CN103398156A - 一种渐变齿厚式齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种渐变齿厚式齿轮，齿轮的上端面至下端面的齿厚随着每处截面齿轮的变位系数不同而不同，变位系数与齿宽成一定的函数关系，每处截面的齿顶圆与齿根圆也随之变化。其中，变位系数与齿宽成一定的函数关系，以齿轮的下端面作为基准，齿轮任一截面位置齿轮的变位系数计算方法如下：
Figure 755115DEST_PATH_IMAGE002
；式中
Figure 492127DEST_PATH_IMAGE004
——任一截面位置齿轮的变位系数；
Figure 77829DEST_PATH_IMAGE006
——基准齿轮的变位系数；
Figure 507674DEST_PATH_IMAGE008
——常量系数，取值范围-2~+2；h——任一截面距离基准齿轮在齿宽方向的距离（mm）；b——指数，取值范围0<b<2。本发明渐变齿厚式齿轮可以避免回转支承齿轮及配套小齿轮出现早期断齿问题，从而提高回转支承及配套小齿轮的工作性能和使用寿命。

Description

一种渐变齿厚式齿轮
技术领域
本发明属于回转支承及相配套小齿轮的结构设计。
背景技术
回转支承（也称转盘轴承）作为工程机械和建筑机械的重要基础元件，是一切两部分之间需作相对回转、又需要同时承受轴向力、径向力、倾覆力矩的机械所必需的重要传力元件，除为挖掘机、塔吊、汽车吊及各类起重机配套外，还广泛应用于工程机械、轻工机械、港口机械、冶金机械、医疗机械、工业机器人、隧道掘进机、堆取料机、游艺设备、导弹发射架、雷达天线等领域。目前，90%以上的回转支承都采用渐开线直齿轮传动方式，相配套的小齿轮悬臂安装，因此断齿是回转支承及配套小齿轮失效的主要原因。经有关资料分析，造成断齿的主要原因是：在倾覆力矩的作用下，回转支承会产生变形，加上回转支承本身存在游隙，悬臂安装的小齿轮对回转支承的齿轮上部进行挤压造成回转支承早期断齿。据统计，仅挖掘机后市场回转支承的断齿率即达到5%，因此需要对齿轮副进行改进以解决早期断齿问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种新型的回转支承齿轮或配套小齿轮，它可以避免回转支承齿轮及配套小齿轮出现早期断齿问题，从而提高回转支承及配套小齿轮的工作性能和使用寿命。
本发明一种渐变齿厚式齿轮，齿轮的上端面至下端面的齿厚随着每处截面齿轮的变位系数不同而不同，变位系数与齿宽成一定的函数关系，每处截面的齿顶圆与齿根圆也随之变化。
其中，变位系数与齿宽成一定的函数关系，以齿轮的下端面作为基准，齿轮任一截面位置齿轮的变位系数计算方法如下：                                                
Figure 201310297430X100002DEST_PATH_IMAGE001
式中
Figure 201310297430X100002DEST_PATH_IMAGE002
——任一截面位置齿轮的变位系数；
   
Figure 201310297430X100002DEST_PATH_IMAGE003
——基准齿轮的变位系数；
Figure 201310297430X100002DEST_PATH_IMAGE004
——常量系数，取值范围-2~+2；
h——任一截面距离基准齿轮在齿宽方向的距离（mm）；
b——指数，取值范围0<b<2。
本发明齿轮是将回转支承的齿轮或相配套的小齿轮由渐开线直齿变成渐变齿厚式齿轮，即渐变齿厚式齿轮的上端面至下端面之间的齿轮厚度是按一定规律不断变化的，也就是本发明齿轮是由一系列相同模数m、齿数z、压力角α，不同变位系数的渐开线齿轮叠加在一起组成的齿轮（其中，系列齿轮的齿顶圆、齿根圆根据模数、齿数、变位系数可计算得出）。
本发明的有益效果是：（1）悬臂安装的小齿轮由于受到倾覆力矩而产生偏转，小齿轮的上端面与回转支承齿轮的上端面之间产生挤压。本新型齿轮上端面的齿厚较下端面的齿厚（即基准齿轮）小，齿顶圆也小于基准齿轮，减小量抵消偏转值，在回转支承使用早期可避免小齿轮对回转支承齿轮的挤压，有效解决回转支承齿轮及小齿轮的早期断齿问题；（2）在受到倾覆力矩而产生偏转时，新型齿轮与另一齿轮啮合时避免了挤压，接近于两个直齿齿轮正常啮合，因此，渐变齿厚齿轮可有效改善齿轮啮合时小齿轮对回转支承齿轮挤压产生的应力集中，提高齿轮的强度及使用寿命。
附图说明
图1是渐变齿厚式小齿轮的示意图；
图2是渐变齿厚齿轮式回转支承的示意图；
其中，1：回转支承外齿圈；2：滚动体；3：隔离块；4：密封皮；5：回转支承内圈；
图3是当
Figure 201310297430X100002DEST_PATH_IMAGE005
=0、指数b为不同值时，变位系数的变化曲线图。
具体实施方式
从图1、图2可知，本发明一种渐变齿厚式齿轮，齿轮的上端面至下端面的齿厚随着每处截面齿轮的变位系数不同而不同，变位系数与齿宽成一定的函数关系，每处截面的齿顶圆与齿根圆也随之变化。
变位系数与齿宽成一定的函数关系，以齿轮的下端面作为基准，齿轮任一截面位置齿轮的变位系数计算方法如下：
Figure 242843DEST_PATH_IMAGE001
式中
Figure 293975DEST_PATH_IMAGE002
——任一截面位置齿轮的变位系数；
   
Figure 201310297430X100002DEST_PATH_IMAGE006
——基准齿轮的变位系数；
Figure 406157DEST_PATH_IMAGE004
——常量系数，取值范围-2~+2；
h——任一截面距离基准齿轮在齿宽方向的距离；
b——指数，取值范围0<b<2。
其中，齿轮上端面位置的变位系数计算方法如下：
Figure 201310297430X100002DEST_PATH_IMAGE008
式中
Figure 568148DEST_PATH_IMAGE002
1——上端面齿轮的变位系数；
   
Figure 318060DEST_PATH_IMAGE003
——基准齿轮的变位系数；
Figure 602411DEST_PATH_IMAGE004
——常量系数，取值范围-2~+2；
H——全齿宽（mm）；
b——指数，取值范围0<b<2。
例如，齿轮参数为：模数m=10，齿数z=12，全齿宽H=50mm，变位系数x0=+0.5，x=0.5-0.002*h，压力角a=20°的渐变齿厚式小齿轮的结构尺寸计算如下：
分度圆直径d=mz=10*12=120
下端面齿轮的齿顶圆直径da0=m（z+2ha *+2x0）=10*(12+2*1+2*0.5)=150
齿顶圆齿轮的变位系数x1=0.5-0.002*50=0.4
上端面齿轮的齿顶圆直径da1=m（z+2ha *+2x1）=10*(12+2*1+2*0.4)=148
图3是当
Figure 952621DEST_PATH_IMAGE003
=0、指数b为不同值时，变位系数的变化曲线图：即齿轮沿齿宽方向的齿厚变化图，从图3可知，
Figure 980620DEST_PATH_IMAGE003
≠0时变化趋势与=0时一致。
在回转支承的齿轮或相配套的小齿轮组成的齿轮副中，只能有一个齿轮为渐变齿厚式齿轮，另一齿轮为渐开线直齿。小齿轮与回转支承齿轮相比较，加工工艺性更好，成本更低，一般将小齿轮改为渐变齿厚式齿轮性价比更高。本发明的渐变齿厚式齿轮为直齿轮。
渐变齿厚式齿轮的加工可采用以下两种方法实现：1）对于渐变齿厚式小齿轮及回转支承的渐变齿厚式外齿可采用数控滚齿机加工，要求数控滚齿机至少可实现四轴联动，运动分别为刀轴转动、工作台转动、刀轴的上下移动、工作台沿导轨方向前后移动；2）渐变齿厚内齿式回转支承采用四轴联动的数控铣齿机加工。

Claims (2)

1.一种渐变齿厚式齿轮，其特征是：齿轮的上端面至下端面的齿厚随着每处截面齿轮的变位系数不同而不同，变位系数与齿宽成一定的函数关系，每处截面的齿顶圆与齿根圆也随之变化。
2.根据权利要求1所述的渐变齿厚式齿轮，其特征是：变位系数与齿宽成一定的函数关系，以齿轮的下端面作为基准，齿轮任一截面位置齿轮的变位系数计算方法如下：                                                
Figure 656159DEST_PATH_IMAGE002
式中
Figure 495065DEST_PATH_IMAGE004
——任一截面位置齿轮的变位系数；
   
Figure 138536DEST_PATH_IMAGE006
——基准齿轮的变位系数；
——常量系数，取值范围-2~+2；
h——任一截面距离基准齿轮在齿宽方向的距离；
b——指数，取值范围0<b<2。
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