CN105065634B - 人字形面齿轮及具有其的人字形面齿轮副 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人字形面齿轮及具有其的人字形面齿轮副,所述人字形面齿轮适于与人字形圆柱齿轮啮合,且包括:本体;多个轮齿,所述多个轮齿均设在所述本体的端面上且呈环形排列,每个所述轮齿包括内侧轮齿和外侧轮齿,所述内侧轮齿和所述外侧轮齿分别朝向远离彼此的方向延伸。根据本发明实施例的人字形面齿轮,可提高面齿轮传递负载的能力、显著降低面齿轮副中圆柱齿轮所承受的轴向载荷、提高面齿轮的重合度、降低面齿轮副的振动与噪声。
Description
技术领域
本发明属于齿轮传动技术领域,特别涉及一种人字形面齿轮,以及具有该人字形面齿轮的人字形面齿轮副。
背景技术
面齿轮,顾名思义,即其轮齿分布于齿轮端面的一种齿轮。面齿轮与传统锥齿轮的本质区别主要在于,面齿轮与标准的圆柱齿轮相啮合,而锥齿轮只能与特殊的锥齿轮相啮合。面齿轮由于其齿面形状复杂,设计难度大,且暂无完善的加工方法。
相关技术中,面齿轮主要可以分为直齿面齿轮和斜齿面齿轮两种类型,斜齿面齿轮在承载能力、振动噪声水平等方面要优于直齿面齿轮,但其加工也相对直齿面齿轮较困难并且斜齿面齿轮副中的圆柱齿轮将承受额外的轴向载荷。
为了提高面齿轮传递负载的能力、显著降低面齿轮副中圆柱齿轮所承受的轴向载荷、提高面齿轮的重合度、降低面齿轮副的振动与噪声,相关技术中的面齿轮存在改进需求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种人字形面齿轮,该人字形面齿轮可提高面齿轮传递负载的能力、显著降低面齿轮副中的人字形圆柱齿轮所承受的轴向载荷、提高面齿轮的重合度、降低面齿轮副的振动与噪声。
本发明的另一个目的在于提出一种具有上述人字形面齿轮的人字形面齿轮副。
根据本发明第一方面实施例的人字形面齿轮适于与人字形圆柱齿轮啮合,且包括:本体;多个轮齿,所述多个轮齿均设在所述本体的端面上且呈环形排列,每个所述轮齿包括内侧轮齿和外侧轮齿,所述内侧轮齿和所述外侧轮齿分别朝向远离彼此的方向延伸。
根据本发明实施例的人字形面齿轮与人字形圆柱齿轮啮合,构成人字形面齿轮副以传递运动和动力,由于“人”字形的轮齿的内侧轮齿与外侧轮齿所承受的轴向力方向相反,相互抵消,因此能够显著降低面齿轮副中的人字形圆柱齿轮所承受的轴向载荷,降低人字形圆柱齿轮的轴承支撑复杂程度,且人字形面齿轮重合度高,人字形面齿轮副啮合平稳,能够降低振动与噪声。
根据本发明的一些实施例,所述内侧轮齿的螺旋角与所述外侧轮齿的螺旋角大小相等且螺旋方向相反。
根据本发明的一些实施例,所述内侧轮齿的虚拟产形齿轮与所述外侧轮齿的虚拟产形齿轮具有相同的法向模数、齿数和法向压力角,所述内侧轮齿的虚拟产形齿轮为圆柱齿轮以用于形成所述内侧轮齿,所述外侧轮齿的虚拟产形齿轮为圆柱齿轮以用于形成所述外侧轮齿。
根据本发明的一些实施例,所述端面上设有形成为环形凹槽的退刀槽,所述退刀槽位于每个所述轮齿的所述内侧轮齿与所述外侧轮齿之间。
根据本发明的一些实施例,所述端面为平面。
根据本发明的一些实施例,多个所述内侧轮齿与多个所述外侧轮齿一体形成在所述本体的端面上。
根据本发明的一些实施例,所述本体包括环状的轮齿部、环状的腹板部和环状的轮毂,所述腹板部的外周沿与所述轮齿部的内周沿相连,所述腹板部的内周沿与所述轮毂的外周沿相连,所述多个轮齿形成在所述轮齿部上,所述腹板部为实心结构或者所述腹板部上设有沿所述腹板部的厚度方向贯穿所述腹板部的孔。
根据本发明第二方面实施例的人字形面齿轮副包括第一方面所述的人字形面齿轮以及与该人字形面齿轮啮合的人字形圆柱齿轮。
根据本发明实施例的人字形面齿轮副,提高传递负载能力的同时,人字形圆柱齿轮所承受的轴向载荷低,有效降低人字形圆柱齿轮的轴承支撑复杂程度,且人字形面齿轮重合度高,啮合平稳,振动小且噪声低。
附图说明
图1是根据本发明实施例的人字形面齿轮的立体结构示意图;
图2是根据本发明实施例的人字形面齿轮的结构示意图;
图3是图2沿A-A向的剖视图;
图4是根据本发明实施例的人字形面齿轮的结构示意图。
附图标记:
20:人字形面齿轮;201:本体;202:轮齿;21:内侧轮齿;22:外侧轮齿;23:退刀槽;24:腹板部;25:轮毂;26:轮齿部;10:人字形圆柱齿轮。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图与具体实施方式,对本发明作进一步详细说明:
如图1-图4所示,根据本发明实施例的人字形面齿轮20适于与人字形圆柱齿轮10啮合。如图1-图4所示,根据本发明实施例的人字形面齿轮20包括本体201和多个轮齿202。多个轮齿202均设在本体201的端面上,且多个轮齿202呈环形排列,即多个轮齿202排列后均位于一个圆环上且沿圆环的周向间隔设置,每个轮齿202均包括内侧轮齿21和外侧轮齿22,内侧轮齿21和外侧轮齿22分别朝向远离彼此的方向延伸,即内侧轮齿21和外侧轮齿22构成了“人”字形的轮齿202。
有利地,内侧轮齿21的螺旋角与外侧轮齿22的螺旋角大小相等且螺旋方向相反。
优选地,内侧轮齿21的虚拟产形齿轮与外侧轮齿22的虚拟产形齿轮具有相同的法向模数、齿数和法向压力角,内侧轮齿21的虚拟产形齿轮为圆柱齿轮以用于形成内侧轮齿21,外侧轮齿22的虚拟产形齿轮为圆柱齿轮以用于形成外侧轮齿22。
可以理解的是,加工内侧轮齿21的刀具可以与内侧轮齿21的虚拟产形齿轮的结构相同,加工外侧轮齿22的刀具可以与外侧轮齿22的虚拟产形齿轮的结构相同,当然当外侧轮齿22以及内侧轮齿21均采用加工中心加工时,加工中心的刀具所走过的轨迹也可构成虚拟产形齿轮的轮廓。
为了加工方便,如图1所示,本体201的端面上设有形成为环形凹槽的退刀槽23,退刀槽23位于每个轮齿202的内侧轮齿21与外侧轮齿22之间,即在径向上,退刀槽23设计在内侧轮齿21与外侧轮齿22之间。
可选地,如图2所示,端面可以为平面,也就是说,人字形面齿轮20的旋转轴线与人字形圆柱齿轮10的旋转轴线的夹角可以为90°。
当然,在本发明的另一些实施例中,端面也可以为锥面。
有利地,多个内侧轮齿21和多个外侧轮齿22一体形成在本体201的端面上,也就是说人字形面齿轮20为整体式,并非是将内侧轮齿21和外侧轮齿22先加工后再连接在一起的,由此无需后期连接,人字形面齿轮20的结构强度好,节省装配步骤,生产效率高。
在本发明的一个具体的实施例中,本体201包括环状的轮齿部26、环状的腹板部24和环状的轮毂25,轮毂25适于与轴相连,例如轮毂25与轴可以通过花键结构相连,腹板部24的外周沿与轮齿部26的内周沿相连,腹板部24的内周沿与轮毂25的外周沿相连,多个轮齿202形成在轮齿部26上。
如图4所示,腹板部24为实心结构,这样的人字形面齿轮20结构强度高。
在一些具体的示例中,腹板部24上可以设有沿腹板部24的厚度方向贯穿腹板部24的孔,由此可以减轻人字形面齿轮20的重量,尤其在人字形面齿轮20的体积较大时,采用带孔的腹板部24,可以大幅降低人字形面齿轮20的重量,节省材料。
优选地,在一些示例中,孔可以为多个,多个孔可以沿人字形面齿轮20的周向均匀布置。
根据本发明实施例的人字形面齿轮20与人字形圆柱齿轮10啮合,构成人字形面齿轮副以传递运动和动力,由于该人字形面齿轮20的轮齿202呈“人”字形,且由螺旋角大小相等、螺旋方向相反的内侧轮齿21和外侧轮齿22构成,人字形面齿轮20能够提高面齿轮传递负载的能力,推动面齿轮副在高速、重载的传动系统领域的应用,在提高传递负载能力的同时,由于“人”字形的轮齿202的内侧轮齿21与外侧轮齿22所承受的轴向力方向相反,相互抵消,因此能够显著降低面齿轮副中的人字形圆柱齿轮10所承受的轴向载荷,降低人字形圆柱齿轮10的轴承支撑复杂程度,且人字形面齿轮20重合度高,人字形面齿轮副啮合平稳,能够降低振动与噪声。
下面详细描述根据本发明的人字形面齿轮20的一个具体实施例,该人字形面齿轮20的设计参数如表1所示,该人字形面齿轮20的结构简单、重合度高、传递负载的能力较普通面齿轮高,且利用该人字形面齿轮20传递动力时,振动与噪声小,同时与其啮合的人字形圆柱齿轮10受到的轴向载荷小。
表1人字形面齿轮20和圆柱齿轮10的设计参数
设计参数 | 参数取值 |
人字形圆柱齿轮齿数 | 17 |
人字形面齿轮的虚拟产形齿轮齿数 | 20 |
人字形面齿轮齿数 | 205 |
法向模数 | 3mm |
法向压力角 | 27.5° |
螺旋角 | 20° |
人字形面齿轮的内侧轮齿螺旋角方向 | 左旋 |
人字形面齿轮的外侧轮齿螺旋角方向 | 右旋 |
人字形圆柱齿轮旋转轴与人字形面齿轮旋转轴夹角 | 90° |
人字形圆柱齿轮齿顶高系数 | 1 |
人字形圆柱齿轮顶隙系数 | 0.25 |
人字形面齿轮轮齿许用端面压力角最小值 | 17.5° |
人字形面齿轮轮齿许用端面压力角最大值 | 37.5° |
人字形面齿轮最小半径 | 302.9mm |
人字形面齿轮最大半径 | 359.1mm |
人字形面齿轮的退刀槽宽度 | 5mm |
下面参照图1和图4简单描述根据本发明实施例的人字形面齿轮副,该人字形面齿轮副包括人字形面齿轮20和人字形圆柱齿轮10,人字形面齿轮20与人字形圆柱齿轮10啮合。
根据本发明实施例的人字形面齿轮副,由于采用了人字形面齿轮20,从而提高了人字形面齿轮副传递负载的能力,推动人字形面齿轮副在高速、重载的传动系统领域的应用,在提高传递负载能力的同时,由于“人”字形的轮齿202的内侧轮齿21与外侧轮齿22所承受的轴向力方向相反,相互抵消,因此能够显著降低人字形面齿轮副中的人字形圆柱齿轮10所承受的轴向载荷,降低人字形圆柱齿轮10的轴承支撑复杂程度,且人字形面齿轮20重合度高,人字形面齿轮副啮合平稳,振动小且噪声低。
以上内容是结合具体的优选实施方案对本发明所作的进一步说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“厚度”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种人字形面齿轮,其特征在于,所述人字形面齿轮适于与人字形圆柱齿轮啮合,且包括:
本体;
多个轮齿,所述多个轮齿均设在所述本体的端面上且呈环形排列,每个所述轮齿包括内侧轮齿和外侧轮齿,所述内侧轮齿和所述外侧轮齿分别朝向远离彼此的方向延伸且所述内侧齿轮和所述外侧齿轮均构造为斜齿轮;其中所述内侧轮齿的螺旋角与所述外侧轮齿的螺旋角大小相等且螺旋方向相反;其中
所述内侧轮齿的虚拟产形齿轮与所述外侧轮齿的虚拟产形齿轮具有相同的法向模数、齿数和法向压力角,所述内侧轮齿的虚拟产形齿轮为圆柱齿轮以用于形成所述内侧轮齿,所述外侧轮齿的虚拟产形齿轮为圆柱齿轮以用于形成所述外侧轮齿。
2.根据权利要求1所述的人字形面齿轮,其特征在于,所述端面上设有形成为环形凹槽的退刀槽,所述退刀槽位于每个所述轮齿的所述内侧轮齿与所述外侧轮齿之间。
3.根据权利要求1所述的人字形面齿轮,其特征在于,所述端面为平面。
4.根据权利要求1所述的人字形面齿轮,其特征在于,多个所述内侧轮齿与多个所述外侧轮齿一体形成在所述本体的端面上。
5.根据权利要求1所述的人字形面齿轮,其特征在于,所述本体包括环状的轮齿部、环状的腹板部和环状的轮毂,所述腹板部的外周沿与所述轮齿部的内周沿相连,所述腹板部的内周沿与所述轮毂的外周沿相连,所述多个轮齿形成在所述轮齿部上,所述腹板部为实心结构或者所述腹板部上设有沿所述腹板部的厚度方向贯穿所述腹板部的孔。
6.一种人字形面齿轮副,其特征在于,包括:
人字形面齿轮,所述人字形面齿轮为根据权利要求1-5中任一项所述的人字形面齿轮;
人字形圆柱齿轮,所述人字形圆柱齿轮与所述人字形面齿轮啮合。
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