專利名稱：寬齒形斜齒齒輪的制作方法
技術領域：
各種機械設備內(nèi)部的動力變速傳動齒輪。
背景技術：
現(xiàn)有國內(nèi)外齒輪行業(yè)設計、制造的齒輪齒形，其輪廓線主要有漸開線、圓弧及雙圓弧齒輪。近年我國從歐美引進的擺線齒錐齒輪和準雙曲線齒輪，還有前蘇聯(lián)曾設計過的諧波齒輪。查看近期進口和國產(chǎn)高檔汽車的齒輪零件，從互聯(lián)網(wǎng)上檢索中國F16H類1985年以來的發(fā)明和實用新型專利公告，都屬上述輪廓線齒形的齒輪。
上述各類齒形的齒輪，均有如下不足(1)齒形較窄，使齒輪能夠承受的力矩強度難以再成倍提高。
(2)齒形輪廓線的精確設計和制造工藝都較復雜。
(3)齒間傳動時，齒面的磨損難免，尤其是接近齒根部的磨損尤甚。
自齒輪問世數(shù)百年以來，國內(nèi)外科技界曾對齒輪的齒形輪廓線的設計和精確加工方面做過大量的研究實驗，雖然使齒輪傳動性能不斷提高，并趨于理想極限，但均未取得重大突破。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的寬齒形斜齒齒輪具有如下特征和實用效果(1)寬齒形斜齒齒輪是在筆者先前發(fā)明的沿固定軸嚙合傳動的寬齒形疊合齒輪和寬齒形組合行星齒輪的基礎上，僅由單個短柱狀的寬齒形斜齒齒輪組成。為了系統(tǒng)論述寬齒形斜齒齒輪的特征和設計原理，先由寬齒形齒輪的傳動特征開始說明。
(2)在自動滿足連續(xù)平穩(wěn)傳動的前提下，寬齒形齒輪的齒形寬度是現(xiàn)有各種齒輪的3倍以上。應力接觸點軌跡均在兩個基準圓之間，所以，從材料力學的相關公式就可估算出寬齒形齒輪的輪齒能夠承受的力矩強度是現(xiàn)有齒輪的9倍以上。使齒輪有利于小型化和薄型化，這對動力傳動的齒輪，尤其是對目前已經(jīng)廣泛應用的大力矩高功率大傳動比的動力傳動齒輪，更為重要，詳見說明書和附圖8。對現(xiàn)代和未來的微型機械傳動所需的微型齒輪的設計制造和加工，也有重要的意義。
(3)寬齒形齒輪的齒形輪廓線由半徑線、折線和圓弧線段拼接而成。拐角點和折線的連接處可以自動跑合磨損成弧形，也可以預先切削磨成光滑的弧線形或小圓弧形。它具有設計方便、外形簡單、齒端部和齒根部凹凸不顯著，對齒形輪廓線精度要求低，采用鍛壓-整修-表面處理的工藝流程制造就更容易了。
(4)寬齒形齒輪的齒間傳動接觸面與應力方向大部分都接近垂直，接觸面上的節(jié)點切向滑動的速度和行程均很小，所以，齒面之間的磨損小，可延長使用壽命。
(4)齒輪是現(xiàn)代和未來大多數(shù)機械設備的傳動零件，尤其是動力傳動的變速箱，主要由齒輪組成。因為寬齒形斜齒齒輪的生產(chǎn)成本低廉，有利于小型化，從長柱狀變?yōu)槎讨鶢?，耐磨損，壽命長，所以應用領域廣闊，整體經(jīng)濟效果可觀。


圖1是寬齒形疊合齒輪齒形和疊合方式示意圖；圖2是寬齒形齒輪齒形輪廓線設計原理示意圖；圖3是寬齒形齒輪嚙合傳動時節(jié)點位置變化示意圖；圖4是寬齒形齒輪未嚙合傳動時節(jié)點位置變化示意圖；圖5是寬齒形齒輪嚙合傳動時輪齒受力位置變化圖；圖6是寬齒形行星齒輪齒形輪廓線設計原理示意圖；圖7是寬齒形組合行星齒輪組合原理示意圖；圖8是寬齒形斜齒齒輪的傳動原理示意圖(摘要附圖)。
圖中1.齒端部、2.齒根部、3.疊合齒輪的輪齒旋轉角、4.齒頂圓、5.齒根圓、6.齒端部外增部分、7.齒根部內(nèi)留部分、8.轉動方向、9.主動輪、10.從動輪、11.嚙合受力時節(jié)點起點、12.嚙合受力時節(jié)點終點、13.未嚙合受力時節(jié)點位置、14.太陽輪、15.行星輪、16.內(nèi)齒圈、17.斜齒的旋轉傾斜角度、18.齒輪的厚度或軸向長度。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明具體實施方式
進行說明(1)參見圖2，先根據(jù)齒輪直徑大小估計值和傳動比，確定兩個齒輪齒數(shù)z1、z2及主動輪或從動輪齒頂圓4的半徑Rd1或Rd2值。其中z1、z2應盡量取小值。
(2)由齒數(shù)z1、z2直接計算齒端部1或齒根部2所對應的圓心角3，也就是斜齒齒輪接力嚙合傳動應錯開的最小傾斜角，或各為兩片齒輪同軸疊合時的輪齒應錯開的旋轉角θ1、θ2。
(3)由主動輪9或從動輪10的齒頂圓4半徑Rd1或Rd2值，導出兩個齒頂圓4相交的弦長AB 由圖2、(1.1)式，可求出另一個齒頂圓4半徑Rd2和節(jié)點最大的間距CD分別為
(4)根據(jù)齒輪嚙合傳動連續(xù)穩(wěn)定性要求，確定齒端部1外增部分6和齒根部2內(nèi)留部分7的厚度值ΔH。
(5)由圖2即可看出齒輪各參數(shù)分別為全齒高 H＝CD+2ΔH齒形寬度最大處P2=AB]]>齒輪外輪廓線的實際半徑R1=Rd1+ΔHR2=Rd2+ΔH]]>因為該齒形兩側的輪廓線都是由半徑線段和折線段，齒端部1和齒根部2均為圓弧線段拼接而成。連接拐彎處可直接切削成小圓弧形。圖2、圖3、圖4的A、B位置及整個齒根部2都應略為擴大，留下嚙合傳動的適當間隙即可。
(6)由圖3、圖4、圖5看出在嚙合傳動中，只有主動輪9為齒根部2、從動輪10為齒端部1時，從節(jié)點11處沿齒頂圓4圓弧線AD和CB軌跡至節(jié)點12處，嚙合傳動才能成立；當主動輪9為齒端部1、從動輪10為齒根部2時，主動輪9的齒端部節(jié)點12處已經(jīng)是嚙合傳動的終點，隨后齒輪將處于未嚙合傳動的滑動狀態(tài)。所以，參照筆者先前發(fā)明的固定軸寬齒形疊合齒輪和寬齒形組合行星齒輪的設計，寬齒形斜齒齒輪的傳動是利用斜齒傾斜錯開的圓心角才實現(xiàn)接力嚙合傳動的。
(7)現(xiàn)有的齒形為漸開線、圓弧及雙圓弧......的各類齒輪，在每個嚙合傳動區(qū)段必須同時存在兩個以上的輪齒嚙合接觸點，傳動才能連續(xù)。為了使兩個以上的嚙合接觸點沿軌跡運動時保持相同的角速度θv，達到平穩(wěn)傳動的目的，對齒形輪廓線的設計、加工的精度要求就非常高。由本發(fā)明的圖2、圖3、圖4、圖5、圖8可以看出寬齒形斜齒齒輪的連續(xù)嚙合傳動全過程，S1、S2每個圓平面上的嚙合傳動區(qū)段始終只有一個應力接觸點，(在中心線處為半徑線段組成的整合面)。這個應力接觸點分別固定在兩個齒輪的齒端部1拐角點A處，并沿著另一側齒形整個側面滑動。由此可知它不同時存在兩個以上的嚙合應力接觸點，因角速度θv的微小差別發(fā)生互相干擾現(xiàn)象，齒形輪廓線的設計加工精度和磨損產(chǎn)生的誤差也不影響該齒輪嚙合傳動原有的平穩(wěn)性能。
下面以具體實施例子進行優(yōu)化選擇(1)見附圖8，設寬齒形斜齒齒輪的軸向長度(也就是兩齒輪平面S1、S2之間的垂直距離L)L≥2A1B1
(2)如果附圖8所示的寬齒形齒輪為直齒時，則圓平面S1上的節(jié)點A1應與S2圓平面上的B4點的連接直線A1B4與短柱狀的齒輪中軸線平行。如果令該齒輪位于下方為從動輪10，A1B1為齒端部位置，主動輪位于上方，剛好屬齒根部位置。由圖2、圖3、圖4的寬齒形齒輪的嚙合傳動原理即可看出此時的A1B4直線段剛好處于嚙合傳動的起始點。當齒輪轉動θ1圓心角至B1A3節(jié)點位置時，則整個主動齒輪到達嚙合受力傳動的終點，隨后就轉入滑動狀態(tài)。連續(xù)嚙合接力傳動就無法實現(xiàn)。
(3)當我們將輪齒傾斜旋轉θ2圓心角時，見附圖8的S2圓平面。輪齒傾斜角α=arctgA1B1L---(1.4)]]>設L＝2A1B1則a值為26.565°這時，如果也令該齒輪位于下方為從動輪，在S1圓平面上，A1B1屬齒端部位置。主動輪位于上方，在S1圓平面上剛好屬齒根部位置。則此時S1圓平面上A1節(jié)點處于主動輪嚙合受力傳動的起始點，S2圓平面上A3節(jié)點處則是終止點。沿A1A3整條弧線段是節(jié)點受力接觸軌跡線，并隨著齒輪的轉動θ1圓心角，S1圓平面上A1節(jié)點到達終止點。A1A3整條弧線逐漸向A1節(jié)點收縮，由線接觸變?yōu)辄c接觸。而這時，S2圓平面上的齒端部A4B4點則向前旋轉到B4A3點，主動輪又可以連續(xù)從B4點開始對從動輪進行接力嚙合傳動了。
(4)從寬齒形斜齒齒輪的連續(xù)接力嚙合傳動過程的分析可以看出如果輪齒的傾斜角由(1.4)式?jīng)Q定，雖然節(jié)點受力接觸軌跡線A1A3整條弧線段可達到最大值，但在S1S2嚙合受力的起始點和終止點，都只是點接觸。為了增大寬齒形斜齒齒輪連續(xù)嚙合傳動的平穩(wěn)性，(1.4)式中的a傾斜角度應適當增大，一般應擴大1.25～2倍。為了便于加工切削，可以在合適范圍內(nèi)取整度數(shù)值。
當然，對本人先前發(fā)明的寬齒形組合行星齒輪，采用適當?shù)妮嘄X傾斜角同樣也具有增大平穩(wěn)接力嚙合傳動的效果。
權利要求
1.本發(fā)明的寬齒形斜齒齒輪，與現(xiàn)有的齒形輪廓線為漸開線、圓弧形、雙圓弧形、準雙曲線形------的齒輪比較，其特征是齒形寬度是現(xiàn)有齒輪的3倍以上，輪齒必須旋轉一定的傾斜角度，才能實現(xiàn)連續(xù)接力嚙合傳動的目的。
2.如權利要求1所述的寬齒形斜齒齒輪，其特征是齒形輪廓線由半徑線段、折線段和圓弧線段拼接而成。半徑線段和折線段拐角點處可以自動跑合磨損成光滑的弧線形，也可以預先切削成光滑的弧線形，節(jié)點的運動軌跡是兩個節(jié)圓相交的圓弧線段的各一半。
3.如權利要求1所述的寬齒形斜齒齒輪，其特征是如果齒形寬度為AB，所對應的圓心角為θ，齒輪軸向長度為L，則齒輪必須旋轉傾斜的圓心角。α＞θ＝Karctg(AB/L)，K為穩(wěn)定系數(shù)，K＝1.25～2。
4.如權利要求1所述的寬齒形斜齒齒輪，其特征是齒根部有內(nèi)留部分，齒端部有外增部分，以增大穩(wěn)定性。齒根部略大于齒端部，在整個嚙合傳動過程中，留有一定的間隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動力傳動裝置的寬齒形斜齒齒輪。與現(xiàn)有的齒形輪廓線為漸開線、圓弧形、雙圓弧形、準雙曲線型的齒輪比較，其特征是齒形寬度是現(xiàn)有齒輪的3倍以上。每個輪齒能夠承受的力矩強度是現(xiàn)有齒輪的9倍以上。該齒輪具有體積小、強度大、使用壽命長、生產(chǎn)成本低的特點，能節(jié)約原材料60％以上。
文檔編號F16H55/02GK1811231SQ200610003890
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月4日 優(yōu)先權日2006年2月4日
發(fā)明者黃振強 申請人:黃振強