CN109340346B - 金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构 - Google Patents

金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构，该结构包括蜗杆和塑料齿轮；所述蜗杆上每相邻两个蜗杆齿的第一齿距相等，所述塑料齿轮上每相邻两个塑料齿轮的第二齿距相等，且所述第一齿距与第二齿距不相等后呈不等齿距结构设计，且第一齿距大于第二齿距。本发明将蜗杆和塑料齿轮的齿距不相等后呈不等齿距结构设计，使得接触的轮齿受载均衡，使得每个齿的齿根弯曲应力接近相等，便于整个齿轮的承载能力大大加强，这对齿轮采用不等齿距设计，使得金属蜗杆的齿距小于塑胶齿轮齿距。这种设计可以使得轮齿受载后，塑胶齿轮接触齿的变形量不一，但齿根弯曲强度相近，承载强度大大提高，承载能力能提高30％‑50％。

Description

金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构
技术领域
本发明涉及齿轮设计技术领域，尤其涉及一种金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构。
背景技术
现阶段国内外塑胶齿轮设计都是参照传统的金属传动的设计方法来设计塑胶齿轮副，而没有根据塑胶齿轮的材料特性而制定设计方法，因塑胶材料的主要特性是其自身弹性模量小，近金属弹性模量的1/100。金属齿轮副运转时，相对于塑胶齿轮，其变形非常小，而塑胶齿轮在受载后，变形比较大，如果塑胶齿轮设计套用传统的金属齿轮设计方法，将会使得塑胶齿轮工作齿变形量一样，而啮合齿的齿根的弯曲应力不一样，这样，整个啮合的齿轮副中，有一对轮齿塑胶齿轮齿根处接触承担了大约70％以上的载荷，其余轮齿的承载能力只有20％或10％得到了充分的利用。随着载荷的逐渐增加，这对轮齿即塑胶齿轮齿根处接触将首先断裂。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构；接触的轮齿受载均衡，使得每个齿的齿根弯曲应力接近相等，便于整个齿轮的承载能力大大加强。
为实现上述目的，本发明提供一种金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构，包括蜗杆和塑料齿轮；所述蜗杆上每相邻两个蜗杆齿的第一齿距相等，所述塑料齿轮上每相邻两个塑料齿轮的第二齿距相等，且所述第一齿距与第二齿距不相等后呈不等齿距结构设计；
空载工作时，该蜗杆和塑料齿轮呈一齿啮合，蜗杆与塑料齿轮的其他齿轮均不接触；
加载工作时，一齿啮合的变形量最大，蜗杆与塑料齿轮的其他齿轮之间的变形量由靠近啮合部位至远离啮合部位呈逐渐变小的结构分布；且所述蜗杆与塑料齿轮加载接触后齿根弯曲应力均接近相等。
其中，该塑胶齿轮包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，该蜗杆包括第一蜗杆齿、第二蜗杆齿和第三蜗杆齿；所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮的第一齿距相等，所述第一蜗杆齿、第二蜗杆齿和第三蜗杆齿的第二齿距相等，且所述第一齿距与第二齿距不相等后呈不等齿距结构设计；
空载工作时，第一蜗杆齿的齿根与第一齿轮的齿顶接触，所述第二蜗杆齿与第二齿轮不接触，所述第三蜗杆齿与第三齿轮也不接触；
加载工作时，第一蜗杆齿的齿根与第一齿轮的齿顶接触，变形量最大；第二蜗杆齿的齿根与第二齿轮的齿中部接触，变形量次之；第三蜗杆齿的齿根与第三齿轮的齿下部接触，变形量最小。
其中，所述塑胶齿轮与蜗杆接触的三个位置的蜗杆齿的齿根弯曲应力均接近相等。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构，具有如下优势：
本结构将蜗杆和塑料齿轮的齿距不相等后呈不等齿距结构设计，使得接触的轮齿受载均衡，使得每个齿的齿根弯曲应力接近相等，便于整个齿轮的承载能力大大加强，这对齿轮采用不等齿距设计，使得金属蜗杆的齿距小于塑胶齿轮齿距。这种设计可以使得轮齿受载后，塑胶齿轮接触齿的变形量不一，但齿根弯曲强度相近，承载强度大大提高，承载能力能提高30％-50％；同时，在空载运转时，一齿参与啮合，对塑胶齿轮精度误差的敏感性不强，再者，此时参与啮合的齿只在蜗杆的齿根接触，线速度降低，以达到空载运转噪音低的效果。
附图说明
图1为本发明的金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构在空载时的结构示意图；
图2为本发明的金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构在加载时的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
本发明提供的金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构，包括蜗杆和塑料齿轮；所述蜗杆上每相邻两个蜗杆齿的第一齿距相等，所述塑料齿轮上每相邻两个塑料齿轮的第二齿距相等，且所述第一齿距与第二齿距不相等后呈不等齿距结构设计；
空载工作时，该蜗杆和塑料齿轮呈一齿啮合，蜗杆与塑料齿轮的其他齿轮均不接触；
加载工作时，一齿啮合的变形量最大，蜗杆与塑料齿轮的其他齿轮之间的变形量由靠近啮合部位至远离啮合部位呈逐渐变小的结构分布；且所述蜗杆与塑料齿轮加载接触后齿根弯曲应力均接近相等。
请参阅图1-2，该塑胶齿轮1包括第一齿轮11、第二齿轮12和第三齿轮13，该蜗杆2包括第一蜗杆齿21、第二蜗杆齿22和第三蜗杆齿23；所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮的第一齿距相等，所述第一蜗杆齿、第二蜗杆齿和第三蜗杆齿的第二齿距相等，且所述第一齿距与第二齿距不相等后呈不等齿距结构设计；
图1为空载工作时，第一蜗杆齿的齿根与第一齿轮的齿顶接触，所述第二蜗杆齿与第二齿轮不接触，所述第三蜗杆齿与第三齿轮也不接触；如图1所示，A点即为第一蜗杆齿的齿根与第一齿轮的齿顶接触的位置；B点如果在等距的情况下蜗杆齿面与塑胶齿轮的齿面接触，因为齿距不等，所以不接触；C点在等距的情况下蜗杆齿顶与塑胶齿轮的齿根接触，因为齿距不等，所以不接触。
图2为加载工作时，第一蜗杆齿的齿根与第一齿轮的齿顶接触，变形量最大；第二蜗杆齿的齿根与第二齿轮的齿中部接触，变形量次之；第三蜗杆齿的齿根与第三齿轮的齿下部接触，变形量最小。所述塑胶齿轮与蜗杆接触的三个位置的蜗杆齿的齿根弯曲应力均接近相等。D点将蜗杆的节距减小到1P；E点为第一蜗杆齿的齿根与第一齿轮的齿顶接触，变形量为2P；F点为第二蜗杆齿的齿根与第二齿轮的齿中部接触变形量为1P；G点为第三蜗杆齿的齿根与第三齿轮的齿下部接触，变形量小于1P；另外G点齿根弯曲应力接近。
相较于现有技术的情况，本发明提供的金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构，本结构将蜗杆和塑料齿轮的齿距不相等后呈不等齿距结构设计，使得接触的轮齿受载均衡，使得每个齿的齿根弯曲应力接近相等，便于整个齿轮的承载能力大大加强，这对齿轮采用不等齿距设计，使得金属蜗杆的齿距小于塑胶齿轮齿距。这种设计可以使得轮齿受载后，塑胶齿轮接触齿的变形量不一，但齿根弯曲强度相近，承载强度大大提高，承载能力能提高30％-50％；同时，在空载运转时，一齿参与啮合，对塑胶齿轮精度误差的敏感性不强，再者，此时参与啮合的齿只在蜗杆的齿根接触，线速度降低，以达到空载运转噪音低的效果。
本结构的设计方法如下：
步骤一、按照齿轮的常规设计方法，初步确认齿轮的基本参数和材料；
步骤二、根据材料力学知识或有限元分析，初步计算当塑胶齿轮加载后的弹性变形量；
分别计算出力作用在塑胶齿轮啮合起始和啮合终止点及中点时的变形量；
根据相邻两齿的变形差，初步确定节距差Δp；
步骤三、校核节距差Δp*重合度(取整)小于最小侧隙。
步骤四、确定蜗杆的模数(根据p-Δp计算)。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构，其特征在于，包括蜗杆和塑料齿轮；所述蜗杆上每相邻两个蜗杆齿的第一齿距相等，所述塑料齿轮上每相邻两个塑料齿轮的第二齿距相等，且所述第一齿距与第二齿距不相等后呈不等齿距结构设计，且第一齿距小于第二齿距；
空载工作时，该蜗杆和塑料齿轮呈一齿啮合，蜗杆与塑料齿轮的其他齿轮均不接触；
加载工作时，一齿啮合的变形量最大，蜗杆与塑料齿轮的其他齿轮之间的变形量由靠近啮合部位至远离啮合部位呈逐渐变小的结构分布；且所述蜗杆与塑料齿轮加载接触后齿根弯曲应力均相等；
塑胶齿轮受载后，塑胶齿轮接触齿的变形量不一，但齿根弯曲强度相同，承载强度大大提高，承载能力能提高30％-50％；
在空载运转时，一齿参与啮合，对塑胶齿轮精度误差的敏感性不强，再者，此时参与啮合的齿只在蜗杆的齿根接触，线速度降低，以达到空载运转噪音低的效果。
2.根据权利要求1所述的金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构，其特征在于，该塑胶齿轮包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，该蜗杆包括第一蜗杆齿、第二蜗杆齿和第三蜗杆齿；所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮的第一齿距相等，所述第一蜗杆齿、第二蜗杆齿和第三蜗杆齿的第二齿距相等，且所述第一齿距与第二齿距不相等后呈不等齿距结构设计；
空载工作时，第一蜗杆齿的齿根与第一齿轮的齿顶接触，所述第二蜗杆齿与第二齿轮不接触，所述第三蜗杆齿与第三齿轮也不接触；
加载工作时，第一蜗杆齿的齿根与第一齿轮的齿顶接触，变形量最大；第二蜗杆齿的齿根与第二齿轮的齿中部接触，变形量次之；第三蜗杆齿的齿根与第三齿轮的齿下部接触，变形量最小。
3.根据权利要求2所述的金属蜗杆与塑胶斜齿轮的不等齿距结构，其特征在于，所述塑胶齿轮与蜗杆接触的三个位置的蜗杆齿的齿根弯曲应力均相等。
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