CN102192305A

CN102192305A - 齿轮结构

Info

Publication number: CN102192305A
Application number: CN2011100455342A
Authority: CN
Inventors: 三浦吉孝
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: KR101780818B1; EP2369201A2; US20110219898A1; JP5430538B2; CN102192305B; EP2369201A3; JP2011208800A; KR20110102201A; US8813599B2; EP2369201B1

Abstract

本发明提供一种可以得到基于加强部件的加强效果的齿轮结构。在齿轮的侧面连接固定有加强部件的齿轮结构中，在齿轮的啮合作用线上具有与加强部件连接固定的紧固部。

Description

齿轮结构

技术领域

本发明涉及通过啮合传递动力的齿轮结构。

背景技术

目前，如专利文献1所公开地，公知有在齿轮侧面固定加强部件的技术。

专利文献1：日本特开平8-312755号公报

但是，在上述专利文献1的技术中没有公开在齿轮侧面如何固定加强部件，根据本案申请人的潜心研究的结果，发现由于将齿轮侧面和加强部件固定的部位，而不能充分地得到基于加强部件的加强效果的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而创立的，其目的在于提供一种可以得到基于加强部件的加强效果的齿轮结构。

为了实现上述目的，在本发明中，在齿轮的侧面连接固定有加强部件的齿轮结构中，所述齿轮在该齿轮的啮合作用线上具有与所述加强部件连接固定的紧固部。

可以将对通过啮合传递动力的齿作用的力经由紧固部及加强部件传递给其它齿的紧固部，相应地，可以使啮合而传递动力的力分散。而且，对啮合而传递动力的齿作用的力因为作用于啮合作用线的方向，所以通过在齿轮的啮合作用线上设置与加强部件连接固定的紧固部，可以更有效地使力分散。由此，可以防止齿轮和加强部件的连接固定面积的增加，并且可以有效地降低啮合而传递动力的齿的齿根应力。另外，通过降低应力，可实现齿轮的小型轻量化或齿轮强度的提高，通过减小齿轮的变形，可以降低噪音。

附图说明

图1(a)、(b)是表示采用了实施例1的齿轮结构的齿轮的啮合的概略图；

图2是实施例1的齿轮结构的齿轮啮合部分的局部放大概略图；

图3是表示从啮合开始到啮合结束的啮合位置的应力及啮合齿数的关系的图；

图4是表示实施例1的紧固部的设定理论的概略说明图；

图5是表示齿宽方向的应力分布的概略图。

标记说明

1：驱动齿轮

2：被动齿轮

10、20：加强部件

10a、20a：紧固部

具体实施方式

【实施例1】

图1是表示采用了实施例1的齿轮结构的齿轮的啮合的概略图。图1(a)表示立体图，图1(b)表示正面图。与动力源连接的驱动齿轮1及与驱动齿轮1啮合的被动齿轮2是斜齿轮，是具有相对于旋转轴倾斜交叉的齿面的标准渐开线齿轮。如图1(b)的啮合部放大图所示，当驱动齿轮1的齿根(deddendum part)部分和被动齿轮2的齿顶(addendum part)部分在同时接触线啮合时(啮合开始)、该同时接触线慢慢移动，最终，驱动齿轮1的齿顶部分和被动齿轮2的齿根部分在同时接触线啮合，一些齿完成啮合(啮合结束)。

在驱动齿轮1及被动齿轮2的侧面，通过激光焊接而分别连接固定有加强部件10、20。该加强部件10、20为圆盘状金属板，外周形成为与齿轮最外周大致一致的大小，内周延伸到比从齿轮的齿底(root of tooth)更靠内径侧。中心部形成有轴等贯通的贯通孔。紧固部10a、20a在各齿沿径向设有两处，遍及整个一周的齿呈放射状配置。对于紧固部10a、20a的详细的位置关系将在后文叙述。如图1(b)的局部放大图所示，驱动齿轮1在啮合结束侧的侧面连接固定有加强部件10，被动齿轮2在啮合开始侧的侧面连接固定有加强部件20。在实施例1中，通过焊接进行连接固定，但也可以通过凹凸部进行卡合或通过粘合剂等进行连接固定。

图2是实施例1的齿轮结构的齿轮啮合部分的局部扩大概略图。标准渐开线齿轮以驱动齿轮1及被动齿轮2的基圆为基础进行啮合。即，啮合的位置在驱动侧基圆和被动侧基圆的共切线A-B上移动。以下，将该共切线A-B称为作用线(啮合作用线)。驱动齿轮1的某一任意齿在作用线上的啮合开始点与被动齿轮2的齿接触(参照图2中的虚线齿影)。之后，当驱动齿轮1旋转时，接触位置一边在作用线上移动一边向P1→P2→P3移动，在啮合结束点驱动齿轮1和被动齿轮2完成啮合。即，在齿轮啮合部分，驱动齿轮1按压被动齿轮2的方向的力总作用于沿作用线的方向。

图3是表示从啮合开始到啮合结束的啮合位置的应力及啮合齿数的关系的图。图3中粗点划线表示没有加强部件的齿轮结构(比较例)的最大应力的轨迹，粗实线表示实施例1的齿轮结构的最大应力的轨迹。

在某一任意的齿开始啮合时，由于必是邻接的齿啮合的状态，所以啮合开始为两齿啮合(区域a)。此时，因为由两个齿分担传递的转矩，所以可以认为应力小，然而，在没有加强部件的齿轮结构中，实际上产生极大的应力。这是由于啮合开始是被动齿轮的齿顶部和驱动齿轮的齿根部啮合，及从齿轮侧面部开始啮合，在被动齿轮的齿顶部且侧面部附近产生大的变形，产生大的应力。即，如图5所示，在齿的轴向端部，应力分布曲线偏出齿宽向外侧伸出(参照图5的A区域)，与该伸出外侧的量相当的应力集中在齿的端部而被负担(参照图5的B区域)，在齿的轴向端部产生应力集中，应力变大。另外，由于在驱动齿轮，即使在侧面部附近齿根部也啮合，故而并不产生那么大的应力。

当啮合慢慢进行时，因为啮合位置向齿根部且齿轮的轴向中心侧行进，所以变形变小，应力的最大值急剧降低(参照图2的P1点、P3点)。然后，当啮合齿数从两齿变为一齿时，因为一齿分担转矩，所以应力增大，然而，因为啮合位置接近齿根部，为齿轮的轴向中心附近，所以没有那么大的问题(参照图2的P2点：区域b)。

啮合进一步进行，当啮合齿数再次从一齿变为两齿时，因为两齿分担转矩，所以应力减小。但对于驱动齿轮，因为啮合位置从齿根部向齿顶部行进，进而向齿轮的轴向侧面部侧行进，所以，驱动齿轮的齿顶部分的应力急剧增大，产生大的应力(区域c)。另外，在该区域c产生的大的应力也是由于上述应力集中而引起的。如此，在没有加强部件的齿轮结构中，在啮合开始及啮合结束附近，产生非常大的应力，存在引起齿轮的耐久性降低的问题。

于是，使加强部件10、20连接固定在齿的侧面。具体而言，在驱动齿轮1的正旋转方向的啮合结束侧的侧面连接固定有加强部件10。在驱动齿轮1的齿上，与被动齿轮2接触的区域随着齿轮啮合的进行而从齿轮的啮合开始侧向啮合结束侧移动，同时，从齿根侧向齿顶侧移动。此时，随着接触区域向齿顶侧移动，对齿根施加的应力变大，因此，通过在驱动齿轮1的正旋转方向的啮合结束侧的侧面连接固定加强部件10，可以降低由齿顶侧的输入而使对齿根施加的应力变大的啮合结束侧的齿根应力，可以更有效地实现齿轮的小型轻量化或齿轮强度的提高，另外，通过降低应力，齿轮的变形变小，从而可以减低噪音。

同样地，在被动齿轮2的正旋转方向的啮合开始侧的侧面连接固定有加强部件20。在被动齿轮2的齿上，与驱动齿轮1接触的区域随着齿轮的啮合的进行而从齿轮的啮合开始侧向啮合结束侧移动，同时从齿顶侧向齿根侧移动。此时，随着接触区域向齿顶侧移动，对齿根施加的应力变小。因此，通过在被动齿轮2的正旋转方向的啮合开始侧的侧面连接固定加强部件20，可以降低由于齿顶侧的输入而使对齿根施加的应力增大的啮合开始侧的齿根应力，可以更有效地实现齿轮的小型轻量化或齿轮强度的提高，另外，通过降低应力，齿轮的变形变小，从而可以减低噪音。

如此，当使加强部件连接固定在齿轮的侧面时，如何将其连接固定成为问题。加强部件的作为是将向齿传递的力经由加强部件传递到其它齿，使力分散而降低应力。因此，在齿的中心，使任意的齿的紧固部和除此之外的齿的紧固部位于作用线上而设置。

图4是表示实施例1的紧固部的设定理论的概略说明图。设被动齿轮2的任意的齿为X1、设其邻接的齿为X2。在图4中的左侧，齿X1从啮合开始点到啮合结束点，从驱动齿轮1传递力。该力作用于作用线方向。首先，在齿X1的旋转方向，在大致中心配置紧固部为好。这是因为，可以避免由例如利用激光焊接等连接固定时的供热引起的齿面强度的降低，即使改变旋转方向也可以承受稳定的力。另外，优选设于两齿啮合区域a。如图3所说明地，因为啮合齿数为两齿，而且在齿顶侧时应力变为最高。因此，在区域Z设置一个紧固部，该区域Z包含于从啮合开始引出的作用线S1和表示两齿啮合区域a的边界的作用线S2之间并且成为齿X1的中心。

换言之，通过设有紧固部的位置的作用线是齿轮的同时啮合齿数最大(两齿)的状态的作用线。如图4所示，在斜齿轮中，齿的接触区域随着齿轮的旋转在轴向及径向变化。此时，在啮合开始及啮合结束时刻，齿的轴向的端部成为接触区域，但由于在该区域产生应力集中，故而应力变大。因此，在齿轮的同时啮合齿数最大(实施例1中为两齿)且为齿顶侧时，由于在齿上产生的应力最大，故而通过将第一紧固部α1和第二紧固部β1设于齿轮的同时啮合齿数最大的区域终、齿顶侧的同时啮合齿数最大的区域的作用线上，可以得到对于使对啮合而传递动力的齿的力最大时的齿施加的力分散有利的结构。另外，因为β1是齿根部，所以即使从α1经由加强部件20作用力也不会引起应力增大。

在此，具体而言，在满足上述要项的点α1形成一个紧固部20a。当向齿面作用力时，因为其力从点α1经由加强部件20而传递，所以在从点α1引出作用线时，在与邻接的齿X2的中心交叉的点β1形成两个紧固部20a。在任意的齿X1的齿的中心，在通过点α1的齿轮同心圆O1与齿的中心线的交点、通过点β1的齿轮同心圆O2和齿的中心线的交点两处形成紧固部20a。

换言之，紧固部20a的位置关系为：在比齿X1的齿底圆更靠径向齿顶侧的齿顶部设置的作为第一紧固部的点α1设置一个紧固部20a，在与第一紧固部即点α1分别对应设置且在比该对应的第一紧固部即点α1更靠径向齿底方向侧的齿根部设置的作为第二紧固部的点β1分别形成紧固部20a。即，可以使啮合而传递动力的齿上作用的力从第一紧固部即α1经由加强部件20传递到第二紧固部即β1，相应地，可以使对啮合而传递动力的齿施加的力分散，并且可以将向齿顶部即α1输入的力传递到齿根部即β1，可以抑制齿轮和加强部件的连接固定面积的增大，同时有效抑制对齿作用的应力。另外，该设定理论因为在驱动齿轮1也相同，所以省略说明。

如上所述，在实施例1中，可以得到下面列举的作用效果。

(1)在齿轮的侧面连接固定加强部件的齿轮结构中，齿轮在该齿轮的啮合作用线上具有与加强部件连接固定的紧固部。

即，可以将对啮合而传递动力的齿作用的力经由紧固部、加强部件向其它齿的紧固部传递，相应地，能够将对啮合齿作用的力分散。而且，因为对啮合齿作用的力在作用线方向，所以，通过在齿轮的作用线上设置与加强部件紧固的紧固部，可以更有效地使对啮合齿上作用的力分散。从而，可以防止增加齿轮和加强部件的连接固定面积，同时降低啮合齿的齿根应力，可以实现齿轮的小型轻量化或齿轮强度的提高。另外，可以通过应力的降低缩小齿轮的变形，可以实现噪音的降低。

(2)紧固部由点α1和点β1形成，其中，点α1为设置在比齿轮的各齿的齿底圆(deddendum circle)更靠径向齿顶侧的齿顶部的第一紧固部；点β1为与该点α1分别对应设置且设于比点α1更靠径向齿底方向侧的齿根部的第二紧固部。

可以将对啮合齿作用的力从第一紧固部即点α1经由加强部件向在啮合齿以外形成的第二紧固部即β1传递，可以有效地分散应力。另外，通过从齿顶部即α1向齿根部即点β1传递，可以不导致齿轮和加强部件的连接固定面积的增大而降低应力。

(3)齿轮是斜齿轮，作用线(啮合作用线)是齿轮的同时啮合齿数为两齿(最大)的区域中、齿顶侧的同时啮合齿数最大的区域的作用线。

在斜齿轮中，因为在齿轮的同时啮合齿数最大(实施例1中两齿)且为齿顶侧时，在齿上产生的应力变为最大，所以通过将第一紧固部即α1和第二紧固部即β1设于齿轮的同时啮合齿数最大的区域中、齿顶侧的同时啮合齿数最大的区域的作用线上，可以得到有利于对使在啮合而传递动力的齿上作用的力最大时的齿施加的力分散的结构。另外，因为β1是齿根部，所以即使从α1经由加强部件20作用力也不导致应力的增大。

(4)齿轮是斜齿轮，将加强部件20连接固定在被动齿轮2的正旋转方向的啮合开始侧的侧面。由此，通过齿顶侧的输入可以降低对齿根作用的应力变大的啮合开始侧的齿根应力，可以更有效地实现齿轮的小型轻量化或齿轮强度的提高，另外，可以通过应力的降低而缩小齿轮的变形，可以实现噪音的降低。

(5)齿轮是斜齿轮，将加强部件10连接固定在驱动齿轮1的正旋转方向的啮合结束侧的侧面。由此，通过齿顶侧的输入可以降低对齿根作用的应力变大的啮合开始侧的齿根应力，可以更有效地实现齿轮的小型轻量化或齿轮强度的提高，另外，通过应力的降低而使齿轮的变形缩小，由此可以实现噪音的降低。

以上，说明了实施例1，但是本发明不限于实施例1的构成。

在实施例1中，紧固部利用大致圆形的焊接而形成，但也可以以具有在径向上带有长度的焊接区域的方式构成。

在实施例1中，表示了在外齿齿轮连接固定加强部件的例子，但不限于此，例如，也可以在内齿齿轮连接固定加强部件。另外，外齿齿轮的同时啮合齿数因为比内齿齿轮的同时啮合齿数少，所以，加强部件的连接固定带来的应力降低效果在外齿齿轮更大。另外，在实施例1表示了斜齿轮，但也可以是平齿轮或其它齿轮。

在实施例1中表示了圆盘状的加强部件，但不限定于此，只要可以连结第一紧固部和第二紧固部，则不限定形状、个数等。例如，也可以通过棒状的部件分别连结。

在实施例1中，将与任意的齿的第一紧固部对应的第二紧固部设于与任意的齿邻接的齿上，但不限于此，例如，也可以将与任意的齿的第一紧固部对应的第二紧固部设于从任意的齿相隔一齿或多个齿而邻接的齿。另外，当将与任意的齿的第一紧固部对应的第二紧固部设于任意的齿的旁边时，第一紧固部和第二紧固部的距离变短，能够不根据加强部件的弹簧系数而有效地提高强度。另外，对提高第一紧固部与第二紧固部之间的加强部件的弹簧系数也是有效的。

Claims

1.一种齿轮结构，在齿轮的侧面连接固定有加强部件，其特征在于，

所述齿轮在该齿轮的啮合作用线上具有与所述加强部件连接固定的紧固部。

2.如权利要求1所述的齿轮结构，其特征在于，所述紧固部包括：

第一紧固部，其设置在比所述齿轮的各齿的齿底圆更靠径向齿顶侧的齿顶部；

第二紧固部，其与所述第一紧固部分别对应设置，并且设置在比所述对应的第一紧固部更靠径向齿底方向侧的齿根部。

3.如权利要求1或2所述的齿轮结构，其特征在于，

所述齿轮是斜齿轮，

所述啮合作用线是所述齿轮的同时啮合齿数最大的区域中、齿顶侧的同时啮合齿数最大的区域的啮合作用线。

4.如权利要求1～3中任一项所述的齿轮结构，其特征在于，

所述齿轮是斜齿轮，

将所述加强部件连接固定在被驱动侧的所述齿轮的正旋转方向的啮合开始侧的侧面。

5.如权利要求1～4中任一项所述的齿轮结构，其特征在于，

所述齿轮是斜齿轮，

将所述加强部件连接固定在驱动侧的所述齿轮的正旋转方向的啮合结束侧的侧面。