CN103352971A - 渐开环面齿轮传动 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械传动领域，特别涉及齿轮传动机构。渐开环面齿轮传动机构，其包括相互啮合的凸齿轮和凹齿轮，凸齿轮和凹齿轮均采用以下结构，轮齿形成线沿齿轮中间截面对称的一段圆弧，齿廓为渐开面，不同轴向截面的形状不同，为相同基圆半径上不同的渐开线段。本发明渐开环面齿轮传动的承载能力更高，啮合过程中轮齿接触线由点接触-线接触-点接触变化，传动更加平稳，当齿轮轴线发生角度偏转时，可以保证齿轮传动具有良好的线接触而不是点接触，是一种可广泛应用和具有推广价值的新型齿轮传动。

Description

渐开环面齿轮传动

技术领域

本发明属于机械传动领域，特别涉及齿轮传动机构。 

背景技术

在机械传动中，齿轮传动机构由于传动相对平稳，承载能力较大，加工相对便捷等诸多优点而被广泛用于适用于船舶、兵器装备、汽摩农机、机床工具、工程机械、轨道交通、起重运输、矿山冶金和石油化工等行业。 

随着技术的不断发展，人们对齿轮传动承载能力以及传动平稳性提出了越来越高的要求，而用于外啮合齿轮副的轮齿形状对提高齿轮传动的承载能力及平稳性至关重要。中国专利文献CN 202228638 U提出一种鼓形齿齿轮，但它也仅旨在提高齿轮联轴器的使用性能和使用寿命，不能用于一对相互啮合的齿轮传动领域。专利CN 1584371A 公开了一种弧齿圆柱齿轮及其加工方法和加工装置。该弧齿圆柱齿轮在沿齿轮的周向方向上任意位置的齿厚相等，其齿线是圆弧的一部分，齿廓为渐开线或圆弧。该弧齿圆柱齿轮虽然在提高承载能力方面有一定提高，但其加工工艺复杂，限制了其应用。 

虽然现有的外啮合齿轮传动可以提供合理传动性能，但对于目前工业中广泛应用的圆柱齿轮传动，尤其是直齿圆柱齿轮传动，由于大小齿轮强度不同导致小齿轮的强度较低，过载时容易发生轮齿断齿等现象发生；同时，齿轮啮合与退出时沿着齿宽同时进行，容易产生冲击，振动和噪音。圆柱斜齿轮除可用于平行轴传动，还可用于交叉轴传动中，与直齿圆柱齿轮相比其重合度大，传动平稳，齿轮强度高，但会产生一定的轴向力，当齿轮回转轴线发生一定角度偏转时，齿轮将不能进行正常的啮合。 

发明内容

本发明的目的是针对现有圆柱齿轮的技术缺陷，提供一种渐开环面齿轮传动机构，结构独特，通过改变圆柱齿轮沿轴向方向上的齿形线形状，承载能力更高，啮合过程中轮齿接触线由点接触-线接触-点接触变化，当齿轮轴线发生角度偏转时，可以保证齿轮传动具有良好的线接触而不是点接触，有效提高齿轮传动的平稳性及承载能力。 

本发明采用的技术方案是：一种渐开环面齿轮传动机构，其包括相互啮合的凸齿轮和凹齿轮，凸齿轮和凹齿轮均采用以下结构，轮齿形成线沿齿轮中间截面对称的一段圆弧，齿廓为渐开面，不同轴向截面的形状不同，为相同基圆半径上不同的渐开线段。 

所述在基圆上，凸齿轮和凹齿轮沿轮齿形成线方向上的轮齿齿厚不同，凸齿轮轮齿中间齿形厚度比两边齿形厚度厚，凹齿轮轮齿中间齿形厚度比两边齿形厚度薄。

所述凸齿轮和与其啮合的凹齿轮是直齿轮或者斜齿轮。 

所述凸齿轮1和凹齿轮外啮合或者内啮合。 

本发明一种渐开环面齿轮传动机构，采用一对相互啮合的凸齿轮和凹齿轮，啮合过程中轮齿接触线由点接触-线接触-点接触变化，凸齿轮和凹齿轮的轴线可以在一定范围内实现轴线交错传动，当凸齿轮和凹齿轮的轴线发生偏转时，可以保证齿轮传动具有良好的线接触而不是点接触。承载能力高，使用寿命长，传动更加平稳，当齿轮轴线发生角度偏转时，可以保证齿轮传动具有良好的线接触而不是点接触，是一种可广泛应用和具有推广价值的新型齿轮传动。本发明渐开环面齿轮传动适用于船舶、兵器装备、汽摩农机、机床工具、工程机械、轨道交通、起重运输、矿山冶金和石油化工等领域。 

附图说明

图1为渐开环面齿轮传动原理图； 

图2为渐开环面齿轮传动三维等轴测图；

图3为轮齿上接触线的变化过程图；

图4为轴线交错的渐开环面齿轮传动原理图；

图5为轴线发生偏转的渐开环面齿轮传动三维等轴测图；

图6为内啮合渐开环面齿轮传动原理图；

图7为内啮合渐开环面齿轮传动示意图。

图中：1—凸齿轮，2—凹齿轮，A—凸齿轮1的齿形线圆弧，B—凹齿轮2的齿形线圆弧，C—啮入点，D—啮出点，E—接触线，F—基圆，S-S—齿轮中间截面，O_C－凸齿轮圆心，O₁-O₁—凸齿轮回转轴线，O₂- O₂—凹齿轮回转轴线。 

具体实施方式

下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施方式。 

渐开环面齿轮传动的工作原理和特点： 凸齿轮1与凹齿轮2的齿形线为沿齿轮中间截面S-S对称的一段圆弧。渐开环面齿轮的凸齿轮1的齿形线采用圆弧A，凹齿轮2的齿形线采用圆弧B，圆弧A与圆弧B的半径相等，均为R。沿齿形线方向上，凸齿轮1与凹齿轮2的不同截面采用等基圆半径上的不同渐开线段。凸齿轮1和凹齿轮2的轴线可以在一定范围内实现轴线交错传动，当齿轮轴线发生角度偏转时，可以保证齿轮传动具有良好的线接触而不是点接触。 

渐开环面齿轮传动凸齿轮1与凹齿轮2的不同轴向截面采用等基圆半径上不同渐开线段，其承载能力更高；啮合过程中，轮齿接触线在点接触-线接触-点接触之间变化，避免了传统圆柱齿轮的啮合、啮出冲击，传动更加平稳；当齿轮轴线发生角度偏转时，可以保证具有良好的线接触而不是点接触。 

实施例1：

如图2所示的外啮合渐开环面齿轮传动机构，其传动原理如图1所示，渐开环面齿轮凸齿轮1齿数为Z₁，凹齿轮2齿数为Z₂，两轮具有相同的端面模数m，压力角α，中心距为a；凸齿轮1的端面基圆半径为r_b1，凹齿轮2的端面基圆半径为r_b2；凸齿轮1齿形线圆弧A与凹齿轮2齿形线圆弧B的半径均为R，其圆心O_C在轮齿中截面S-S上。

凸齿轮1和凹齿轮2的端面齿廓为渐开线，轮齿形成线为沿齿轮中间截面对称的一段圆弧。凸齿轮1与凹齿轮2的不同轴向截面采用相同基圆半径上的不同渐开线段，在基圆上，凸齿轮1和凹齿轮2的轮齿沿轮齿形成线方向齿厚不同，凸齿轮1轮齿中间齿形较厚两边齿形较薄，凹齿轮2轮齿中间齿形较薄两边齿形较厚。 

凸齿轮1与凹齿轮2利用平面砂轮按常规展成法进行加工；凸齿轮1加工过程中，砂轮中心沿轴向的轨迹为凸齿轮的轮齿形成线圆弧A，凹齿轮2加工过程中，砂轮中心沿轴向的轨迹为凹齿轮的轮齿形成线圆弧B；凸齿轮1与凹齿轮2的齿廓曲面均为渐开面，齿轮回转轴线的中心距为a，可实现齿面的线接触啮合传动。 

图3为轮齿上接触线的变化过程示意图，以凸齿轮1作主动轮为例进行说明：啮入时，凸齿轮1轮齿上顶点与凹齿轮2根部处于点接触状态，随着凸齿轮1不断啮入C—啮入点，点接触状态变为线接触状态，接触线不断变长，直至全齿接触后接触线不断变短，啮出时凸齿轮1的根部与凹齿轮的顶部也处于点接触状态，D—啮出点，整个齿面为一椭圆形接触区域，E—接触线。这样，在凸齿轮1的轮齿与凹齿轮2的轮齿啮入-啮出过程中，接触状态由点接触-线接触-点接触不断变化，传动更加平稳，可有效减小系统振动与噪声。 

实施例2：

    图5所示的轴线交错的渐开环面齿轮传动机构，其传动原理如图4所示，当凸齿轮1的外圆表面与凹齿轮2外圆表面为一球面时，凸齿轮1(或凹齿轮2)的轴线在发生一定的角度γ偏转依然可实现正常线接触；当凸齿轮1(或凹齿轮2)的回转轴线发生一定的角度γ偏转时，凸齿轮1与凹齿轮2的轴线夹角为γ；凸齿轮1与凹齿轮2利用平面砂轮按常规展成法进行加工；凸齿轮1加工过程中，砂轮中心沿轴向的轨迹为齿轮的轮齿形成线圆弧A，凹齿轮2加工过程中，砂轮中心沿轴向的轨迹为齿轮的轮齿形成线圆弧B；凸齿轮1与凹齿轮2的齿廓曲面均为渐开面，在凸齿轮1与凹齿轮2的轴线发生交错时，沿凸齿轮1齿形线圆弧A与与凹齿轮2齿形线齿面依然满足啮合原理，可以保证齿轮传动具有良好的线接触而不是点接触。

实施例3：

图7所示是内啮合渐开环面齿轮传动机构，其传动原理如图6所示，渐开环面齿轮凸齿轮1齿数为Z₁，凹齿轮2齿数为Z₂，凹齿轮2为内齿轮，两轮具有相同的端面模数m，压力角α，中心距为a；凸齿轮1的端面基圆半径为r_b1，凹齿轮2的端面基圆半径为r_b2；凸齿轮1齿形线圆弧A与凹齿轮2齿形线圆弧B的半径均为R，其圆心在轮齿中截面S-S上。

凸齿轮1与内齿轮2齿轮齿面满足啮合原理，可以实现内啮合传动的要求。 

Claims (4)

1.一种渐开环面齿轮传动机构，其特征是：其包括相互啮合的凸齿轮(1)和凹齿轮(2)，凸齿轮(1)和凹齿轮(2) 均采用以下结构，轮齿形成线沿齿轮中间截面对称的一段圆弧，齿廓为渐开面，不同轴向截面的形状不同，为相同基圆半径上不同的渐开线段。

2.根据权利要求1所述的一种渐开环面齿轮传动机构，其特征是：在基圆上，凸齿轮(1)和凹齿轮(2)沿轮齿形成线方向上的轮齿齿厚不同，凸齿轮(1)轮齿中间齿形厚度比两边齿形厚度厚，凹齿轮(2)轮齿中间齿形厚度比两边齿形厚度薄。

3.根据权利要求1所述的一种渐开环面齿轮传动机构，其特征是：凸齿轮(1)和与其啮合的凹齿轮(2)是直齿轮或者斜齿轮。

4.根据权利要求1所述的渐开环面齿轮传动机构，其特征是：凸齿轮(1)和凹齿轮(2)外啮合或者内啮合。

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