專利名稱：完全滾動(dòng)齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)制造提出一種新的技術(shù)方案，其產(chǎn)品用于各種機(jī)械。
背景技術(shù)：
一、現(xiàn)行設(shè)計(jì)使用的齒輪，以平行軸齒輪為例，其齒廓線基本上采用基圓的漸開曲線，如圖I，漸開線的特點(diǎn)之一是以半徑為R1的圓O1為基圓，從A點(diǎn)起作漸開線AB，當(dāng)漸開線的瞬心(曲率中心漸開線點(diǎn)的瞬時(shí)圓心)沿基圓作勻速運(yùn)動(dòng)，隨瞬徑(曲率半徑漸開線點(diǎn)的瞬時(shí)半徑)的不斷加長(zhǎng)，漸開線形成軌跡的線速度并不是恒定不變的，而是逐漸增大，Va < Vd < V1 < Vp < VB。二、①現(xiàn)行設(shè)計(jì)使用的齒輪，如圖2，按一定的傳動(dòng)比，確定兩基圓OpO2的半徑札、R2的比例，確定齒數(shù)比。按漸開線的原理作共軛齒廓曲線APB和EPF，輪間中心距O1O2可以 在一定的范圍內(nèi)隨意確定，兩輪的節(jié)點(diǎn)為P，O1PzO2P = R1A2 =傳動(dòng)比。由圖看出節(jié)圓對(duì)滾，法切合一，理論極限嚙合點(diǎn)軌跡麗，實(shí)際嚙合點(diǎn)軌跡XY，GB = MY, KE = NY, JF = NX, HI =MX, XY =弧 JNK =弧 GMN。②共軛嚙廓的接觸面為L(zhǎng)PF和IPB，其中LP對(duì)應(yīng)BP，F(xiàn)P對(duì)應(yīng)IP，在傳動(dòng)中不會(huì)互相超越，由此可見(jiàn)在齒輪的傳動(dòng)過(guò)程中，節(jié)圓對(duì)滾，作純滾動(dòng)，但沒(méi)有真實(shí)地接觸。共軛嚙廓的接觸面長(zhǎng)度不等并非作完全滾動(dòng)。③由于受傳動(dòng)比例的控制，當(dāng)主動(dòng)輪O1與從動(dòng)輪O2作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),兩齒接觸點(diǎn)處于節(jié)點(diǎn)P時(shí)，兩輪嚙廓漸開線經(jīng)過(guò)P點(diǎn)的線速度相等。但Vb > Vp > V1, Vf > Vp > Vl,由此可見(jiàn)共軛嚙廓的接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，經(jīng)過(guò)公切線(法線XY)的長(zhǎng)度不同，速度不同且作增大、縮小兩方面的變化。④為什么I點(diǎn)和F點(diǎn)可以同時(shí)從X點(diǎn)出發(fā)，B點(diǎn)和L點(diǎn)又能同時(shí)到達(dá)Y點(diǎn)？這里面存在一種摩擦滑動(dòng)，強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的因素，也有一種避讓運(yùn)動(dòng)的因素。三、現(xiàn)從兩個(gè)階段來(lái)研究分析齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)過(guò)程①IP段與FP段，如圖3，在此位置I點(diǎn)和F點(diǎn)同時(shí)重合于X點(diǎn)，弧IP即弧1C，弧FP即弧FQ，XC與XQ同時(shí)經(jīng)過(guò)法切線麗，嚙合點(diǎn)軌跡為XP，C點(diǎn)和口 Q點(diǎn)將同時(shí)到達(dá)節(jié)點(diǎn)P，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中O1是主動(dòng)輪，O2是從動(dòng)輪，弧IC帶動(dòng)弧FQ經(jīng)過(guò)切法線MN，弧IC的瞬徑逐漸增大，弧FQ的瞬徑逐漸減小，F(xiàn)點(diǎn)與I點(diǎn)同時(shí)由X點(diǎn)經(jīng)過(guò)麗，Q點(diǎn)、C點(diǎn)同時(shí)由P點(diǎn)經(jīng)過(guò)麗，很明顯經(jīng)過(guò)X點(diǎn)、P點(diǎn)時(shí)，弧IC與弧FQ的瞬徑之和等于麗長(zhǎng)。實(shí)際上，在動(dòng)運(yùn)的過(guò)程中嚙合點(diǎn)經(jīng)過(guò)MN時(shí)的瞬徑之和都等于MN長(zhǎng)。但弧IC長(zhǎng)<弧FQ長(zhǎng)，按照同步帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)觀念，Q點(diǎn)和C點(diǎn)不能同時(shí)到達(dá)P點(diǎn)，且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中接觸點(diǎn)瞬徑之和永遠(yuǎn)大于麗長(zhǎng)。從動(dòng)輪的嚙廓弧FQ經(jīng)過(guò)MN的速度怎么會(huì)大于主動(dòng)輪的嚙廓弧IC經(jīng)過(guò)MN的速度呢？還能克服瞬徑之和大于MN的壓力，這是因?yàn)榛C強(qiáng)制壓迫弧FQ作摩擦滑動(dòng)，加上同步帶動(dòng)，永遠(yuǎn)保持嚙合點(diǎn)經(jīng)過(guò)MN時(shí)漸開線的瞬徑之和等于MN長(zhǎng)。開始接觸點(diǎn)I與F的摩擦滑動(dòng)程度最大，Q與C的摩擦滑動(dòng)程度最小，接近于零。實(shí)踐中也證明了這一點(diǎn)，在齒輪的使用過(guò)程中，主動(dòng)輪輪齒自分度圓至齒根磨損逐漸嚴(yán)重，以往的理論不知就理，稱之為齒面疲勞點(diǎn)蝕，磨損到一定的程度后，磨損的速度反而減緩了，稱之為收斂性點(diǎn)蝕，殊不知漸開線輪廓磨損后影響齒輪的勻速傳動(dòng)，另外齒輪的磨損耗廢能量，影響機(jī)械的機(jī)械效率。②PB段與PL段，如圖2，由于主動(dòng)輪O1的運(yùn)轉(zhuǎn)，弧PB帶動(dòng)弧PL，從P點(diǎn)至Y點(diǎn)可經(jīng)過(guò)法切線MN，因?yàn)榛B >弧PL，按理說(shuō)L先到達(dá)Y點(diǎn)，B點(diǎn)后到達(dá)Y點(diǎn)，為什么能夠同時(shí)到達(dá)Y點(diǎn)呢？又能保持每個(gè)運(yùn)動(dòng)瞬間接觸點(diǎn)的瞬徑之和等于MN長(zhǎng)呢？這是因?yàn)榘赐綆?dòng)的觀念，弧PB、弧PL經(jīng)過(guò)法切線麗的線速度相等，L點(diǎn)、B點(diǎn)不能同時(shí)到達(dá)Y點(diǎn)，然而在此情況下弧PB與弧PL各接觸點(diǎn)對(duì)弧PB瞬徑增加的速度趕不上對(duì)于弧PL瞬徑減少的速度，這就使得瞬徑之和小于MN長(zhǎng)，在此情況下，從動(dòng)輪做因應(yīng)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也作一種主動(dòng)避讓的運(yùn)動(dòng)，致使接觸點(diǎn)的瞬徑之和永遠(yuǎn)等麗長(zhǎng)。由此可見(jiàn)弧PB >弧？1^，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中兩者同步運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)等于PL長(zhǎng)，PL主動(dòng)相對(duì)退讓的弧長(zhǎng)等于弧PB-弧PL，主動(dòng)退讓與同步帶動(dòng) 存在于整個(gè)過(guò)程之中，帶動(dòng)是因?yàn)樗矎街偷扔贛N長(zhǎng)，退讓是因?yàn)樗矎街托∮贛N長(zhǎng)，弧PB與弧PL在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在相對(duì)位移，距離為弧PB-弧PL，但此種位移是不是滑動(dòng)？產(chǎn)不產(chǎn)生摩擦？從產(chǎn)生退讓的原因就可以看出，退讓是因?yàn)樗矎街托∮贛N長(zhǎng)，處于不接觸狀態(tài)，因而也不能理解為滑動(dòng)，因?yàn)椴唤佑|，也無(wú)從肯定之間的壓力，沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)的位移，也沒(méi)正面的壓力，自然也就不能產(chǎn)生摩擦，這樣說(shuō)起來(lái)似乎有點(diǎn)不可思議，但實(shí)踐中也證明了這一點(diǎn)。再說(shuō)，機(jī)械的強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)是消耗能量、傳遞能量的過(guò)程，主動(dòng)避讓應(yīng)該不會(huì)消耗能量、影響機(jī)械效率，是機(jī)械的一種和諧協(xié)調(diào)。三、由上面的分析可以得出這樣的結(jié)論，齒輪的發(fā)明、制造和使用至今已經(jīng)有200年的歷史，人們一直在不斷地完善，但齒輪的理論還沒(méi)有發(fā)展到盡善盡美的階段，現(xiàn)行的齒輪理論不科學(xué)，現(xiàn)行的齒輪傳動(dòng)影響了機(jī)械效率。

發(fā)明內(nèi)容
一、為了克服齒輪傳動(dòng)中的摩擦問(wèn)題，本發(fā)明一完全滾動(dòng)齒輪提出了一套解決方案，如圖4，通常在一對(duì)具有規(guī)定傳動(dòng)比的齒輪中，其齒數(shù)、基圓半徑以及中心距都基本是確定的，在此情況下①嚴(yán)格區(qū)別對(duì)待主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，在確定節(jié)圓半徑后，用漸開線法規(guī)劃兩輪的共軛輪齒曲線，主動(dòng)輪接觸齒廓選擇在節(jié)圓以外，從動(dòng)輪的接觸齒廓選擇在節(jié)圓之內(nèi)，主動(dòng)輪的節(jié)圓作為其齒根圓，從動(dòng)輪的節(jié)圓作為其齒頂圓，如此確保齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中共軛輪齒接觸面，在無(wú)摩擦的共軛輪廓區(qū)間。②主動(dòng)輪的齒頂圓半徑根據(jù)實(shí)際嚙合線終點(diǎn)確定，從動(dòng)輪的基圓可作為齒根圓。二、完全滾動(dòng)齒輪，如圖4，一對(duì)具有共軛的漸開線輪廓曲線的齒輪包括主動(dòng)輪O1,從動(dòng)輪O2，基圓半徑分別為RpR2，節(jié)圓半徑分別O1Pj2P,實(shí)際嚙合線為PY，主動(dòng)輪齒根圓半徑為O1P,齒頂圓半徑為O1Y,從動(dòng)輪齒頂圓半徑為02P，齒根圓半徑為R2,實(shí)際接觸面為弧PB與弧PL，在傳動(dòng)過(guò)程中，弧PB與弧PL協(xié)調(diào)地接觸，接觸點(diǎn)于PY段經(jīng)過(guò)法切線MN，兩接觸點(diǎn)的瞬徑之和等于且趨小于MN長(zhǎng)，弧PL相對(duì)于弧PB作完全滾動(dòng)的帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)和主動(dòng)的等待運(yùn)動(dòng)的疊合運(yùn)動(dòng)，齒間接觸面只存在相互作用的靜摩擦力和沿公法線方向動(dòng)力傳遞，不產(chǎn)生摩擦阻力。三、本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案是在原有設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上通過(guò)主動(dòng)輪齒根圓、從動(dòng)輪的齒頂圓的確定，從而選擇無(wú)摩擦的共軛漸開線輪廓接觸面，在不損害原有設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)的情況下，達(dá)到改進(jìn)優(yōu)化齒輪的目的。
四、按漸開線齒廓嚙合的可分性，即兩輪的中心距離可略微調(diào)整，不影響兩輪的傳動(dòng)比，但影響節(jié)點(diǎn)位置、按比例地影響兩節(jié)圓的半徑，在本發(fā)明中，兩節(jié)圓的半徑只有增大的可能，在此情況下，從動(dòng)輪的起始接觸點(diǎn)仍然是齒的頂點(diǎn)，主、從動(dòng)輪起始接觸點(diǎn)將不在新節(jié)點(diǎn)上，而是處于法切線上，與新節(jié)點(diǎn)有細(xì)微距離。這樣也不影響兩輪的傳動(dòng)比，也不影響本發(fā)明的齒輪的特性。但影響齒輪傳送的基圓轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)，所以在確定主動(dòng)輪齒頂圓半徑的長(zhǎng)度時(shí)，要略大于O1Ytj五、圖4是在理論上完全滾動(dòng)齒輪(傳動(dòng)比I :2)的設(shè)計(jì)示意圖，由于齒輪嚙合面的選段原因，實(shí)際嚙合線在節(jié)點(diǎn)的從動(dòng)輪一側(cè)，如此設(shè)計(jì)造成實(shí)際應(yīng)用上的困擾①兩齒輪齒間的互相避讓成問(wèn)題齒頂很難設(shè)計(jì)寬度。為解決這個(gè)問(wèn)題，如圖5，主動(dòng)輪齒頂圓的半徑設(shè)計(jì)為O1ZpZ略大于ZY)，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪都有一定的空間設(shè)計(jì)齒頂寬以及各齒嚙合面的另一面的斜度，使輪齒堅(jiān)固、受力。從圖5中可以看出，每一齒在傳動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)基圓轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)為PZ的長(zhǎng)度，小于基節(jié)或法節(jié)PY的長(zhǎng)度，這樣齒輪就不能連續(xù)傳動(dòng)。
六、齒輪的作用是將一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的動(dòng)力以一定的速度比例勻速不間斷地傳遞到另一個(gè)軸上，雖然齒輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)顯得非常必要，但也不必非由一組齒輪來(lái)完成不可，可以通過(guò)兩組完全一樣的齒輪錯(cuò)位疊加來(lái)達(dá)到目的，如圖6，當(dāng)一組齒輪完成基節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)一半的傳遞，緊接著另一組齒輪完成基節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的另一半的傳遞，如此周而復(fù)始永不間斷，就如一個(gè)齒輪上的齒數(shù)增加了一倍一樣。齒輪的錯(cuò)位疊加的好處有多個(gè)方面①可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳動(dòng)，②可以在單一齒輪上刪減齒數(shù)，以便有空間擴(kuò)大齒頂寬，增大齒輪的強(qiáng)度，這一點(diǎn)對(duì)于單齒細(xì)小的齒輪非常有用。七、本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案是在原有設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，與原有設(shè)計(jì)理論的各指標(biāo)不沖突，如齒輪的模數(shù)，各種參數(shù)等在本發(fā)明方案中都可以采用。八、按本設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的齒輪容易生產(chǎn)，使用方便，沒(méi)有摩擦，運(yùn)轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)，非常實(shí)用。


圖I是說(shuō)明基圓漸開線形成速度變化的示意圖。圖2是共軛漸開線輪廓線接觸運(yùn)動(dòng)分析示意圖。圖3是輪廓線IP段與FP段接觸運(yùn)動(dòng)分析示意圖。圖4是在理論上完全滾動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)示意圖。圖5是在圖4基礎(chǔ)上縮小主動(dòng)輪齒頂圓半徑后的效果示意圖。圖6是完全滾動(dòng)齒輪實(shí)用方案示意圖。
權(quán)利要求
1.完全滾動(dòng)齒輪是一種在一組以漸開線為共扼輪廓曲線的齒輪基礎(chǔ)上發(fā)明的齒輪，其特征是嚴(yán)格區(qū)分主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，采用不同的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，主動(dòng)輪以節(jié)圓作齒根圓，取齒在節(jié)圓之外，從動(dòng)輪以節(jié)圓作為齒頂圓，取齒在節(jié)圓之內(nèi)，使得兩輪漸開線接觸面上的嚙合點(diǎn)的瞬時(shí)半徑之和等于且趨小于兩基圓內(nèi)公切線(公法線)之長(zhǎng)，從動(dòng)輪與主動(dòng)輪的嚙合面相對(duì)于主動(dòng)輪的嚙合面，作完全滾動(dòng)的帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)和主動(dòng)避讓的等待運(yùn)動(dòng)的疊合運(yùn)動(dòng)，齒間接觸面只存在相互作用的靜摩擦力和沿公法線方向動(dòng)力的傳遞，不產(chǎn)生摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)完全滾動(dòng)傳動(dòng)?！?br> 全文摘要
完全滾動(dòng)齒輪，如圖4，一對(duì)具有共扼的漸開線輪廓曲線的齒輪包括主動(dòng)輪O1，從動(dòng)輪O2，基圓半徑分別為R1、R2，節(jié)圓半徑分別O1P、O2P，實(shí)際嚙合線段為PY，主動(dòng)輪齒根圓半徑為O1P，齒頂圓半徑為O1Y，從動(dòng)輪齒頂圓半徑為O2P，齒根圓半徑為R2，實(shí)際接觸面為弧PB與弧PL，在傳動(dòng)過(guò)程中，弧PB與弧PL協(xié)調(diào)地接觸，接觸點(diǎn)于PY段經(jīng)過(guò)法切線MN，兩接觸點(diǎn)的瞬徑之和等于且趨小于MN長(zhǎng)，弧PL相對(duì)于弧PB作完全滾動(dòng)的帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)和主動(dòng)的等待運(yùn)動(dòng)的疊合運(yùn)動(dòng)，齒間接觸面只存在相互作用的靜摩擦力和沿公法線方向動(dòng)力傳遞，不產(chǎn)生摩擦阻力。
文檔編號(hào)F16H55/17GK102943861SQ20121044076
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者馮立友 申請(qǐng)人:馮立友