CN108775376A - 一种直齿锥齿轮副及其齿向修形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直齿锥齿轮副及其齿向修形方法，包括相互啮合的主动齿轮和被动齿轮，主动齿轮两侧齿面齿线采用反向或正向鼓形，被动齿轮两侧齿面齿线采用正向或反向鼓形，主动齿轮和被动齿轮鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部靠近齿小端处。齿向修形方法包括以下步骤：软件造型→制造修行模具→批量生产。本发明主动齿轮和被动齿轮相配合齿面的齿线采用同向弯曲但曲率不同的一组或多组曲线，通过造型软件和数控制造技术制造相应的修形模具，用锻造工艺实现大规模批量化生产，既保留了现有齿向修形方式的优点，又提高了现有修形方式的齿面接触强度；所提出的齿向修形方式易于实现，不会带来额外增加的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮设计和制造技术领域，具体涉及一种直齿锥齿轮副及其齿向修形方法。
背景技术
齿线为锥齿轮齿面与其节圆锥相交形成的曲线，齿向未修形的直齿锥齿轮的齿线是一条直线，啮合时齿轮副在整个齿长上相接触(见图1)，由于制造、装配以及接触弹性变形等诸多因素的存在，实际接触区移向齿缘，易产生应力集中现象，对安装误差和负载变形十分敏感。
解决此问题的现有做法是在设计时采用修鼓等齿向修形方式，将线接触改变为点接触(见图2)，其优点是：理想情况下，齿轮副的接触点在设计点上，存在误差情况下，实际在接触点附近移动而不至于像线接触传动那样出现应力集中的现象，可见鼓向修形能降低直齿锥齿轮副对安装误差的敏感程度，对提高传动质量和齿轮寿命有着明显的效果。但是由此带来的问题也是显而易见的：原先分布于整条接触线上的载荷全部集中于接触点附近，接触点处的接触应力明显增大，接触强度下降，在使用过程中容易造成接触疲劳失效。
公开号为CN1936749的专利公开了球面渐开线直齿锥齿轮的一种齿向修形的方法，该技术方案齿向修形技术方案有中间不修形齿面、大端修形齿面和小端修形齿面三个齿面合并而成，考虑到齿轮组件之间的间隙以及齿轮组与其配合零件间的装配间隙，此设计仅能减缓安装误差带来的敏感程度，在冲击扭矩作用下仍有产生边缘接触的可能性。
目前在业界齿向特指的是齿宽方向，而不是齿高方向；齿高方向称为齿廓方向。所以齿向修形指的是齿宽方向修形，齿廓修形指的是齿高方向修形。
发明内容
本发明为了克服上述的不足，提供一种齿面接触强度高且易于进行齿向修形的直齿锥齿轮副及其齿向修形方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种直齿锥齿轮副，包括主动齿轮和被动齿轮，主动齿轮与被动齿轮相啮合；所述主动齿轮两侧齿面齿线采用反向或正向鼓形，被动齿轮两侧齿面齿线采用正向或反向鼓形，主动齿轮和被动齿轮鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部靠近齿小端处。
优选的，所述主动齿轮两侧齿面齿线采用反向鼓形，被动齿轮两侧齿面齿线采用正向鼓形，主动齿轮和被动齿轮鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部稍微靠近齿小端处。
优选的，所述主动齿轮和被动齿轮一侧齿面采用正向鼓形，另一侧齿面采用反向鼓形，主动齿轮采用正向鼓形的齿面与被动齿轮采用反向鼓形的齿面相啮合，主动齿轮采用反向鼓形的齿面与被动齿轮采用正向鼓形的齿面相啮合，主动齿轮和被动齿轮鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部靠近齿小端处。
优选的，所述主动齿轮两侧齿面齿线采用反向鼓形，被动齿轮两侧齿面齿线采用正向鼓形，主动齿轮和被动齿轮鼓形曲线均为分段曲线，主动齿轮鼓形曲线有三段顺次光滑连接的圆弧组成，被动齿轮鼓形曲线有三段顺次光滑连接的圆弧组成。
优选的，所述主动齿轮和被动齿轮一侧齿面采用正向鼓形，另一侧齿面采用方向鼓形，主动齿轮采用正向鼓形的齿面与被动齿轮采用反向鼓形的齿面相啮合，主动齿轮采用反向鼓形的齿面与被动齿轮采用正向鼓形的齿面相啮合；被动齿轮鼓形曲线有三段顺次光滑连接的圆弧组成，主动齿轮鼓形曲线有三段顺次光滑连接的圆弧组成。
一种直齿锥齿轮副的齿向修形方法，包括以下步骤：
软件造型→制造修形模具→批量生产；
在软件造型步骤中，根据接触应力计算公式， 其中b为接触面半宽，σH max为最大接触应力，来设计较高的接触强度；
在制造修形模具步骤中，软件造型步骤中的数据输入到数控机床，由数控机床将毛坯直接加工成用于锻造成形的齿轮模具；
在批量生产步骤中，采用精锻法进行批量生产。
优选的，在软件造型步骤中，采用UG造型。
本发明的有益效果是：相对于现有技术，本发明主动齿轮和被动齿轮相配合齿面的齿线采用同向弯曲但曲率不同的一组或多组曲线，通过造型软件和数控制造技术制造相应的修形模具，用锻造工艺实现大规模批量化生产，既保留了现有齿向修形方式的优点，又提高了现有修形方式的齿面接触强度；同时所提出的齿向修形方式易于实现，不会带来额外增加的制造成本。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是齿轮副理论齿向的结构示意图；
图2是齿轮副齿向常规修形的结构示意图；
图3是本发明的节平面齿线啮合的结构示意图；
图4是本发明的节平面齿线啮合的结构示意图；
图5是本发明的节平面齿线啮合的结构示意图；
图6是本发明的节平面齿线啮合的结构示意图；
图7是本发明的结构示意图。
图中：1.主动齿轮，2.被动齿轮。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图7所示，一种直齿锥齿轮副，包括主动齿轮1和被动齿轮2，主动齿轮1与被动齿轮2啮合；所述主动齿轮1两侧齿面齿线采用反向或正向鼓形，被动齿轮2两侧齿面齿线采用正向或反向鼓形，主动齿轮1和被动齿轮2鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部稍微靠近齿小端处。
一种直齿锥齿轮副的齿向修形方法，包括以下步骤：
软件造型→制造修形模具→批量生产；
在软件造型步骤中，根据接触应力计算公式， 其中b为接触面半宽，σH max为最大接触应力，来设计较高的接触强度；
以上公式各参数物理含义可参照有关书籍，其中
表示两啮和齿面在接触点处的综合曲率半径，外接触时取正号，内接触时取负号；传统修形方式主动齿轮和被动齿轮齿线均向外弯曲，属于外接触；本申请中主动齿轮1和被动齿轮2齿线向同侧弯曲，属于内接触，可见在相同的载荷和齿轮副参数下，本申请中接触点处应力小于传统修形，所以有较高的接触强度。
在制造修形模具步骤中，软件造型步骤中的数据输入到数控机床，由数控机床将毛坯直接加工成用于锻造成形的齿轮模具；
在批量生产步骤中，采用精锻法进行批量生产；
在软件造型步骤中，采用UG造型。
由赫兹弹性接触理论可知，齿向修形后接触区面积减小，齿轮强度减弱，为改善现有齿向修形方式对齿轮强度造成的不利影响，同时保留齿向修形能改善受载变形引起的齿轮啮合错位和齿面偏载现象的优点，本申请将主动齿轮1和被动齿轮2相配合的齿线修整成向相同方向完全但曲率不同的一对曲线，具体来讲，以下结合差速器直齿锥齿轮实施例加以说明：
实施例1：
如图3所示，主动齿轮1两侧齿面齿线采用反向鼓形，被动齿轮2两侧齿面齿线采用正向鼓形，主动齿轮1和被动齿轮2鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部稍微靠近齿小端处，其中主动齿轮1圆弧鼓形曲线C1曲率略小于被动齿轮2圆弧鼓形曲线C2曲率，曲率方向相同；该实施例中，圆弧可代替为其他类型的曲线。
实施例2：
如图4所示，主动齿轮1和被动齿轮2一侧齿面采用正向鼓形，另一侧齿面采用反向鼓形，主动齿轮1采用正向鼓形的齿面与被动齿轮2采用反向鼓形的齿面相啮合，主动齿轮1采用反向鼓形的齿面与被动齿轮2采用正向鼓形的齿面相啮合，主动齿轮1和被动齿轮2鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部靠近齿小端处，其中被动齿轮1圆弧鼓形曲线C1曲率略小于主动齿轮2圆弧鼓形曲线C2曲率，曲率方向相同。
实施例3：
如图5所示，主动齿轮1两侧齿面齿线采用反向鼓形，被动齿轮2两侧齿面齿线采用正向鼓形，主动齿轮1和被动齿轮2鼓形曲线均为分段曲线，主动齿轮1鼓形曲线C1有三段顺次光滑连接的圆弧组成，其中a1b1圆弧和c1d1圆弧之曲率大于b1c1圆弧曲率；被动齿轮2鼓形曲线C2有三段顺次光滑连接的圆弧组成，其中a2b2圆弧和c2d2圆弧之曲率大于b2c2圆弧曲率；c1d1圆弧曲率小于b2c2圆弧曲率；该实施例中，圆弧可代替为其他类型的曲线，齿线也可以是不同类型曲线的组合；特别地，b1c1和b2c2甚至可以单独或同时是直线。
实施例4：
如图6所示，主动齿轮1和被动齿轮2一侧齿面采用正向鼓形，另一侧齿面采用方向鼓形，主动齿轮1采用正向鼓形的齿面与被动齿轮2采用反向鼓形的齿面相啮合，主动齿轮1采用反向鼓形的齿面与被动齿轮2采用正向鼓形的齿面相啮合；被动齿轮1鼓形曲线C1有三段顺次光滑连接的圆弧组成，其中a1b1圆弧和c1d1圆弧之曲率大于b1c1圆弧曲率；主动齿轮2鼓形曲线C2有三段顺次光滑连接的圆弧组成，其中a2b2圆弧和c2d2圆弧之曲率大于b2c2圆弧曲率；c1d1圆弧曲率小于b2c2圆弧曲率；该实施例中，圆弧可代替为其他类型的曲线，齿线也可以是不同类型曲线的组合；特别地，b1c1和b2c2甚至可以单独或同时是直线。
为解决常规齿向修形所引起的技术问题而在本申请中所采取的针对直齿锥齿轮齿向修形方案同样适用于球面渐开线直齿锥齿轮、直齿圆柱齿轮等理论啮合线为直线的齿轮传动形式。
上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种直齿锥齿轮副，其特征在于：包括主动齿轮和被动齿轮，主动齿轮与被动齿轮啮合；所述主动齿轮两侧齿面齿线采用反向或正向鼓形，被动齿轮两侧齿面齿线采用正向或反向鼓形，主动齿轮和被动齿轮鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部靠近齿小端处。
2.根据权利要求1所述的直齿锥齿轮副，其特征在于：所述主动齿轮两侧齿面齿线采用反向鼓形，被动齿轮两侧齿面齿线采用正向鼓形，主动齿轮和被动齿轮鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部靠近齿小端处。
3.根据权利要求1所述的直齿锥齿轮副，其特征在于：所述主动齿轮和被动齿轮一侧齿面采用正向鼓形，另一侧齿面采用反向鼓形，主动齿轮采用正向鼓形的齿面与被动齿轮采用反向鼓形的齿面相啮合，主动齿轮采用反向鼓形的齿面与被动齿轮采用正向鼓形的齿面相啮合，主动齿轮和被动齿轮鼓形曲线均为圆弧，鼓形顶点在齿宽中部靠近齿小端处。
4.根据权利要求1所述的直齿锥齿轮副，其特征在于：所述主动齿轮两侧齿面齿线采用反向鼓形，被动齿轮两侧齿面齿线采用正向鼓形，主动齿轮和被动齿轮鼓形曲线均为分段曲线，主动齿轮鼓形曲线有三段顺次光滑连接的圆弧组成，被动齿轮鼓形曲线有三段顺次光滑连接的圆弧组成。
5.根据权利要求1所述的直齿锥齿轮副，其特征在于：所述主动齿轮和被动齿轮一侧齿面采用正向鼓形，另一侧齿面采用反向鼓形，主动齿轮采用正向鼓形的齿面与被动齿轮采用反向鼓形的齿面相啮合，主动齿轮采用反向鼓形的齿面与被动齿轮采用正向鼓形的齿面相啮合；被动齿轮鼓形曲线有三段顺次光滑连接的圆弧组成，主动齿轮鼓形曲线有三段顺次光滑连接的圆弧组成。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的直齿锥齿轮副的齿向修形方法，其特征在于：包括以下步骤：
软件造型→制造修形模具→批量生产；
在软件造型步骤中，根据接触应力计算公式， 其中b为接触面半宽，σH max为最大接触应力，来设计较高的接触强度；
在制造修形模具步骤中，软件造型步骤中的数据输入到数控机床，由数控机床将毛坯直接加工成用于锻造成形的齿轮模具；
在批量生产步骤中，采用精锻法进行批量生产。
7.根据权利要求6所述的直齿锥齿轮副的齿向修形方法，其特征在于：在软件造型步骤中，采用UG造型。
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