CN1614263A - 微线段齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮，具体地说是微线段齿轮，特点是：齿廓曲线由微段曲线或微段直线光滑连接而成，其最少齿数为3个齿。与目前常用的渐开线齿轮相比，微线段齿轮不仅适用于一般的传动场合，尤其适用于高速、重载或要求小型化的场合下的运动和动力传动。

Description

微线段齿轮

技术领域

本发明涉及一种齿轮。

背景技术

齿轮是各种产业机械、汽车、船舶、机车、飞机等所有机械和装置不可缺少的重要零部件，是机械设备中传递运动和动力的主要形式之一，其性能优劣很大程度上决定着机械产品的质量和水平。

目前使用最多的是渐开线齿轮，渐开线齿轮有不少优点，如制造简单、互换性好、易变位等，但其缺点也一样明显，如强度较低尤其是接触强度较低、最小齿数大，从而使体积较大等，其不根切的最小齿数为17，在采取变位等措施后，最少齿数也难以小于12，因而不能满足高速、重载及小型化的要求。目前，已经在生产实践中获得应用的其他齿形齿轮也存在这方面的问题，如：圆弧齿轮，摆线齿轮等。圆弧齿轮虽然基本解决了渐开线齿轮接触强度不高的问题但弯曲强度又存在着不足，而且必须做成斜齿轮。

发明内容

本发明的目的是：提供一种最小齿数可为3齿、齿轮接触强度高的，易于加工的微线段齿轮。

实现上述发明目的的技术解决方案如下：

微线段齿轮，其特征在于：齿廓曲线由微段曲线或微段直线光滑连接而成，所述微段曲线长度为1微米以下，所述齿轮的齿根处齿廓为内凹齿廓曲线，其最少齿数为3个齿。

2、根据上述1所述的微线段齿轮，其特征在于：所述微段曲线为渐开线曲线，并可用微段直线替代。

3、根据上述1所述的微线段齿轮，其特征在于：齿数为3-8个齿时，齿顶高系数范围为1-1.4，齿根高系数为1-0.6，齿厚增大至0.5-0.7πm，齿槽宽为0.3-0.5πm。

4、根据上述1所述的微线段齿轮，其特征在于：所述齿轮为直齿齿轮，或为斜齿齿轮。

本发明微线段齿轮基准齿条齿廓曲线的构造：如附图1所示为少齿数微线段齿轮基准齿条的构成原理图，图1中，微线段m₁S₁为以o₁为圆心，

为半径的基圆上的渐开线，微线段S₂m₁为以o₁′为圆心，

为半径的基圆上的渐开线，微线段S₂m₂为以o₂为圆心，

为半径的基圆上的渐开线，如此下去，即形成微线段齿条的基准齿形。

决定该曲线性质的是三个独立的参数：r_b0、α₀、δ，分别称为，初始基圆半径，初始压力角及参数压力角，其值没有一定的限制，可根据需要选定。

微线段齿轮齿廓曲线的形成：根据基本的齿轮啮合原理，由附图2即可通过基准齿条与与齿轮相啮合推导出相应的齿轮齿廓曲线方程：

式中：d＝x₁+y₁/tgα₁

x₁，y₁：标准微线段齿条齿廊曲线点坐标；

₂：微线段齿轮自初始位置的转角；

d：对应微线段齿轮转动₂角时，标准微线段齿条移动的距离；

r₂：微线段齿轮分度圆半径；

x₂，y₂：与标准微线段齿条上(x₁，y₁)点相啮合的微线段齿轮齿廊曲线上的点坐标；

α₁：啮合点的压力角。

这样构造出的微线段齿轮整体上是凸-凹的啮合形式，即每个齿轮的齿顶部分为凸齿廊，齿根部分为凹齿廊。根据所选定的初始参数，每段齿廊一般由成千甚至上万段微段曲线组成，每个微段的长度为1个微米甚至更短。

对于最少齿数大于8的少齿数微线段齿轮，结构不需调整，而对于最小齿数在3与8之间的少齿数微线段齿轮，需作结构上的调整，具体措施为：

A、减小齿根高系数，增加齿顶高系数，但两者之和保持不变。同样，为保证能够正确地进行啮合，相应的与其啮合的大齿轮也应作对应的变化，即增加齿根高系数，减小齿顶高系数。

B、增加小齿轮的齿厚即减小小齿轮齿条刀具的齿厚，而齿厚与齿槽宽之和保持不变。与其啮合的大齿轮也应作对应的变化，即减小大齿轮的齿厚而增加其齿槽宽。

本发明的有益技术效果体现在下述几个方面：

与目前常用的渐开线齿轮相比，微线段齿轮不仅适用于一般的传动场合，尤其适用于高速、重载或要求小型化的场合下的运动和动力传动。

1.与渐开线齿轮相比，微线段齿轮不仅具有很高的接触强度，还具有较高的弯曲强度。由于齿轮的弯曲强度主要与齿根厚度有关，而接触强度主要与综合曲率半径有关，而我们所构造微线段齿轮的齿形不仅具有较厚的齿根厚度，而且采用了凸对凹的啮合形式，在构造点上综合曲率为零，因此，这种齿轮具有较高的接触强度和弯曲强度。我们所进行的有关实验也证实了这一点。

附图3为两种齿轮的弯曲强度对比实验数据，从中可以看出，微线段齿轮的弯曲承载能力要明显高于渐开线齿轮。

我们所做的接触疲劳强度实验也表明，在相同的工况下，微线段齿轮的接触强度也要明显高于渐开线齿轮。

2.传动效率高。传动效率实验研究表明，在相同的工况下，微线段齿轮的传动效率比渐开线齿轮要高3％左右，这对于机械传动尤其是高速、重载情况下的大功率传动具有十分重要的意义。图4为1000转/分时两种齿轮传动效率的对比实验曲线(图中虚线为根据实验数据所作的拟合曲线)。

3.最少齿数少，宜于小型化。研究表明，微线段齿轮的最少齿数为3，这样，在相同的模数情况下，微线段齿轮的尺寸可以比渐开线齿轮小得多。目前，我们已加工出了最少齿数为3的微线段齿轮。因此微线段齿轮特别适用于要求小型化的场合。

附图说明

图1为微线段齿条齿形的形成原理图；

图2为微线段齿轮齿条啮合坐标系图；

图3为渐开线齿轮与微线段齿轮的弯曲强度对比实验结果图；

图4为1000转/分时两种齿轮传动效率的对比实验数据图。

图5为3齿数齿轮啮合传动图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步详细地说明。

实施例1：

齿数比为11∶51的微线段齿轮传动。小齿轮是结构未作调整(即除齿形因素外，其他参数如齿顶高系数齿槽宽等不需作特殊处理)的少齿数齿轮，与其啮合的大齿轮齿数为51，也是微线段齿轮。可以是直齿齿轮，也可以是斜齿齿轮。

实施例2：

啮合传动的一对微线段齿轮，小齿轮齿数为3，大齿轮齿数为12，模数为6。小齿轮的齿顶高系数为1.4，齿根高系数为0.6，分度圆齿厚为0.7πm，齿槽宽为0.3πm；大齿轮的齿顶高系数为0.6，齿根高系数为1.4，分度圆齿厚为0.3πm，齿槽宽为0.7πm。(见图5)

实施例3：

啮合传动的一对微线段齿轮，小齿轮齿数为8，大齿轮齿数为20，模数为2。小齿轮的齿顶高系数为1.1，齿根高系数为0.9，分度圆齿厚为0.55πm，齿槽宽为0.45πm；大齿轮的齿顶高系数为0.9，齿根高系数为1.1，分度圆齿厚为0.45πm，齿槽宽为0.55πm。

Claims (4)

1、微线段齿轮，其特征在于：齿廓曲线由微段曲线或微段直线光滑连接而成，所述微段曲线长度为1微米以下，所述齿轮的齿根处齿廓为内凹齿廓曲线，其最少齿数为3个齿。

2、根据权利要求1所述的微线段齿轮，其特征在于：所述微段曲线为渐开线，并可用微直线段替代。

3、根据权利要求1所述的微线段齿轮，其特征在于：齿数为3-8个齿时，齿顶高系数范围为1.1-1.4，齿根高系数为0.9-0.6，齿厚增大至0.55-0.7πm，齿槽宽为0.3-0.45πm。

4、根据权利要求1所述的微线段齿轮，其特征在于：所述齿轮为直齿轮，或为斜齿轮。

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