CN113935120A - 齿轮的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及齿轮的制造方法。实施方式的齿轮的制造方法包括:设定用于在齿轮形成规定的齿形的函数f(x)的工序,其中,所述函数f(x)使得:从所述齿形的齿根起至齿顶为止的表面形状具有顶点,所述齿形的表面形状的所述齿根处的曲率半径与和所述顶点接触的、圆弧的半径或抛物线的所述齿根处的曲率半径之差为规定值以内,所述齿形的表面形状的所述齿顶处的曲率半径与所述圆弧的半径或所述抛物线的所述齿顶处的曲率半径之差为规定值以上,所述齿形的表面形状的所述齿顶处的曲率半径比所述圆弧的半径或所述抛物线的所述齿顶处的曲率半径小;以及使用所述函数f(x)来形成所述齿根和所述齿顶的工序。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮的制造方法。
背景技术
在日本特表2014-519986号公报(专利文献1)中,公开了对轧机等的辊进行驱动的驱动主轴的齿部的制造方法。在专利文献1的制造方法中,分别实施以降低拱形的齿部的齿根的方式对齿根进行加工的工序和以降低齿顶的方式对齿顶进行加工的工序。
在专利文献1中,齿部的加工工序被分割,因此与在一个工序中加工齿部的情况相比容易产生精度误差。另一方面,当通过二次函数来形成齿形时,存在难以兼顾齿顶的碰撞风险的减轻和安静化这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而完成的,本发明的目的在于,提供一种齿轮的制造方法,该制造方法能降低齿形的精度误差的产生风险,并且能谋求兼顾齿顶的碰撞风险的减轻和安静化。
本发明的一个方案的齿轮的制造方法包括:设定用于在齿轮形成规定的齿形的函数f(x)的工序,其中,所述函数f(x)使得:从所述齿形的齿根起至齿顶为止的表面形状具有顶点,所述齿形的表面形状的所述齿根处的曲率半径与和所述顶点接触的、圆弧的半径或抛物线的所述齿根处的曲率半径之差为规定值以内,所述齿形的表面形状的所述齿顶处的曲率半径与所述圆弧的半径或所述抛物线的所述齿顶处的曲率半径之差为规定值以上,所述齿形的表面形状的所述齿顶处的曲率半径比所述圆弧的半径或所述抛物线的所述齿顶处的曲率半径小;以及使用所述函数f(x)来形成所述齿根和所述齿顶的工序。
发明效果
根据本发明,能降低齿形的精度误差的产生风险,并且能谋求兼顾齿顶的碰撞风险的减轻和安静化。
根据下文给出的详细描述和仅作为说明给出的附图,本发明的上述以及其他目的、特征、优点将变得更充分地被理解,因此不应被认为是对本发明的限制。
附图说明
图1是表示实施方式的齿轮的图。
图2是对在实施方式的齿轮的制造方法中用于齿形的加工的函数f(x)的一个例子进行说明的图。
图3是对在实施方式的齿轮的制造方法中用于齿形的加工的函数f(x)的其他例子进行说明的图。
图4是对关于函数g(a)求出满足g(a)=ρ的值a的收敛计算进行说明的图。
图5是表示比较例的用于齿形的修正的函数的图。
图6是表示比较例的用于齿形的修正的函数的图。
图7是表示比较例的用于齿形的修正的函数的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。对各图中的相同的构成要素标注同一附图标记,并省略重复的说明。
实施方式涉及一种齿轮的制造方法,该齿轮具备多个齿,并通过与对方齿轮的齿的啮合来在两个轴之间传递旋转运动。图1是表示实施方式的齿轮10、20的构成的图。在图1所示的例子中,齿轮10、20为大致圆板状,在外周侧分别具有多个齿11、21。
齿11的侧面是齿面12,顶端侧是齿顶14,相邻的齿11之间的齿槽侧是齿根15。在图1中,图示出齿轮10与齿轮20在由虚线的圆包围的部位啮合的状态。
在设计齿轮10的齿面12的形状时,分类为以下两个形状。第一个形状是作为在齿轮为完全刚体且没有组装误差的情况下进行理想的啮合的理想形状的渐开曲线。具有渐开曲线的齿面12的齿11形成为被设为左右对称的标准齿轮的齿形13。第二个形状是根据形状误差、组装误差考虑了啮合的安静化、平顺性的修正形状。
通常,在齿轮10、20啮合时,齿轮的齿顶、侧面会给对方齿轮带来干涉、高的表面压力,从而产生磨耗。例如,在处于高转矩旋转状态的情况下,若齿轮10、20啮合,则齿11、21由于负荷而变形,在图1中箭头所示的方向上产生挠曲。此时,在齿11、21的侧面产生齿宽方向的局部磨耗。
此外,在下一个啮合的齿面不是原本啮合的相位时,例如,齿轮20的齿顶与齿轮10的齿根产生干涉或高的表面压力(接触应力),从而会产生局部磨耗。有磨耗的啮合会对安静化、寿命造成障碍,最坏的情况下存在导致其破坏的风险。
作为这样的问题的对策,例如,存在对标准齿轮的齿形进行了修正的齿顶修缘形状(tooth tip relief)。实际的齿形形状是组合了理想形状和修正形状的几何学形状,以下对修正形状进行说明。在图5、6、7中示出了比较例的用于齿轮的齿形13的修正的函数。在图5~7中,左侧为齿根侧,右侧为齿顶侧。
在图5、6、7中,横轴表示齿轮的作用线长。在该例子中,作用线长与图1所示的齿高h相等。此外,纵轴表示齿面的表面的位置。纵轴的零线是齿形的表面形状的理想形状,以此为基准随着齿形表面形状朝向负侧而进行从标准齿形削掉表面的加工。
作为重视安静化的情况下的齿形的修正形状,可以举出抛物线形状、圆弧形状等。在图5、6中,示出了抛物线形状的例子,抛物线由以下的算式(1)表示。
[数式1]
从齿形的齿根起至齿顶为止的表面形状具有顶点。将该顶点与理想形状的切点设为O。此外,v是齿顶侧的端部,-u(v>u)是齿根侧的端部。u位于顶点与齿顶之间。c是任意的比例常数。能通过使c变化而使齿形的形状变化。图5的c比图6的c小。
如图5所示,能通过减小c来设计安静化高的齿形,但齿顶的干涉风险高。另一方面,如图6所示,当增大c时能减小齿顶的干涉风险,但齿形中央的偏离大,因此安静化会恶化。
在图7所示的例子中,考虑安静化和齿顶干涉而将齿形分为两个区域,从而形成抛物线形状和齿顶修缘形状。图7中,可以期待通过A~B的抛物线形状来确保安静化,通过A~R的齿顶修缘形状来降低齿顶的干涉风险。然而,在图7的齿形形状中,在A点处会产生不连续点。在该情况下,在对齿面进行NC(numerical control:数值控制)加工时,需要用彼此不同的两条曲线来表现两个区域,在设计、解析、制造上处理较繁琐。此外,若将抛物线形状和齿顶修缘形状分割为两个工序进行加工,则会存在精度误差的产生等A点的处理困难这样的问题。
因此,本发明者想出了以下的在一个工序中对齿根和齿顶进行加工的制造方法。实施方式的齿轮的制造方法包括:设定用于在齿轮形成规定的齿形的函数f(x)的工序,其中,所述函数f(x)使得:从所述齿形的齿根起至齿顶为止的表面形状具有顶点,所述齿形的表面形状的所述齿根处的曲率半径与和所述顶点接触的、圆弧的半径或抛物线的所述齿根处的曲率半径之差为规定值以内,所述齿形的表面形状的所述齿顶处的曲率半径与所述圆弧的半径或所述抛物线的所述齿顶处的曲率半径之差为规定值以上,所述齿形的表面形状的所述齿顶处的曲率半径比所述圆弧的半径或所述抛物线的所述齿顶处的曲率半径小;以及使用所述函数f(x)来形成所述齿根和所述齿顶的工序。
如此,通过使用上述的一个函数f(x)来进行通过数值控制实现的机械加工,能降低齿形的精度误差的产生风险,并且能谋求兼顾齿顶的碰撞风险的减轻和安静化。这样的函数f(x)是从齿形的齿根起至齿顶为止的表面形状成为连续且平滑的一个通用算式。以下,对函数f(x)的例子进行说明。
图2是对在实施方式的齿轮的制造方法中用于齿形的加工的函数f(x)的一个例子进行说明的图。图2所示的函数f(x)由以下的算式(2)表示。算式(2)是偶函数多项式。
f(x)=-axm-bxn……(2)
在此,a>0,b>0,m>n,m和n是正的偶数。
如图2所示,从齿根朝向齿顶,设为B(-u,-c)、A(u,-c)、R(v,-r)。当将A点、R点代入算式(2)时,
f(v)=-r
f(u)=-c
由此,能得到以下的算式(3)、(4)。
avm+bvn=r……(3)
aum+bun=c……(4)
当将H设为H=vmun-vnum时,能根据算式(3)、算式(4)得到以下的算式(5)。
[数式2]
其中,需要使r/c>(v/u)n。
在图2中,作为例子,用实线示出(m,n)=(24,2),用单点划线示出(m,n)=(10,2)。此外,为了进行比较,用虚线示出以O点为顶点的抛物线。用算式(2)表示的齿形的表面形状与用虚线表示的抛物线在顶点(O点)处相切。由图2可知,如果使用算式(2),则从齿形的齿根起至齿顶为止的表面形状(B~O~A~R)成为连续且平滑。
此外,在齿根侧,齿形的表面形状的曲率半径和抛物线的曲率半径为规定值以内。此外,在齿顶侧,齿形的表面形状的曲率半径和抛物线的曲率半径为规定值以上。而且,在齿顶处,齿形的表面形状的曲率半径比抛物线的曲率半径小。例如,在n=2时,成为B~O~A之间与抛物线形状的偏离小的倾向。此外,当m大时成为退避靠近齿顶的倾向。
如此,能谋求兼顾齿轮的齿顶的碰撞风险的减轻和安静化。此外,通过使用这样的函数f(x)进行NC加工,能在一个工序中对齿根和齿顶进行加工。由此,能降低齿形的精度误差的产生风险。
图3是对在实施方式的齿轮的制造方法中用于齿形的加工的函数f(x)的其他例子进行说明的图。图3所示的函数f(x)由以下的算式(6)表示。算式(6)是偶函数指数函数式。
[数式3]
a根据c、r、u、v来决定,为1以上。
当将A点(u,-c)、R点(v,-r)代入算式(6)时,能得到以下的算式(7)、(8)。
[数式4]
[数式5]
在此,设为τ=(v/u)2、ρ=r/c,通过图4所示的收敛计算求出a,以使以下算式成立。
[数式6]
图4是对关于函数g(a)求出满足g(a)=ρ的值a的收敛计算进行说明的图。
将a的初始值设为a0(S1)。然后,求出S2所示的g(a)的基于a的一阶微分(S3)。然后,求出g(a)相对于ρ的误差Δg(S4)。在Δg的绝对值比容许误差ε小的情况下(S5为“是”),计算结束。另一方面,在Δg的绝对值为容许误差ε以上的情况下(S5为“否”),将S6所示的Δa加到a上进行a的近似校正(S7),对近似值重复进行计算直至误差Δg的绝对值小于容许误差ε为止。
通过使用这样的函数f(x),能用一个通用算式来设计能兼顾安静化和耐久性的齿形。由此,在对齿11的表面进行NC加工时,能在一个工序中将齿面加工成连续且平滑。齿形上的A点平滑,因此齿11的应力进一步降低,从而能得到耐磨耗的齿轮。
如以上说明的那样,根据实施方式,能设定齿根成为与由二次函数表示的抛物线形状类似的形状,齿顶成为比抛物线形状弯曲的形状的函数f(x)。通过使用该函数f(x)来进行齿形的修正加工,能用一个函数形成能兼顾齿顶的碰撞风险的减轻和安静化的齿顶。由此,能削减加工工序,并且能易于加工、抑制误差的产生。
需要说明的是,本发明不限于上述实施方式,能在不脱离主旨的范围内进行适当变更。在上述的例子中,对实施方式的函数f(x)与从相同的顶点通过的抛物线进行了比较,但也可以对实施方式的函数f(x)与从相同的顶点通过的圆弧进行比较。
此外,在上述的实施方式中,示出了通过NC加工来控制砂轮等磨削用的工具、作为齿轮的工件的动作,由此加工成规定的齿形的例子,但不限定于此。例如,在通过砂轮来对作为齿轮的工件的齿面进行磨削加工而精加工为规定的齿形的情况下,在使用修整器对砂轮进行修整时,能使用上述的函数f(x)将砂轮修整为与规定的齿形对应的形状。
此外,也可以是,在使用滚压模具对工件进行滚压成形而成形出齿轮的情况下,对滚压模具使用上述的函数f(x)来形成与规定的齿形对应的转印形状。在滚压成形中,例如,使向同一方向旋转的一对滚压模具夹持工件,并使滚压模具的齿部作为槽转印至工件的外周面,由此能制造具有规定形状的齿形的齿轮。
从如此描述的发明内容中,显而易见的是,可以通过多种方式来改变本发明的实施例。这种变化不应该被视为脱离本发明的主旨和范围,并且对于本领域技术人员而言,显而易见的是所有这种修改都旨在包括在权利要求书的范围内。
Claims (5)
1.一种齿轮的制造方法,包括:
设定用于在齿轮形成规定的齿形的函数f(x)的工序,其中,
所述函数f(x)使得:
从所述齿形的齿根起至齿顶为止的表面形状具有顶点,
所述齿形的表面形状的所述齿根处的曲率半径与和所述顶点接触的、圆弧的半径或抛物线的所述齿根处的曲率半径之差为规定值以内,
所述齿形的表面形状的所述齿顶处的曲率半径与所述圆弧的半径或所述抛物线的所述齿顶处的曲率半径之差为规定值以上,
所述齿形的表面形状的所述齿顶处的曲率半径比所述圆弧的半径或所述抛物线的所述齿顶处的曲率半径小;以及
使用所述函数f(x)来形成所述齿根和所述齿顶的工序。
2.根据权利要求1所述的齿轮的制造方法,其中,
所述函数f(x)由以下的算式表示,
f(x)=-axm-bxn
在此,a>0,b>0,m>n,m和n是正的偶数。
3.根据权利要求2所述的齿轮的制造方法,其中,
将以所述顶点与理想形状的切点为原点的所述齿根的端部的位置(-u,-c)、所述齿顶的端部的位置(v,-r)、所述顶点与所述齿顶之间的位置(u,-c)的值代入所述函数f(x)来求出满足r/c>(v/u)n的m和n,由此决定所述齿形的表面形状。
5.根据权利要求4所述的齿轮的制造方法,其中,
根据通过将所述齿根的端部的位置(-u,-c)、所述齿顶的端部的位置(v,-r)、所述顶点与所述齿顶之间的位置(u,-c)的值代入所述函数f(x)而得到的算式,通过收敛计算来求出a,由此决定所述齿形的表面形状。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20220114 |
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