CN109630653B - 仿生高功重比齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生高功重比齿轮。轮毂和轮辐直径比值范围是2～5，轮辐为连接在轮缘和轮毂之间的环形支撑筋结构，环形支撑筋结构和轮毂外表面之间以及环形支撑筋结构和轮缘内表面之间的过渡处截面曲线采用特殊形状弧线，所述特殊形状弧线为树枝和树干之间的弧线，即正切函数曲线中拐弯处的弯曲弧线段，且轮辐上沿周向均匀分布有尺寸相同的圆孔。本发明提高了齿轮径向受力，同时增强了齿轮的疲劳强度，提高了齿轮的使用寿命；同时轮辐的圆孔去除材料减轻了齿轮自重提高了功重比。

Description

仿生高功重比齿轮
技术领域
本发明涉及了一种疲劳强度增大的齿轮，涉及一种仿生高功重比齿轮。
背景技术
普通齿轮的圆角是圆弧过渡，这种圆角制造方便，结构简单。能有效减少应力集中，但是对于齿轮的疲劳强度没有太大的贡献。而传统的齿轮往往工作在周期性的应力状态下，当其循环次数增大时，其疲劳极限逐渐减小。容易发生疲劳破坏。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种仿生高功重比齿轮，以树枝中一种新型的过渡曲线以增大齿轮轮辐和轮缘、轮辐和轮毂之间拐角处的疲劳强度。
本发明所采用的技术方案是：
本发明包括轮辐、轮缘和轮毂，轮毂和轮辐直径比值范围是2～5，轮辐为连接在轮缘和轮毂之间的环形支撑筋结构，环形支撑筋结构和轮毂外表面之间以及环形支撑筋结构和轮缘内表面之间的过渡处截面曲线采用特殊形状弧线，所述特殊形状弧线为树枝和树干之间的弧线，且轮辐上沿周向均匀分布有尺寸相同的圆孔。
所述特殊形状弧线是正切函数曲线中拐弯处的弯曲弧线段。
所述的正切函数曲线分别与轮缘的内圆和轮辐相切，其过渡位置的曲线方程为：
y＝a1tan(a2x)+a3
式中，y表示纵坐标，x表示横坐标，a1和a2是形状参数，a3是位置参数。具体实施中根据实际齿轮的尺寸取a1,a2,a3的值，a1的取值范围是0.15～0.4，a2的取值范围是1.15～1.4，a3视情况而定。
本发明在轮辐和轮毂、轮辐和轮缘之间的过渡放弃传统的圆弧过渡，采用上述公式的正切曲线，结合轮辐均匀分布的圆孔，能够实现减轻齿轮的重量达到高功重比的效果。
所述的齿轮的轮辐、轮缘和轮毂采用碳钢材料一体制成。
本发明仿生花朵的结构，对齿轮轮辐和轮毂直径之比做了限定。
本发明具有的有益效果：
1.轮辐和轮缘之间、轮辐和轮毂之间的特殊过渡曲线增大疲劳强度，且能承受更高的径向载荷。
2.轮辐和轮毂的直径比，以及轮辐上均匀分布的圆孔减轻了齿轮的重量，提高了功重比。
附图说明
图1是自然界一棵普通的树；
图2是正切函数的曲线；
图3是本发明仿生高功重比齿轮的剖面图；
图4为本发明仿生高功重比齿轮的正视图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图3和图4所示，本发明的齿轮包括轮辐、轮缘和轮毂，轮辐连接于轮缘和轮毂之间，轮毂和轮辐直径比值范围是2～5，轮辐为连接在轮缘和轮毂之间的环形支撑筋结构，环形支撑筋结构和轮毂外表面之间以及环形支撑筋结构和轮缘内表面之间的过渡处截面曲线采用特殊形状弧线，且轮辐上沿周向均匀分布有尺寸相同的圆孔。
在自然界中，树木许多情况下都要受到风的吹动。而树枝在日复一日的风吹下，大多数能不断枝。这说明，树枝和树干过渡位置的疲劳强度较大。
特殊形状弧线为如图1所示的树枝和树干之间的弧线，即为正切函数曲线中拐弯处的弯曲弧线段，如图2所示。其过渡位置的曲线方程为：
y＝a1tan(a2x)+a3
具体实施中根据实际齿轮的尺寸取a1,a2,a3的值，a1的取值范围是0.2，a2的取值范围是1.2，a3视情况而定。
本发明在轮辐和轮毂、轮辐和轮缘之间的过渡放弃传统的圆弧过渡，采用上述公式的正切曲线，结合轮辐均匀分布的圆孔，能够实现减轻齿轮的重量达到高功重比的效果。
本发明的轮毂和轮辐直径比是仿照花朵的花蕊花瓣直径比，这样能得到较好的疲劳强度。
本发明的工作原理过程是：
本发明利用仿生树干和树枝之间的过渡曲线，来构造齿轮轮辐和轮缘、轮辐和轮毂之间的过渡圆角，取代传统的圆弧圆角。以此增大齿轮的疲劳强度，同时能够承受更大的径向载荷。仿生花朵的花蕊花瓣直径比来限定轮辐和轮毂的直径比，同时在齿轮轮辐上均匀去除圆孔，以此来降低齿轮的重量，提高齿轮的功重比。
由此可见，本发明提高了齿轮径向受力，同时增强了齿轮的疲劳强度，提高了齿轮的使用寿命；同时轮辐的圆孔去除材料减轻了齿轮自重提高了功重比。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种仿生高功重比齿轮，包括轮辐、轮缘和轮毂，其特征在于：轮毂和轮辐直径比值范围是2～5，轮辐为连接在轮缘和轮毂之间的环形支撑筋结构，环形支撑筋结构和轮毂外表面之间以及环形支撑筋结构和轮缘内表面之间的过渡处截面曲线采用特殊形状弧线，所述特殊形状弧线是正切函数曲线中拐弯处的弯曲弧线段，所述的正切函数曲线来源于树枝和树干之间的过渡弧线，且轮辐上沿周向均匀分布有尺寸相同的圆孔；
所述的正切函数曲线分别与轮缘的内圆和轮辐相切，其过渡位置的曲线方程为：
y＝a1tan(a2x)+a3
式中，y表示纵坐标，x表示横坐标，a1和a2是形状参数，a3是位置参数。
2.根据权利要求1所述的一种仿生高功重比齿轮，其特征在于：
所述的齿轮的轮辐、轮缘和轮毂采用碳钢材料一体制成。
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