CN105443724A - 一种零背隙低噪音传动齿轮 - Google Patents

Abstract

一种零背隙低噪音传动齿轮，包括主动轮和从动轮，主动轮包括主动轮齿轮本体和主动轮齿轮轮齿，主动轮齿轮轮齿均匀分布于主动轮齿轮本体的圆周边沿上；从动轮包括从动轮齿轮本体和从动轮齿轮轮齿，从动轮齿轮轮齿均匀分布于从动轮齿轮本体的圆周边沿上；从动轮齿轮轮齿与主动轮齿轮轮齿啮合；主动轮齿轮本体和从动轮齿轮本体中心均设有轴孔；从动轮齿轮本体靠近从动轮齿轮轮齿根部的端面上设有圈圆弧槽，圈圆弧槽由至少两条沿圆周分布、等径同心的分段圆弧槽组成，分段圆弧槽为沿齿轮轴向的通槽。本发明能减少啮合部位的齿面接触压应力，减少齿轮轮齿根部的弯曲拉应力集中；提高传动精度。

Description

一种零背隙低噪音传动齿轮

技术领域

本发明涉及传动齿轮，具体涉及一种零背隙低噪音传动齿轮。

背景技术

齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。传动齿轮是指用主、从动齿轮直接传递动力和运动的装置，利用两齿轮的轮齿啮合传递动力和运动。齿轮传动按齿轮轴线的相对位置分类，可分为轴线平行的圆柱齿轮传动、相交的圆锥齿轮传动和交错的螺旋齿轮传动。

齿轮传动的特点是：传动平稳，传动比精确，工作可靠，效率高，寿命长，使用功率、速度和尺寸范围大。

虽然齿轮传动有以上所述的特点，但在齿轮制造过程中存在加工误差、装配误差等等因素，在齿轮传动设计时必须在传动的两齿轮相啮合处留出空隙（齿轮传动中称为背隙），以防止传动的两齿轮因上述误差所产生的干涉被咬死；而这种背隙在传动齿轮啮合齿的交替过程中带来冲击，产生噪声，同时影响传动精度。

另外，由于齿轮轮齿受力方向的尺寸相比齿轮本体明显要小，相对齿轮轮齿来说，齿轮本体相当于一个刚性体，齿轮轮齿受力相当一个悬臂梁，在齿轮轮齿与齿轮本体结合部位产生应力集中，齿轮轮齿产生断裂的风险。并且，由于齿轮传动为线接触的高副传动，接触部位的应力非常大，因传动齿轮齿廓、齿向误差使相啮合齿接触部位由线接触变为点接触，这样接触部位的应力就更大，加大了齿轮轮齿齿面产生点蚀、胶合、局部塑性变形的风险。

弹性齿轮是传动齿轮中应用较广泛的一种，主要是通过缓冲的方式降噪，但现有的弹性齿轮不能径向补偿，难以消除齿轮轮齿啮合部位的背隙；在齿轮轮齿与齿根圆交接的转角处存在明显拉应力集中点；齿轮轮齿的啮合部位基本上为点接触，接触面积小，啮合部位的齿面接触压应力大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种传动精度高的零背隙低噪音传动齿轮。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种零背隙低噪音传动齿轮，包括主动轮和从动轮，所述主动轮包括主动轮齿轮本体和主动轮齿轮轮齿，所述主动轮齿轮轮齿均匀分布于主动轮齿轮本体的圆周边沿上；所述从动轮包括从动轮齿轮本体和从动轮齿轮轮齿，所述从动轮齿轮轮齿均匀分布于从动轮齿轮本体的圆周边沿上；所述从动轮齿轮轮齿与主动轮齿轮轮齿啮合；所述主动轮齿轮本体和从动轮齿轮本体中心均设有轴孔；所述从动轮齿轮本体靠近从动轮齿轮轮齿根部的端面上设有圈圆弧槽，所述圈圆弧槽由至少两条沿圆周分布、等径同心的分段圆弧槽组成，所述分段圆弧槽为沿齿轮轴向的通槽。

进一步，所述从动轮齿轮本体靠近从动轮齿轮轮齿根部的端面上设有两圈圈圆弧槽，分别为内圈圆弧槽和外圈圆弧槽，所述内圈圆弧槽的分段处与外圈圆弧槽的分段处错开。

进一步，所述分段圆弧槽内填充有减震物质。

进一步，所述减震物质为橡胶、塑料或软质金属。

进一步，所述软质金属为铝或铅。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

（1）从动轮齿轮本体靠近从动轮齿轮轮齿根部的端面上设有圈圆弧槽，圈圆弧槽由多条沿圆周分布、等径同心的分段圆弧槽组成，主动轮齿轮轮齿和从动轮齿轮轮齿啮合发生干涉时，干涉所产生的附加力使啮合齿和分段圆弧槽发生径向弹性退让变形，该径向弹性退让可消除干涉的发生，避免产生零背隙传动齿轮轮齿咬死的现象，使得齿轮轮齿间的啮合可进行零背隙设计，降低齿轮轮齿在交替啮合时，背隙引起的撞击噪音，从根本上消除噪音源，并提高齿轮传动精度。

（2）减少齿轮轮齿根部的弯曲拉应力集中，将齿轮轮齿与齿轮本体连接的齿根部位应力集中范围扩大至啮合齿的齿根圆，提高轮齿的抗弯疲劳强度，降低断齿风险。

（3）使得主动轮齿轮轮齿与从动轮齿轮轮齿的啮合部位由点接触变为线接触，增大受力点的接触面积，从而减少啮合部位的齿面接触压应力，避免齿轮轮齿啮合部位因齿面接触压应力过大产生点蚀、胶合、塑性变形，降低传动齿轮失效的风险。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图3是图2的局部放大图（齿轮轮齿啮合无背隙）。

图4是图2所示实施例的从动轮的结构示意图。

图5是现有的传动齿轮的结构示意图。

图6是图5的局部放大图（齿轮轮齿啮合有背隙）。

图7是图2所示实施例的齿轮轮齿啮合时发生干涉退让弹性变形的示意图（齿轮轮齿的啮合部位位于外圈圆弧槽分段处的正上方）。

图8是图2所示实施例的齿轮轮齿啮合时发生干涉退让弹性变形的示意图（齿轮轮齿的啮合部位位于外圈圆弧槽非分段处的正上方）。

图9是现有传动齿轮在传动过程中，齿轮轮齿根部所受拉应力分布图。

图10是图2所示实施例的传动齿轮在传动过程中，齿轮轮齿根部所受拉应力分布图。

图11是现有传动齿轮所啮合的轮齿接触部位贴合状态图。

图12是图11的A-A剖视图（啮合齿的接触为点接触）。

图13是现有传动齿轮在传动过程中，齿轮轮齿啮合时的受力接触状态等效图。

图14是图2所示实施例的传动齿轮的轮齿接触部位贴合剖视图（啮合齿的接触为线接触）。

图15是图2所示实施例的传动齿轮在传动过程中，齿轮轮齿啮合时的受力接触状态等效图。

图中：1—主动轮，2—从动轮，3—分段圆弧槽，1-1—主动轮齿轮轮齿，1-2—主动轮齿轮本体，2-1—从动轮齿轮轮齿，2-2—从动轮齿轮本体。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

参照图1，本实施例包括主动轮1和从动轮2，主动轮1包括主动轮齿轮本体1-2和主动轮齿轮轮齿1-1，主动轮齿轮轮齿1-1均匀分布于主动轮齿轮本体1-2的圆周边沿上；从动轮2包括从动轮齿轮本体2-2和从动轮齿轮轮齿2-1，从动轮齿轮轮齿2-1均匀分布于从动轮齿轮本体2-2的圆周边沿上；从动轮齿轮轮齿2-1与主动轮齿轮轮齿1-1啮合；主动轮齿轮本体1-2和从动轮齿轮本体2-2中心均设有轴孔；从动轮齿轮本体2-2靠近从动轮齿轮轮齿2-1根部的端面上设有一圈圈圆弧槽，圈圆弧槽由6条沿圆周分布、等径同心的分段圆弧槽3组成，分段圆弧槽3为沿齿轮轴向的通槽，分段圆弧槽3内填充有橡胶，以进一步缓冲齿轮轮齿啮合所产生的振动，降低噪音。

实施例2

参照图2、图3、图4，本实施例与实施例1的区别仅在于：从动轮齿轮本体2-2靠近从动轮齿轮轮齿2-1根部的端面上设有两圈圈圆弧槽，分别为内圈圆弧槽和外圈圆弧槽，内圈圆弧槽的分段处与外圈圆弧槽的分段处错开；分段圆弧槽3内填充有塑料。其余同实施例1。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于：从动轮齿轮本体2-2靠近从动轮齿轮轮齿2-1根部的端面上设有三圈圈圆弧槽，分别为第一圈圆弧槽、第二圈圆弧槽和第三圈圆弧槽，第一圈圆弧槽、第二圈圆弧槽和第三圈圆弧槽的分段处相互错开；分段圆弧槽3内填充有铅。其余同实施例1。

实施例4

本实施例与实施例1的区别仅在于：从动轮齿轮本体2-2靠近从动轮齿轮轮齿2-1根部的端面上设有四圈圈圆弧槽，分别为第一圈圆弧槽、第二圈圆弧槽、第三圈圆弧槽和第四圈圆弧槽，第一圈圆弧槽、第二圈圆弧槽、第三圈圆弧槽和第四圈圆弧槽的分段处相互错开；分段圆弧槽3内填充有铝。其余同实施例1。

实施例5

本实施例与实施例1的区别仅在于：主动轮齿轮本体1-2靠近主动轮齿轮轮齿1-1根部的端面上设有一圈圈圆弧槽。其余同实施例1。

跟传统的传动齿轮相比，本发明的技术效果体现在以下三个方面，下面结合本发明的工作原理进一步阐释本发明所能达到的技术效果。

一、实现零背隙设计。

参照图5、图6，在传统的传动齿轮制造过程中，存在加工误差、装配误差因素，为防止传动的两齿轮因上述误差所产生的干涉被咬死，在齿轮传动设计时必须在传动的两齿轮相啮合处留出空隙（齿轮传动中称为背隙）。

参照图7、图8，图中实线表示啮合齿、分段圆弧槽3发生径向弹性收缩前的位置，虚线表示啮合齿、分段圆弧槽3发生径向弹性收缩后的位置。本发明的分段圆弧槽3使齿轮轮齿（主动轮齿轮轮齿1-1或从动轮齿轮轮齿2-1）和齿轮本体（主动轮齿轮本体1-2或从动轮齿轮本体2-2）靠近齿轮轮齿的部位由刚性体变为可发生弹性形变的弹性体，当主动轮齿轮轮齿1-1和从动轮齿轮轮齿2-1啮合发生干涉时，干涉所产生的附加力使啮合齿和分段圆弧槽3发生径向弹性退让变形，该径向弹性退让可消除干涉的发生，避免产生零背隙传动齿轮轮齿咬死的现象，使得齿轮轮齿间的啮合可进行零背隙设计，降低齿轮轮齿在交替啮合时，背隙引起的撞击噪音，从根本上消除噪音源，并提高齿轮传动精度。

本发明实施例2的方案是最佳方案。参照图7，当主动轮齿轮轮齿1-1和从动轮齿轮轮齿2-1啮合部位位于外圈圆弧槽的分段处的正上方时，即位置A的正上方时，若无内圈圆弧槽，啮合部位受到的弹性退让变形非常小，这也是实施例1存在的不足；实施例2增加内圈圆弧槽后，且内圈圆弧槽的分段处与外圈圆弧槽的分段处错开，内圈圆弧槽即可在外圈圆弧槽分段处为啮合部位提供较大的弹性退让变形，确保齿轮所有齿在发生干涉时都能获得弹性退让的空间；参照图8，当主动轮齿轮轮齿1-1和从动轮齿轮轮齿2-1啮合部位位于外圈圆弧槽的非分段处的正上方时，即位置B的正上方时，外圈圆弧槽即可为啮合部位提供较大的弹性退让变形，只需一圈圈圆弧槽即可。

二、减少齿轮轮齿（主动轮齿轮轮齿1-1或从动轮齿轮轮齿2-1）根部的弯曲拉应力集中。

参照图9，现有的传动齿轮由于齿轮轮齿与齿轮本体结合的部位为刚性体，齿轮轮齿受力时，应变发生在齿轮轮齿上，应变范围小，在齿轮轮齿与齿根圆交接的转角处存在明显拉应力集中点。

参照图10，本发明的分段圆弧槽3使齿轮轮齿（主动轮齿轮轮齿1-1或从动轮齿轮轮齿2-1）和齿轮本体（主动轮齿轮本体1-2或从动轮齿轮本体2-2）靠近齿轮轮齿的部位由刚性体变为可发生弹性形变的弹性体，齿轮轮齿受力时，应变扩大到齿轮本体上，应变范围增大，齿轮轮齿与齿根圆交接的转角处无明显拉应力集中点，提高轮齿的抗弯疲劳强度，降低断齿风险。

三、增大主动轮齿轮轮齿1-1与从动轮齿轮轮齿2-1啮合部位的接触面积，减少啮合部位的齿面接触压应力。

参照图11、图12、图13，现有传动齿轮轮齿相啮合时，从动轮齿轮轮齿2-1的啮合齿与从动轮齿轮本体2-2为刚性结合，主动轮齿轮轮齿1-1的啮合齿在以速度v与从动轮齿轮轮齿2-1的啮合齿接触后，主动轮齿轮轮齿1-1的动力f作用在与从动轮齿轮轮齿2-1的啮合齿的结合点上，由于从动轮齿轮本体2-2为刚性体，主动轮齿轮轮齿1-1的啮合齿与从动轮齿轮轮齿2-1的啮合齿的接触基本上为点接触。

参照图14、图15，本发明的传动齿轮轮齿相啮合时，分段圆弧槽3使齿轮轮齿（主动轮齿轮轮齿1-1或从动轮齿轮轮齿2-1）与齿轮本体（主动轮齿轮本体1-2或从动轮齿轮本体2-2）结合部位构成分段圆弧弓，齿轮轮齿和齿轮本体靠近齿轮轮齿的部位由刚性体变为可发生弹性形变的弹性体，当主动轮齿轮轮齿1-1的啮合齿在以速度v与从动轮齿轮轮齿2-1的啮合齿接触后，主动轮齿轮轮齿1-1的啮合齿动力f作用在与从动轮齿轮轮齿2-1的啮合齿的结合点上，从动轮齿轮轮齿2-1的啮合齿受力点一侧发生弹性变形（啮合点与动力f相同方向为压缩弹性变形，另一方向为拉伸弹性变形），使得主动轮齿轮轮齿1-1与从动轮齿轮轮齿2-1的啮合部位由点接触变为线接触，增大受力点的接触面积，从而减少啮合部位的齿面接触压应力，避免齿轮轮齿啮合部位因齿面接触压应力过大产生点蚀、胶合、塑性变形，降低传动齿轮失效的风险。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种零背隙低噪音传动齿轮，包括主动轮（1）和从动轮（2），所述主动轮（1）包括主动轮齿轮本体（1-2）和主动轮齿轮轮齿（1-1），所述主动轮齿轮轮齿（1-1）均匀分布于主动轮齿轮本体（1-2）的圆周边沿上；所述从动轮（2）包括从动轮齿轮本体（2-2）和从动轮齿轮轮齿（2-1），所述从动轮齿轮轮齿（2-1）均匀分布于从动轮齿轮本体（2-2）的圆周边沿上；所述从动轮齿轮轮齿（2-1）与主动轮齿轮轮齿（1-1）啮合；所述主动轮齿轮本体（1-2）和从动轮齿轮本体（2-2）中心均设有轴孔；其特征在于：所述从动轮齿轮本体（2-2）靠近从动轮齿轮轮齿（2-1）根部的端面上设有圈圆弧槽，所述圈圆弧槽由至少两条沿圆周分布、等径同心的分段圆弧槽（3）组成，所述分段圆弧槽（3）为沿齿轮轴向的通槽。

2.如权利要求1所述的零背隙低噪音传动齿轮，其特征在于：所述从动轮齿轮本体（2-2）靠近从动轮齿轮轮齿（2-1）根部的端面上设有两圈圈圆弧槽，分别为内圈圆弧槽和外圈圆弧槽，所述内圈圆弧槽的分段处与外圈圆弧槽的分段处错开。

3.如权利要求1或2所述的零背隙低噪音传动齿轮，其特征在于：所述分段圆弧槽（3）内填充有减震物质。

4.如权利要求3所述的零背隙低噪音传动齿轮，其特征在于：所述减震物质为橡胶、塑料或软质金属。

5.如权利要求4所述的零背隙低噪音传动齿轮，其特征在于：所述软质金属为铝或铅。