CN205824096U - 弧齿线点线啮合齿轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种弧齿线点线啮合齿轮，其为弧齿线圆柱齿轮，其轮齿的齿线为弧齿线，轮齿在其齿长方向中点的截面称之为中间截面，轮齿以其中间截面为中心，沿轮齿的齿长方向从中间截面往左端为左旋线，沿轮齿的齿长方向从中间截面往右端为右旋线，所述左旋线和右旋线相对于中间截面对称；沿轮齿的中间截面向两端延伸其齿顶逐渐变窄而齿根逐渐变厚；轮齿上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径大于等于凸弧半径；其啮合方式为点线啮合。本实用新型具有强度高、寿命长、噪声低、齿轮传动无轴向力、节省材料的优点，而且其齿面间容易建立动压膜，可以提高承载能力，减少齿面磨损，提高传动效率。

Description

弧齿线点线啮合齿轮

技术领域

本实用新型属于齿轮技术领域，具体涉及一种弧齿线点线啮合齿轮。

背景技术

圆柱齿轮传动是齿轮机构中应用最广的一种。对于圆柱齿轮，齿线发展先后经历了直齿线、斜齿线即渐开螺旋线、人字齿轮等几种齿线形式，但这几种齿线形式的传动都存在一定的缺点。为了克服上述几种齿线形式齿轮传动的不足之处，人们提出了弧齿线圆柱齿轮，其主要特征是：其齿廓是标准渐开线齿轮，而沿齿长方向是一条弯曲的弧线。但是弧齿线圆柱齿轮因其提出较晚、实际应用较少，弧齿线圆柱齿轮的啮合方式缺乏系统性研究，本申请针对现有技术的缺陷，提供一种弧齿线点线啮合齿轮，相啮合的两个齿轮采用弧齿线圆柱齿轮，两个齿轮的啮合方式采用点线啮合齿轮传动。

点线啮合齿轮传动是一种具有线啮合性质又有点啮合性质的齿轮传动。其小齿轮可以是渐开线较大正变位短齿齿轮，也可以是较大负变位的短齿齿轮。大齿轮齿廓上部分为渐开线凸齿廓下部为过渡曲线的凹齿廓，也可以是纯过渡曲线的凹齿廓，大齿轮实际就是渐开线齿较大负变位的短齿齿轮。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种强度高、寿命长、噪声低、齿轮传动无轴向力、节省材料的弧齿线点线啮合齿轮，而且其齿面间容易建立动压膜，可以提高承载能力，减少齿面磨损，提高传动效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：弧齿线点线啮合齿轮，其为弧齿线圆柱齿轮，其轮齿的齿线为弧齿线，轮齿在其齿长方向中点的截面称之为中间截面，轮齿以其中间截面为中心，沿轮齿的齿长方向从中间截面往左端为左旋线，沿轮齿的齿长方向从中间截面往右端为右旋线，所述左旋线和右旋线相对于中间截面对称；沿轮齿的中间截面向两端延伸其齿顶逐渐变窄而齿根逐渐变厚；轮齿上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径大于等于凸弧半径；

其啮合方式为点线啮合，相啮合的两个弧齿线点线啮合齿轮分别称之为第一齿轮和第二齿轮；

第一齿轮为负变位齿轮，其在中间截面的凸齿齿廓曲线为渐开线，其在中间截面的凹齿齿廓曲线为渐开线过渡曲线或过渡曲线；当中间截面的凹齿齿廓曲线为渐开线过渡曲线，即靠近齿顶的一部分为渐开线，另一部分为过渡曲线；

第二齿轮为正变位齿轮或负变位齿轮，当第二齿轮为正变位齿轮时，其在中间截面的凸齿齿廓曲线为渐开线；当第二齿轮为负变位齿轮时，其在中间截面的凸齿齿廓曲线为渐开线，其在中间截面的凹齿齿廓曲线为渐开线过渡曲线，即靠近齿顶的一部分为渐开线，另一部分为过渡曲线。

轮齿上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径等于凸弧半径时，沿齿长方向任意平行于中间截面的截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚和中间截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚是一样的；式中，ha是齿轮的齿顶高系数，m是齿轮的模数。

轮齿上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径大于凸弧半径时，沿齿长方向任意平行于中间截面的截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚小于中间截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚；式中，ha是齿轮的齿顶高系数，m是齿轮的模数。

第一齿轮的分度圆直径大于第二齿轮的分度圆直径。

本实用新型的有益效果是：

1. 强度高、寿命长。由于该齿轮传动沿齿长方向是弧齿线接触接触面积大及齿廓传动中既有线啮合又有点啮合，所以强度是普通齿轮传动的二倍以上。

2. 噪声低，弧齿线点线啮合齿轮的综合刚度比普通齿轮传动要低很多。大约低50%左右，相当于一对柔性齿轮一般噪声比普通齿轮传动低10db。

3. 由于该齿轮传动沿齿长方向的两端齿线相对于中间截面对称，所以该齿轮传动无轴向力。

4. 因该齿轮的传动原理及加工方法均为渐开线齿轮的传动原理及加工方法，所以该齿轮传动的两齿轮的中心具有可分性。

5. 齿面间容易建立动压膜：在传动的过程中这个啮合面齿长方向移动的速度很大，对建立动压膜有利，可以提高承载能力，减少齿面磨损，提高传动效率。

6. 材料节省，由于大齿轮是较大负变位齿轮，其齿顶圆直径比分度圆直径还要小，因此大齿轮可节约材料10%左右。由于传递扭矩是普通齿轮二倍以上，用较小齿轮可以代替较大齿轮，可以节省较多的材料。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2本实用新型在其中间截面的齿廓示意图之一；

图3本实用新型在其中间截面的齿廓示意图之二；

图4本实用新型在其中间截面的齿廓示意图之三；

图5本实用新型在其中间截面的齿廓示意图之四；

图6为弧齿线齿条节面处剖面图；

图7为凸齿面铣刀的主视图；

图8为凸齿面铣刀的右视图；

图9为凹齿面铣刀的主视图；

图10为凹齿面铣刀的右视图；

图11为弧齿线圆柱齿轮齿条加工原理的主视图；

图12为弧齿线圆柱齿轮齿条加工原理的俯视图；

图13为本实用新型主视方向的加工示意图；

图14为本实用新型俯视方向的加工示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

如图1至图6所示，本实用新型的弧齿线点线啮合齿轮，其为弧齿线圆柱齿轮，其轮齿3的齿线为弧齿线，轮齿3在其齿长方向中点的截面称之为中间截面，轮齿以其中间截面为中心，沿轮齿3的齿长方向从中间截面往左端为左旋线，沿轮齿3的齿长方向从中间截面往右端为右旋线，所述左旋线和右旋线相对于中间截面对称；沿轮齿3的中间截面向两端延伸其齿顶逐渐变窄而齿根逐渐变厚，轮齿3上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径Ri大于等于凸弧半径Re。

本实用新型的弧齿线点线啮合齿轮的啮合方式为点线啮合，相啮合的两个弧齿线点线啮合齿轮分别称之为第一齿轮1和第二齿轮2。本实施例中，第一齿轮1的分度圆直径大于第二齿轮2的分度圆直径。

第一齿轮1为负变位齿轮，其在中间截面的凸齿齿廓曲线为渐开线，其在中间截面的凹齿齿廓曲线为渐开线过渡曲线，即靠近齿顶的一部分为渐开线，另一部分为过渡曲线，如图4和5所示；第一齿轮1其在中间截面的凹齿齿廓曲线也可为纯过渡曲线，如图2和3所示；

第二齿轮2为正变位齿轮或负变位齿轮，当第二齿轮2为正变位齿轮时，其在中间截面的凸齿齿廓曲线为渐开线，如图2和3所示；当第二齿轮2为负变位齿轮时，其在中间截面的凸齿齿廓曲线为渐开线，其在中间截面的凹齿齿廓曲线为渐开线过渡曲线，即靠近齿顶的一部分为渐开线，另一部分为过渡曲线，如图4和5所示。

轮齿3上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径Ri等于凸弧半径Re时，沿齿长方向任意平行于中间截面的截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚和中间截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚是一样的，而任意二点法面齿廓均不一样除非该两点相对于中间截面完全对称。式中，ha是齿轮的齿顶高系数，m是齿轮的模数。

轮齿3上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径Ri大于凸弧半径Re时，沿齿长方向任意平行于中间截面的截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚均小于中间截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚；式中，ha是齿轮的齿顶高系数，m是齿轮的模数。弧齿线的凹弧半径Ri大于凸弧半径Re的目的是为了减少由于加工误差、装配误差对弧齿线点线啮合齿轮传动的性能影响。

如图6至图14所示，本实用新型还公开了弧齿线点线啮合齿轮的加工方法，该加工方法包括以下步骤：

（1）固定齿坯4，根据被加工齿轮的设计参数调整齿坯中心到刀盘5的距离；齿坯4可沿其轴心作圆周运动并平移，实现齿面的展成加工；

（2）将凸齿面铣刀6安装到刀盘5上，凸齿面铣刀6的成形刀刃61位于铣刀内侧，凸齿面铣刀6绕刀盘5轴心均布呈圆形排列，凸齿面铣刀6的成形刀刃61到刀盘5轴心之间的距离等于所述弧齿线的凸弧半径Re，凸齿面铣刀6的成型刀刃61旋转用于加工轮齿3的凸齿面8；

（3）用凸齿面铣刀6加工轮齿的凸齿面8，凸齿面铣刀6进行切削时，凸齿面铣刀6的成形刀刃61以其轴心为轴旋转，同时齿坯4相对凸齿面铣刀6进行Y方向的相对运动，沿着齿坯4的径向切入，切削深度达到后，齿坯4旋转并沿X方向移动，齿坯节圆线速度Vw与齿坯沿X方向的移动速度Vx相同，即Vw=Vx，完成一个轮齿3的凸齿面8的展成加工；所述Y方向表示从凸齿面铣刀6垂直指向齿坯4的方向，所述X方向与Y方向垂直，且X方向和Y方向构成的平面与齿坯4的端面平行；

（4）齿坯4按Y方向退出，齿坯4作分度运动旋转至下一个轮齿3的加工位置，按步骤（3）所述完成下一个轮齿3的凸齿面8的展成加工；

（5）重复上述步骤（3）和（4）完成所有轮齿3的凸齿面8加工；

（6）将凹齿面铣刀7安装到刀盘5上，凹齿面铣刀7的成形刀刃71位于铣刀外侧，凹齿面铣刀7绕刀盘5轴心均布呈圆形排列，凹齿面铣刀71的成形刀刃到刀盘5轴心之间的距离等于所述弧齿线的凹弧半径Ri，凹齿面铣刀7的成型刀刃71旋转用于加工轮齿3的凹齿面9；

（7）用凹齿面铣刀7加工轮齿的凹齿面9，凹齿面铣刀7进行切削时，凹齿面铣刀7的成形刀刃71以其轴心为轴旋转，同时齿坯4相对凹齿面铣刀7进行Y方向的相对运动，沿着齿坯4的径向切入，切削深度达到后，齿坯4旋转并沿X方向移动，齿坯节圆线速度Vw与齿坯沿X方向的移动速度Vx相同，即Vw=Vx，完成一个轮齿3的凹齿面9的展成加工；所述Y方向表示从凹齿面铣刀7垂直指向齿坯4的方向，所述X方向与Y方向垂直，且X方向和Y方向构成的平面与齿坯4的端面平行；

（8）齿坯4按Y方向退出，齿坯4作分度运动旋转至下一个轮齿3的加工位置，按步骤（6）所述完成下一个轮齿3的凹齿面9的展成加工；

（9）重复上述步骤（7）和（8）完成所有轮齿3的凹齿面9加工。

本实用新型弧齿线点线啮合齿轮的加工方法所用到的展成加工原理：由图6显示弧齿线齿条节面处剖面的凸弧线半径Re与凹弧线半径Ri，两个圆弧的圆心在弧齿线齿条齿长方向中间截面上，两个圆心间距离为πm／2。有两种形式一种为Re＝Ri、另外一种为Ri＞Re。

Ri＞Re的目的是为了减少由于加工误差、装配误差造成的齿部干涉及对传动性能的影响。理论上Ri＝Re弧齿线齿轮传动齿面100％接触，齿轮接触强度最大，对齿轮传动各个性能非常有利，但实际上加工装配存在误差，如果Ri＝Re必造成传动齿轮齿部干涉。由图6我们知道弧齿线齿条的结构形式，并制作了图7至图10的两种刀具，分别为凸齿线刀具（凸齿面铣刀6）及凹齿线刀具（凹齿面铣刀7）。两种刀具的设计基准均为弧齿线齿条节面的弧齿线半径以及弧齿线齿条齿长方向中间截面的压力角即弧齿线齿轮齿长方向中间截面节圆处的压力角α为基准。

用图7和图8所示的凸齿线刀具（凸齿面铣刀6）加工弧齿线齿条的凸齿面，图中61为凸齿面铣刀6的成型刀刃，62为凸齿面铣刀6的辅助刀刃，刀具上的成形刀刃61沿中心旋转完成凸齿面8的成型。

用图9和图10所示的凹齿线刀具（凹齿面铣刀7）加工弧齿线齿条的凹齿面，图中71为凹齿面铣刀7的成型刀刃，72为凹齿面铣刀6的辅助刀刃，刀具上的成形刀刃71沿中心旋转完成凹齿面9的成型。

由弧齿线刀具成形刃旋转成形可知，弧齿线齿条的两个齿廓面是由两个锥形面的一部分组成的。由于两个锥形面由两把刀具切削而成，两把刀具的中心距离为πm／2，所以弧齿线齿条凹齿面和凸齿面只有中间截面的齿廓既是法面齿廓又是标准齿型，其它齿面没有共同的法面，从而形成了弧齿线齿条中间截面为标准齿条型式，而从中心截面向两端延伸齿条齿顶逐渐变窄而齿根逐渐变厚，这更利于齿条齿轮构件之间传动的抗弯强度的提高。

由齿轮和齿条的啮合原理及成形方法、弧齿线齿条和弧齿线圆柱齿轮的啮合原理及成形方法，用同一弧齿线齿条刀具展成加工的弧齿线点线啮合齿轮传动的齿轮必共轭。

图11和12表示弧齿线圆柱齿轮齿条的传动及加工原理，上述两个刀具的成形刀刃旋转分别是弧齿线齿条的凸齿面8和凹齿面9。如图13和14所示在进行切削时凸齿面铣刀6的成形刀刃以刀盘轴心为轴旋转，同时齿坯4可以相对凸齿面铣刀6进行Y方向的相对运动，随着多个刀刃以圆状轨迹运动，沿着齿坯4的径向切入，切削深度达到后，齿坯4旋转并沿X方向移动，齿坯旋转及移动时要保证Vw=Vx，完成一个凸齿面8的展成加工。然后齿坯4按Y方向退出，齿坯4作分度运动旋转加工下一个轮齿，仍然要齿坯按Y方向移动径向切削深度达到后，齿坯4旋转并沿X方向移动，齿坯旋转及移动时要保证Vw=Vx，完成另一个凸齿面8的加工。以次类推所有齿的凸齿面8加工完后，再依上述方法用凹齿面铣刀7加工齿轮所有的凹齿面9。

本实用新型的弧齿线点线啮合齿轮的强度高、寿命长。由于该齿轮传动沿齿长方向是弧齿线接触接触面积大及齿廓传动中既有线啮合又有点啮合，所以强度是普通齿轮传动的二倍以上。

本实用新型的弧齿线点线啮合齿轮的噪声低，弧齿线点线啮合齿轮的综合刚度比普通齿轮传动要低很多，大约低50%左右，相当于一对柔性齿轮一般噪声比普通齿轮传动低10db。

本实用新型的弧齿线点线啮合齿轮由于其齿轮传动沿齿长方向的两端齿线相对于中间截面对称，所以该齿轮传动无轴向力。

本实用新型的弧齿线点线啮合齿轮因其齿轮的传动原理及加工方法均为渐开线齿轮的传动原理及加工方法，所以该齿轮传动的两齿轮的中心具有可分性。

本实用新型的弧齿线点线啮合齿轮的齿面间容易建立动压膜：在传动的过程中这个啮合面齿长方向移动的速度很大，对建立动压膜有利，可以提高承载能力，减少齿面磨损，提高传动效率。

本实用新型的弧齿线点线啮合齿轮的材料节省，由于大齿轮是较大负变位齿轮，其齿顶圆直径比分度圆直径还要小，因此大齿轮可节约材料10%左右。由于传递扭矩是普通齿轮二倍以上，用较小齿轮可以代替较大齿轮，可以节省较多的材料。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

Claims (4)

1.弧齿线点线啮合齿轮，其特征在于：其为弧齿线圆柱齿轮，其轮齿的齿线为弧齿线，轮齿在其齿长方向中点的截面称之为中间截面，轮齿以其中间截面为中心，沿轮齿的齿长方向从中间截面往左端为左旋线，沿轮齿的齿长方向从中间截面往右端为右旋线，所述左旋线和右旋线相对于中间截面对称；沿轮齿的中间截面向两端延伸其齿顶逐渐变窄而齿根逐渐变厚；轮齿上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径大于等于凸弧半径；

其啮合方式为点线啮合，相啮合的两个弧齿线点线啮合齿轮分别称之为第一齿轮和第二齿轮；

第一齿轮为负变位齿轮，其在中间截面的凸齿齿廓曲线为渐开线，其在中间截面的凹齿齿廓曲线为渐开线过渡曲线或过渡曲线；当中间截面的凹齿齿廓曲线为渐开线过渡曲线，即靠近齿顶的一部分为渐开线，另一部分为过渡曲线；

第二齿轮为正变位齿轮或负变位齿轮，当第二齿轮为正变位齿轮时，其在中间截面的凸齿齿廓曲线为渐开线；当第二齿轮为负变位齿轮时，其在中间截面的凸齿齿廓曲线为渐开线，其在中间截面的凹齿齿廓曲线为渐开线过渡曲线，即靠近齿顶的一部分为渐开线，另一部分为过渡曲线。

2.根据权利要求1所述的弧齿线点线啮合齿轮，其特征在于：轮齿上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径等于凸弧半径时，沿齿长方向任意平行于中间截面的截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚和中间截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚是一样的；式中，ha是齿轮的齿顶高系数，m是齿轮的模数。

3.根据权利要求1所述的弧齿线点线啮合齿轮，其特征在于：轮齿上沿齿长方向弧齿线的凹弧半径大于凸弧半径时，沿齿长方向任意平行于中间截面的截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚小于中间截面齿廓在距齿顶ha×m处的齿厚；式中，ha是齿轮的齿顶高系数，m是齿轮的模数。

4.根据权利要求1所述的弧齿线点线啮合齿轮，其特征在于：第一齿轮的分度圆直径大于第二齿轮的分度圆直径。