CN103410917A - 一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副，包括蜗杆和斜齿轮，蜗杆的轮齿两侧分别具有蜗杆啮合侧齿廓和蜗杆非啮合侧齿廓，斜齿轮的轮齿两侧分别具有斜齿轮啮合侧齿廓和斜齿轮非啮合侧齿廓，其中，蜗杆的轴向模数为m₁，斜齿轮的端面模数为m₂，蜗杆啮合侧齿廓的压力角为α₁，蜗杆非啮合侧齿廓的压力角为α₂，斜齿轮啮合侧齿廓的压力角为α₃，斜齿轮非啮合侧齿廓的压力角为α₄，满足以下条件：a、α₁＞α₂，α₃＞α₄；b、当m₁＝m₂时，α₁＝α₃，α₂＝α₄；当m₁≠m₂时，m₁cosα₁＝m₂cosα₃，m₁cosα₂＝m₂cosα₄等。本发明能够有效避免斜齿轮的齿根断裂，提高其传动时的抗冲击性能以及承载能力。

Description

一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副

技术领域

本发明涉及一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副，属于斜齿轮蜗杆机械传动技术领域。

背景技术

目前，蜗杆传动因具有传动比大、传动平稳、振动小、噪声低等优点，而被广泛应用。蜗杆传动性能及其质量的优劣最终将影响到机器产品的质量高低，因此，为了满足现代化大生产的需要，要求蜗杆的传动性能不断优化。近年来，在蜗杆斜齿轮的啮合理论、承载能力计算、新型蜗杆传动等各方面，均有很大的发展。蜗杆传动过程中，轮齿的形状不仅会影响到蜗杆传动的运动特性，而且还会影响到蜗杆斜齿轮传动的动力性能。为了适应现代化大生产的发展趋势，人们不断探究新型齿廓齿形，非对称渐开线蜗杆斜齿轮传动机构就是在这种时代背景下产生的。现有技术下，当在传动较大承载力时，斜齿轮的齿根容易折断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副，它能够有效避免斜齿轮的齿根断裂，提高其传动时的抗冲击性能以及承载能力。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副，包括蜗杆和斜齿轮，蜗杆的轮齿两侧分别具有蜗杆啮合侧齿廓和蜗杆非啮合侧齿廓，斜齿轮的轮齿两侧分别具有斜齿轮啮合侧齿廓和斜齿轮非啮合侧齿廓，其中，蜗杆的轴向模数为m₁，斜齿轮的端面模数为m₂，蜗杆啮合侧齿廓的压力角为α₁，蜗杆非啮合侧齿廓的压力角为α₂，斜齿轮啮合侧齿廓的压力角为α₃，斜齿轮非啮合侧齿廓的压力角为α₄，蜗杆啮合侧齿廓的齿顶高系数为

，蜗杆非啮合侧齿廓的齿顶高系数为

蜗杆啮合侧齿廓的顶隙系数为

蜗杆非啮合侧齿廓的顶隙系数为

在蜗杆、斜齿轮两轴夹角Σ＝90°的情况下，为了保证蜗杆斜齿轮能正确啮合，满足以下四个条件：

a、α₁＞α₂，α₃＞α₄；

b、当m₁＝m₂时，α₁＝α₃，α₂＝α₄；当m₁≠m₂时，m₁cosα₁＝m₂cosα₃，m₁cosα₂＝m₂cosα₄；

c、 $h_{\mathrm{ad}}^{*}=h_{\mathrm{ac}}^{*}+c_c^{*}-(1-{\sin \mathrm{\α}}_1)\frac{\frac{{\mathrm{\πm}}_1}{2}-(\tan {\mathrm{\α}}_2+\tan {\mathrm{\α}}_1)(h_{\mathrm{ac}}^{*}{m}_1+c_c^{*}{m}_1)}{\sec {\mathrm{\α}}_2+\sec {\mathrm{\α}}_1-{\tan \mathrm{\α}}_2-\tan {\mathrm{\α}}_1};$

d、 $c_d^{*}=(1-\sin {\mathrm{\α}}_1)\frac{\frac{\mathrm{\π}}{2}-(\tan {\mathrm{\α}}_2+\tan {\mathrm{\α}}_1)(h_{\mathrm{ac}}^{*}+c_c^{*})}{\sec {\mathrm{\α}}_2+\sec {\mathrm{\α}}_1-{\tan \mathrm{\α}}_2-\tan {\mathrm{\α}}_1}.$

进一步，所述的蜗杆由金属制成。

更进一步，所述的斜齿轮由金属或塑料制成。

采用了上述技术方案后，在蜗杆斜齿轮的设计中，增大压力角可提高齿根弯曲疲劳强度，从而提高其承载能力，对于常规对称渐开线蜗杆斜齿轮传动机构，如果同时增大轮齿两侧的压力角，将会导致斜齿轮齿顶变薄，加大斜齿轮断齿的可能性，即斜齿轮轮齿的抗冲击性能将下降，本发明的蜗杆斜齿轮副中，在蜗杆传动时，考虑到轮齿的工作面和非工作面的受力情况不同，轮齿的工作齿面即啮合侧齿廓的压力角比轮齿的非工作齿面即非啮合侧齿廓的压力角大，使蜗杆和斜齿轮轮齿的两侧均产生不对称的齿廓曲面，这样一方面能够提高轮齿的齿根弯曲疲劳强度，增加其承载能力，同时又能保证斜齿轮的齿顶具有一定的宽度，避免轮齿断齿的现象，提高其传动时的抗冲击性能。相对于目前工程上所用的常规等模数对称渐开线蜗杆蜗轮传动机构，本发明具有成本低、效率高、发热少等优点。与现有的渐开线蜗杆斜齿轮传动机构相比，本发明具有承载能力大、寿命长等优点。

附图说明

图1为本发明的蜗杆的结构示意图；

图2为本发明的斜齿轮的结构示意图；

图3为本发明的斜齿轮端面齿形示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1～3所示，一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副，包括蜗杆1和斜齿轮2，蜗杆1的轮齿两侧分别具有蜗杆啮合侧齿廓3和蜗杆非啮合侧齿廓4，斜齿轮2的轮齿两侧分别具有斜齿轮啮合侧齿廓5和斜齿轮非啮合侧齿廓6，其中，蜗杆1的轴向模数为m₁，斜齿轮2的端面模数为m₂，蜗杆啮合侧齿廓3的压力角为α₁，蜗杆非啮合侧齿廓4的压力角为α₂，斜齿轮啮合侧齿廓5的压力角为α₃，斜齿轮非啮合侧齿廓6的压力角为α₄，蜗杆啮合侧齿廓3的齿顶高系数为

蜗杆非啮合侧齿廓4的齿顶高系数为

蜗杆啮合侧齿廓3的顶隙系数为

蜗杆非啮合侧齿廓4的顶隙系数为

在蜗杆1、斜齿轮2两轴夹角Σ＝90°的情况下，为了保证蜗杆斜齿轮能正确啮合，满足以下四个条件：

a、α₁＞α₂，α₃＞α₄；

b、当m₁＝m₂时，α₁＝α₃，α₂＝α₄；当m₁≠m₂时，m₁cosα₁＝m₂cosα₃，m₁cosα₂＝m₂cosα₄；

c、 $h_{\mathrm{ad}}^{*}=h_{\mathrm{ac}}^{*}+c_c^{*}-(1-{\sin \mathrm{\α}}_1)\frac{\frac{{\mathrm{\πm}}_1}{2}-(\tan {\mathrm{\α}}_2+\tan {\mathrm{\α}}_1)(h_{\mathrm{ac}}^{*}{m}_1+c_c^{*}{m}_1)}{\sec {\mathrm{\α}}_2+\sec {\mathrm{\α}}_1-{\tan \mathrm{\α}}_2-\tan {\mathrm{\α}}_1};$

d、 $c_d^{*}=(1-\sin {\mathrm{\α}}_1)\frac{\frac{\mathrm{\π}}{2}-(\tan {\mathrm{\α}}_2+\tan {\mathrm{\α}}_1)(h_{\mathrm{ac}}^{*}+c_c^{*})}{\sec {\mathrm{\α}}_2+\sec {\mathrm{\α}}_1-{\tan \mathrm{\α}}_2-\tan {\mathrm{\α}}_1}.$

蜗杆1由金属制成。斜齿轮2由金属或塑料制成。

本发明的蜗杆斜齿轮的主要参数设计如下：

1）蜗杆1的轴向模数m₁与斜齿轮2的端面模数m₂可以相等（即m₁＝m₂），亦可不相等（即m₁≠m₂），其中m₁、m₂的取值大小根据齿轮手册选取或根据需要自定；

2）蜗杆1轮齿两侧的齿廓不对称，取蜗杆啮合侧齿廓3的压力角为α₁度、取蜗杆非啮合侧齿廓4的压力角为α₂度，并且α₁＞α₂；其中α₁、α₂的取值大小在不影响轮齿抗冲击性能的前提下，可根据用户需要自定；

3）斜齿轮2轮齿两侧的齿廓不对称，取斜齿轮啮合侧齿廓5的压力角为α₃度、取斜齿轮非啮合侧齿廓6的压力角为α₄度，并且α₃＞α₄；其中α₃、α₄的取值大小在不影响轮齿抗冲击性能的前提下，可根据用户需要自定；

4）蜗杆常为金属制，斜齿轮可为金属制，亦可为塑料制，且当斜齿轮为塑料制时，不仅传动平稳、结构紧凑、而且噪音低、并具有自润滑性能。

5）当m₁＝m₂时，α₁＝α₃，α₂＝α₄；

6）当m₁≠m₂时，啮合侧的压力角满足m₁cosα₁＝m₂cosα₃，非啮合侧的压力角满足m₁cosα₂＝m₂cosα₄；

7）取蜗杆的头数、直径系数分别为z₁、q，其中z₁、q的取值可参考齿轮手册，则蜗杆分度圆导程角

度，蜗杆啮合侧基圆导程角γ_bd＝arccos(γcosα₁)度；蜗杆非啮合侧基圆导程角γ_bc＝arccos(cosγcosα₂)度；

8）取蜗杆的分度圆直径d₁＝m₁q毫米，蜗杆啮合侧基圆直径

毫米，蜗杆非啮合侧基圆直径

毫米；

9）取蜗杆啮合侧齿廓的齿顶高系数为

蜗杆非啮合侧齿廓的齿顶高系数为

蜗杆啮合侧齿廓的顶隙系数为

蜗杆非啮合侧齿廓的顶隙系数为

且满足：

$h_{\mathrm{ad}}^{*}=h_{\mathrm{ac}}^{*}+c_c^{*}-(1-{\sin \mathrm{\α}}_1)\frac{\frac{{\mathrm{\πm}}_1}{2}-(\tan {\mathrm{\α}}_2+\tan {\mathrm{\α}}_1)(h_{\mathrm{ac}}^{*}{m}_1+c_c^{*}{m}_1)}{\sec {\mathrm{\α}}_2+\sec {\mathrm{\α}}_1-{\tan \mathrm{\α}}_2-\tan {\mathrm{\α}}_1},$

$c_d^{*}=(1-\sin {\mathrm{\α}}_1)\frac{\frac{\mathrm{\π}}{2}-(\tan {\mathrm{\α}}_2+\tan {\mathrm{\α}}_1)(h_{\mathrm{ac}}^{*}+c_c^{*})}{\sec {\mathrm{\α}}_2+\sec {\mathrm{\α}}_1-{\tan \mathrm{\α}}_2-\tan {\mathrm{\α}}_1},$ 其中 $h_{\mathrm{ac}}^{*},c_c^{*}$ 之值可取 $h_{\mathrm{ac}}^{*}=1.0,$ $c_c^{*}=0.25,$ 也可根据用户需要自定，式中其余各参数意义同前；

10）取d_a1为蜗杆的齿顶圆直径，毫米，式中各参数意义同前；

11）取斜齿轮的齿数为z₂，则斜齿轮齿顶圆直径

毫米，式中各参数意义同前；

本发明的工作原理如下：

在蜗杆斜齿轮的设计中，增大压力角可提高齿根弯曲疲劳强度，从而提高其承载能力，对于常规对称渐开线蜗杆斜齿轮传动机构，如果同时增大轮齿两侧的压力角，将会导致斜齿轮齿顶变薄，加大斜齿轮断齿的可能性，即斜齿轮轮齿的抗冲击性能将下降，本发明的蜗杆斜齿轮副中，在蜗杆传动时，考虑到轮齿的工作面和非工作面的受力情况不同，轮齿的工作齿面即啮合侧齿廓的压力角比轮齿的非工作齿面即非啮合侧齿廓的压力角大，使蜗杆和斜齿轮轮齿的两侧均产生不对称的齿廓曲面，这样一方面能够提高轮齿的齿根弯曲疲劳强度，增加其承载能力，同时又能保证斜齿轮的齿顶具有一定的宽度，避免轮齿断齿的现象，提高其传动时的抗冲击性能。相对于目前工程上所用的常规等模数对称渐开线蜗杆蜗轮传动机构，本发明具有成本低、效率高、发热少等优点。与现有的渐开线蜗杆斜齿轮传动机构相比，本发明具有承载能力大、寿命长等优点。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副，包括蜗杆（1）和斜齿轮（2），其特征在于：蜗杆（1）的轮齿两侧分别具有蜗杆啮合侧齿廓（3）和蜗杆非啮合侧齿廓（4），斜齿轮（2）的轮齿两侧分别具有斜齿轮啮合侧齿廓（5）和斜齿轮非啮合侧齿廓（6），其中，蜗杆（1）的轴向模数为m₁，斜齿轮（2）的端面模数为m₂，蜗杆啮合侧齿廓（3）的压力角为α₁，蜗杆非啮合侧齿廓（4）的压力角为α₂，斜齿轮啮合侧齿廓（5）的压力角为α₃，斜齿轮非啮合侧齿廓（6）的压力角为α₄，蜗杆啮合侧齿廓（3）的齿顶高系数为蜗杆非啮合侧齿廓（4）的齿顶高系数为蜗杆啮合侧齿廓（3）的顶隙系数为

蜗杆非啮合侧齿廓（4）的顶隙系数为

在蜗杆（1）、斜齿轮（2）两轴夹角Σ＝90°的情况下，为了保证蜗杆斜齿轮能正确啮合，满足以下四个条件：

a、α₁＞α₂，α₃＞α₄；

b、当m₁＝m₂时，α₁＝α₃，α₂＝α₄；当m₁≠m₂时，m₁cosα₁＝m₂cosα₃，m₁cosα₂＝m₂cosα₄；

c、 $h_{\mathrm{ad}}^{*}=h_{\mathrm{ac}}^{*}+c_c^{*}-(1-{\sin \mathrm{\α}}_1)\frac{\frac{{\mathrm{\πm}}_1}{2}-(\tan {\mathrm{\α}}_2+\tan {\mathrm{\α}}_1)(h_{\mathrm{ac}}^{*}{m}_1+c_c^{*}{m}_1)}{\sec {\mathrm{\α}}_2+\sec {\mathrm{\α}}_1-{\tan \mathrm{\α}}_2-\tan {\mathrm{\α}}_1};$

d、 $c_d^{*}=(1-\sin {\mathrm{\α}}_1)\frac{\frac{\mathrm{\π}}{2}-(\tan {\mathrm{\α}}_2+\tan {\mathrm{\α}}_1)(h_{\mathrm{ac}}^{*}+c_c^{*})}{\sec {\mathrm{\α}}_2+\sec {\mathrm{\α}}_1-{\tan \mathrm{\α}}_2-\tan {\mathrm{\α}}_1}.$

2.根据权利要求1所述的一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副，其特征在于：所述的蜗杆（1）由金属制成。

3.根据权利要求1或2所述的一种非对称渐开线蜗杆斜齿轮副，其特征在于：所述的斜齿轮（2）由金属或塑料制成。

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