雙向圓弧齒輪的製作方法
2023-05-27 03:57:56 1
專利名稱：雙向圓弧齒輪的製作方法
技術領域：
本發明雙向圓弧齒輪涉及一種動力傳動用的分階式雙圓弧圓柱齒輪，是一種適用於工業應用的平行軸齒輪傳動，特別適用於石油、冶金、煤礦、化工機械等中低速重載有衝擊載荷的動力傳動裝置中。
根據齒輪嚙合理論，符合要求的共輪齒面有相當的任意性，這就給齒輪齒形的不斷發展提供了理論依據。單圓弧齒輪從1926年問世，直到1956年才開始在工業生產中得到應用，在1970年美國專利US.PNO.3533300又進而公布了一種分階式雙圓弧齒輪，保留並發展了單圓弧齒輪凸面對凹面接觸，使接觸應力比凸面對凸面嚙合時大大降低並且易於保留潤滑油形成齒面間油膜潤滑的優點。另一方面使工作圓弧面成為齒頂高部分和齒根高部分具有反對稱的兩個圓弧工作面，雙齒面接觸的嚙合過程中至少輪齒有兩部分處於傳遞動力的狀態中，負荷分推在兩個齒面接觸點上，因而提高了彎曲強度，兩齒面的曲率半徑差、允許齒輪中心距有較大的變動量，減小了對中心距的敏感性，在工業實踐中得到了廣泛的應用。但是在對該齒輪的研究，推廣和應用過程中，人們逐步認識到雙圓弧齒輪仍然存在著一定的缺陷。第一雙圓弧齒輪的彎曲強度低於接觸強度，二者不相互匹配，影響雙圓弧齒輪潛在能力的充分發揮。第二雙圓弧齒輪大多用於石油、冶金、煤礦機械等重載傳動，採用單斜齒圓弧齒輪傳動時，有較大的軸向力，因而通常採用人字齒圓弧齒輪傳動，僅在齒廓方向呈圓弧曲線，由工藝要求退刀槽常常佔整個齒寬的1/3～1/5，不僅增加了整個傳動裝置的總體尺寸和金屬消耗量，而且使軸系跨度增加，剛度下降，一方面引起偏載使輪齒單邊受力，另一方面嚙合振動增加，從而加速了齒輪的失效。第三按雙圓弧齒輪嚙合分析，嚙合點沿軸向以較大的恆速滾動，齧入端引起很大的衝擊，成為圓弧齒輪傳動中的噪聲源。
從描述輪齒形狀來分析，齒形可以由兩個方向截面中的曲線來描述，其一、用輪齒的法截面與齒面的交線描述齒廓形狀;如漸開線、擺線、圓弧等齒廓形狀。其二、用分度圓柱面和齒面的交線來描述輪齒在齒長方向的齒線形狀。美國專利US.PNO3533300隻是在齒廓形狀上由單圓弧改為分階式雙圓弧齒廓，代替原來的漸開線齒廓，變凸面對凸面嚙合為凸面對凹面嚙合，雖然使接觸強度有了很大提高和綜合性能有了一定改善，但在齒線方向仍保留了單圓弧齒輪和漸開線齒輪的凸面對凸面接觸的原有齒線特徵，故影響了輪齒承載能力和傳動特性的進一步發揮。
本發明雙向圓弧齒輪的目的，就是著眼於通過改變雙圓弧齒輪齒線形狀，達到改善齒面幾何結構和齒根截面形狀，挖掘雙圓弧齒輪在齒線方面的潛力，進一步提高承載能力，延長壽命和改善傳動的動力學特性，降低金屬材料的消耗、減小傳動的總體尺寸。
本發明雙向圓弧齒輪
圖1、本發明一對雙向圓弧齒輪傳動立體圖。
圖2、本發明雙向圓弧齒輪節平面內展開圖。
圖中標號1、齒廓 2、齒線 3、齒高 4、凸齒凸面、5、凹齒凹面 6、凸齒凹面 7、凹齒凸面圖3、雙向圓弧齒輪三維有限元分析網格剖分圖。
圖4、右旋內切刀片軸截面圖。
圖5、右旋外切刀片軸截面圖。
圖4、圖5符號標註說明ρ1-凹刃圓弧半徑、ρ2-過渡圓弧半徑、ρ3-凸刃圓弧半徑、ρ4-刀頂圓弧半頂、rc-連接圓弧半徑、E1-凹刃圓弧中心移距量、E2-凸刃圓弧中心移距量、F1-凹刃圓弧中心偏移量、F2-凸刃圓弧中心偏移量、ha-刀齒齒頂高、hf-刀齒齒根高、a-節線上刀刃點離刀齒中線距離、
b-工作刃部分刀齒寬度、B-刀齒寬度、αo-名義壓力角、Φ-非工作面與刀齒中線間夾角、Do-刀盤公稱直徑、δ-工藝角。
本發明雙向圓弧齒輪是一種傳動用的分階式雙圓弧圓柱齒輪，其特徵在於，該齒輪在法截面內的齒廓(1)為雙圓弧齒廓，而在節圓展開後的節平面內齒線(2)形狀為圓弧曲線，在齒高(3)和齒線(2)兩個方向雙重凸-凹嚙合，凸齒凸面(4)與凹齒凹面(5)嚙合呈橢圓一橢圓型嚙合，凸齒凹面(6)與凹齒凸面(7)嚙合呈雙曲-雙曲型嚙合。
本發明雙向圓弧齒輪其齒廓曲面由下列方程所確定x＝(ρsinα+E+r)cosφ+(Ectgαcosβ+ρcosαcosβ)sinφy＝(ρsinα+E+r)sinφ+(Ectgαcosβ+ρcosαcosρ)cosφz＝-(ρcosα+F-R)sinβφ＝1/r(Ectgαcosβ-Fcosρ+Rcosρ-R)其中α-工作齒面上點的壓力角，E-齒廓圓心移距量，F-齒廓圓心偏移量，r-齒輪的節圓半徑，r＝mnz/2，ρ-齒廓圓弧半徑，β-螺旋角，R-刀盤半徑。
本發明雙向圓弧齒輪，對於齒面硬度HB≥320時，接觸強度和彎曲強度等強度的齒輪，其齒高係數可取值為1.40～1.60。
本發明雙向圓弧齒輪，對於齒面硬度HB＜320時，接觸強度和彎曲強度等強度的齒輪，其齒高係數可取值為1.80～2.00。
本發明雙向圓弧齒輪，是應用數個具有圓弧刃形曲線的內切刀片和外切刀片，分別相間安裝在格裡森銑刀盤圓周上，使內切刀片和外切刀片在軸截面的迭合齒形為雙圓弧齒輪基準齒形，刀盤旋轉時，內外刀片刃形曲線形成圓弧齒條的一個完整產形面，採用雙面精切方法，以單齒展成原理加工而成的。
按照附圖3三維有限元分析計算和齒面曲率分析，當齒面硬度為HB≥320中硬齒面時，全齒高係數設計為近似1.45～1.60，當齒面硬度為HB＜320的軟齒面時，全齒高係數設計為近似1.80～2.0，的齒形能實現接觸強度和彎曲強度等強度傳動，可充分發揮雙向圓弧齒輪的承載能力。
最佳實施例1按照上述本發明雙向圓弧齒輪設計一對雙向圓弧齒輪傳動，模數為Mn＝5.5mm，齒面硬度為HB＝255～280，齒高係數ha＊＝1.80，在齒面描述方程中令r→∞可得到產形面圓弧齒條法截面的齒廓方程，即銑刀盤內、外切刀刃形曲線方程為x1＝ρ1Sinα1+E4y1＝ρ1cosα1+F1i＝1，2，……8E4-第i段圓弧中心O1的x坐標F1-第i段圓弧中心O1的y坐標α1-圓弧任一點向經與y軸正向的夾角。
如附圖4、圖5所示，左側齒形按照對稱性可得。
按照上述參數鏟磨成的銑刀盤切出Mn＝5.5、Z＝25的雙向圓弧齒輪綜合性能良好。
最佳實施例2按照上述本發明雙向圓弧齒輪，設計一對雙向圓弧齒輪傳動，齒面硬度HB＝320～340時，齒高係數h＊a＝1.45模數Mn＝4mm。採用與實施例1相同的方法參數取值列表如下
按照上述參數鏟磨成的銑刀盤即可切出Mn＝4mm，z＝50的雙向圓弧齒輪，綜合性能良好。
本發明雙向圓弧齒輪具有如下優點第一雙向圓弧齒輪改變原有齒輪在一個方向(齒高或齒長)為凸-凹嚙合，成為在齒高和齒長兩個方向雙重凸-凹嚙合，使齒面在齒頂凸齒部分呈橢圓-橢圓型嚙合，在齒根凹齒部分呈雙曲-雙曲型嚙合，改善了齒面接觸點領域附近的齒面結構，使接觸面變的更寬，載荷分布面更大，大大降低了齒面接觸應力和齒根彎曲應力。
第二由於本發明輪齒形狀有「拱形」圓弧凸出部分，齒根截面沿齒長向外逐步增大，也顯著地提高了彎曲強度，上述效應隨著刀盤半徑減小和齒寬增加而更為顯著。
第三本發明去掉了人字齒雙圓弧齒輪中間的退刀槽，減小了齒輪傳動裝置的軸向尺寸，提高了軸系剛度，減少了振動和偏載，使齒輪壽命進一步提高。
第四本發明雙向圓弧齒輪齧入端接觸點移動速度隨著螺旋角變化而變化。隨著齒寬增加或刀盤半徑減小，齧入端螺旋角增加、嚙合點進入嚙合時的移動速度明顯下降，改善了傳動的動力學特性，降低了齧入衝擊和噪聲。
第五具有人字齒輪傳動的受力特點，輪齒間的軸向力可相互抵消，增大圓弧齒線的曲率，可更充分發揮雙向圓弧齒輪齒線的優越性。
第六採用單分度方法切齒，能夠切出非標準模數的齒輪，擴大了雙向圓弧齒輪的使用範圍。
第七可以代替硬齒面圓弧齒輪傳動，降低生產成本。
權利要求
1.雙向圓弧齒輪是一種傳動用的分階式雙圓弧圓柱齒輪，其特徵在於，該齒輪在法截面內的齒廓(1)為雙圓弧齒廓，而在節圓展開的節平面內齒線(2)形狀為圓弧曲線，在齒高(3)和齒線(2)兩個方向雙重凸-凹嚙合，凸齒凸面(4)與凹齒凹面(5)嚙合是橢圓-橢圓型嚙合，凸齒凹面(6)與凹齒凸面(7)嚙合是雙曲-雙曲型嚙合。
2.根據權利要求1所述的雙向圓弧齒輪，其特徵在於，其齒廓曲面是由下列方程所確定x＝(ρsinα+E+r)cosφ+(Ectgαcosβ+ρcosαcosβ)sinφy＝(ρsinα+E+r)sinφ+(Ectgαcosβ+ρcosαcosρ)cosφz＝-(ρcosα+F-R)sinβφ＝1/r(Ectgαcosβ-Fcosρ+Rcosρ-R)其中α-工作齒面上點的壓力角，E-齒廓圓心移距量，F-齒廓圓心偏移量，r-齒輪的節圓半徑，r＝mnz/2，ρ-齒廓圓弧半徑，β-螺旋角，R-刀盤半徑。
3.根據權利要求1和2所述的雙向圓弧齒輪，其特徵在於，對於齒面硬度HB≥320時，接觸強度和彎曲強度等強度的齒輪，其齒高係數可取值為1.4～1.6。
4.根據權利要求1和2所述的雙向圓弧齒輪，其特徵在於，對於齒面硬度HB＜320時，接觸強度和彎曲強度等強度的齒輪，其齒高係數可取值為1.80～2.00。
全文摘要
雙向圓弧齒輪是一種動力傳動用的分階式雙圓弧圓柱齒輪，特別適用於石油、冶金、煤礦、化工機械等中低速重載有衝擊載荷的動力傳動裝置中，特徵在於該齒輪在法截面內的齒廓為雙圓弧齒廓，而在節圓展開後的節平面內齒線形狀為圓弧曲線，在齒高和齒線兩個方向雙重凸一凹嚙合，改善了齒面接觸點領域附近的齒面結構，使接觸面變的更寬，載荷分布面更大，大大降低了齒面接觸應力和齒根彎曲應力，減少了震動和偏載，使齒輪壽命顯著提高。
文檔編號F16H55/17GK1060343SQ9110806
公開日1992年4月15日 申請日期1991年10月24日 優先權日1991年10月24日
發明者賈毅, 邵家輝, 毋榮亮, 田虹 申請人:太原工業大學