一種曲齒錐齒輪副的製作方法

2023-06-14 14:11:26 1

專利名稱：一種曲齒錐齒輪副的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械傳動領域用的傳動副，尤其適用於傳遞兩相交迴轉軸載荷的曲齒錐齒轉副。
目前世界各國用齒條形刀具和展成法來加工工業用曲齒錐齒輪齒形制有近十種，經過競爭而生存下來並佔有國際市場的齒形制不過4～5種，這就是1、美國格利森工廠的Gleason齒形制；2、瑞士奧利康工廠的Oerlikon齒形制；3、德國克林貝格工廠的Klingelnerg齒形制；4、原蘇聯Знимс齒形制；5、俄羅斯薩拉託夫工廠的Captov齒形制。
還有一些國家和設計單位，在參考上述齒形制的基礎上，對某些參數稍有改動，但仍屬大同小異。
但上述這些齒形制，毫無例外地採用了標準錐距R。的曲齒錐齒輪，即R0＝0.5d2/sind′2……(1)式中d2—大錐齒輪分度圓(等於節圓)直徑d′2—大錐齒輪節圓錐(半)角標準錐距曲齒錐齒輪副的當量齒輪副具有標準中心距aov，設當量齒輪的分度圓(亦即節圓，因為此時兩圓重合)半徑為rv1與rv2，則有aov＝rv1+rv2……(2)採用標準中心距的當量齒輪副，其優點是軸交角∑不改變(參閱

圖1)，且在變位設計上採用零傳動。設小齒輪與大齒輪的變位係數為X1與X2，則其和為X∑＝X1+X2＝0 ……(3)採用標準中心距的當量齒輪副的缺點是傳動嚙合性能受到限制，例如綜合強度較低，體積較大(例格裡森制規定齒數和Z1+Z2≥40～50)、噪聲較高(受重合度限制，例如β＞30°時，點重合度εr＜3)、齒數比不能過大，U≤10等。這些缺點只有採用變中心距當量齒輪副才能消除。但是變中心距當量齒輪副會引起軸交角的改變(參閱圖2)。因此列為禁區，不受用戶歡迎，這就是目前世界各國不採用變中心距當量齒輪副的原因。
本發明的目的是設計出高強度、長壽命、體積小、噪聲低，且用現有的切齒設備就能製造的一種曲齒錐齒輪副。
本發明的目的由以下技術方案來達到一種曲齒錐齒輪副，採用變錐距及徑向變位和切向變位原理設計與製造，其特徵是在軸交角∑不變條件下，標準節圓錐錐距R0改變為R，R＝R0+ΔR，相應的大端面當量齒輪中心距aov變為av，av＝aov+Δa式中，R0＝0.5d2/sind′2aov＝rv1+rv2＝mZvmΔa＝(tgd′1+tgd′2)·ΔR≠0此時當量齒輪變成變中距齒輪，當Δa＞0時，中心距變長，成為長中心距齒輪Δa＜0時，中心距變短，成為短中心距齒輪。
本發明的目的還可以由以下技術措施來進一步實現前述的變錐距曲齒錐齒輪副，節圓錐與分度圓錐(即切齒圓錐)兩錐分離，分離後兩錐尺寸有所不同，且當量齒輪節錐半徑r′與其分度錐半徑r成比例KK=rv1rv1=rv2rv2=avaov1]]>前述的齒輪副，齒頂高h由小齒輪與大齒輪的徑向變位係數X1與X2來確定ha1，2＝(ha*+X1，2)·m當X1，2＞0、ha1，2＞標準齒頂高ha*m時，為長齒頂高。
當X1，2＜0、ha1，2＜標準齒頂高ha*m時，為短齒頂高，此時相應地有三類四種組合形式1)長--長齒頂高，X1＞X2＞0，正傳動設計X1+X2≥0，2)長--短齒頂高，X1＞0＞X2，正傳動設計X1+X2＞0，3)長--短齒頂高，X1＞0＞X2，負傳動設計X1+X2＜0，4)短--短齒頂高，X2＜X1＜0，負傳動設計X1+X2＜0。
前述的齒輪副，變中心距端面當量齒輪的節圓壓力角α′與分度圓壓力角α不相等，其漸開線函數之差為Δinvα＝invα′-invα＝Xbtgα/Zvm≠0前述的齒輪副，其制齒工藝是用直刃齒條形刀具和展成法在現有的加工標準錐距的曲齒錐齒輪工具機上加工完成。
本發明的優點是由於在保持軸交角∑不變條件下，採用變錐距以構成變中心距當量齒輪副，通過四個變位係數優化設計製造的新型錐齒輪副具有高強度，長壽命、體積小、噪聲低、大傳動比和不增加工設備投資等明顯優點。
說明書附圖圖1標準錐距錐齒輪及其端面當量齒輪副示意圖。
圖2標準錐距錐齒輪在變中心距後引起軸交角∑改變的示意圖。
圖3變錐距錐齒輪及其端面當量變中心距齒輪副，中心距加大圖。
圖4變錐距錐齒輪及其端面當量變中心距齒輪副，中心距縮小圖。
圖5徑向變位封閉圖。
圖6切向變位封閉圖。
下面結合說明書附圖對本發明的實施方案作進一步的說明從圖3和圖4中可以看出，在軸交角不變的條件下，改變錐距，使曲齒錐齒輪的錐距由標準值R0改變為R，設改變量為ΔR，則有R＝R0+ΔR……(4)式中，R0＝0.5d2/sind′2d2—大錐齒輪分度圓(標準R0分度圓等於節圓)直徑d′2—大錐齒輪節圓錐半角相應的大端面當量齒輪副中心距由標準的aov改變為av，改變為Δa，則有
av＝aov+Δa……(5)式中，aov＝rv1+rv2＝mZvmΔa＝(tgδ′+tgδ′2)·ΔR≠0m—大端面當量齒輪端面模數，或用徑節P＝25.4/m表示Zvm—當量齒輪平均齒數，即Zvm＝0.5(Zv1+Zv2)，rv1、rv2—為小當量齒輪、大當量齒輪分度圓半徑。
Zv1、Zv2—為小當量齒輪、大當量齒輪齒數，δ′1、δ′2—為小當量齒輪、大當量齒輪節圓錐半角，此時，當量齒輪已改變成變中心距齒輪。當Δa＞0時，中心距變長(外擴)，成為長中心距齒輪，如圖3所示。
Δa＜0時，中心距變短(內縮)，成為短中心距齒輪，如圖4所示。
在圖3中，
為標準當量齒輪中心距，當沿錐距OP。向外(遠離錐頂O)延長一段符
後，形成的擴大當量齒輪副的中心距為
，過標準當量齒輪大端嚙合節點P0向外作兩迴轉軸線OO01與OO02的平行線，與擴大後的中心距線
分別相交於Q1、與Q2點，則有Δa＝Q1Q2＝(tgδ′1+tgδ′2)·ΔR＞0……(6)連OQ1與OQ2，則有∠O1OQ1＝小齒輪分度錐角δ1＜δ′1，∠O2OQ2＝大齒輪分度錐角δ2＜δ′2同理，對於如圖4所示齒輪副，得縮小中心距的當量齒輪副，其中心距改變量(縮小量)為；a=Q1Q2=(tg1+tg2)R0(7)]]>對於等高齒(見圖3)，過Q1、Q2作與OP0的平行線，交軸線於O′1、O′2，則∠Q1O′1O1與∠Q2O′2O2為小齒輪與大齒輪分度錐(半)角δ1、δ2，且δ1＝δ′1、δ2＝δ′2當曲齒錐齒輪的錐距改變(外擴或內縮)後，形成了變中心距齒輪副，此時的節錐與分度錐已分離，分離後兩錐尺寸有所不同，構成兩套錐齒輪的尺寸，這就區別於不變錐距構成的不變中心距的當量齒輪的特徵—節錐與分度錐重合。設兩套不同尺寸的當量齒輪半徑為節錐半徑rv′和分度錐半徑rv，它們的比值為K，則有K=rv1rv1=rv2rv2=RR-R=avaov1(8)]]>由av＝aov+Δa，則有Δa＝(K-1)aov……(9)設變中心距當量齒輪副的徑向變位係數為X1與X2，其和X∑＝X1+X2，當量齒輪副的中心距改變量Y=am=X-(10)]]>式中，δ—齒頂高變動係數，具值＜X∑/10，用於修正齒全高，使配對當量齒輪作理論上的無側隙嚙合。
當X∑＞0時，Δa＞0(長中心距當量齒輪)，稱正傳動設計，當X∑＜0時，Δa＜0(短中心距當量齒輪)，稱負傳動設計。
從這裡可以看出，當X∑＝0時，Δa＝0(不變中心距當量齒輪)，ΔR＝0稱為零傳動設計，所有世界各國工業用曲齒錐齒輪制，均採用這種零傳動設計。因此，從這個意義上來說各國現用齒形制，可以看作是本發明的一種特例(邊界條件)。
此外由徑向變位係數X1與X2，確定了當量齒輪的齒頂高ha1，2，即ha1，2＝(ha*+X1，2)·m……(11)齒頂高係數ha*可從設計手冊中查表獲得。
當X1，2＞0時，ha1，2＞ha*·m(標準齒頂高)稱為長齒頂高當X1，2＜0時，ha1，2＜ha*·m稱為短齒頂高相應地有三類四種組合形式<
>
表1
下面說明驅動用液晶盒、補償膜和偏光片的配置。
對於驅動用液晶盒，使用1片或幾片補償膜，優先選擇使用1片或2片補償膜，最好是使用2片補償膜。從成本角度考慮，使用1片為宜，從顯示特性角度考慮，使用2片較為適宜。使用3片以上時，從成本考慮是不利的。另外，補償薄膜夾持在驅動用液晶盒與偏光片之間設置。
首先說明使用1片補償膜的情況。補償膜配置在偏光片與驅動用液晶盒之間、在該液晶盒的上側或下側。應使補償膜的偽進相軸和驅動用液晶盒的靠近補償膜的一側的電極基板的容易軸方位達到最優化。在這裡，液晶盒基板的容易軸方位定義為矢量。容易軸是將電極基板界面上的液晶分子的指向矢投影到基板上的方向。與圓盤狀液晶同樣，驅動用液晶盒中的向列液晶的指向矢也沒有前後的區別。但是，在基板界面上，由於產生預傾斜，為了方便起見，必須給指向矢的投影矢量加上前後的區別。為此，如圖5所示，朝著液晶分子立起來的方向畫箭頭，將其定義為容易軸矢量(不考慮矢量的大小)。在對該驅動用液晶盒基板進行磨擦處理的場合，該矢量的方向通常與磨擦方向相對應。該容易軸矢量與補償膜的偽進相軸所形成的角度通常是-30～+30度或+150～+210度。至於角度的符號，如果偽進相軸矢量靠近跟前，容易軸矢量在後面較遠處，在這種情況下觀察(補償膜位於盒上側的場合，從上偏光片觀察)，使容易軸矢量反時針方向旋轉時，將可以與進相軸矢量重合的場合定義為正。
將圖1的A界面側設置成與驅動用液晶盒的電極基板鄰接的場合，該液晶盒的容易軸矢量與補償膜的偽進相軸矢量所形成的角度通常是-30～+30度，優選的是-25～+25度最好是-20～+20度。兩者所成的角度不在-30～+30度的範圍內時，視角補償效果不充分，而且可能導致液晶顯示元件的對比度降低。
2、齒全高變動不大-0.5≤Xt2≤0.5，即直線BC與AD。
圖中σ—齒頂高度變動係數曲線。
Xt1及Xt2——分別為當量小齒輪及大齒輪之切向變位係數。
Xt∑＝Xt1+Xt2為切向係數之和採用變錐距曲齒錐齒輪副後，以四個變位係數X1X2及Xt1、Xt2為變量，在圖5及圖6所示的D邊界條件(即兩套封閉圖的邊界線)下，按設計需要，即可對傳動嚙合品質(曲線)進行優化設計，以獲取高強度、長壽命、體積小、噪聲低的曲齒錐齒輪傳動副。例如1、提高抗點蝕能力使節點區處於雙對齒嚙合位置，即δ2*＝0.15～0.25，例如圖5上小C點……(12)2、提高抗磨損能力滑動率係數U1與U2平衡，即U1≈U2例如圖5上b點……(13)3、提高抗折齒能力齒形係數Y1與Y2最小且相近，即Y1≈CY2例如圖6上e點……(14)4、提高抗膠合能力滑動比係數最低並且相近，即η1≈η2例如圖5a點……(15)5、提高重合度，使傳動平穩，即齒廓重合度εa≥1.6，總重合度ε1≥2～3例如圖5上d點……(16)6、保持標準的齒全高，即齒頂高度變動係數σ＝0，例如圖6上e點……(17)7、提高輪齒的綜合強度即採用上述有關曲線的綜合選擇，例如圖5上a、b、d點及圖6上e點。
8、獲得最少齒數和使徑向變位係數X1+X2≥X1min+X2min＞0(見圖5)……(18)9、獲得最大齒數比U＞10……(19)此外，變中心距當量齒輪副中兩套變位(徑向變位係數和X∑與切向變位係數和Xt∑)的綜合，進一步使變錐距曲齒錐齒輪副具有最佳的綜合嚙合品質，這是目前的標準錐距錐齒輪副所不能達到的優點。例如1、高綜合強度(高抗點蝕、抗斷齒、抗膠合、抗磨損能力)和長壽命，本發明可在圖上II區由公式(11)～(19)各式交點獲得，例b點。
2、低噪聲的平穩傳動，可在圖5上IV區中由式(15)獲得，例e點。
3、小體積，可在圖5上I區中由式(18)獲得。
4、大減速比，可在圖5上I、II區中獲得。
綜合後的變位係數可分解為沿齒高方向的綜合徑向變位係數Xb和沿齒厚方向的綜合切向變位係數Xs。
Xb＝X∑+0.5Xt∑/tgα≠0……(20)Xs＝2X∑tgα+Xt∑≠0……(21)由於曲齒錐齒輪副錐距的改變，使相應的大端面當量齒輪中心距也隨之改變。因此，變中心距當量齒輪副具有節圓和分度圓兩套壓力角(即α′和α)，其漸開線函數之差為Δinvα＝invα′-invα＝Xhtgα/Zvm≠0……(22)式中，α′—節圓錐壓力角α—分度圓壓力角Zvm—當量齒輪平均齒數Zvm＝(Zv1+Zv2)本發明的齒輪副，其制齒工藝是用直刃齒條形刀具和展成法，在現有的加工標準錐距曲齒錐齒輪加工工具機上加工完成。[按公式(1)～(22)製造出來]，不需另作工裝和設備投資、故極易推廣。
本發明不局限於實施例，其保護範圍由權利要求限定。
權利要求
1.一種曲齒錐齒輪副，採用變錐距及徑向變位和切向變位原理設計與製造，其特徵是在軸交角∑不變條件下，標準節圓錐錐距R0改變為R，R＝R0+ΔR，相應的大端面當量齒輪中心距a0v變為av，av＝a0v+Δa式中R0＝0.5d2/sinδ′2a0v＝rv1+rv2＝mZvmΔa＝(tgδ′1+tgδ′2)·ΔR≠0此時，當量齒輪變成變中心距齒輪，當Δa＞0時，中心距變長，成為長中心距齒輪Δa＜0時，中心距變短，成為短中心距齒輪
2.根據權利要求1所述的齒輪副，其特徵是節圓錐與分度圓錐(即切齒節圓錐)兩錐分離，分離後兩錐尺寸有所不同，且當量齒輪節錐半徑r′與其分度錐半徑r成比例KK=rv1rv1=rv2rv2=avaov1]]>
3.根據權利要求1所述的齒輪副，其特徵是齒頂高ha由小齒輪與大齒輪的徑向變位係數X1與X2來確定；ha1，2＝(ha*+X1，2)·m當X1，2＞0、ha1，2＞標準齒頂高ha*m時，稱為長齒頂高當X1，2＞0、ha1，2＜標準齒頂高ha*m時，稱為短齒頂高，此時相應地有三類四種組合形式1)長-長齒頂高、X1＞X2＞0、正傳動設計X1+X2＞0，2)長-短齒頂高、X1＞0＞X2，正傳動設計X1+X2＞0，3)長-短齒頂高、X1＞0＞X2，負傳動設計X1+X2＜0，4)短-短齒頂高、X2＜X1＜0，負傳動設計X1+X2＜0。
4.根據權利要求1、2或3所述的齒輪副，其特徵是變中心距端面當量齒輪的節圓壓力角α′與分度圓壓力角α不相等，其漸開線函數差值為Δinvα＝invα′-invα＝Xhtgα/Zvm≠0當Δa＞0，Δinvα＞0，即α′＞α；當Δa＜0，Δinvα＜0，即α′＜α。
5.根據權利要求1、2或3所述的齒輪副，其特徵是制齒工藝是用直刃齒條形刀具和展成法在現有的加工標準錐距的曲齒錐齒輪工具機上加工完成。
6.根據權利要求4所述的齒輪副，其特徵是制齒工藝用直刃齒條形刀具和展成法在現有的加工標準錐距的曲齒錐齒輪工具機上加工完成。
全文摘要
本發明公開了一種曲齒錐齒輪副,採用變錐距及徑向和切向變位原理設計與製造,其特徵是在軸交角∑不變條件下,標準節圓錐錐距R。改變為R=R
文檔編號F16H1/14GK1201119SQ9710442
公開日1998年12月9日 申請日期1997年5月30日 優先權日1997年5月30日
發明者梁桂明 申請人:梁桂明