CN101975264B - 渐开弧面齿廓的斜齿轮及其啮合副 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种渐开弧面齿廓的斜齿轮及其啮合副，斜齿轮的齿廓曲面由圆弧线沿渐开螺旋面上的齿面接触线做螺旋运动形成，因此具有渐开线齿轮中心距具有可分性、制造和测量方便以及圆弧齿轮接触强度大、跑和性好的优点，降低了齿面接触应力，使齿面承载能力大为提高，并且加工方便；其圆弧的齿形曲线以及参加啮合的渐开线径向长度很短，避免了标准齿轮的根切现象，使该齿轮的最小齿数能够达到1，与现有技术的齿轮相比，大大减小了重量和尺寸；啮合副采用凸齿轮和凹齿轮的啮合方式，承载能力较高。

Description

渐开弧面齿廓的斜齿轮及其啮合副
技术领域
本发明涉及一种传动齿轮及其啮合副，特别涉及一种斜齿轮及其啮合副。
背景技术
齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，是一种传动基础件。在机械传动中，齿轮是靠专门的齿廓来保证其传动精度并传递动力；在各种齿轮啮合副中，渐开线齿轮传动由于其中心距的可分性以及制造、测量方便等诸多优点，得到了较为广泛的应用。但渐开线齿轮也存在啮合点离节点越远则两啮合齿面间相对滑动的速度也越大等缺点，滑动对于齿面的磨损、传动平稳性、传动效率以及齿轮寿命都有不利影响；同时，渐开线外啮合齿轮传动是凸齿对凸齿的啮合传动，从接触强度来看，这种啮合方式的承载能力比较差。随着生产和科技的发展，对高速、重载、大功率的齿轮传动装置提出了更高的要求，由此，出现了圆弧齿轮并得到了较快的发展；圆弧齿轮啮合时以点接触形式传动，具有很高的接触强度，且圆弧齿轮具有很好的跑合性，其当量曲率半径比渐开线齿轮的当量曲率半径大的多，因此接触强度与渐开线齿轮相比大大提高，但圆弧齿轮存在着如对中心距敏感、齿根弯曲强度低等一些缺点，阻碍了承载能力和传动精度的提高，难以满足对圆弧齿轮传动的特殊要求。
因此当前需要一种齿轮及其啮合副，兼具渐开线齿轮和圆弧齿轮的优点，能够满足高速、重载和大功率的传动要求，齿轮中心距具有一定的可分性，且接触强度大、跑和性好，提高齿轮的传动性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种渐开弧面齿廓的斜齿轮及其啮合副，兼具渐开线齿轮和圆弧齿轮的优点，能够满足高速、重载和大功率的传动要求，齿轮中心距具有一定的可分性，且接触强度大、跑和性好，提高齿轮的传动性能。
本发明的渐开弧面齿廓的斜齿轮，斜齿轮的齿廓曲面由圆弧线沿渐开螺旋面上的齿面接触线做螺旋运动形成。
进一步，斜齿轮的齿廓曲面方程为：
法面齿廓为圆弧的齿面方程为：
Figure BSA00000304378800021
或者，端面齿廓为圆弧的齿面方程为：
Figure BSA00000304378800022
其中
Figure BSA00000304378800023
(φ1＜φ＜φ2)
rb为基圆半径、ρ为齿廓圆弧半径、p为螺旋参数，βb为基圆螺旋角、β′为基圆螺旋线在端面上起始点对应的圆心角；φ与η分别为为齿曲方程的参数；x、y轴形成斜齿轮端面平面坐标，z轴与斜齿轮轴线重合。
进一步，斜齿轮的齿廓曲面在接触点的法线与斜齿轮基圆相切。
本发明还公开了一种渐开弧面齿廓的斜齿轮组成的啮合副，包括齿廓曲面外凸的凸齿轮和齿廓曲面内凹的凹齿轮，凹齿轮的齿廓曲面圆弧半径大于凸齿轮的齿廓曲面圆弧半径。
进一步，凸齿轮的齿廓曲面与凹齿轮的齿廓曲面的啮合线为一条空间直线。
本发明的有益效果是：本发明的渐开弧面齿廓的斜齿轮及其啮合副，斜齿轮的齿廓曲面由圆弧线沿渐开螺旋面上的齿面接触线做螺旋运动形成，因此具有渐开线齿轮中心距具有可分性、制造和测量方便以及圆弧齿轮接触强度大、跑和性好的优点，降低了齿面接触应力，使齿面承载能力大为提高，并且加工方便；其圆弧的齿形曲线以及参加啮合的渐开线径向长度很短，避免了标准齿轮的根切现象，使该齿轮的最小齿数能够达到1，与现有技术的齿轮相比，大大减小了重量和尺寸；啮合副采用凸齿轮和凹齿轮的啮合方式，承载能力较高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的斜齿轮齿廓曲面形成示意图；
图2为本发明斜齿轮立体结构图；
图3为本发明啮合副结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的斜齿轮齿廓曲面形成示意图，图2为本发明斜齿轮立体结构图，如图所示：本实施例的渐开弧面齿廓的斜齿轮，斜齿轮的齿廓曲面由圆弧线沿渐开螺旋面上的齿面接触线做螺旋运动形成；如图所示，所述圆弧曲线5(图中圆弧虚线)沿齿面接触线3做螺旋运动，形成齿廓曲面4(虚线所围成的曲面)；即渐开线1做螺旋运动，形成渐开螺旋面2，由渐开螺旋面2形成的斜齿轮齿面上的每个接触点连接在一起，就形成了齿面接触线3，这条接触线就在渐开螺旋面上，为一条空间曲线，圆弧曲线5由齿面接触线端点6沿齿面接触线3运动，形成了齿廓曲面4；斜齿轮齿廓曲面可以是外凸也可以是内凹，但是组成啮合副只能是两个齿廓曲面外凸斜齿轮或者一个齿廓曲面外凸斜齿轮一个齿廓曲面内凹斜齿轮相啮合。
本实施例中，斜齿轮的齿廓曲面方程为：
法面齿廓为圆弧的齿面方程为：
Figure BSA00000304378800041
当然，也可以使端面齿廓为圆弧，则其齿面方程为：
其中
Figure BSA00000304378800043
(φ1＜φ＜φ2)
rb为基圆半径、ρ为齿廓圆弧半径、p为螺旋参数，βb为基圆螺旋角、β′为基圆螺旋线在端面上起始点对应的圆心角；φ与η分别为为齿面方程的参数；x、y轴形成斜齿轮端面平面坐标，z轴与斜齿轮轴线重合。
本实施例中，斜齿轮的齿廓曲面在接触点的法线与斜齿轮基圆相切，即齿廓圆弧的接触点在沿渐开线移动的同时，绕基圆柱做螺旋运动；在任意一个法截面上，圆弧齿廓曲线在接触点的法线，与渐开线基圆相切，圆弧的曲率中心在接触点的法线上。
本发明的渐开弧面齿廓的斜齿轮的齿数可以为大于等于1的任意自然数。
图3为本发明啮合副结构示意图，如图所示，本实施例的渐开弧面齿廓的斜齿轮组成的啮合副，齿轮均为上述实施例的斜齿轮，图中为渐开弧面齿轮在任意时刻啮合的截面示意图，a为凸齿齿廓，其曲率半径为ρ1，b为凹齿齿廓，其曲率半径为ρ2，c为两齿轮基圆公法线，即渐开弧面齿轮啮合副的啮合线在端面上的投影。K为任意时刻两齿轮的啮合点，凸齿齿廓的曲率中心与凹齿齿廓的曲率中心在过K点的公法线上，即啮合线上。随着齿轮的转动，在下一个瞬时，啮合点沿着啮合线移动一个距离，两齿轮的齿廓沿轴向移动一个距离，进入下一个啮合点啮合；包括齿廓曲面外凸的凸齿轮和齿廓曲面内凹的凹齿轮，凹齿轮的齿廓曲面圆弧半径大于凸齿轮的齿廓曲面圆弧半径；根据啮合情况，凹面对凸面形成局部包容，使其具有较高的啮合和传动强度。
本实施例中，凸齿轮的齿廓曲面与凹齿轮的齿廓曲面的啮合线为一条空间直线，在端面上其投影和渐开弧面齿轮对应的渐开线齿轮啮合线重合。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种渐开弧面齿廓的斜齿轮，其特征在于：斜齿轮的齿廓曲面由圆弧线沿渐开螺旋面上的齿面接触线做螺旋运动形成，斜齿轮的齿廓曲面方程为：
法面齿廓为圆弧的齿面方程为：
Figure FSB00000776993700011
或者，端面齿廓为圆弧的齿面方程为：
Figure FSB00000776993700012
其中
Figure FSB00000776993700013
rb为基圆半径、ρ为齿廓圆弧半径、p为螺旋参数，βb为基圆螺旋角、β′为基圆螺旋线在端面上起始点对应的圆心角；φ与η分别为为齿面方程的参数；x、y轴形成斜齿轮端面平面坐标，z轴与斜齿轮轴线重合。
2.根据权利要求1所述的渐开弧面齿廓的斜齿轮，其特征在于：斜齿轮的齿廓曲面在接触点的法线与斜齿轮基圆相切。
3.一种由权利要求1所述的渐开弧面齿廓的斜齿轮组成的啮合副，其特征在于：包括齿廓曲面外凸的凸齿轮和齿廓曲面内凹的凹齿轮，凹齿轮的齿廓曲面圆弧半径大于凸齿轮的齿廓曲面圆弧半径。
4.根据权利要求3所述的啮合副，其特征在于：凸齿轮的齿廓曲面与凹齿轮的齿廓曲面的啮合线为一条空间直线。
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