CN202883948U - 一种变螺旋角斜齿轮 - Google Patents

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金亭亭
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汪久根
吴长鸿
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Abstract

本实用新型公开了一种变螺旋角斜齿轮。斜齿轮的螺旋角沿齿宽线性或非线性变化。其变化规律是随齿宽递增或递减，两个相啮合的斜齿轮螺旋角变化规律一致，但方向相反，保证接触线上各个接触点两齿轮的螺旋角分别相等。斜齿轮螺旋角增大过程中，接触面的综合曲率半径及重合度增大，由此有效降低齿面接触应力，提高齿轮接触疲劳强度，延长齿轮使用寿命；在合理变化范围内，随着螺旋角增大，斜齿轮啮合时的接触区及重合度增大，由此齿轮传动更加平稳，降低噪音，保证齿轮本身正常工作；所述变螺旋角的设计使得斜齿轮的轴向力沿名义接触线仅仅是逐渐增大，在一定程度上减小了轴向力的增加幅度，提高轴承系统的整体工作性能。

Description

一种变螺旋角斜齿轮
技术领域
本实用新型涉及斜齿轮，尤其是涉及一种变螺旋角斜齿轮。
背景技术
两斜齿轮啮合传动过程中，由于齿面的弹性变形，其接触线变成带状接触区，接触区的表面承受接触应力。斜齿轮齿面接触应力过大往往会引起齿面接触疲劳破坏，如齿面点蚀、齿面剥落等。因此如果能有效降低齿面接触应力，将在很大程度上延长齿轮的使用寿命。为此通常选用螺旋角较大的斜齿轮，但是这种增大其螺旋角的设计也较大幅度地增加了轴向力，势必会影响轴承部件的工作性能。斜齿轮传动的正确啮合条件为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
                            （1）
Figure 715429DEST_PATH_IMAGE004
                                   （2）
Figure 360561DEST_PATH_IMAGE006
                             （3）
式（1）中，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
分别为齿轮1、齿轮2的法向模数。式（2）中
Figure DEST_PATH_IMAGE010
分别为齿轮1、齿轮2的分度圆方向压力角。式（3）中，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
分别为齿轮1和齿轮2的分度圆螺旋角，‘-’号用于外啮合齿轮传动，‘+’用于内啮合齿轮传动。
基于上述背景，如何设计斜齿轮，使接触应力减少的同时，尽可能减少轴承上的载荷是解决问题的关键。由式（1～3）可知，齿轮传动的正确啮合条件并不要求沿齿宽方向螺旋角不变，而是可以变化的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种变螺旋角斜齿轮，其螺旋角随齿宽方向可以发生变化。所述变化的螺旋角能减少齿面接触应力，有效提高齿轮的接触疲劳强度，减少轴向力的增加幅度，从而显著延长齿轮的使用寿命，保证系统良好的工作性能。
本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型的斜齿轮的螺旋角沿齿宽线性或非线性变化。
所述螺旋角其变化规律是随齿宽递增或递减，两个相啮合的斜齿轮螺旋角变化规律一致，但方向相反，保证接触线上各个接触点两齿轮的螺旋角分别相等。    
所述螺旋角其变化为
Figure DEST_PATH_IMAGE014
～
Figure DEST_PATH_IMAGE016
线性增大或
Figure 509652DEST_PATH_IMAGE016
～线性减少。
所述螺旋角其变化为
Figure 236485DEST_PATH_IMAGE014
～
Figure 800322DEST_PATH_IMAGE016
非线性增大或
Figure 187441DEST_PATH_IMAGE016
～非线性减少。
本实用新型具有的有益效果是：
1、斜齿轮的螺旋角随齿宽逐渐增大过程中，接触面的综合曲率半径及重合度增大，由此有效降低齿面接触应力，提高齿轮的接触疲劳强度，延长齿轮的使用寿命。
2、在合理的变化范围内，随着螺旋角增大，斜齿轮啮合时的接触区及重合度增大，由此齿轮传动更加平稳，降低噪音，保证齿轮本身正常工作。 
3、所述变螺旋角的设计使得斜齿轮的轴向力沿名义接触线仅仅是逐渐增大，在一定程度上减小了轴向力合力的增加幅度，提高齿轮传动系统整体工作性能。
附图说明
图1是螺旋角恒为
Figure 575401DEST_PATH_IMAGE014
的斜齿轮啮合时接触区示意图。
图2是螺旋角从
Figure 559407DEST_PATH_IMAGE014
到
Figure 105926DEST_PATH_IMAGE016
线性增大的斜齿轮啮合时接触区示意图。
图3是螺旋角从到
Figure 414733DEST_PATH_IMAGE014
线性减小的斜齿轮啮合时接触区示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型的斜齿轮的螺旋角沿齿宽线性或非线性变化。
如图1所示，螺旋角恒为的斜齿轮啮合时，接触区为宽度不变的带状区。
如图2所示，斜齿轮螺旋角随齿宽从
Figure 665772DEST_PATH_IMAGE014
～
Figure 49480DEST_PATH_IMAGE016
线性增大，啮合时其接触区随螺旋角的增大而逐渐变宽，接触区面积变大：
                           
Figure DEST_PATH_IMAGE018
                                    （4）
Figure DEST_PATH_IMAGE020
                                 （5）
式（4）中，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为接触区某点处齿轮曲率半径， 
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为斜齿轮分度圆直径，为斜齿轮螺旋角。式（5）中，L为接触线长度，“+”表示外啮合，“-”表示内啮合，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为法向载荷，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
、分别为两斜齿轮接触点处的曲率半径，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure DEST_PATH_IMAGE036
分别是两轮齿材料的弹性模量，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure DEST_PATH_IMAGE040
分别是两轮齿材料的泊松比，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为最大接触应力。
由公式（4）、（5）得，螺旋角的增加增大了接触点曲率半径，从而增大接触区，减小接触应力。同时，螺旋角的增大也会提高齿轮的重合度，一对啮合时间的增加等效于接触线长度的增加，因此会降低接触应力。
另一方面，随着螺旋角增加，轴向力增大：
                           
Figure DEST_PATH_IMAGE044
                                    （6）
式（6）中，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为轴向力，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
为法向压力角，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为圆周力。由公式（6）得，螺旋角的线性增大，使得轴向力沿名义接触线仅仅是逐渐增大，从而在一定程度上减小了轴向力合力的增加幅度，提高齿轮传动系统整体工作性能。
另外，重合度及接触区域的增加，使得齿轮传动更加平稳，降低噪音，保证齿轮本身正常工作。 
如图3所示，斜齿轮螺旋角随齿宽从
Figure 109141DEST_PATH_IMAGE016
到
Figure 247998DEST_PATH_IMAGE014
线性减小，等同于沿图2中螺旋角增大的反方向线性增大，同理推得其也能达图2相同的效果。
最后，需要补充的是一对啮合齿轮的螺旋角变化规律要一致，保证接触线上各接触点两齿轮的螺旋角分别相等，以满足正确啮合条件，实现正确啮合。
对于螺旋角沿齿宽非线性增大或减小的斜齿轮，同理推得其也能达到与线性变化相同的效果。
上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种变螺旋角斜齿轮，其特征在于：斜齿轮的螺旋角沿齿宽线性或非线性变化。
2.根据权利要求1所述的一种变螺旋角斜齿轮，其特征在于：所述螺旋角其变化规律是随齿宽递增或递减，两个相啮合的斜齿轮螺旋角变化规律一致，但方向相反，保证接触线上各个接触点两齿轮的螺旋角分别相等。
3.根据权利要求1所述的一种变螺旋角斜齿轮，其特征在于：所述螺旋角其变化为                                                
Figure 290835DEST_PATH_IMAGE001
～
Figure 325656DEST_PATH_IMAGE002
线性增大或～
Figure 412878DEST_PATH_IMAGE001
线性减少。
4.根据权利要求1所述的一种变螺旋角斜齿轮，其特征在于：所述螺旋角其变化为
Figure 926905DEST_PATH_IMAGE001
～
Figure 211256DEST_PATH_IMAGE002
非线性增大或
Figure 561466DEST_PATH_IMAGE002
～
Figure 463167DEST_PATH_IMAGE001
非线性减少。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102913608A (zh) * 2012-10-31 2013-02-06 浙江大学 变螺旋角斜齿轮
US9346490B2 (en) 2013-10-16 2016-05-24 Ford Global Technologies, Llc Tapered involute sector gear and variable ratio rack recirculating-ball style steering gearbox

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