CN104204617B - 齿轮机构和齿轮机构的制造方法 - Google Patents

Abstract

在包括其中齿线相对于轴向方向扭曲预定角度的齿轮的齿轮机构中，在所述齿轮的啮合平面上，沿着位于接触线不与节圆相交的啮合位置处的接触线的曲率半径形成为大于沿着位于接触线与节圆相交的啮合位置处的接触线的曲率半径。

Description

齿轮机构和齿轮机构的制造方法

发明背景

技术领域

本发明涉及一种通过齿的相互啮合来传输动力的齿轮机构。更具体地，本发明涉及一种设有齿轮的齿轮机构，在所述齿轮中，齿线相对于轴向方向以预定角度扭曲，并且本发明涉及一种这种齿轮机构的制造方法。

背景技术

在各种机器中使用齿轮机构来改变所传输的动力的转动轴线的转动方向，或改变动力的转速，或改变转矩。齿轮机构通过齿的相互啮合来传输动力，所以当一个齿轮的齿与另一个齿轮的齿啮合时或当在啮合位置改变的同时传输动力时，不可避免地最终发生由于齿之间的滑移或接触所导致的动力损失或振动和噪音。

日本专利申请公报No.2008-275060(JP 2008-275060 A)说明了一种齿轮，所述齿轮已经经受了沿着齿面的啮合接触线的方向的鼓形修整处理(crowning processing)和对齿顶和齿根的鼓形修整处理，以校正齿廓和齿线二者，从而在传输转矩时抑制通过啮合产生噪音。通过以这种方式形成齿面，即使当传输转矩时转矩中有波动，也能够抑制振动的极端振动力中的波动。结果，能够抑制产生由啮合导致的噪音。

同样，日本专利申请公报No.2003-184995(JP 2003-184995 A)说明了一种齿轮，所述齿轮形成为使得节圆附近的曲率半径或更具体地在与转动轴线垂直的平面上的齿廓的曲率半径小于在典型的基准齿廓的齿顶侧和齿根侧上的曲率半径，并且形成沿着齿宽方向延伸贯通的空间，以便抑制与蜗轮啮合的齿轮由于齿隙而产生噪音。因此，就JP 2003-184995 A中所述的齿轮而言，齿面由于作用在齿面上的载荷而弹性地变形，所以齿轮的齿能够在弹性地变形的同时与蜗轮的齿啮合。因此，可以减小齿轮的齿隙大小，这使得能够抑制产生由啮合导致的噪音。而且，使节圆附近的曲率半径小于齿顶和齿根的曲率半径能够使蜗轮和齿轮之间的接触区域尽可能靠近节圆，所以能够抑制由于啮合而导致的齿的磨损。

然而，因为齿轮在改变接触位置的同时转动并传输动力，所以在齿面的接触位置处固有地出现滑移。这种滑移导致摩擦损失，所述摩擦损失会导致动力传输效率降低或破坏齿面。因此，如在日本专利申请公报No.2011-122617(JP 2011-122617 A)中所述的那样，接触部分通常用诸如油的润滑剂润滑。即，典型的齿轮构造成通过对齿轮的接触部分进行润滑而在接触面上形成润滑膜，来抑制动力传输效率和由于接触面的摩擦系数降低所导致的摩擦损失的降低。

如在日本专利申请公报No.2008-275060(JP 2008-275060 A)中所述的那样，执行沿着齿的啮合接触线的方向的鼓形修整处理使得能够抑制当齿轮啮合时齿轮之间的接触变成局部接触，并且结果能够抑制产生由于啮合而导致的噪音。然而，接触线处的曲率半径由于鼓形修整处理而减小，所以与曲率半径成反比的赫兹压力会最终增大。同样，如在JP2003-184995 A中所述的那样，当节圆附近的曲率半径也减小时，赫兹压力也会最终增大，正如JP 2008-275060 A中所述的齿轮那样。

发明内容

因而，本发明提供齿轮机构和齿轮机构的制造方法，所述齿轮机构和齿轮机构的制造方法能够抑制或防止由于齿面之间的滑移所导致的摩擦损失增大。

本发明的第一方面涉及一种齿轮机构，所述齿轮机构包括：齿轮，在所述齿轮中，齿线相对于轴向方向以预定角度扭曲，在所述齿轮的啮合平面上，沿着位于接触线不与节圆相交的啮合位置处的第一接触线的第一曲率半径大于沿着位于接触线与节圆相交的啮合位置处的第二接触线的第二曲率半径。

在根据第一方面的齿轮机构中，所述齿轮机构可以包括与所述齿轮啮合的另一个齿轮。所述第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一个可以包括相对曲率半径，所述相对曲率半径基于沿着所述齿轮的接触线的所述第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一个和沿着所述另一个齿轮的接触线的曲率半径计算。

在根据第一方面的齿轮机构中，第三曲率半径可以大于第四曲率半径。所述第三曲率半径可以是沿着位于一啮合位置处的第三接触线的曲率半径，在该啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比大于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。所述第四曲率半径可以是沿着位于一啮合位置处的第四接触线的曲率半径，在该啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比小于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。

在根据第一方面的齿轮机构中，可以基于所述齿轮的齿面的状态设定所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。

在上述齿轮机构中，当所述齿轮的齿面的表面结构或表面粗糙度较好时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比可以较大，并且当所述齿轮的齿面的表面结构和表面粗糙度较差时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比可以较小。

上述齿轮机构还可以包括与所述齿轮啮合的另一个齿轮，并且所述第一曲率半径、第二曲率半径、第三曲率半径和第四曲率半径中的至少一个可以包括相对曲率半径，所述相对曲率半径基于沿着所述齿轮的接触线的所述第一曲率半径、第二曲率半径、第三曲率半径和第四曲率半径中的至少一个和沿着所述另一个齿轮的接触线的曲率半径计算。

本发明的第二方面涉及一种齿轮机构的制造方法，所述齿轮机构包括齿轮，在所述齿轮中，齿线相对于轴向方向以预定角度扭曲。所述制造方法包括通过锻造形成所述齿轮，在所述齿轮中，在所述齿轮的啮合平面上，沿着位于接触线不与节圆相交的啮合位置处的第一接触线的第一曲率半径大于沿着位于接触线与节圆相交的啮合位置处的第二接触线的第二曲率半径。

在根据第二方面的制造方法中，所述齿轮机构可以包括与所述齿轮啮合的另一个齿轮，并且所述第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一个可以包括相对曲率半径，所述相对曲率半径基于沿着所述齿轮的接触线的所述第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一个和沿着所述另一个齿轮的接触线的曲率半径计算。

在根据第二方面的制造方法中，第三曲率半径可以形成为大于第四曲率半径。所述第三曲率半径可以是沿着位于一啮合位置处的第三接触线的曲率半径，在该啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比大于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。所述第四曲率半径可以是沿着位于一啮合位置处的第四接触线的曲率半径，在该啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比小于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。

在上述制造方法中，可以基于所述齿轮的齿面的状态设定所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。

在上述制造方法中，当所述齿轮的齿面的表面结构或表面粗糙度较好时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比可以设定为较大，并且当所述齿轮的齿面的表面结构或表面粗糙度较差时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比可以设定为较小。

在上述制造方法中，所述齿轮机构可以包括与所述齿轮啮合的另一个齿轮，并且所述第一曲率半径、第二曲率半径、第三曲率半径和第四曲率半径中的至少一个可以包括相对曲率半径，所述相对曲率半径基于沿着所述齿轮的接触线的所述第一曲率半径、第二曲率半径、第三曲率半径和第四曲率半径中的至少一个和沿着所述另一个齿轮的接触线的曲率半径计算。

根据本发明的第一方面和第二方面，提供一种齿轮，在所述齿轮中，齿线相对于轴向方向以预定角度扭曲，并且在所述齿轮的啮合平面上，沿着位于接触线不与节圆相交的啮合位置处的接触线的曲率半径形成为大于沿着位于接触线与节圆相交的啮合位置处的接触线的曲率半径。因此，能够在曲率半径形成为较大的位置处减小作用在齿面上的赫兹应力。而且，基于根据曲率半径的增大而变得更长的接触线长度，能够减小摩擦系数。结果，即使接触线上的滑移速度由于接触线长度增大而增大，也可以抑制或防止摩擦损失增大，或可以减小摩擦损失。

而且，沿着位于一啮合位置处(在该啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比大于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比)的接触线的曲率半径可以大于沿着位于另一啮合位置处(在该另一啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比小于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比)的接触线的曲率半径。因此，能够仅增大位于这样的啮合位置处的曲率半径：在该啮合位置处，即使接触线长度不增大，摩擦损失也不会增大；并且结果，可以在不增加摩擦损失的情况下或在减小摩擦损失的同时减小作用在齿面上的赫兹应力。

此外，当所述齿轮的齿面的表面结构或表面粗糙度较好时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比可以较大，并且当所述齿轮的齿面的表面结构和表面粗糙度较差时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比可以较小，所以能够基于表面结构和表面粗糙度改变增大接触线的位置。结果，可以在不进一步增大摩擦损失的情况下或在减小摩擦损失的同时减小作用在齿面上的赫兹应力。

而且，曲率半径包括基于沿着一对齿轮中的每个齿轮的接触线的曲率半径计算的相对曲率半径，所以可以抑制或防止摩擦损失增大，或可以减小摩擦损失，并且可以在不过度地增大每个齿轮的曲率半径的情况下减小赫兹应力。

另外，通过锻造制造齿轮机构使得能够减少用于形成齿面构造的形成成本并减少用于加工的工时。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在这些附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：

图1A是用于示出位于沿着啮合前进的方向(即，啮合前进方向)的每个啮合位置处的接触线上的相对曲率半径并用于示出根据本发明的一个实施例的齿轮机构的相对曲率半径的视图；

图1B是用于示出位于沿着啮合前进的方向(即，啮合前进方向)的每个啮合位置处的接触线上的相对曲率半径和根据相关技术的齿轮机构的相对曲率半径的视图；

图2A至图2C是示出了图7B至图7D中的每个接触线上的滑移速度的变化的视图；

图3是示例的图表，在所述示例中，相对曲率半径增大的啮合位置根据齿面的表面结构和表面粗糙度而改变；

图4是示例的图表，在所述示例中，根据齿轮的规格设定相对曲率半径的上限值；

图5是螺旋齿轮的结构的一个示例的视图；

图6是齿轮的将动力从一个齿轮传输到另一个齿轮的啮合平面的示意图；

图7A是可以应用根据本发明的实施例的齿轮机构的螺旋齿轮的透视图；

图7B是沿着图7A中的线B-B得到的截面图；

图7C是沿着图7A中的线C-C得到的截面图；

图7D是沿着图7A中的线D-D得到的截面图；和

图8是图7A-7D中所示的齿轮的啮合平面上的啮合位置的视图。

具体实施方式

首先，将参照图5和图6简要地说明可以应用根据本发明的实施例的齿轮机构的齿轮的基本结构。根据本发明的实施例的齿轮机构可以应用于齿轮1，例如，图5中所示的螺旋齿轮或双螺旋齿轮或蜗轮，其中，齿轮1的齿面2和节面3的相贯线(即齿线4)相对于轴向方向以预定角度扭曲(即，歪斜)(以下，称为“扭角θ”)。即，本发明的齿轮机构可以应用于这样的齿轮，即，在所述齿轮中，齿沿着中心轴线S形成为沿着圆周方向连续地扭曲。节面3是圆柱形表面，在该圆柱形表面处，传输动力的齿轮随着齿轮转动而彼此接触。因此，当齿轮彼此接触的位置处于节面3上时，齿面之间不出现滑移。而且，齿面2和垂直于转动轴线的给定平面5的相贯线(即齿廓6)形成为渐开线，使得齿轮将不断地啮合并传输动力。即，齿廓6形成为使得齿轮的啮合位置(即齿轮彼此啮合的位置)在啮合平面7上连续地改变。

啮合平面7是这样的平面7，即，所述平面7如图6中所示接触齿轮的基圆柱8和基圆柱9二者，并且在齿轮之间与通过齿轮的转动轴线的平面相交。驱动齿轮和从动齿轮在该啮合平面7上啮合。而且，在该啮合平面7上接触基圆柱8和基圆柱9二者的线10，换言之，在啮合平面7上与转动轴线垂直的线，是啮合线10。齿线4相对于轴向方向扭曲的齿轮1从啮合平面7上的沿着轴向方向的一个端部部分侧上的齿根侧(即，齿轮齿的沿着径向方向的内侧)或齿顶侧(即，齿轮齿的沿着径向方向的外侧)开始啮合，并且在沿着轴向方向朝向齿顶侧或齿根侧改变啮合位置的同时传输动力。在以下说明中，啮合位置改变所沿着的方向将称为“啮合前进方向”。

而且，就齿轮机构而言，为了使一对齿轮彼此啮合并传输动力，每个齿轮的齿面在传输动力时都弹性地变形，从而变成大致椭圆形的接触面。这是因为齿面2沿着齿线方向的曲率不同于齿面2沿着与该齿线方向垂直的方向的曲率。如果齿面2沿着齿线方向的曲率等于齿面2沿着与齿线方向垂直的方向的曲率，则接触面将是圆形的。而且，其中齿线4相对于轴向方向以预定角度扭曲的齿轮1在椭圆形的接触面的长轴相对于啮合前进方向以预定角度倾斜的状态下接触另一个齿轮。在以下说明中，接触面的长轴将称为“接触线”。而且，就螺旋齿轮而言，相邻的齿在同一个啮合平面7上同时接触。

这里，将说明由于在齿轮传输动力时齿轮的齿面之间的滑移导致的摩擦损失W和作用在每个齿面的接触面上的压力(即赫兹应力(Hertzian stress)σ)。作用在齿轮1的齿面2上的摩擦损失W是基于接触线上的滑移的滑移速度ΔV而出现的摩擦损失，所述滑移在一个齿轮的齿面和与该一个齿轮啮合且传输动力的另一个齿轮的齿面之间发生。而且，滑移速度ΔV根据从节圆p到接触位置的距离而改变，所述节圆p是节面3和与转动轴线垂直的平面5的相贯线。因此，就其中齿线4相对于轴向方向以预定角度扭曲的齿轮而言，任何接触线的位置定位成远离节圆p，所以在每个接触位置均发生滑移，并且因而出现摩擦损失W。摩擦损失W可以通过将齿面的摩擦系数μ乘以一个累积值而得到，所述累积值是通过将滑移速度ΔV的绝对值乘以作用在齿面上的载荷P而得到的值，其中所述滑移速度ΔV的绝对值可以从一个齿轮的速度VI和另一个齿轮的速度V2之间的差计算得出。以下示出了用于计算摩擦损失W的表达式。

W＝μΣΡ|ΔV|…(1)

而且，作用在齿轮1的齿面2上的赫兹应力σ与接触位置的曲率半径成反比地变化，或更具体地，与沿着相互啮合的齿轮的齿面的接触线的方向的相对曲率半径ρ成反比地变化。如果过大的赫兹应力σ作用在齿面2上，则可能会损坏齿面2。相对曲率半径ρ可以根据以下表达式得到。

ρ＝(ρ1×ρ2)/(ρ1+ρ2)…(2)

表达式(2)中的术语ρ1是两个相互啮合的齿轮中的一个的齿面的接触线上的曲率半径，术语ρ2是相互啮合的齿轮中的另一个的齿面的接触线上的曲率半径。

如上所述，赫兹应力σ与相对曲率半径ρ成反比，所以能够通过增大相对曲率半径ρ来减小作用在齿面2上的赫兹应力σ。即，能够通过增大相互啮合的齿轮的齿面的曲率半径ρ1和ρ2中的一个或二者来减小作用在齿面2上的赫兹应力σ。另一方面，如果齿面2的曲率半径ρ1和ρ2增大，则接触线的长度2a将变得更长，所以摩擦损失W将最终由于滑移速度|ΔV|根据接触位置的增大而增大。

本发明的发明人的大量研究的结果表明当作用在接触线上的载荷N增大时，齿轮1的接触面的摩擦系数μ增大，并且当接触线的长度2a增大时，齿轮1的接触面的摩擦系数μ减小。换言之，显而易见的是当接触线上的每单位长度的载荷(N/2a)减小时，摩擦系数μ减小。就螺旋齿轮而言，作用在接触线上的载荷N是作用在啮合平面7上的多个啮合的齿中的一个齿上的载荷，即，作用在一个接触线上的载荷。因此，根据本发明的齿轮机构构造成增大在一接触位置处的相对曲率半径ρ，在所述接触位置处，摩擦损失W由于滑移速度|ΔV|的累积值∑|ΔV|增大(由接触线的长度2a增大所导致)而最终增大的百分比小于摩擦损失W由于摩擦系数μ的减小(由接触线的长度2a增大所导致)而减小的百分比。

这里，将使用图7A中所示的螺旋齿轮1作为示例详细地说明本发明的齿轮机构的结构的一个示例。图7A中所示的螺旋齿轮1形成为如由图7A中的箭头所示的那样从一个端部部分侧的齿根侧开始啮合，并且在啮合位置变化到另一个端部部分侧的齿顶侧的同时传输动力。即，图7A中的箭头指向上述啮合前进方向。图8是该齿轮的啮合平面7的视图。图8中的水平轴线表示齿线方向，并且竖直轴线表示啮合线的方向。在竖直轴线以下的侧是齿根侧，并且在竖直轴线以上的侧是齿顶侧。而且，图8中的实线表示接触线，虚线表示啮合区域，双点划线表示节圆p，并且箭头指示啮合前进方向。如图8中所示，接触线相对于啮合前进方向和节圆p成预定角度。通过沿着啮合前进方向连续地改变的接触线传输动力。即，在图8中所示的示例中，啮合从齿根侧开始。当齿轮以这种方式在齿根侧上啮合时，接触线不与节圆p相交。当齿轮转动并且啮合位置沿着齿线方向移动到中心部分时，接触线与节圆p相交并且传输动力。当齿轮进一步转动并且啮合位置移动到齿顶侧时，在接触线不与节圆p相交的情况下传输动力。

图2A至图2C是示出了图8中的每个啮合位置的接触线上的滑移速度|ΔV|的变化的视图。图2A至图2C中的水平轴线表示在接触线处的从齿根侧到齿顶侧的方向，并且竖直轴线表示滑移速度|ΔV|。而且，图2A和图2C是在接触线不与节圆p相交的情况下发生(齿轮之间的)接触的状态的视图。即，图2A是仅在节圆p的齿根侧上接触的状态的视图。图2C是仅在节圆p的齿顶侧上接触的状态的视图。图2B是在接触线与节圆p相交的情况下发生(齿轮之间的)接触的状态的视图，即，图2B是在节圆p的齿顶侧和齿根侧二者上发生接触的状态的视图。因此，在齿轮在沿着图7A和图8中的线B-B的接触线上啮合的状态下，如图2A中所示在节圆p附近的侧上的接触线的端部部分处的滑移速度|ΔV|(即，齿轮在齿顶侧上彼此接触的位置处的滑移速度|ΔV|)，小于在远离节圆p的侧上的端部部分上的滑移速度|ΔV|(即，小于在齿轮在齿根侧上彼此接触的位置处的滑移速度|ΔV|)。而且，当齿轮在沿着图7A和图8中的线C-C的接触线上啮合时，如图2B中所示，滑移速度|ΔV|在节圆p上变成0(零)，并且滑移速度|ΔV|远离该节圆p进一步增大。此外，当齿轮在沿着图7A和图8中的线D-D的接触线上啮合时，如图2C中所示的在节圆p附近的侧上的接触线的端部部分处的滑移速度|ΔV|(即，在齿轮在齿根侧上彼此接触的位置处的滑移速度|ΔV|)，小于在远离节圆p的侧上的端部部分上的滑移速度|ΔV|(即，小于在齿轮在齿顶侧上彼此接触的位置处的滑移速度|ΔV|)。

因此，齿轮在接触线上啮合时的摩擦损失W与图2A至图2C中所示的滑移速度|ΔV|的累积值成比例，所以通过增大接触线的长度2a，当齿轮彼此接触时在接触线的两个端部部分处的滑移速度|ΔV|最终增大，如图2B中所示。结果，摩擦损失W由于滑移速度|ΔV|的累积值增大而增大的百分比变得大于摩擦损失W由于摩擦系数μ减小而减小的百分比，因此，不能在接触线与节圆p相交的啮合位置处增大相对曲率半径ρ。

而且，如图2A和2C中所示，当齿面在接触线不与节圆p相交的位置处接触时，通过增大接触线的长度2a，远离节圆p的接触线的侧上的滑移速度|ΔV|增大，并且节圆p附近的接触线的侧上的滑移速度|ΔV|减小。因此，摩擦损失W由于滑移速度|ΔV|的累积值增大而增大的百分比变得小于摩擦损失W由于摩擦系数μ减小而减小的百分比。换言之，相对于摩擦损失W由于滑移速度|ΔV|的累积值增大而增大的百分比，摩擦损失W由于摩擦系数μ减小而减小的百分比增大。因此，在接触线不与节圆p相交的啮合位置处，沿着接触线的方向增大相对曲率半径ρ。因而，沿着线C-C得到的横截面处的齿面构造是如图7C中所示的曲率半径较小的大致弧形形状，而沿着线D-D得到的横截面处的齿面构造是如图7D中所示的曲率半径较大的大致线性的。

而且，图1A和图1B是位于沿着啮合前进方向的每个啮合位置处的接触线上的相对曲率半径ρ的视图，其中，图1A是根据本发明的齿轮机构的相对曲率半径ρ的视图，而图1B是根据相关技术的齿轮机构的相对曲率半径ρ的视图。图1A和图1B中的水平轴线表示啮合前进方向，并且竖直轴线表示相对曲率半径ρ。如图1A和图1B中所示，位于根据相关技术的齿轮机构的接触线与节圆p相交的啮合位置处的相对曲率半径ρ等于位于本发明的齿轮机构的接触线与节圆p相交的啮合位置处的相对曲率半径ρ。然而，对于接触线不与节圆p相交的啮合位置，根据相关技术的齿轮机构形成为使得相对曲率半径ρ沿着啮合前进方向朝向两个端部部分减小，而根据本发明的齿轮机构形成为使得相对曲率半径ρ沿着啮合前进方向朝向两个端部部分增大。

因此，就根据相关技术的齿轮机构而言，在接触线不与节圆p相交的啮合位置的赫兹应力σ最终增大。然而，通过增大一啮合位置(在该啮合位置，如上所述，即使接触线的长度2a增大，摩擦损失W也不会增大)处的相对曲率半径ρ，即，通过增大接触线不与节圆p相交的啮合位置处的相对曲率半径ρ，能够在不增大摩擦损失W的情况下或在减小摩擦损失W的同时，减小作用在齿面上的赫兹应力σ。

在图1中，齿轮机构形成为使得相对曲率半径ρ沿着啮合前进方向朝向两个端部部分成比例地增大。然而，根据本发明的齿轮机构还可以形成为使得接触线不与节圆p相交的啮合位置处的相对曲率半径ρ以抛物线形状增大。换言之，本发明的齿轮机构仅需要形成为使得相对曲率半径ρ增大。

而且，本发明的发明人大量研究的结果表明摩擦系数μ由于接触线的长度2a的改变而改变的百分比根据啮合位置处的齿面的状态改变，所述齿面的状态例如是齿面的表面结构和表面粗糙度。即，显而易见的是当齿面的表面结构和表面粗糙度中的至少一个改进时，摩擦系数μ减小的百分比相对于随着接触线的长度2a的增大而增大的百分比增大。因此，当表面结构或表面粗糙度较好时，即使在接触线与节圆p相交的啮合位置处，摩擦损失W由于摩擦系数μ的减小而减小的百分比可以大于摩擦损失W由于接触线的长度2a的增大而增大的百分比。相反地，当表面结构或表面粗糙度较差时，即使在接触线不与节圆p相交的啮合位置处，摩擦损失W由于摩擦系数μ的减小而减小的百分比可以小于摩擦损失W由于接触线的长度2a的增大而增大的百分比。因此，根据本发明的齿轮机构形成为使得相对曲率半径ρ增大的啮合位置基于齿面状态(例如表面结构和表面粗糙度)沿着啮合前进方向改变。

更具体地，如图3中所示，当表面结构和表面粗糙度较好时，啮合位置从位于接触线与节圆p相交的啮合位置和接触线不与节圆p相交的啮合位置之间的边界位置b朝向接触线与节圆p相交的啮合位置所在的侧改变。而且，当表面结构和表面粗糙度较差时，啮合位置从该边界位置b朝向接触线不与节圆p相交的啮合位置所在的侧改变。更具体地，当表面结构和表面粗糙度较好时，增大接触线的长度2a的啮合位置朝向接触线与节圆p相交的啮合位置所在的侧改变，直到这样的啮合位置：在该啮合位置，由于考虑了表面结构和表面粗糙度的摩擦系数μ减小而使摩擦损失W减小的百分比变得大于由于接触线的长度2a的增大而使摩擦损失W增大的百分比。即，增大接触线的长度2a的啮合位置在图3中从点b改变到点t1。相反地，当表面结构和表面粗糙度较差时，增大接触线的长度2a的啮合位置朝向具有接触线不与节圆p相交的啮合位置的侧改变，直到这样的啮合位置：在该啮合位置，由于考虑了表面结构和表面粗糙度的摩擦系数μ的减小而使摩擦损失W减小的百分比变得大于由于接触线的长度2a的增大而使摩擦损失W增大的百分比。即，增大接触线的长度2a的啮合位置在图3中从点b改变到点t2。

以这种方式根据表面结构和表面粗糙度改变增大接触线的长度2a的啮合位置，能够在不增大摩擦损失W的情况下或在减小摩擦损失W的同时进一步减小作用在齿面2上的赫兹应力σ。

然而，如果对齿轮1的齿宽有安装限制，则相对曲率半径ρ可能不能沿着整个啮合区域增大。因此，对于根据本发明的齿轮机构，通过以下方式设定形状：基于齿轮1的规格(例如齿轮1的齿宽和扭角θ)设定相对曲率半径ρ沿着啮合前进方向的变化率，然后，根据相对曲率半径ρ的这个变化率反算(back-calculating)为了减小摩擦损失W而可以使相对曲率半径ρ增大到的上限值。图4是示出了当通过反算相对曲率半径ρ的上限值而形成齿轮机构时相对曲率半径ρ沿着啮合前进方向的变化的视图。如图4中所示，沿着啮合前进方向的两个端部部分形成为使得相对曲率半径ρ是0(零)，然后相对曲率半径ρ从两个端部部分朝向中心部分增大。根据齿轮的规格1设定相对曲率半径ρ的上限值和相对曲率半径ρ从两个端部部分朝向中心部分增大的变化率。此外，沿着啮合前进方向在两个端部部分侧上的相对曲率半径ρ从这样的啮合位置增大：在该啮合位置处，摩擦损失W由于滑移速度|ΔV|的增大(由接触线的长度2a增大所导致)而增大的百分比与摩擦损失W由于摩擦系数μ的减小(由接触线的长度2a增大所导致)而减小的百分比相匹配。

基于齿轮1的规格(例如齿宽和扭角θ)设定相对曲率半径ρ的上限值，然后以这种方式设定接触线上的相对曲率半径ρ，能够在不增大摩擦损失W的情况下或在减小摩擦损失W的同时减小作用在齿面2上的赫兹应力σ，并且同时保持齿轮1的可安装性。

如上所述，根据本发明的齿轮机构仅需要形成为使得在啮合平面7上的接触线不与节圆p相交的啮合位置处的相对曲率半径ρ大于在接触线与节圆p相交的啮合位置处的相对曲率半径ρ即可。因此，齿轮机构可以构造成使得通过增大相互啮合的齿轮的曲率半径ρ1或ρ2中的一个来增大相对曲率半径ρ，或者齿轮机构可以构造成使得通过增大相互啮合的齿轮的曲率半径ρ1和ρ2二者来增大相对曲率半径ρ。特别地，将齿轮机构构造成使得通过增大相互啮合的齿轮的曲率半径ρ1和ρ2二者来增大相对曲率半径ρ，能够在不过度增大齿轮的曲率半径ρ1和ρ2的情况下增大相对曲率半径ρ，所以优选的是增大齿轮的曲率半径ρ1和ρ2二者。而且，齿轮机构还可以应用于形成为使得啮合位置沿着轴向方向从齿顶侧改变到齿根侧的齿轮。

而且，通常通过使用齿条工具的滚铣切割处理(generation cutting process)形成齿廓为渐开线的齿轮，但是按照上述方式形成的齿轮1形成有沿着接触线的方向变化的曲率半径。因此，当通过滚铣切割处理形成齿轮1时，二次处理是必要的，或齿条工具的调节等是困难的，这最终会增加用于加工的工时数并且增加形成成本。因而，通过锻造方法形成根据本发明的齿轮机构，所述锻造方法是借助模具等通过施加压力来利用塑性流动金属材料形成齿轮机构。

此外，例如，就上述齿轮1而言，可以通过三维测量仪等测量齿面构造，并且可以基于这个测量值分析或计算接触线和该接触线上的曲率半径。在这种情况下，优选地，基于在日本工业标准(JIS B1702-1或JIS B1702-2)中规定的可接受值来测量齿面构造。日本工业标准(JIS B1702-1或JIS B1702-2)对应于国际标准化组织的规则(ISO 1328-1或ISO1328-2)。

Claims (14)

1.一种齿轮机构，其特征在于，所述齿轮机构包括：

斜齿轮(1)，所述斜齿轮的齿面为凸表面，在所述斜齿轮中，在所述斜齿轮(1)的啮合平面上，所述齿面的在沿着位于接触线不与节圆(p)相交的啮合位置处的第一接触线的方向上的第一曲率半径大于所述齿面的在沿着位于接触线与节圆(p)相交的啮合位置处的第二接触线的方向上的第二曲率半径；

其中，所述齿轮机构还包括与所述斜齿轮(1)啮合的另一个齿轮；

接触线是接触所述另一个齿轮的齿面的椭圆形接触面的长轴。

2.根据权利要求1所述的齿轮机构，

其中，所述第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一个包括相对曲率半径，所述相对曲率半径基于所述第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一个和在沿着所述另一个齿轮的接触线的方向上的曲率半径计算。

3.根据权利要求1所述的齿轮机构，其中，所述斜齿轮(1)的所述啮合平面上的第三曲率半径大于所述斜齿轮(1)的所述啮合平面上的第四曲率半径，

所述第三曲率半径是沿着位于一啮合位置处的第三接触线的曲率半径，在该啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比大于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比；并且

所述第四曲率半径是沿着位于一啮合位置处的第四接触线的曲率半径，在该啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比小于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。

4.根据权利要求3所述的齿轮机构，其中，基于所述斜齿轮(1)的齿面的状态设定所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。

5.根据权利要求4所述的齿轮机构，其中，当所述斜齿轮(1)的齿面的表面结构较好时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比较大；当所述斜齿轮(1)的齿面的表面结构较差时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比较小。

6.根据权利要求4所述的齿轮机构，其中，当所述斜齿轮(1)的齿面的表面粗糙度较好时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比较大；当所述斜齿轮(1)的齿面的表面粗糙度较差时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比较小。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的齿轮机构，

其中，所述第一曲率半径、第二曲率半径、第三曲率半径和第四曲率半径中的至少一个包括相对曲率半径，所述相对曲率半径基于沿着所述斜齿轮(1)的接触线的所述第一曲率半径、第二曲率半径、第三曲率半径和第四曲率半径中的至少一个和在沿着所述另一个齿轮的接触线的方向上的曲率半径计算。

8.一种齿轮机构的制造方法，所述齿轮机构包括斜齿轮(1)，所述斜齿轮(1)的齿面为凸表面，其特征在于，所述制造方法包括：

通过锻造形成所述斜齿轮(1)，在所述斜齿轮中，在所述斜齿轮(1)的啮合平面上，在沿着位于接触线不与节圆(p)相交的啮合位置处的第一接触线的方向上的第一曲率半径大于在沿着位于接触线与节圆(p)相交的啮合位置处的第二接触线方向上的第二曲率半径；

其中，所述齿轮机构包括与所述斜齿轮(1)啮合的另一个齿轮；

接触线是接触所述另一个齿轮的齿面的椭圆形接触面的长轴。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其中，并且

所述第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一个包括相对曲率半径，所述相对曲率半径基于所述第一曲率半径和第二曲率半径中的至少一个和在沿着所述另一个齿轮的接触线的方向上的曲率半径计算。

10.根据权利要求8所述的制造方法，其中，所述斜齿轮(1)的所述啮合平面上的第三曲率半径被形成为大于所述斜齿轮(1)的所述啮合平面上的第四曲率半径，

所述第三曲率半径是沿着位于一啮合位置处的第三接触线的曲率半径，在该啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比大于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比；并且

所述第四曲率半径是沿着位于一啮合位置处的第四接触线的曲率半径，在该啮合位置处，接触线上的滑移速度的累积值由于接触线的延长而增大的百分比小于摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其中，基于所述斜齿轮(1)的齿面的状态设定所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比。

12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，当所述斜齿轮(1)的齿面的表面结构较好时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比被设定为较大；当所述斜齿轮(1)的齿面的表面结构较差时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比被设定为较小。

13.根据权利要求11所述的制造方法，其中，当所述斜齿轮(1)的齿面的表面粗糙度较好时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比被设定为较大；当所述斜齿轮(1)的齿面的表面粗糙度较差时，所述摩擦系数由于接触线的延长而减小的百分比被设定为较小。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的制造方法，其中

所述第一曲率半径、第二曲率半径、第三曲率半径和第四曲率半径中的至少一个包括相对曲率半径，所述相对曲率半径基于沿着所述斜齿轮(1)的接触线的所述第一曲率半径、第二曲率半径、第三曲率半径和第四曲率半径中的至少一个和在沿着所述另一个齿轮的接触线的方向上的曲率半径计算。