CN103851156A - 一种齿轮副及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种齿轮副及其设计方法,包括相互配合的主、从动齿轮,所述主动齿轮螺旋角为β1,所述从动齿轮螺旋角为β,所述主、从动螺旋齿轮的螺旋角之间具有特定关系,当主动齿轮左右齿面修形偏转方向相同或相反时,所述螺旋线修形参数会按照特定公式进行调整。本发明的有益效果在于:通过改变主动齿轮的螺旋角值,使螺旋线最大偏转角侧磨齿修形量减小,从而避免磨齿凸台和层深不足的出现。

Description

一种齿轮副及其设计方法
技术领域
本发明涉及一种齿轮副及其设计方法,尤其适用于偏载严重悬臂安装结构的渐开线圆柱齿轮副。
背景技术
随着现代工业的发展及数学理论的推动,齿轮传动系统正在向高速重载小体积低重量发展,特别的在机车牵引齿轮设计或其他领域经常要使用到齿轮悬臂安装啮合的结构,为提高齿轮的传动质量及可靠性,减小啮合偏载使齿向均匀接触,这种结构通常需要齿向螺旋线修形,尤其是修形量较大时,容易造成磨齿凸台及齿面层深不足等缺陷,降低了齿轮使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种齿轮副,能够减小齿轮的磨齿螺旋线修形量,从而避免由修形量大而产生凸台及齿面层深不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种齿轮副,包括相互配合的主、从动齿轮,其特征在于:所述主动齿轮螺旋角与从动齿轮螺旋角满足下式:
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE001
                      (Ⅰ)
式(Ⅰ)中:
β1为主动齿轮螺旋角;
β为从动齿轮螺旋角;
α1为主动齿轮左齿面螺旋线修形偏转角;
α2为主动齿轮右齿面螺旋线修形偏转角;
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE003
中数值较大者的角度方向与齿轮旋向相同时,β1>β,式中第一个“±”号取“+”;
Figure 32338DEST_PATH_IMAGE003
Figure 547345DEST_PATH_IMAGE005
中数值较大者的角度方向与齿轮旋向相反时,β1<β,式中第一个“±”号取“-”;
Figure 256675DEST_PATH_IMAGE003
Figure 394264DEST_PATH_IMAGE005
角度方向相同时, 式中第二个“±”号取“+”;
Figure 276769DEST_PATH_IMAGE003
Figure 566936DEST_PATH_IMAGE005
角度方向相反时, 式中第二个“±”号取“-”。
所述
Figure 696435DEST_PATH_IMAGE003
Figure 134370DEST_PATH_IMAGE005
分别按以下公式确定:
Figure 492670DEST_PATH_IMAGE006
                            (Ⅱ)
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE007
;                   (Ⅲ)
式(Ⅱ)、(Ⅲ)中:
H为主动齿轮左齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距;
I为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距;
J为主动齿轮右齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距;
K为主动齿轮右齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距;
b为主动齿轮的齿面齿宽。
所述的
Figure 89873DEST_PATH_IMAGE003
Figure 203323DEST_PATH_IMAGE005
角度方向相同时,对螺旋线修形的各项参数调整为:
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE008
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE009
,其它参数H、K不变;
式中:
I1为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量;
J1为主动齿轮右齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距的修形量。
所述的
Figure 440138DEST_PATH_IMAGE003
角度方向相反时,对螺旋线修形的各项参数调整为:
Figure 663626DEST_PATH_IMAGE010
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE011
,其它参数H、J不变;
式中:
I1为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量;
K1为主动齿轮右齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量。
上述齿轮副的设计方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一,确定β1、β、
Figure 72610DEST_PATH_IMAGE003
步骤;
其中,所述主动齿轮螺旋角与从动齿轮螺旋角满足下式:
Figure 700087DEST_PATH_IMAGE012
                            (Ⅰ)
式(Ⅰ)中
β1为主动齿轮螺旋角;
β为从动齿轮螺旋角;
α1为主动齿轮左齿面螺旋线偏转角;
α2为主动齿轮右齿面螺旋线偏转角;
Figure 819353DEST_PATH_IMAGE003
中数值较大者的角度方向与齿轮旋向相同时,β1>β,式中第一个“±”号取“+”;
Figure 605452DEST_PATH_IMAGE005
中数值较大者的角度方向与齿轮旋向相反时,β1<β,式中第一个“±”号取“-”;
Figure 94071DEST_PATH_IMAGE003
Figure 392328DEST_PATH_IMAGE005
角度方向相同时, 式中第二个“±”号取“+”;
Figure 966398DEST_PATH_IMAGE003
Figure 336200DEST_PATH_IMAGE005
角度方向相反时, 式中第二个“±”号取“-”。
其中,所述
Figure 164478DEST_PATH_IMAGE003
分别按以下公式确定:
Figure 881953DEST_PATH_IMAGE006
                           (Ⅱ)
Figure 993129DEST_PATH_IMAGE007
                           (Ⅲ);
式(Ⅱ)、(Ⅲ)中
H为主动齿轮左齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距;
I为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距;
J为主动齿轮右齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距;
K为主动齿轮右齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距;
b为主动齿轮的齿面齿宽;
步骤二,对螺旋线修形的各项参数调整步骤;
当所述的
Figure 3810DEST_PATH_IMAGE003
Figure 158717DEST_PATH_IMAGE005
角度方向相同时,对螺旋线修形的各项参数调整为:
Figure 192532DEST_PATH_IMAGE008
Figure 91087DEST_PATH_IMAGE009
,其它参数H、K不变;
式中
I1为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量;
J1为主动齿轮右齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距的修形量。
当所述的角度方向相反时,对螺旋线修形的各项参数调整为:
Figure 52909DEST_PATH_IMAGE011
,其它参数H、J不变;
式中
I1为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量;
K1为主动齿轮右齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量。
本发明的有益效果在于:采用本发明提供的齿轮副,通过改变主动齿轮的螺旋角值,使螺旋线最大偏转角侧磨齿修形量减小
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE013
 (其中
Figure 156957DEST_PATH_IMAGE014
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE015
角度方向相同为正,相反为负),从而避免磨齿凸台和层深不足的出现。
附图说明
以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是主动齿轮
Figure 404399DEST_PATH_IMAGE003
角度方向相同的修形示意图;
图2是主动齿轮
Figure 653164DEST_PATH_IMAGE003
Figure 679894DEST_PATH_IMAGE005
角度方向相反的修形示意图。
具体实施方式
    下面结合图1和图2对本发明进一步说明,本发明的步骤为:
a、首先根据传统方法确定主、从动齿轮配对基本参数,如:模数m,齿宽b、主动齿轮齿数Z1、从动齿轮齿数Z2、压力角α,螺旋角β;
b、根据载荷情况及结构布置,通过齿轮专业分析软件(如ROMAX)或轴的扭转弯曲公式计算出主动齿轮所需的螺旋线修形量H、I、J、K及鼓形量δ,其中H为主动齿轮的左齿面3齿宽下端面2与原始齿形的偏距;I为主动齿轮的左齿面3齿宽上端面1与原始齿形的偏距;J为主动齿轮的右齿面4齿宽下端面2与原始齿形的偏距;K为主动齿轮的右齿面4齿宽上端面2与原始齿形的偏距;
c、计算主动齿轮螺旋角
Figure 98237DEST_PATH_IMAGE016
;式中第一个正负号当
Figure 577629DEST_PATH_IMAGE014
Figure 434727DEST_PATH_IMAGE015
中数值较大者的角度方向与齿轮旋向相同为正,旋向相反时为负;第二个正负号当
Figure 66696DEST_PATH_IMAGE014
Figure 905208DEST_PATH_IMAGE015
角度方向相同为正,旋向相反时为负,
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE017
Figure 888208DEST_PATH_IMAGE018
分别为主动齿轮左右齿面螺旋线修形偏转角,且
Figure 470368DEST_PATH_IMAGE006
Figure 956844DEST_PATH_IMAGE007
d、当
Figure 231836DEST_PATH_IMAGE003
Figure 498869DEST_PATH_IMAGE005
角度方向相同时,螺旋线修形参数调整为:
Figure 822403DEST_PATH_IMAGE008
Figure 163386DEST_PATH_IMAGE009
Figure 615139DEST_PATH_IMAGE020
Figure 307152DEST_PATH_IMAGE003
Figure 44163DEST_PATH_IMAGE005
角度方向相反时,螺旋线修形参数调整为:
Figure 754499DEST_PATH_IMAGE019
Figure 122027DEST_PATH_IMAGE010
Figure 285024DEST_PATH_IMAGE021
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE022
e、最后主动齿轮螺旋角设置为β1,从动齿轮螺旋角为β,修形参数改为H1、I1、J1、K1,其余基本参数(m、b、Z1、Z2、α、δ)不变。
采用本发明提供的设计方法,通过改变主动齿轮的螺旋角值,使螺旋线最大偏转角侧磨齿修形量减小(式中
Figure 593831DEST_PATH_IMAGE003
角度方向相同为正,相反为负),从而避免磨齿凸台和层深不足的出现。
例1:某主、从动齿轮原始设计基本参数为:模数m=8,齿宽b=136、齿数主动齿轮Z1=23、从动齿轮Z2=120,压力角α=20°,螺旋角β=8°(右旋)。通过齿轮专业分析软件ROMAX计算出齿轮修形量为:H=0.02mm、I=0.35mm、J=0.28mm、K=0.05mm、鼓形量δ=0.04mm,且齿轮最大偏转角方向与齿轮旋向相同,左右齿面偏转角方向相同(均为右旋,参照图1)。
根据步骤c中公式:
Figure 595602DEST_PATH_IMAGE023
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE024
Figure 923684DEST_PATH_IMAGE025
=8+(0.138+0.096)/2=8.117°
根据步骤d中公式:
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE026
Figure 319209DEST_PATH_IMAGE029
因此修改主动齿轮设计参数为:模数m=8,齿宽b=136、齿数Z1=23,压力角α=20°,螺旋角
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE030
,修形参数H1 =0.02mm、I1=0.07mm、J1=0mm、K1=0.05mm、鼓形量δ=0.04mm;从动齿轮参数不变仍为:模数m=8,齿宽b=136、齿数Z2=120,压力角α=20°,螺旋角β=8°。如此,通过修改主动齿轮螺旋角使主从动齿轮螺旋角大小不同,将最大修形量I=0.35mm降为I1=0.07mm,从而有效避免磨齿凸台和层深不足的出现。
例2:某主、从动齿轮原始设计基本参数为:模数m=9,齿宽b=150、齿数主动齿轮Z1=18、从动齿轮Z2=107,压力角α=20°,螺旋角β=12°(左旋)。通过齿轮专业分析软件ROMAX计算出齿轮修形量为:H=0.01mm、I=0.38mm、J=0.02mm、K=0.1mm、鼓形量δ=0.03mm,且齿轮最大偏转角方向与齿轮旋向相反,左右齿面偏转角方向也相反(左齿面右旋、右齿面左旋,参照图2)。
根据步骤c中公式:
=12-(0.138-0.03)/2=11.946°
根据步骤e中公式:
Figure 2012105140790100002DEST_PATH_IMAGE034
Figure 206634DEST_PATH_IMAGE035
Figure DEST_PATH_IMAGE036
Figure 86866DEST_PATH_IMAGE037
因此修改主动齿轮设计参数为:模数m=9,齿宽b=150、齿数Z1=18,压力角α=20°,螺旋角,修形参数H1 =0.01mm、I1=0.235mm、J1=0.02mm、K1=0.245mm、鼓形量δ=0.03mm;从动齿轮参数不变仍为:模数m=9,齿宽b=150、齿数Z2=107,压力角α=20°,螺旋角β=12°。如此,通过修改主动齿轮螺旋角使主从动齿轮螺旋角大小不同,将最大修形量I=0.38mm降为I1=0.235mm,从而有效避免磨齿凸台和层深不足的出现。
需要强调的是,以上是本发明的较佳实施例而已,并非对本体在外观上作任何形式的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种齿轮副,包括相互配合的主、从动齿轮,其特征在于:所述主动齿轮螺旋角与从动齿轮螺旋角满足下式:
Figure 2012105140790100001DEST_PATH_IMAGE002
                            (Ⅰ)
式(Ⅰ)中
β1为主动齿轮螺旋角;
β为从动齿轮螺旋角;
α1为主动齿轮左齿面螺旋线修形偏转角;
α2为主动齿轮右齿面螺旋线修形偏转角;
Figure 2012105140790100001DEST_PATH_IMAGE006
中数值较大者的角度方向与齿轮旋向相同时,β1>β,式中第一个“±”号取“+”;
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
中数值较大者的角度方向与齿轮旋向相反时,β1<β,式中第一个“±”号取“-”;
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
角度方向相同时, 式中第二个“±”号取“+”;
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAA
角度方向相反时, 式中第二个“±”号取“-”。
2.根据权利要求1所述的齿轮副,其特征在于:所述
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAA
分别按以下公式确定:
Figure 2012105140790100001DEST_PATH_IMAGE010
                            (Ⅱ)
                           (Ⅲ);
式(Ⅱ)、(Ⅲ)中
H为主动齿轮左齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距;
I为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距;
J为主动齿轮右齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距;
K为主动齿轮右齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距;
b为主动齿轮的齿面齿宽。
3.根据权利要求2所述的齿轮副,其特征在于:所述的
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAA
角度方向相同时,对螺旋线修形的各项参数调整为:
Figure 2012105140790100001DEST_PATH_IMAGE014
Figure 2012105140790100001DEST_PATH_IMAGE016
,其它参数H、K不变;
式中
I1为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量;
J1为主动齿轮右齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距的修形量。
4.根据权利要求2所述的齿轮副,其特征在于:所述的
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAA
角度方向相反时,对螺旋线修形的各项参数调整为:
Figure 2012105140790100001DEST_PATH_IMAGE018
Figure 2012105140790100001DEST_PATH_IMAGE020
,其它参数H、J不变;
式中
I1为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量;
K1为主动齿轮右齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量。
5.根据权利要求1所述的齿轮副的设计方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一,确定β1、β、
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAA
步骤;
其中,所述主动齿轮螺旋角与从动齿轮螺旋角满足下式:
Figure 2012105140790100001DEST_PATH_IMAGE021
                            (Ⅰ)
式(Ⅰ)中
β1为主动齿轮螺旋角;
β为从动齿轮螺旋角;
α1为主动齿轮左齿面螺旋线偏转角;
α2为主动齿轮右齿面螺旋线偏转角;
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAA
中数值较大者的角度方向与齿轮旋向相同时,β1>β,式中第一个“±”号取“+”;
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAA
中数值较大者的角度方向与齿轮旋向相反时,β1<β,式中第一个“±”号取“-”;
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAA
角度方向相同时, 式中第二个“±”号取“+”;
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAAA
角度方向相反时, 式中第二个“±”号取“-”。
6.其中,所述
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAAAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAA
分别按以下公式确定:
Figure 727764DEST_PATH_IMAGE010
                           (Ⅱ)
Figure 644905DEST_PATH_IMAGE012
                           (Ⅲ);
式(Ⅱ)、(Ⅲ)中
H为主动齿轮左齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距;
I为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距;
J为主动齿轮右齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距;
K为主动齿轮右齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距;
b为主动齿轮的齿面齿宽;
步骤二,对螺旋线修形的各项参数调整步骤;
当所述的
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAAA
角度方向相同时,对螺旋线修形的各项参数调整为:
Figure 679769DEST_PATH_IMAGE014
Figure 261929DEST_PATH_IMAGE016
,其它参数H、K不变;
式中
I1为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量;
J1为主动齿轮右齿面齿宽下端面与原始齿形的偏距的修形量。
7.当所述的
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAAAAAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAAAA
角度方向相反时,对螺旋线修形的各项参数调整为:
Figure 138618DEST_PATH_IMAGE018
Figure 148031DEST_PATH_IMAGE020
,其它参数H、J不变;
式中
I1为主动齿轮左齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量;
K1为主动齿轮右齿面齿宽上端面与原始齿形的偏距的修形量。
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