CN212360708U - 一种高强度锥齿轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高强度锥齿轮，涵盖圆锥齿轮与非圆锥齿轮。高强度锥齿轮采用LogiX齿形，节线(圆锥齿轮退化为节圆)以上部分(齿顶)为凸形，以下部分(齿根)为凹形，传动过程中，一对轮齿能够实现凸‑凹啮合；齿形由一系列特征点连接而成，特征点的曲率中心在节曲线(节圆)上，一对齿形在对应的特征点啮合时，曲率中心重合，且落在节点处，满足瞬时纯滚动条件；与渐开线齿形相比，其齿面接触应力和滑移率大幅减小，摩擦降低，齿根厚度也有一定增大，而且齿数可以设计的更少，强度和效率显著提高。

Description

一种高强度锥齿轮

技术领域

本实用新型属于机械传动技术领域，具体涉及一种高强度锥齿轮传动，涵盖圆锥齿轮与非圆锥齿轮。

技术背景

锥齿轮用于相交轴传动，强度是其最重要性能指标之一。目前圆锥齿轮普遍采用渐开线齿形，其理论齿形为球面渐开线。渐开线有许多优良性质，但也存在诸多不足，首先，由于其形状为凸形，一对锥齿轮传动为凸-凸啮合，接触应力较大，接触强度受限；其次，除在节锥上两齿面属于纯滚动接触外，其它部位都存在滑动，且离节锥越远，滑移率越大，导致摩擦严重；再有，由于渐开线本身形状、根切等原因，齿轮齿数不能太少，轮齿根部也往往不够宽厚，弯曲强度也嫌薄弱。在高速、重载等应用领域，其弱点显得尤为突出。

近年来，非圆锥齿轮传动也在一些领域获得广泛应用，渐开线往往难以满足其齿形性能要求。

1990年，日本学者T.Komori等(A New Gears Profile Having Zero RelativeCurvature at Many Contact Points(Logix Tooth Profile),Transactions of theASME,Vol.112,September,1990)提出了一种新齿形，命名为LogiX齿形，主要用于圆柱齿轮，属于平面啮合，其形状为凸-凹组合式，以节圆为分界点，节圆以上(齿顶)齿形为凸形，节圆以下(齿根)齿形为凹性，一对齿轮传动时，组成凸-凹啮合，接触应力大大降低；而且，logiX齿形由一系列特征点连接而成，特征点的曲率中心在节圆上，一对齿形在对应的特征点啮合时，曲率中心重合，且落在节点处，满足瞬时纯滚动条件，这将大幅降低滑移率，减小齿面间的摩擦，虽然在相邻连接点间过渡时仍然存在相对滑动，但由于连接点(纯滚动啮合点)可以设计得足够多，滑移率值不会太大；此外，与渐开线齿形相比，LogiX齿形轮齿根部更厚，弯曲强度也得到一定改善。

实用新型内容

本实用新型提供一种高强度锥齿轮齿形，涵盖圆锥齿轮与非圆锥齿轮。

一种基于LogiX齿形原理的高强度锥齿轮，齿形由凸-凹两部分组成，节曲线以上部分(齿顶)为凸形，以下部分(齿根)为凹形，传动过程中，一对轮齿齿形能够实现凸-凹啮合；齿形由一系列特征点连接而成，特征点的曲率中心在节曲线上，一对齿形在对应的特征点啮合时，曲率中心重合，且落在节点上，满足瞬时纯滚动条件。

由于锥齿轮传动属于空间啮合，其理论计算及设计应在球面上进行，适用于平面齿轮啮合的LogiX齿形无法直接移植到球面上。本实用新型采用申请者提出的保测地曲率映射原理解决了这一关键问题，(贾巨民等，基于保测地曲率映射的非圆锥齿轮传动设计分析方法，机械工程学报，44(4)，2008)。即首先将球面节曲线映射到平面上，按LogiX原理构造平面齿形，然后逆向映射到球面上，形成球面LogiX齿形，映射过程中，保持球面曲线的测地曲率等于平面曲线的相对曲率。

显然，也可以借鉴平面LogiX齿形设计思想，采用球面几何方法，直接在球面上构造球面LogiX齿形。只是原理和过程将更加复杂。

本实用新型具有如下有益效果：提供了一种基于LogiX齿形原理的锥齿轮，该锥齿轮具有强度高，滑移率低、摩擦小，效率高等特点。且由于锥齿轮一般采用锻造或挤压成型，与普通渐开线锥齿轮相比，本实用新型提供的高强度锥齿轮制造工艺难度和成本不会增加，非常易于推广应用。

附图说明

图1是平面啮合LogiX齿形及其法线、节曲线示意图；

图2是球面齿形与节曲线示意图；

图3是渐开线行星锥齿轮示意图；

图4是渐开线半轴锥齿轮示意图；

图5是基于LogiX齿形的行星锥齿轮示意图；

图6是基于LogiX齿形的半轴锥齿轮示意图；

图7是基于LogiX齿形的锥齿轮传动副示意图；

图8是差速器齿轮传动示意图；

图9是少齿数高强度锥齿轮副示意图；

图10是非圆锥齿轮传动示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例进行具体说明。

图1所示为平面LogiX齿形原理，齿形由凸-凹两部分组成，节曲线以上部分(齿顶)为凸形，以下部分(齿根)为凹形，传动过程中，一对轮齿齿形能够实现凸-凹啮合；齿形由一系列特征点连接而成，特征点的曲率中心在节曲线上，一对齿形在对应的特征点啮合时，曲率中心重合，且落在节点上，满足瞬时纯滚动条件。

图2所示为球面映射齿形与节曲线，即将图1所示平面LogiX齿形与节曲线映射到球面上，将该球面齿形作为锥齿轮齿形，进而构成基于LogiX齿形原理的高强度锥齿轮。

实施例1：

某汽车差速器圆锥齿轮传动，由两个行星齿轮和两个半轴齿轮组成，行星齿轮10个齿，半轴齿轮16个齿。

原来采用渐开线齿形，如图3、4所示。

现改为LogiX齿形，如图5、6所示，组成传动副和差速器，如图7、8所示。

与原渐开线齿形相比，其齿面接触应力和滑移率大幅减小，摩擦降低，齿根厚度也有一定增大，强度和效率显著提高。

实施例2：

7/10高强度锥齿轮副，采用渐开线齿形，受根切、齿顶变尖等影响，为满足重合度大于1的要求，齿轮齿数不能太少。而利用本实用新型，则可以设计出齿数更少的传动副，从而使轮齿变得更加强壮，弯曲强度更高。图9所示为某型号差速器采用的7/10高强度锥齿轮副，行星齿轮齿数为7，半轴齿轮齿数为10，在满足各种性能要求的前提下，与图7所示传动副相比，其轮齿弯曲强度还能继续提高30％以上。

实施例3：

某型号变速比限滑差速器，采用非圆锥齿轮传动，传动比规律按

设定，其中：i₂₁为半轴齿轮2与行星齿轮1的传动比，z₁、z₂分别为行星齿轮1与半轴齿轮2的齿数，

为行星齿轮1的转角，c＝0～0.5，n＝1，3为常数。其球面节曲线和齿形如图7所示，最终形成的齿轮副如图10所示，图中，z₁＝9，z₂＝18，c＝0.4，n＝1。

Claims (3)

1.一种高强度锥齿轮，其特征是，齿形由凸-凹两部分组成，节曲线以上部分即齿顶为凸形，节曲线以下部分即齿根为凹形，对于圆锥齿轮，节曲线退变成节圆，传动过程中，一对轮齿齿面能够实现凸-凹啮合。

2.根据权利要求1所述的一种高强度锥齿轮，其特征在于，其球面齿形对应的平面齿形采用LogiX原理构成，平面齿形由一系列特征点连接而成，特征点的曲率中心在节曲线或节圆上，一对齿形在对应的特征点啮合时，曲率中心重合，且落在节点上，满足瞬时纯滚动条件。

3.根据权利要求1或2所述的一种高强度锥齿轮，其特征在于，采用球面几何方法直接构造LogiX球面齿形。

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