CN1752477A - 宽齿形组合行星齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械动力传动装置用的宽齿形组合行星齿轮。与现有的行星齿轮相比，其特征是齿形宽度是现有的3倍以上，单个轮齿所能承受的力矩强度是现有的9倍以上。齿形轮廓线的设计加工工艺简单，制造成本低廉。将它用于机械动力传动装置的变速箱中，可节省原材料60％以上。

Description

宽齿形组合行星齿轮

技术领域

各种机械设备内部的动力变速传动齿轮。

背景技术

现有国内外齿轮行业设计、制造的齿轮齿形，其轮廓线主要有渐开线、圆弧及双圆弧齿轮。近年我国从欧美引进的摆线齿锥齿轮和准双曲线齿轮，还有前苏联曾设计过的谐波齿轮。查看近期进口和国产高档汽车的齿轮零件，从互联网上检索中国F16H类1985年以来的发明和实用新型专利公告，都属上述轮廓线齿形的齿轮。

上述各类齿形的齿轮，均有如下不足：

(1)齿形较窄，使齿轮能够承受的力矩强度难以再成倍提高。

(2)齿形轮廓线的精确设计和制造工艺都较复杂。

(3)齿间传动时，齿面的磨损难免，尤其是接近齿根部的磨损尤甚。

自齿轮问世数百年以来，国内外科技界曾对齿轮的齿形轮廓线的设计和精确加工方面做过大量的研究实验，虽然使齿轮传动性能不断提高，并趋于理想极限，但均未取得重大突破。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的宽齿形组合行星齿轮具有如下特征和实用效果：

(1)宽齿形组合行星齿轮是在笔者发明的沿固定轴啮合传动的宽齿形叠合齿轮的基础上，根据行星齿轮组中的多个行星齿轮组合的啮合连续接力传动特点，全由单片宽齿形齿轮组成。为了系统论述宽齿形组合行星齿轮的特征和设计原理，本发明的基本内容，都来自笔者发明的固定轴啮合传动的宽齿形叠合齿轮，由宽齿形齿轮的特征开始说明。

(2)在自动满足连续平稳传动的前提下，宽齿形齿轮的齿形宽度是现有各种齿轮的3倍以上。应力接触点均在两个基准圆之间，所以，从材料力学的相关公式就可估算出：宽齿形齿轮的轮齿能够承受的力矩强度是现有齿轮的9倍以上。使齿轮有利于小型化和薄型化，这对动力传动的齿轮，尤其是对目前已经广泛应用的大力矩高功率的动力传动行星齿轮，更为重要，详见说明书和附图。

(3)宽齿形齿轮的齿形轮廓线由半径线、折线和基准圆的圆弧线段拼接而成。拐角点连接处可以自动跑合磨损成弧形，也可以预先切削磨成光滑的弧线形。它具有设计方便、外形简单、齿端部和齿根部凹凸不显著，对齿形轮廓线精度要求低，采用锻压-整修-表面处理的工艺流程制造就更容易了。

(4)宽齿形齿轮的齿间传动接触面与应力方向大部分都接近垂直，接触面上的节点切向滑动的速度和行程均很小，所以，齿面之间的磨损小，可延长使用寿命。

(4)齿轮是现代和未来大多数机械设备的传动零件，尤其是动力传动的变速箱，主要由行星齿轮组成。因为宽齿形组合行星齿轮的生产成本低廉，有利于小型化和薄型化，耐磨损，所以应用领域广阔，整体经济效果可观。

附图说明

图1是宽齿形叠合齿轮齿形和叠合方式示意图；

图2是宽齿形齿轮齿形轮廓线设计原理示意图；

图3是宽齿形齿轮啮合传动时节点位置变化示意图；

图4是宽齿形齿轮未啮合传动时节点位置变化示意图；

图5是宽齿形齿轮啮合传动时轮齿受力位置变化图；

图6是宽齿形行星齿轮齿形轮廓线设计原理示意图；

图7是宽齿形组合行星齿轮组合原理示意图(摘要附图)。

图中：1.齿端部、2.齿根部、3.叠合齿轮的轮齿旋转角、4.齿顶圆、5.齿根圆、6.齿端部外增部分、7.齿根部内留部分、8.转动方向、9.主动轮、10.从动轮、11.啮合受力时节点起点、12.啮合受力时节点终点、13.未啮合受力时节点位置、14.太阳轮、15.行星轮、16.内齿圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明具体实施方式进行说明：

(1)参见图2，先根据齿轮直径大小估计值和传动比，确定两个齿轮齿数z₁、z₂及主动轮或从动轮齿顶圆4的半径R_d1或R_d2值。

(2)由齿数z₁、z₂直接计算齿端部1或齿根部2所对应的圆心角3，也就是行星齿轮接力啮合传动应错开的最大圆心角，或各为两片齿轮同轴叠合时的轮齿应错开的旋转角θ₁、θ₂。

(3)由主动轮9或从动轮10的齿顶圆4半径R_d1或R_d2值，导出两个齿顶圆4相交的弦长AB：

由图2、(1.1)式，可求出另一个齿顶圆4半径R_d2和节点最大的间距CD分别为：

(4)根据齿轮啮合传动连续稳定性要求，确定齿端部1外增部分6和齿根部2内留部分7的厚度值ΔH。

(5)由图2即可看出齿轮各参数分别为：

全齿高：            H＝CD+2ΔH

齿形宽度最大处：

$\frac{P}{2}=\mathrm{AB}$

齿轮外轮廓线的实际半径： $\left\{\begin{array}{c}{R}_1=R_{d1}+\mathrm{\ΔH}\\ R_2=R_{d2}+\mathrm{\ΔH}\end{array}\right.$

因为齿形两侧的轮廓线都是半径线段，齿端部1和齿根部2均为齿顶圆4、齿根圆5的圆弧线段拼接而成。连接拐弯处可直接切削成小圆弧形。图2、图3、图4的A、B位置及整个齿根部2都应略为扩大，留下啮合传动的适当间隙即可。

(6)由图3、图4、图5看出：在啮合传动中，只有主动轮9为齿根部2、从动轮10为齿端部1时，从节点11处沿齿顶圆4圆弧线AD和CB轨迹至节点12处，啮合传动才能成立；当主动轮9为齿端部1、从动轮10为齿根部2时，节点12处已经是啮合传动的终点，随后齿轮将处于末啮合传动的滑动状态。所以，宽齿形组合行星齿轮刚好利用2～6个行星齿轮与太阳轮和内齿圈之间错开的啮合传动关系才实现接力啮合传动的。同理，对固定轴宽齿形叠合齿轮，由2片或2片以上齿轮，轮齿错开同轴叠合，实行接力啮合传动才是必要的选择。

(7)对行星齿轮，(1.3)式中的节点间距CD，见图6，应改为：

它将使节点上的齿面滑动距离和磨损更小

(8)现有的齿形为渐开线、圆弧及双圆弧......的各类齿轮，在每个啮合传动区段必须同时存在两个以上的轮齿啮合接触点，传动才能连续。为了使两个以上的啮合接触点沿轨迹运动时保持相同的角速度 达到平稳传动的目的，对齿形轮廓线的设计、加工的精度要求就非常高。由本发明的图2、图3、图4、图5、图7可以看出：宽齿形叠合齿轮和行星组合齿轮的连续啮合传动全过程，每个啮合传动区段始终只有一个应力接触点，(在中心线处为半径线段组成的整合面)。这个应力接触点分别固定在两个齿轮的齿端部1拐角点A处，并沿着另一侧齿形整个侧面滑动。由此可知：它不同时存在两个以上的啮合应力接触点，因角速度 的微小差别发生互相干扰现象，齿形轮廓线的设计加工精度和磨损产生的误差也不影响该齿轮啮合传动原有的平稳性能。

下面以具体实施例子进行优化选择：

(1)设中心太阳轮齿顶圆半径R_da＝4cm，齿数z_a＝6，行星轮为4个，齿数z_c＝3，内齿圈齿数z_b＝10。太阳轮和行星轮的凹凸内留和外增部分ΔH_ac＝0.1cm，内齿圈齿顶端的外增部分ΔH_b＝0.2cm。

(请注意：为了实现连续接力啮合传动，4个行星轮与太阳轮和内齿圈之间的轮齿啮合传动的圆心角应适当错开。太阳轮和内齿圈的齿数不等于行星轮个数4的倍数，行星轮的齿数应取奇数，这样才能在太阳轮和内齿圈之间有效地连续接力啮合传递力矩。)

(2)由(1.2)式得，行星轮和内齿圈的齿顶圆半径R_dc、R_db分别为：

(3)由(1.3)(1.4)式，太阳轮与行星轮和行星轮与内齿圈的节点间距CD_ac、CD_cb分别为：

由上述计算结果，绘出宽齿形组合行星齿轮见图7。由图7可以看出：假设太阳轮14为主动轮，内齿圈16为从动轮，行星架固定，则左右行星轮15处于啮合传动力矩状态，而上下行星轮15则由内齿圈16将力矩回传给太阳轮14。只要有2个或2个以上的行星轮，就能在太阳轮和内齿圈之间有效地连续接力啮合传递力矩。

Claims (5)

1.一种用于机械动力传动装置的宽齿形组合行星齿轮，与现有的齿形轮廓线为渐开线、圆弧形、双圆弧形......的行星齿轮比较，其特征是：齿形宽度是现有齿轮的3倍以上，由2个或2个以上的行星轮，轮齿适当错开，与太阳轮和内齿圈共同组成连续接力啮合传动装置。

2.如权利要求1所述的宽齿形组合行星齿轮，其特征在于：如果是2个行星轮，则2个行星轮相对太阳轮和内齿圈的轮齿啮合位置，应错开的圆心角θ，由行星轮齿数z决定，

行星轮的齿数必须是奇数，太阳轮和内齿圈的齿数应该都是不等于行星轮个数的倍数。

3.如权利要求1所述的宽齿形组合行星齿轮，其特征在于：如果是2个以上的行星轮组合，则各个行星轮相对太阳轮和内齿圈的轮齿啮合位置，应错开的圆心角θ，可以有多种选择。若行星轮是奇数个，则轮齿圆心角θ可以均匀错开；若是偶数个，则轮齿圆心角θ可以均匀错开，也可以成对以适当的圆心角θ值错开。

4.如权利要求1所述的宽齿形齿轮，其特征在于：齿形轮廓线和节点运动轨迹的设计，由齿数z和相交的齿顶圆半径确定，齿形轮廓线直接由半径线段、齿顶圆和齿根圆的圆弧线段连接而成，节点运动轨迹就是两个齿顶圆相交的圆弧线段的各一半。

5.如权利要求4所述的宽齿形齿轮，其特征在于：在齿端部有外增部分，在齿根部有内留部分，拐角点处预先切削磨成光滑的弧线形，以增大齿轮连续啮合传动的稳定性，齿根部略大于齿端部，在啮合传动中留有一定的间隙。

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