CN202048162U - 一种塑料制斜齿轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了既可提高齿根抗疲劳强度、又基本不影响其抗冲击性能的塑料制斜齿轮，其特点是：该塑料制斜齿轮的啮合侧分度圆端面压力角、非啮合侧分度圆端面压力角、啮合侧分度圆法面压力角、非啮合侧分度圆法面压力角、分度圆法面模数、法面齿顶高模数分别为：α_1t、α_2t、α_1n、α_2n、m_1n、m_2n，则α_1n＞α_2n，α_1t＞α_2t，m_1n＞m_2n。本实用新型的齿轮各部分取不同模数，并使用变位系数的设计方法。

Description

一种塑料制斜齿轮

技术领域

本实用新型涉及齿轮设计的技术领域，具体是一种塑料制斜齿轮。

背景技术

齿轮传动因功率大、效率高、寿命长等优点，而被广泛应用于机械传动机构中。其性能和质量的优劣最终影响到机器的质量高低，因此，为适应现代化大生产和科技的快速发展，要求齿轮传动的性能不断优化。尤其在近数十年以来，在齿轮的啮合理论、承载能力计算与试验、振动与噪声、新型齿轮传动等各方面，均有很大进展。

自从20世纪30年代研制出纤维尼龙以来，塑料齿轮得到了广泛的应用。塑料齿轮与金属齿轮相比较，因具有摩擦小、重量轻、噪声低、耐腐蚀、对加工误差不敏感等优点。现已广泛应用在汽车、仪器仪表、纺织、印染、造纸、食品等各个领域。

轮齿形状不仅影响到齿轮副的运动特性，还影响到齿轮副的动力特性。研究表明，增大压力角可提高塑料齿轮齿根抗疲劳强度。但如果同时增大齿轮两侧的压力角，将导致齿顶变薄，即轮齿的抗冲击性能将下降。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种既能提高齿根抗疲劳强度、又基本不影响其抗冲击性能的塑料制斜齿轮。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种塑料制斜齿轮，其特点是：该塑料制斜齿轮的啮合侧分度圆端面压力角、非啮合侧分度圆端面压力角、啮合侧分度圆法面压力角、非啮合侧分度圆法面压力角、分度圆法面模数、法面齿顶高模数分别为：α_1t、α_2t、α_1n、α_2n、m_1n、m_2n，则α_1n＞α_2n，α_1t＞α_2t，m_1n＞m_2n。

斜齿轮的非啮合侧齿廓曲面的形成：以线段r_bc为半径画出斜齿轮的第一基圆柱面，且存在第一发生面Q与第一基圆柱面相切，第一发生面Q上的第一线段KK与第一基圆柱的轴线的夹角为β_bc≠0，当第一发生面Q沿着第一基圆柱面做无滑动的纯滚动时，第一线段KK的轨迹即为斜齿轮的非啮合侧齿廓曲面；

斜齿轮的啮合侧齿廓曲面的形成：以线段r_bd为半径做出斜齿轮的第二基圆柱面，其中，r_bc/r_bd＝1～1.36；且存在第二发生面P与第二基圆柱面相切，第二发生面P上的第二线段MM与第二基圆柱的轴线的夹角为β_bd≠0，当第二发生面P沿着第二基圆柱面做无滑动的纯滚动时，第二线段MM的轨迹即为斜齿轮的啮合侧齿廓曲面。

本实用新型具有积极的效果：

(1)本实用新型提出在塑料制斜齿圆柱齿轮轮齿的两侧采用不同的压力角，即相对于现有技术，仅增加啮合侧的压力角，从而尽量确保了齿顶厚度，故而在实现提高齿根抗疲劳强度的同时，基本不影响齿轮的抗冲击性能；此外，本实用新型的齿轮各部分取不同模数，并使用变位系数的设计方法。与现有的塑料制渐开线斜齿圆柱齿轮相比，本实用新型的齿轮具有提高承载能力、缩小体积、减轻重量、延长寿命等优点。与现有的金属制渐开线斜齿圆柱齿轮相比，本实用新型的齿轮具有成型容易、耐腐蚀、振动小、噪声低等优点。由于塑料齿轮广泛应用于家电、汽车、仪表等行业，市场前景广阔，该实用新型具有巨大的社会和经济效益。

(2)本实用新型的塑料制斜齿轮的特点是：i)啮合侧分度圆端面压力角、非啮合侧分度圆端面压力角、啮合侧分度圆法面压力角、非啮合侧分度圆法面压力角分别为α_1t、α_2t、α_1n、α_2n，且α_1n＞α_2n，α_1t＞α_2t；ii)分度圆法面模数m_1n大于法面齿顶高模数m_2n；iii)齿轮进行了变位处理。

(3)本实用新型专利根据塑料制渐开线斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的生成特点，结合变压力角的特性，给出塑料制变压力角、变模数、变位渐开线斜齿圆柱齿轮的设计思想，并推导出齿轮几何参数及尺寸的计算公式。轮齿两边齿廓压力角不等与现有技术相比，由图5可知，齿廓两边采用不等压力角时可减小齿轮的体积和重量。

附图说明

图1为本实用新型的塑料制斜齿轮的结构示意图；

图2为图1中的塑料制斜齿轮的齿形图；

图3为图2中的塑料制斜齿轮的啮合侧齿廓曲面(也即左侧渐开线齿廓)的生成示意图；

图4为图2中的塑料制斜齿轮的非啮合侧齿廓曲面(也即右侧渐开线齿廓)的生成示意图；

图5为现有技术中的塑料制斜齿轮的齿形8和本实用新型的塑料制斜齿轮的齿形9的对比示意图。

具体实施方式

见图1-2，本实施例的塑料制斜齿轮的齿形主要包括齿顶1、第二基圆柱5生成的左侧齿面(也即左侧渐开线齿廓)6、第一基圆柱3生成的右侧齿面(也即右侧渐开线齿廓)7及齿根4。齿轮工作时，压力角大的左侧齿面6参与啮合，压力角小的右侧齿面7不参与啮合。

斜齿轮的非啮合侧齿廓曲面的形成：以线段r_bc为半径画出斜齿轮的第一基圆柱面，且存在第一发生面Q与第一基圆柱面相切，第一发生面Q上的第一线段KK与第一基圆柱的轴线的夹角为β_bc≠0，当第一发生面Q沿着第一基圆柱面做无滑动的纯滚动时，第一线段KK的轨迹即为斜齿轮的非啮合侧齿廓曲面。

斜齿轮的啮合侧齿廓曲面的形成：以线段r_bd为半径做出斜齿轮的第二基圆柱面，其中，r_bc/r_bd＝1～1.36；且存在第二发生面P与第二基圆柱面相切，第二发生面P上的第二线段MM与第二基圆柱的轴线的夹角为β_bd≠0，当第二发生面P沿着第二基圆柱面做无滑动的纯滚动时，第二线段MM的轨迹即为斜齿轮的啮合侧齿廓曲面。

斜齿轮的齿数、分度圆柱上的螺旋角、分度圆端面模数、分度圆法面模数、啮合侧分度圆端面压力角、非啮合侧分度圆端面压力角、啮合侧分度圆法面压力角、非啮合侧分度圆法面压力角分别为：z、β、m_1t、m_1n、α_1t、α_2t、α_1n、α_2n；

z的取值符合传动比要求；

β根据需要选择，最佳实施的值β＝8～20°；

m_1n的取值大小根据《齿轮手册》(机械工业出版社，2004-2第2版，中国版本图书馆CIP数字核字(2000)第09768号)选取或根据需要自定；

m_1t＝m_1n/cosβ毫米；

α_1t＝atan(tanα_1n/cosβ)度；

α_2t＝atan(tanα_2n/cosβ)度；

α_2n＝14°～29°，作为最优的实施方式，α_2n＝20°；

α_1n在满足齿轮强度和轮齿抗冲击性能的前提下，根据需要取值，并满足：45°＞α_1n＞α_2n。

所述第二基圆柱面的半径

毫米，其中：d为斜齿轮的分度圆直径，

毫米。

所述β_bd＝atan(tanβ·cosα_1t)，且0＜β_bd＜90°。

所述第一基圆柱面的半径

毫米。

所述β_bc＝atan(tanβ·cosα_2t)，且0＜β_bc＜90°。

所述啮合侧齿廓曲面的法面齿顶高系数、非啮合侧齿廓曲面的法面齿顶高系数、啮合侧齿廓曲面的法面顶隙系数、非啮合侧齿廓曲面的法面顶隙系数分别为

则 $c_{2n}^{*}=h_{1\mathrm{an}}^{*}+c_{1n}^{*}-h_{2\mathrm{an}}^{*}.$

斜齿轮的分度圆法面齿厚、端面齿厚分别为s_n、s_t；

则： $s_n=\frac{{\mathrm{\πm}}_{1n}}{2}+x_n{m}_{1n}({\tan \mathrm{\α}}_{1n}+{\tan \mathrm{\α}}_{2n})$ 毫米， $s_t=\frac{{\mathrm{\πm}}_{1t}}{2}+x_t{m}_{1t}({\tan \mathrm{\α}}_{1t}+{\tan \mathrm{\α}}_{2t})$ 毫米。

x_n为斜齿轮的法面变位系数，x_t为斜齿轮的端面变位系数，则x_t＝x_ncosβ，且

斜齿轮的齿顶圆直径为d_a，

式中：m_2n为斜齿轮的法面齿顶高模数，法面齿顶高模数与法面齿根高模数相等；

斜齿轮的齿根圆直径为d_f， $d_f=d-{2m}_{2n}(h_{2\mathrm{an}}^{*}+c_{2n}^{*}-x_n).$

与现有的渐开线斜齿圆柱齿轮相比，能显著提高承载能力(研究表明：采用大压力角做为啮合面、小压力角做为非啮合面的斜齿轮，可提高其强度。)、缩小体积、减轻重量(采用啮合面与非啮合面压力角不等的齿轮相对于啮合面与非啮合面压力角相等的的齿轮而言，其齿面变窄，体积和重量自然变小)、延长使用寿命(强度提高则寿命延长)、降低振动及噪声(由于采用啮合面与非啮合面压力角不等的齿轮传动时的振动位移和动载荷都较现有齿轮的小，因而齿轮传动时振动和噪声也就降低了)、市场前景广阔，具有巨大的社会和经济效益。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种塑料制斜齿轮，其特征在于：该塑料制斜齿轮的啮合侧分度圆端面压力角、非啮合侧分度圆端面压力角、啮合侧分度圆法面压力角、非啮合侧分度圆法面压力角、分度圆法面模数、法面齿顶高模数分别为：α_1t、α_2t、α_1n、α_2n、m_1n、m_2n，则α_1n＞α_2n，α_1t＞α_2t，m_1n＞m_2n。

2.根据权利要求1所述的塑料制斜齿轮，其特征在于：斜齿轮的齿数、分度圆柱上的螺旋角、分度圆端面模数、分度圆法面模数、啮合侧分度圆端面压力角、非啮合侧分度圆端面压力角、啮合侧分度圆法面压力角、非啮合侧分度圆法面压力角分别为：z、β、m_1t、m_1n、α_1t、α_2t、α_1n、α_2n；

z的取值符合传动比要求；

β＝8～20°；

m_1n的取值大小根据《齿轮手册》选取或根据需要自定；

m_1t＝m_1n/cosβ毫米；

α_1t＝atan(tanα_1n/cosβ)度；

α_2t＝atan(tanα_2n/cosβ)度；

α_2n＝14°～29°；

α_1n满足：45°＞α_1n＞α_2n。

3.根据权利要求2所述的塑料制斜齿轮，其特征在于：所述第二基圆柱面的半径毫米，其中：d为斜齿轮的分度圆直径，

毫米。

4.根据权利要求3所述的塑料制斜齿轮，其特征在于：所述β_bd＝atan(tanβ·cosα_1t)，且0＜β_bd＜90°。

5.根据权利要求4所述的塑料制斜齿轮，其特征在于：所述第一基圆柱面的半径

毫米。

6.根据权利要求5所述的塑料制斜齿轮，其特征在于：所述β_bc＝atan(tanβ·cosα_2t)，且0＜β_bc＜90°。

7.根据权利要求6所述的塑料制斜齿轮，其特征在于：所述啮合侧齿廓曲面的法面齿顶高系数、所述非啮合侧齿廓曲面的法面齿顶高系数、所述啮合侧齿廓曲面的法面顶隙系数、所述非啮合侧齿廓曲面的法面顶隙系数分别为

则 $c_{2n}^{*}=h_{1\mathrm{an}}^{*}+c_{1n}^{*}-h_{2\mathrm{an}}^{*}.$

8.根据权利要求7所述的塑料制斜齿轮，其特征在于：斜齿轮的分度圆法面齿厚、端面齿厚分别为s_n、s_t；

则： $s_n=\frac{{\mathrm{\πm}}_{1n}}{2}+x_n{m}_{1n}({\tan \mathrm{\α}}_{1n}+{\tan \mathrm{\α}}_{2n})$ 毫米， $s_t=\frac{{\mathrm{\πm}}_{1t}}{2}+x_t{m}_{1t}({\tan \mathrm{\α}}_{1t}+{\tan \mathrm{\α}}_{2t})$ 毫米。

9.根据权利要求8所述的塑料制斜齿轮，其特征在于：x_n为斜齿轮的法面变位系数，x_t为斜齿轮的端面变位系数，则x_t＝x_ncosβ，且 $x_n\≥\frac{m_{2n}{h}_{\mathrm{and}}^{*}}{m_{1n}}-\frac{{\mathrm{zm}}_{1t}{\left({\sin \mathrm{\α}}_{1t}\right)}^2}{{2m}_{1n}};$

式中：m_2n为斜齿轮的法面齿顶高模数，法面齿顶高模数与法面齿根高模数相等。

10.根据权利要求9所述的塑料制斜齿轮，其特征在于：斜齿轮的齿顶圆直径为d_a，

斜齿轮的齿根圆直径为d_f， $d_f=d-{2m}_{2n}(h_{2\mathrm{an}}^{*}+c_{2n}^{*}-x_n).$

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