CN102494104A - 一种单切双圆弧齿轮 - Google Patents
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Abstract
一种单切双圆弧齿轮，所述齿轮具有多个轮齿，每个轮齿的同一侧面上存在一条弧形的凸面迹线和一条弧形的凹面迹线，凸面迹线的一端与齿顶迹线接触，凹面迹线的一端与弧形的过渡迹线接触，过渡迹线与一段直线组合形成齿根部分，所述凸面迹线和凹面迹线在过节线处相外切接触，形成切点，过切点的水平线与凸面迹线和凹面迹线的圆心连接线之间的夹角等于0～30°；凹面迹线与过渡迹线的接触点始终在齿根迹线与齿顶间隙线之间。它在具有接触强度高、承载能力大、啮合平稳、运行可靠、冲击噪音小、对中心距误差敏感性小和使用寿命长等特点的同时，又具有轮齿结构简单、齿根强度高、齿轮啮合面积大、齿面接触应力小、便于加工制造和加工精度高等特点。
Description
技术领域
本发明属于传递运动和动力的机械元件，具体是一种齿轮，更为具体的说，是一种单切双圆弧齿轮。
背景技术
双圆弧齿轮的基本齿廓目前在生产中所采用的类型主要有两种，其中一种是，每个轮齿的同一侧面上存在一条弧形的凸面迹线和一条弧形的凹面迹线，凸面迹线的一端与齿顶迹线接触，凹面迹线的一端与弧形的过渡迹线接触，过渡迹线与齿根迹线组合形成齿根部分，而凸面迹线和凹面迹线的接触是用公切线段连接的；另一种是，每个轮齿的同一侧面上存在一条弧形的凸面迹线和一条弧形的凹面迹线，凸面迹线的一端与齿顶迹线接触，凹面迹线的一端与弧形的过渡迹线接触，过渡迹线与齿根迹线组合形成齿根部分，而凸面迹线和凹面迹线的接触是进行切向变位的，用弧线连接凸面迹线和凹面迹线，凸面迹线和凹面迹线之间的过渡部分呈台阶形。无论上述的哪种齿廓类型，均形成凹凸搭配，具有接触强度高、承载能力大、啮合平稳、运行可靠、冲击噪音小、对中心距误差敏感性小和使用寿命长等优点，其传动性能也是渐开线齿轮所无法比拟的。但是，双圆弧齿轮的这些特点是由双圆弧齿轮每个轮齿的结构所决定的，而每个轮齿的结构又由齿廓参数所决定，由于双圆弧齿轮齿廓的参数非常复杂，这直接增加了设计和加工制造难度；并且，双圆弧齿轮的根切最少齿数大多为17齿，这无法满足不同工况对齿轮不同齿数的要求。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有双圆弧齿轮的不足，在具备上述双圆弧齿轮优点的前提下，提供一种每个轮齿的齿廓参数设计简单、便于加工制造的单切双圆弧齿轮。
本发明采用的技术方案是：一种单切双圆弧齿轮，所述齿轮具有多个轮齿，每个轮齿的同一侧面上存在一条弧形的凸面迹线和一条弧形的凹面迹线，凸面迹线的一端与齿顶迹线接触，凹面迹线的一端与弧形的过渡迹线接触，过渡迹线与齿根迹线组合形成齿根部分，所述凸面迹线和凹面迹线在过节线处相外切接触，形成切点，过切点的水平线与凸面迹线和凹面迹线的圆心连接线之间的夹角等于0～30°；所述凹面迹线与过渡迹线的接触点始终在齿根迹线与齿顶间隙线之间。
所述凸面迹线的半径和凹面迹线的半径相等。
所述凸面迹线和凹面迹线的半径分别为0.8～5倍模数。
所述过渡迹线的半径为0.2～0.5倍模数。
所述轮齿的齿顶高为0.35～1倍模数；所述轮齿的齿根间隙为0.1～0.3倍模数；所述轮齿的齿根高包含齿根间隙，齿根高等于齿根间隙值和齿顶高值的总和。
本发明的有益效果是：
1. 弧形的凸面迹线和弧形的凹面迹线在过节线处相外切接触，直接形成平滑过渡的凹凸搭配，在具有接触强度高、承载能力大、啮合平稳、运行可靠、冲击噪音小、对中心距误差敏感性小和使用寿命长等特点的同时，又具有轮齿结构简单、齿根强度高、齿轮啮合面积大、齿面接触应力小、便于加工制造和加工精度高等特点；
2. 上述结构的齿轮对加工设备要求低，无需特殊加工设备，它所采用的加工设备同渐开线齿轮的加工设备完全相同，不同之处仅在于刀具（需选择与齿轮的齿廓相匹配的刀具）；
3. 齿顶间隙的预留可根据需要而定，更利于储存润滑油，易于形成保护油膜，也可以用此方法在齿轮不采用变位的情况下调整齿根圆的直径大小；
4. 通过综合设计可使最少启动齿数达到6齿，而不发生根切，可根据不同工况设计出不同性能要求的齿轮，满足不同工况的应用要求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的一种齿条结构示意图。
图2是本发明齿轮齿廓的成型原理示意图。
图3是本发明的一种使用状态示意图。
图4是本发明的另一种使用状态示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1：一种单切双圆弧齿轮，该齿轮4具有多个轮齿5，每个轮齿5均具有两个侧面、一齿顶部分和一齿根部分。其中，齿顶部分由齿顶迹线1形成，该齿顶迹线1为一段直线；齿根部分由弧形的过渡迹线8和齿根迹线2组合形成，过渡迹线8的半径为0.5m（m代表模数，下同），取m=2毫米（下同），则过渡迹线8的半径为1毫米，齿根迹线2为一段直线；而在同一侧面上又存在一条弧形的凸面迹线6和一条弧形的凹面迹线7，凸面迹线6的半径和凹面迹线7的半径相等，凸面迹线6和凹面迹线7的半径分别为1m，则凸面迹线6和凹面迹线7的半径分别为2毫米。凸面迹线6的一端与齿顶部分的齿顶迹线1接触，凹面迹线7的一端与齿根部分的过渡迹线8接触，凹面迹线7与过渡迹线8的接触点在齿根迹线2与齿顶间隙线3之间，凸面迹线6和凹面迹线7在过节线处相外切接触，形成切点P，过切点P的水平线9与凸面迹线6和凹面迹线7的圆心连接线（即O1O2线）之间的夹角α等于25°。齿顶高ha的系数取0.4，齿根间隙hc的系数取0.1，以此形成轮齿5的齿顶高ha（ha=0.4m）为0.8毫米，齿根高hf（hf=0.5m ，hf=hb+hc，且hb=ha）为1毫米，轮齿5的全齿高h（h=ha+hf）为1.8毫米。
实施例2
参见图1：一种单切双圆弧齿轮，该齿轮4具有多个轮齿5，每个轮齿5均具有两个侧面、一齿顶部分和一齿根部分。其中，齿顶部分由齿顶迹线1形成，该齿顶迹线1为一段直线；齿根部分由弧形的过渡迹线8和齿根迹线2组合形成，过渡迹线8的半径为0.4m，取m=2毫米（下同），则过渡迹线8的半径为0.8毫米，齿根迹线2为一段直线；而在同一侧面上又存在一条弧形的凸面迹线6和一条弧形的凹面迹线7，凸面迹线6的半径和凹面迹线7的半径相等，凸面迹线6和凹面迹线7的半径分别为2m，则凸面迹线6和凹面迹线7的半径分别为4毫米。凸面迹线6的一端与齿顶部分的齿顶迹线1接触，凹面迹线7的一端与齿根部分的过渡迹线8接触，凹面迹线7与过渡迹线8的接触点在齿根迹线2与齿顶间隙线3之间，凸面迹线6和凹面迹线7在过节线处相外切接触，形成切点P，过切点P的水平线9与凸面迹线6和凹面迹线7的圆心连接线（即O1O2线）之间的夹角α等于20°。齿顶高ha的系数取0.6，齿根间隙hc的系数取0.15，以此形成轮齿5的齿顶高ha（ha=0.6m）为1.2毫米，齿根高hf（hf=0.75m ，hf=hb+hc，且hb=ha）为1.5毫米，轮齿5的全齿高h（h=ha+hf）为2.7毫米。
实施例3
参见图1：一种单切双圆弧齿轮，该齿轮4具有多个轮齿5，每个轮齿5均具有两个侧面、一齿顶部分和一齿根部分。其中，齿顶部分由齿顶迹线1形成，该齿顶迹线1为一段直线；齿根部分由弧形的过渡迹线8和齿根迹线2组合形成，过渡迹线8的半径为0.3m，取m=2毫米（下同），则过渡迹线8的半径为0.6毫米，齿根迹线2为一段直线；而在同一侧面上又存在一条弧形的凸面迹线6和一条弧形的凹面迹线7，凸面迹线6的半径和凹面迹线7的半径相等，凸面迹线6和凹面迹线7的半径分别为3m，则凸面迹线6和凹面迹线7的半径分别为6毫米。凸面迹线6的一端与齿顶部分的齿顶迹线1接触，凹面迹线7的一端与齿根部分的过渡迹线8接触，凹面迹线7与过渡迹线8的接触点在齿根迹线2与齿顶间隙线3之间，凸面迹线6和凹面迹线7在过节线处相外切接触，形成切点P，过切点P的水平线9与凸面迹线6和凹面迹线7的圆心连接线（即O1O2线）之间的夹角α等于15°。齿顶高ha的系数取0.8，齿根间隙hc的系数取0.2，以此形成轮齿5的齿顶高ha（ha=0.8m）为1.6毫米，齿根高hf（hf=1m ，hf=hb+hc，且hb=ha）为2毫米，轮齿5的全齿高h（h=ha+hf）为3.6毫米。
实施例4
参见图1：一种单切双圆弧齿轮，该齿轮4具有多个轮齿5，每个轮齿5均具有两个侧面、一齿顶部分和一齿根部分。其中，齿顶部分由齿顶迹线1形成，该齿顶迹线1为一段直线；齿根部分由弧形的过渡迹线8和齿根迹线2组合形成，过渡迹线8的半径为0.2m，取m=2毫米（下同），则过渡迹线8的半径为0.4毫米，齿根迹线2为一段直线；而在同一侧面上又存在一条弧形的凸面迹线6和一条弧形的凹面迹线7，凸面迹线6的半径和凹面迹线7的半径相等，凸面迹线6和凹面迹线7的半径分别为4m，则凸面迹线6和凹面迹线7的半径分别为8毫米。凸面迹线6的一端与齿顶部分的齿顶迹线1接触，凹面迹线7的一端与齿根部分的过渡迹线8接触，凹面迹线7与过渡迹线8的接触点在齿根迹线2与齿顶间隙线3之间，凸面迹线6和凹面迹线7在过节线处相外切接触，形成切点P，过切点P的水平线9与凸面迹线6和凹面迹线7的圆心连接线（即O1O2线）之间的夹角α等于9°。齿顶高ha的系数取1，齿根间隙hc的系数取0.25，以此形成轮齿5的齿顶高ha（ha=1m）为2毫米，齿根高hf（hf=1.25m ，hf=hb+hc，且hb=ha）为2.5毫米，轮齿5的全齿高h（h=ha+hf）为4.5毫米。
参见图2：齿轮4的轮齿5齿廓成型原理是以凸面迹线6、凹面迹线7、过渡迹线8、齿根迹线2为基线、以齿根圆为基圆渐开而形成的齿根圆到齿顶圆的包络线段。
参见图3和图4：通常情况下，齿轮的最少启动齿数需要至少达到9齿，而本发明通过综合设计可使最少启动齿数达到6齿，不发生根切。如图3所示，未变位齿轮9齿和20齿啮合，理论吻合误差为0，齿轮侧隙由加工精度确定；如图4所示，经正变位齿轮6齿和未变位齿轮20齿啮合，理论吻合误差为0，齿轮侧隙由加工精度确定。
Claims (5)
1. 一种单切双圆弧齿轮，所述齿轮（4）具有多个轮齿（5），每个轮齿（5）的同一侧面上存在一条弧形的凸面迹线（6）和一条弧形的凹面迹线（7），凸面迹线（6）的一端与齿顶迹线（1）接触，凹面迹线（7）的一端与弧形的过渡迹线（8）接触，过渡迹线（8）与齿根迹线（2）组合形成齿根部分，其特征在于：所述凸面迹线（6）和凹面迹线（7）在过节线处相外切接触，形成切点（P），过切点（P）的水平线（9）与凸面迹线（6）和凹面迹线（7）的圆心连接线（0102）之间的夹角（α）等于0～30°；所述凹面迹线（7）与过渡迹线（8）的接触点始终在齿根迹线（2）与齿顶间隙线（3）之间。
2.根据权利要求1所述单切双圆弧齿轮，其特征在于：所述凸面迹线（6）的半径和凹面迹线（7）的半径相等。
3.根据权利要求1或2所述单切双圆弧齿轮，其特征在于：所述凸面迹线（6）和凹面迹线（7）的半径分别为0.8～5倍模数。
4.根据权利要求1所述单切双圆弧齿轮，其特征在于：所述过渡迹线（8）的半径为0.2～0.5倍模数。
5.根据权利要求1所述单切双圆弧齿轮，其特征在于：所述轮齿（5）的齿顶高（ha）为0.35～1倍模数；所述轮齿（5）的齿根间隙（hc）为0.1～0.3倍模数；所述轮齿（5）的齿根高（hf）包含齿根间隙（hc），齿根高（hf）等于齿根间隙值和齿顶高值的总和。
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