CN103883707B

CN103883707B - 齿轮及齿轮组

Info

Publication number: CN103883707B
Application number: CN201410160545.9A
Authority: CN
Inventors: 潘晓东; 文贵华
Original assignee: Zhuzhou Gear Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Gear Co Ltd
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2034-04-21
Also published as: CN103883707A

Abstract

本发明提供的齿轮，其中各齿的齿廓由齿根面、顶圆柱面和两个齿形面构成，其中各齿形面包括至少三个彼此间光滑连接的齿形部分，第一齿形部分与所述齿根面光滑连接，第三齿形部分与所述顶圆柱面连接，并且各个齿形部分的压力角沿所述齿根面至所述顶圆柱面方向逐渐增大。与啮合齿轮啮合时，除第一齿形部分外的其余齿形部分均与啮合齿轮的齿根面啮合，且与啮合齿轮的齿根面间留有间隙。进入啮合时，齿轮与啮合齿轮之间有啮合间隙，即齿轮与啮合齿轮进入啮合时是软冲击，使得啮合噪音减小。

Description

齿轮及齿轮组

技术领域

本发明涉及一种齿轮。还涉及一种包括上述齿轮的齿轮组。

背景技术

齿轮是依靠齿的啮合传递扭矩的轮状机械零件，已广泛应用于各个工业产品中。现有技术中，齿轮上每个齿的齿廓一般由齿根面、与齿根面每侧光滑连接的一个齿形面，以及与齿形面连接的顶圆柱面构成。齿形面上各个部分的压力角相同，这样，当与啮合齿轮进入啮合时，会因直接接触而产生碰撞，导致啮合噪音较大。

因此，如何解决齿轮啮合时产生的噪音较大的问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种当与啮合齿轮啮合时，减小啮合噪音的齿轮。

本发明的齿轮，其中各齿的齿廓由齿根面、顶圆柱面和两个齿形面构成，其中各齿形面包括至少三个彼此间光滑连接的齿形部分，第一齿形部分与所述齿根面光滑连接，第三齿形部分与所述顶圆柱面连接，并且各个齿形部分的压力角沿所述齿根面至所述顶圆柱面方向逐渐增大。

在一个实施例中，与所述第一齿形部分连接的为第二齿形部分，所述第二齿形部分的压力角比所述第一齿形部分的压力角大0°-8°，所述第三齿形部分的压力角比所述第二齿形部分的压力角大0°-40°。

在一个实施例中，所述第一齿形部分的压力角为15°-30°。

在一个实施例中，所有齿形部分的形状均为渐开线形。

在一个实施例中，所述齿轮为圆柱齿轮。

本发明的齿轮组，包括齿轮及啮合齿轮，其中，所述齿轮为上述中任一项所述的齿轮，与啮合齿轮啮合时，除第一齿形部分外的其余齿形部分均与啮合齿轮的齿根面啮合，且与啮合齿轮的齿根面间留有间隙。

在一个实施例中，所述啮合齿轮的各齿的齿廓由齿根面、顶圆柱面和两个齿形面构成，其中各齿形面包括至少一个齿形部分，第一齿形部分与齿根面光滑连接。

在一个实施例中，所述啮合齿轮的第一齿形部分的压力角与所述齿轮的第一齿形部分的压力角相同。

在一个实施例中，与所述啮合齿轮啮合时，所述齿轮的第二齿形部分和第三齿形部分的连接处与所述啮合齿轮的齿根面之间的间隙为0.015mm-0.01mm，所述齿轮的第三齿形部分和顶圆柱面的连接处与所述啮合齿轮的齿根面之间的间隙为0.025mm-0.02mm。

在一个实施例中，所述啮合齿轮的齿形面的形状为渐开线形。

在一个实施例中，所述啮合齿轮为主动轮，所述齿轮为从动轮。

相对于现有技术，本发明提供的齿轮的每个齿的齿廓由齿根面、顶圆柱面及两个齿形面构成。各齿形面包括至少三个彼此间光滑连接的齿形部分，第一齿形部分与所述齿根面光滑连接，第三齿形部分与所述顶圆柱面连接，并且各个齿形部分的压力角沿所述齿根面至所述顶圆柱面方向逐渐增大。与啮合齿轮啮合时，除第一齿形部分外的其余齿形部分均与啮合齿轮的齿根面啮合，且与啮合齿轮的齿根面间留有间隙。进入啮合时，齿轮与啮合齿轮之间有啮合间隙，即齿轮与啮合齿轮进入啮合时是软冲击，使得啮合噪音减小。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。在图中：

图1为本发明的齿轮的齿的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的齿轮可以为圆柱齿轮，也可以为斜齿轮。由于圆柱齿轮使用较多，此处优先选用圆柱齿轮。

如图1所示，在齿轮上设有多个齿，每个齿的齿廓均由齿根面、顶圆柱面及两个齿形面构成。各个齿形面包括至少三个彼此间光滑连接的齿形部分。这里所述的齿形部分由同一方法加工而成，当为渐开线形时均为渐开线形，为摆线形时均为摆线形。各个齿形面可以有三个齿形部分，也可以有四个或五个齿形部分等。设计齿形部分时，优先选用位于顶圆柱面的两侧的齿形部分关于穿过齿轮的中心线并穿过顶圆柱面的中心点的平面对称，以减少设计步骤和加工时间。与齿根面连接的为第一齿形部分1，与顶圆柱面连接的为第三齿形部分3。

位于顶圆柱面的同一侧的多个齿形部分具有相同的模数和齿数，只有压力角不同。与啮合齿轮啮合时，除齿轮上的第一齿形部分1外的其余齿形部分均与啮合齿轮的齿根面啮合，并且与啮合齿轮的齿根面啮合时留有啮合间隙。这样，进入啮合时，齿轮与啮合齿轮之间有啮合间隙，即齿轮与啮合齿轮啮合时是软冲击，使得啮合噪音减小。另外，齿轮传递动力时，是通过齿轮的第一齿形部分1和啮合齿轮的齿形面间的直接接触来传递的，齿轮上与啮合齿轮的齿根面啮合的齿形部分不对齿轮产生力的传动。因此，齿轮与啮合齿轮传动时不会因齿轮上的齿形部分与啮合齿轮的齿根面间留有间隙而产生晃动。

啮合齿轮的齿根面向内侧有一定的弯曲，因此优先选用齿轮上构成同一齿形面的齿形部分的压力角沿齿根面至顶圆柱面的方向逐渐增大。这样可以减小齿轮的齿形部分与啮合齿轮的齿根面间的间隙，从而增大抗弯曲强度和抗疲劳强度。

选用第一齿形部分1的压力角α1大于或等于15°，小于或等于30°，以方便加工制造第二齿形部分2和第三齿形部分3。选用第二齿形部分2的压力角α2比第一齿形部分1的压力角大0°-8°，第三齿形部分3的压力角比第三齿形部分3的压力角大0°-40°，以进一步提高齿轮的使用寿命。

在一个具体实施例中，齿轮的齿形面由三个齿形部分组成，与第一齿形部分1连接的为第二齿形部分2。如此设置，结构简单，节省加工制造时间和成本。

三个齿形部分可以通过下述方法构造：

1)选取计算参数，

选取齿轮的第一齿形部分1的参数：齿数Z、模数Mn、压力角α1、螺旋角β、根圆直径di、顶圆柱面圆直径dd、第一齿形部分1的分圆法向齿厚Sg1，

选取啮合齿轮参数：齿数Zo、模数Mno、压力角αo、螺旋角βo，其中，啮合齿轮的齿形面由一个压力角相同的齿形部分构成，其压力角αo与齿轮的第一齿形部分1的压力角α1相同，

选取齿轮和啮合齿轮的装配中心距W，

根据齿轮上第二齿形部分2和第三齿形部分3的连接线与啮合齿轮的齿根圆之间的间隙大小和／或抗弯曲强度和／或抗疲劳强度选取第二齿形部分2压力角α2，

根据第三齿形部分3和顶圆柱面的连接线与啮合齿轮的齿根圆之间的间隙大小和／或抗弯曲强度和／或抗疲劳强度选取第三齿形部分3的压力角α3，

2)计算齿轮上第一齿形部分1与齿根面连接处的直径da、齿轮上第一齿形部分1与第二齿形部分2连接处的直径db，以及第二齿形部分2与第三齿形部分3连接处的直径dc，

选取啮合齿轮上与齿轮的第一齿形部分1啮合且距离啮合齿轮的中心线最远的啮合点的直径df，

ρf=0.5×sqr(df×df-do×do)啮合齿轮在直径df处的曲率半径，

ρb=(L1-ρf／(sinδ))×(sinδ)齿轮的第一齿形部分1和第二齿形部分2的连接线处的曲率半径，

da=di，

db=sqr(dα1×dα1+4×ρb×ρb)，

dc=db+(dd-db)／2，

3)求出第二齿形部分2分圆法向齿厚Sg2和第三齿形部分3的分圆法向齿厚Sg3，

Sg3=dg×(Sgc／dc+(invα3c)-(invα3s))×(cosβ)。

啮合齿轮的每个齿的齿廓由齿根面、顶圆柱面及两个齿形面构成。每个齿形面可以由多个压力角不同的齿形部分构成，也可以由一个压力角相同的齿形部分构成。设计齿轮的齿形时，优先选用啮合齿轮的齿形面由一个压力角相同的齿形部分构成，以方便通过啮合齿轮设计齿轮的齿形面。当与齿轮啮合传递动力时，优先选用啮合齿轮的齿形面由压力角不相同的齿形部分构成，以增加抗弯曲强度和抗疲劳强度。

由于渐开线形的齿形面使用最多，因此优先选用齿轮上所有的齿形部分的形状均为渐开线形。此时，选用啮合齿轮的齿形面也为渐开线形，以能够与齿轮啮合，从而传递动力。

当齿轮与啮合齿轮啮合时，优先选用齿轮上的第二齿形部分2和第三齿形部分3的连接处与啮合齿轮的齿根面之间的间隙约为0.002Mn，即0.015mm-0.01mm，第三齿形部分3和顶圆柱面的连接处与啮合齿轮的齿根面之间的间隙约为0.0035Mn，即0.025mm-0.02mm。这样，在受载或超载的工况下，齿轮发生微量变形使齿轮的第二齿形部分2和第三齿形部分3与啮合齿轮的齿根面间的啮合间隙减小，从而支撑负载，进而提高了产品的抗弯曲强度和抗疲劳强度。

当利用齿轮传动动力时，优先选用啮合齿轮为主动轮，齿轮为从动轮，以提高动力的传动效率。

下面以具体实施例介绍三个齿形部分的构造步骤：

1)选取计算参数，

选取齿轮的第一齿形部分1的参数：齿数Z=27、模数Mn=6.4、压力角α1=22°、螺旋角β=14°44'32”、根圆直径di=154.245、顶圆柱面圆直径dd=186、第一齿形部分1的分圆法向齿厚Sg1=7.404，

选取啮合齿轮参数：齿数Zo=35、模数Mno=6.4、压力角αo=22°、螺旋角βo=4°44'32”，

选取齿轮和啮合齿轮的装配中心距W=193，

根据齿轮上第二齿形部分2和第三齿形部分3的连接线与啮合齿轮的齿根圆之间的间隙大小及抗弯曲强度及抗疲劳强度选取第二齿形部分2压力角α2=22°29′10″，

根据第三齿形部分3和顶圆柱面的连接线与啮合齿轮的齿根圆之间的间隙大小或抗弯曲强度或抗疲劳强度选取第三齿形部分3的压力角α3=23°41′10″，

dα1=Z×Mn／cos(β)×cos(arctan(tanα1／cos(β)))=164.8721，

dα2=Z×Mn／cos(β)×cos(arctan(tanα2／cos(β)))=164.267581，

dα3=Z×Mn／cos(β)×cos(arctan(tanα3／cos(β)))=162.7233338，

do=Zo×Mno／cos(βo)×cos(arctan(tanαo／cos(βo)))=213.72315，

dgo=Zo×Mno／cos(βo)=231.625，

dg=Z×Mn／cos(β)=178.6821，

α1s=arctan(tanα1／cosβ)=arctan(tan22／cos14°44’32”)=22°40’27”，

η=arccos((dg+dgo)×(cosα1s)／(2×W))=arccos((178.6821+231.625)×cos22°40’27”／(2×193)=11°14’27”，

δ=arccos((cosα1)×(sinβ))=arccos(cos22°×sin14°44’32”)=76.35289623°，

β1=arcsin(cosδ／cosη)=arcsin(cos76.35289623°／cos11°14’27”)=13.91934675°，

d1=dg×(tanβ1)／(tanβ)=178.6821×tan13.91934675／tan14°44’32”=168.2928599，

d1o=dgo×(tanβ1)／(tanβo)=231.625×tan13.91934675／tan14°44’32”=218.1574633，

L1=(sqr(d1×d1-dα1×dα1))／(2×sinδ)+(sqr(d1o×d1o-dα2×dα2))／(2×sinδ)=39.88655，

选取df=213.748，

ρf=0.5×sqr(df×df-do×do)=0.5×sqr(213.748×213.748-213.72315×213.72315)=1.6296，

ρb=(L1-ρf／(sinδ))×(sinδ)=(39.88655-1.6296／sin76.35289623°)×sin76.35289623°=37.130847，

da=di=154.245，

db=sqr(dα1×dα1+4×ρb×ρb)=sqr(164.8721×164.8721+4×37.130847×37.130847)=180.82，

dc=db+(dd-db)／2=180.82+(186-180.82)=183.41，

α1s=arctan(tan(α1)／cosβ)=arctan(tan22°／cos14°44’32”)=22.67416308°，

α1b=arc(cos(dα1／db))=arccos(164.8721／180.82)=24.24437731°，

Sgb=db×(Sg1／(dg1×cosβ)+(invα1s)-(invα1b))=180.82×(7.404／(178.6821×cos14°44’32”)+(inv22.67416308°)-(inv24.24437731°))=6.8138，

α2s=arctan(tan(α2)／cosβ)=arctan(tan(22°29′10″)／cos14°44’32”)=23.17188332°，

α2b=arc(cos(dα2／db))=arccos(164.267581／180.82)=24.70672344°，

Sg2=dg×(Sgb／db+(invα2b)-(invα2s))×(cosβ)=178.6821×(6.8138／180.82+inv24.70672344°inv23.17188332°)×cos14°44'32”=7.42448，

α2c=arc(cos(dα2／dc))=arcos(164.267581／183.41)=26.41047561°，

Sgc=dc×(Sg2／(dg×cosβ)+(invα2s)-(invα2c))=183.41×(7.42448／(178.6821×cos14°44’32”)+(inv23.17188332°)-(inv26.41047561°))=5.663227944，

α3s=arctan(tan(α3)／cosβ)=arctan(tan(23°41′10″)／cos14°44'32”)=24.37038486°，

α3c=arc(cos(dα3／db))=arccos(162.7233338／183.41)=27.47517626°，

Sg3=dg×(Sgc／dc+(invα3c)-(invα3s))×(cosβ)=178.6821×(5.663227944／183.41+inv27.47517626°-inv24.37038486°=7.552754493。

由上可以得到形成第一齿形部分1、第二齿形部分2及第三齿形部分3的相关参数值：

第一齿形部分1参数Z=27、Mn=6.4、α1=22°、β=14°44'32”、Sg1=7.404、db=180.82、da=154.245；

第二齿形部分2参数Z=27、Mn=6.4、α2=22°29′10″、β=14°44'32”、Sg2=7.42448、db=180.82、dc=183.41；

第三齿形部分3参数Z=27、Mn=6.4、α3=23°41′10″、β=14°44'32”、Sg3=7.552754493、dc=183.41、dd=186。

有了上述三个齿形部分后，先利用滚刀去除齿轮的余量，再依据渐开线原理及渐开线方程式确定剃齿刀的加工路径，加工该齿轮的齿廓。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种齿轮，其中各齿的齿廓由齿根面、顶圆柱面和两个齿形面构成，其中各齿形面包括至少三个彼此间光滑连接的齿形部分，第一齿形部分与所述齿根面光滑连接，第三齿形部分与所述顶圆柱面连接，并且各个齿形部分的压力角沿所述齿根面至所述顶圆柱面方向逐渐增大；

其中，与所述第一齿形部分连接的为第二齿形部分，所述第二齿形部分的压力角比所述第一齿形部分的压力角大0°-8°，所述第三齿形部分的压力角比所述第二齿形部分的压力角大0°-40°。

2.根据权利要求1所述的齿轮，其特征在于，所述第一齿形部分的压力角为15°-30°。

3.根据权利要求1所述的齿轮，其特征在于，所有齿形部分的形状均为渐开线形。

4.根据上述权利要求中任一项所述的齿轮，其特征在于，所述齿轮为圆柱齿轮。

5.一种齿轮组，包括齿轮及啮合齿轮，其中，所述齿轮为权利要求1-4中任一项所述的齿轮，与啮合齿轮啮合时，除第一齿形部分外的其余齿形部分均与啮合齿轮的齿根面啮合，且与啮合齿轮的齿根面间留有间隙。

6.根据权利要求5所述的齿轮组，其特征在于，所述啮合齿轮的各齿的齿廓由齿根面、顶圆柱面和两个齿形面构成，其中各齿形面包括至少一个齿形部分，第一齿形部分与齿根面光滑连接。

7.根据权利要求5所述的齿轮组，其特征在于，所述啮合齿轮的第一齿形部分的压力角与所述齿轮的第一齿形部分的压力角相同。

8.根据权利要求5所述的齿轮组，其特征在于，与所述啮合齿轮啮合时，所述齿轮的第二齿形部分和第三齿形部分的连接处与所述啮合齿轮的齿根面之间的间隙为0.015mm-0.01mm，所述齿轮的第三齿形部分和顶圆柱面的连接处与所述啮合齿轮的齿根面之间的间隙为0.025mm-0.02mm。

9.根据权利要求5所述的齿轮组，其特征在于，所述啮合齿轮的齿形面的形状为渐开线形。

10.根据权利要求5-9中任一项所述的齿轮组，其特征在于，所述啮合齿轮为主动轮，所述齿轮为从动轮。