或按实际需要选取；z为齿数，根据实际需要确定；齿顶(5)的直径为d_a＝(z+2h_a1 ^*)m毫米，其中h_a1 ^*为大压力角渐开线齿廓(4)侧的齿顶高系数，h_a1 ^*＝1，齿顶(5)的厚度为S_a＝d_b1·m_a毫米，其中m_a为齿顶厚系数，m_a的取值范围为(0.25～0.4)/z；过渡曲线(7)是与两相邻齿的渐开线齿廓相连并与齿根圆(1)相切的一整段圆弧；齿根圆(1)的直径d_f＝(z-2h_a1 ^*-2c₁ ^*)m＝(z-2h_a2 ^*-2c₂ ^*)m毫米，其中，c₁ ^*为大压力角渐开线齿廓(4)侧的径向间隙系数，c₁ ^*的取值范围为0.3～0.45；h_a2 ^*为小压力角渐开线齿廓(6)侧的齿顶高系数，h_a2 ^*的取值范围为0.85～1.0；c₂ ^*为小压力角渐开线齿廓(6)侧的径向间隙系数，c₂ ^*的取值由公式c₂ ^*＝h_a1 ^*+c₁ ^*-h_a2 ^*确定。

2、按照权利要求1所述的一种非对称渐开线塑料齿轮，其特征在于所述的分度圆压力角在α₂＞α₁并且α₁+α₂＜60°的情况下α₂在15°～45°范围内，α₁在14.5°～29.5°范围内。

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