CN109505950B - 一种变速装置的齿轮及其齿的新型楔形结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变速装置的齿轮及其齿的新型楔形结构，新型楔形结构包括顶面、底面和贝塞尔曲线面；提取齿轮齿的渐开线和齿顶圆，与一段圆弧和两条直线构成闭合曲线，形成底面的轮廓曲线；顶面为一圆角矩形，顶面距底面一定高度；顶面和底面之间采用贝塞尔高阶曲线过渡，在顶面和底面之间的同一对应点开始按同一巡行方向，每两点之间均用贝塞尔高阶曲线过渡，形成一个封闭的过渡曲面；顶面、底面和贝塞尔曲线面构成封闭楔形结构实体。本发明结构简单，易于加工，能够保证齿轮变速换挡顺畅，为解决齿轮变速时滑移不顺畅的问题提供了一种新的途径。

Description

一种变速装置的齿轮及其齿的新型楔形结构
技术领域
本发明涉及齿轮滑移变速的领域，特别涉及一种变速装置的齿轮及其齿的新型楔形结构。
背景技术
目前市场上改善滑移变速不顺畅问题的方式主要有两种：对齿轮齿侧进行钳工倒圆角和使用同步器。钳工倒圆虽然能够使齿轮滑移换挡的过程变得顺畅，但是倒角尺寸越大，齿轮强度受到的破坏越大，因此在保证齿轮强度时，倒角尺寸受到了限制，其对滑移变速的改善效果也就不够理想。
当广泛运用的同步器在变速时，同步环的齿先于换挡齿轮组啮合，内部设置的锁止结构能够保证换挡的齿轮组直到速度同步时才啮合，但是同步器内部零件多，体积大，结构复杂，不适用于小型机构，且主要用于平行轴变速机构，不适用于相交轴变速机构。
基于上述原因，研发一种改善变速装置中齿轮在变速过程中的换挡不顺畅现象的变速装置中齿轮齿的新型楔形结构实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变速装置的齿轮及其齿的新型楔形结构，用于改善变速装置中齿轮在变速过程中的换挡不顺畅现象，该楔形结构可以使变速装置内齿轮在滑移变速换挡时，在齿没有与齿槽直接相对的情况下，齿的侧面相互直接碰撞的概率降低，两个需要啮合的齿轮可借助彼此的楔形结构，让齿顺利地从齿槽滑入，达到完全啮合的状态，为解决齿轮变速时滑移不顺畅的问题提供了一种新的途径。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种变速装置中齿轮齿的新型楔形结构，包含：
顶面，其是面积大于0的任意平面；
底面，其由若干条曲线依次连接形成闭环；所述底面与所述顶面平行，所述底面的面积大于所述顶面的面积；
封闭的过渡曲面，其与所述顶面和所述底面共同构成封闭楔形结构实体。
可选地，所述过渡曲面为贝塞尔曲线面，所述贝塞尔曲线面是由所述顶面和所述底面之间采用贝塞尔高阶曲线过渡形成的封闭过渡曲面。
可选地，所述底面的轮廓曲线包含六条曲线，第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线、第五曲线和第六曲线依次连接形成闭环；所述第一曲线与第五曲线为从齿侧面提取齿轮齿廓部分的渐开线，所述第六曲线为齿顶圆圆弧，所述第三曲线是用于过渡所述第二曲线与所述第四曲线的一段圆弧。
可选地，所述顶面设置为倒圆角的矩形面。
可选地，所述顶面的长边为齿全高，所述顶面的短边沿竖直向下方向并落在所述底面上的投影与所述第六曲线相切。
可选地，所述底面关于YOZ面对称，所述顶面关于YOZ面对称，其中，Y轴位于所述第六曲线中点和所述第三曲线中点的连线方向，O点是位于所述底面内并与Y轴相交的任意一点，Z轴垂直于所述底面并与Y轴相交于O点。
可选地，所述顶面与所述底面之间的高度为所述第六曲线长度的1.5～2倍。
本发明还提供了一种变速装置中的齿轮，该齿轮的齿包含有如上文所述的新型楔形结构。
可选地，所述变速装置中的齿轮为圆柱齿轮或圆锥齿轮。
可选地，所述圆柱齿轮和所述圆锥齿轮相啮合。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的新型楔形结构包括顶面、底面和贝塞尔曲线面，该楔形结构可以使变速装置内齿轮在滑移变速换挡时，在齿没有与齿槽直接相对的情况下，齿的侧面相互直接碰撞的概率降低，两个需要啮合的齿轮可借助彼此的楔形结构，让齿顺利地从齿槽滑入，达到完全啮合的状态，结构简单，易于加工，能够保证齿轮变速换挡顺畅，为解决齿轮变速时滑移不顺畅的问题提供一种新的途径。
附图说明
图1为本发明的楔形结构原理图；
图2为本发明应用楔形结构的圆柱齿轮示意图；
图3为本发明应用楔形结构的圆锥齿轮示意图；
图4为本发明具有楔形结构的圆柱齿轮与圆锥齿轮相啮合示意图。
具体实施方式
为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明公开了一种变速装置中齿轮齿的新型楔形结构1，该楔形结构1表面包含顶面α、底面β和贝塞尔曲线面，贝塞尔曲线面是由顶面α和底面β之间采用贝塞尔高阶曲线过渡形成一个封闭的过渡曲面，从而本发明的顶面α、底面β和贝塞尔曲线面构成封闭楔形结构实体。
其中，底面β的轮廓曲线由L1、L2、L3、L4、L5和L6六条曲线组成，曲线L1、L2、L3、L4、L5和L6六条曲线依次连接形成闭环。具体地，L1、L5为从齿侧面提取齿轮齿廓部分的渐开线；L6为齿顶圆圆弧；L3是用于过渡L2与L4的一段圆弧，直线L2、直线L4和圆弧L3可以使楔形结构在齿与齿轮体接触部分平滑以及具有较好的应力结构，且保证设计时底面β的轮廓曲线形成良好曲率的闭环。
优选地，顶面α是一个倒圆角的矩形面。但顶面α不仅限于该倒圆角的矩形面，顶面α还可以是任意一个面积不为0且面积小于底面β的平面，本发明对此不做限制。另，顶面α与底面β平行；顶面α的长边为齿全高，顶面α的短边沿Z轴负方向在底面β上的投影与齿顶圆圆弧L6相切，顶面α距离底面β的高度为h，为避免楔形过平或过尖，h取L6的1.5～2倍。
本实施例中，顶面α关于YOZ面对称，底面β关于YOZ面对称，其中，Y轴位于齿顶圆圆弧L6中点和圆弧L3中点的连线方向，O点位于底面β内并与Y轴相交的任意一点，Z轴垂直于底面β并与Y轴相交于O点，X轴是均与Y轴和Z轴垂直并相交于O点的坐标轴。
借助3D建模软件(如UG NX)，选取顶面α和底面β之后，可以方便地直接生成一系列贝塞尔高阶曲线过渡形成的贝塞尔曲线面。如图1所示，B1、B2、B3、B4、B5、B6即为该贝塞尔曲线面上的六条线，其中，B1和B6分别是顶面第一短边(位于齿顶圆圆弧L6正上方的短边)的两端点与齿顶圆圆弧L6两端点各自对应相连形成的直线；B3和B4分别是顶面第二短边的两端点与圆弧L3两端点各自对应相连形成的直线；B2是顶面第二短边的第一端点(顶面第二短边靠近曲线L1一侧的端点)与第一交点(即曲线L1与直线L2的交点)相连形成的直线；B5是顶面第二短边的第二端点(顶面第二短边远离曲线L1一侧的端点)与第二交点(即曲线L5与直线L4的交点)相连形成的直线。
本发明中的与顶面α、底面β共同形成此楔形结构表面不仅限一系列贝塞尔曲线形成的贝塞尔曲线面，还可以是任意与顶面α，底面β共同形成楔形结构表面的其他面，本发明对此不做限制。
如图2所示，本发明的楔形结构可应用于圆柱齿轮21；如图3所示，本发明的楔形结构可应用于圆锥齿轮31；如图4所示，第一侧的具有该楔形结构的圆柱齿轮41与第二侧的具有该楔形结构的圆锥齿轮42相啮合。
综上所述，本发明的变速装置中齿轮齿的新型楔形结构包括顶面、底面和贝塞尔曲线面；提取齿轮齿的渐开线和齿顶圆，与一段圆弧和两条直线构成闭合曲线，形成底面的轮廓曲线；顶面为一圆角矩形，顶面距底面一定高度；顶面和底面之间采用贝塞尔高阶曲线过渡，在顶面和底面之间的同一对应点开始按同一巡行方向，每两点之间均用贝塞尔高阶曲线过渡，形成一个封闭的过渡曲面；顶面、底面和贝塞尔曲线面构成封闭楔形结构实体。本发明结构简单，易于加工，能够保证齿轮变速换挡顺畅，为解决齿轮变速时滑移不顺畅的问题提供了一种新的途径。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种变速装置中齿轮齿的楔形结构，其特征在于，包含：
顶面，其是面积大于0的平面；
底面，其由六条曲线依次连接形成闭环；所述底面与所述顶面平行，所述底面的面积大于所述顶面的面积；
封闭的过渡曲面，其与所述顶面和所述底面共同构成封闭楔形结构实体；
所述顶面设置为倒圆角的矩形面；
所述底面的轮廓曲线包含六条曲线，第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线、第五曲线和第六曲线依次连接形成闭环；
所述第一曲线与第五曲线为从齿侧面提取齿轮齿廓部分的渐开线，所述第六曲线为齿顶圆圆弧，所述第三曲线是用于过渡所述第二曲线与所述第四曲线的一段圆弧；
所述顶面与所述底面之间的高度为所述第六曲线长度的1.5～2倍。
2.如权利要求1所述的变速装置中齿轮齿的楔形结构，其特征在于，所述过渡曲面为贝塞尔曲线面，所述贝塞尔曲线面是由所述顶面和所述底面之间采用贝塞尔高阶曲线过渡形成的封闭过渡曲面。
3.如权利要求1所述的变速装置中齿轮齿的楔形结构，其特征在于，所述顶面的长边为齿全高，所述顶面的短边沿竖直向下方向并落在所述底面上的投影与所述第六曲线相切。
4.如权利要求1所述的变速装置中齿轮齿的楔形结构，其特征在于，所述底面关于YOZ面对称，所述顶面关于YOZ面对称，其中，Y轴位于所述第六曲线中点和所述第三曲线中点的连线方向，O点是位于所述底面内并与Y轴相交的任意一点，Z轴垂直于所述底面并与Y轴相交于O点。
5.一种变速装置中的齿轮，其特征在于，该齿轮的齿包含有如权利要求1-4任意一项所述的楔形结构。
6.如权利要求5所述的变速装置中的齿轮，其特征在于，
所述变速装置中的齿轮为圆柱齿轮或圆锥齿轮。
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