由双圆弧和渐开线组成的不对称齿形的齿轮传动制造技术

本发明专利技术的名称是由双圆弧和渐开线组成的不对称齿形的齿轮传动。它属于机械领域。它是一种正方向传力时或反方向传力时具有不同承载能力的齿轮。它适用于传力方向固定只偶尔有反转的齿轮传动。正方向传力时主工作面接触，主工作面是较大齿厚比的分阶式双圆弧齿形，它同标准双圆弧齿形相比，弯曲应力较低，从而进一步提高了承载能力。反方向传力时副工作面接触，副工作面是大压力角渐开线，承载能力比双圆弧齿轮弱，比标准渐开线齿轮强些。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械领域分阶式双圆弧齿轮在70年代末在我国开始生产和应用。现在已经有齿形标准GB12759-91，强度计算标准GB/T13799-92和精度标准GB/T15753-1995。在淬硬磨齿的硬齿面齿轮方面，由于它的磨齿工艺不成熟而很少应用。在调质精滚的较软齿面的重载齿轮方面，双圆弧齿轮的应用超过渐开线齿轮。例如在油田抽油机的减速箱中，全都用双圆弧齿轮。调质钢渐开线齿轮的承载能力限于齿面接触强度，而双圆弧齿轮的承载能力常常限于弯曲强度。在同样的传动参数和工况条件下，后者的承载能力是前者的两倍左右。但是在工业应用上，仍常见双圆孤齿轮断牙损坏，它的弯曲强度还应该设法提高。我国对双圆弧齿轮的应用远比西方发达国家普遍，理论和技术也比外国先进。九十年代中期以前的研究成果，除了上述三个国家标准以外，都总结在下列两本专著中①邵家辉主编《圆弧齿轮》第2版，机械工业出版社1994年7月；②陈谌闻主编《圆弧齿圆柱齿轮传动》高等教育出版社，1995年2月。九十年代中期以后，在双圆弧齿轮的齿形和强度方面，新的技术进展极少。只有一篇文章段德荣写的“准端面双圆弧齿轮及其齿面方程”，刊在《机械传动》2000年第2期。此文中建议的一种准端面圆弧齿形在误差敏感性方面有优点，实际齿形司标准齿形差别不大，对承载能力也无差别，这个建议未被推广应用。此外，近年来未见有关提高双圆孤齿轮承载能力的措施的报导。本专利技术的目的就是提供一种由双圆弧和渐开线组成的不对称齿形的齿轮。它同标准齿形(指GB12759-91，下同)相比，可使弯曲应力降低，从而进一步提高承载能力。分阶式双圆弧齿轮的齿腰有个台阶，以致齿腰弯曲强度也是一个薄弱环节。它有一个重要参数叫齿厚比R，就是凹齿部齿厚和凸齿部齿厚的比值。齿厚比增大，则凹齿部齿厚增加，齿根弯曲应力降低，而凸齿部齿厚减少，齿腰弯曲应力加大。齿厚比减少则相反。在设计齿形时，必须首先选取合适的齿厚比，来调整这对矛盾，以达到齿根和齿腰等强度的目标。多数齿轮传递扭矩的方向是固定的，只偶而有反转驱动。轮齿传力的那个齿面叫工作面，或叫主工作面；另一面基本不传力，偶尔反转也传力，可叫做非工作面或副工作面。副工作面不常受力，那么把它的腰部做成台阶就没有必要，把它也做成分阶式双圆弧就没有必要。用光滑曲线来做副工作面岂非更好。本专利技术就是在副工作面抛弃双圆弧而用大压力角渐开线。目的是降低主工作面受载时的弯曲应力，如果单纯地把副工作面改换为渐开线，那末齿腰弯曲应力减小较多，而齿限弯曲应力没有减少。为达到等强度的目标，主工作面的双圆弧的齿厚比必须加大，也就是齿腰台阶加大一些。大多数齿形参数是从齿厚比R为出发点设计计算出来的。本专利技术采用齿厚比R应比标准齿形(即GB12759-91)的齿厚比增加6～7％；副工作面采用压力角为24°～27°的大压力角渐开线。本专利技术具有积极效果凡是使用双圆弧齿轮的地方，只要传递力矩的方向是固定的，都可以改用本专利技术的齿形。它的主工作面的承载能力比标准齿形的双圆弧齿轮有所提高，提高的幅度随传动参数(齿数、螺旋角等)而定，至少可以提高10％以上。它的副工作面是大压力角渐开线，承载能力常常限于齿面接触疲劳，可以按渐开线齿轮承载能力计算方法GB3480进行计算。副工作面的承载能力大概是主工作面的一半。所以必要时反转传动也是可以的，只是承载能力低一半。在工业应用上，除了新设计的齿轮传动可以应用本专利技术的齿形以外。特别适用于齿轮箱内原用的双圆弧齿轮断牙时，使用本专利技术的齿轮替换上去，传动参数都不用改变，俗称“换肚子”。这个措施简单易行，而承载能力比原损坏齿轮提高了，不容易再断牙了。附图说明图1是一对使用本专利技术齿形的齿轮，主工作面是较大齿厚比的双圆孤齿形，副工作面是大压力角渐开线。若不考虑齿面的弹性变形，圆弧齿轮是瞬时点接触齿轮，瞬时接触点从这个端面向那个端面作齿向运动。图1上，右边是主动轮。实线所示是主动轮凹齿面和从动轮凸齿面相接触的那个截面；虚线所示是主动轮凸齿面和从动轮凹齿面相接触的那个截面。在副工作面，渐开线齿面之间有一个固定数值的间隙。图2是本专利技术的基本齿廊，即齿条齿形。它的各参数的代号和名称均按照标准齿形GB12759-91的相应参数的代号和名称。符号加“—”者为此数值与模数mn的比值。经过大量的试算和分析比较，本专利技术提出了一组承截能力最优的齿廊参数的数值，作为本专利技术的一例。下面列出这些参数的代号、名称和数值。凸凹齿廊圆弧半径差Δρ＝0.11 齿厚比 R＝1.36凸齿齿廊圆弧半径ρa‾=1.3]]>凸齿节线齿厚 S1＝1.2970凹齿齿廓圆弧半径 ρf＝1.41凹齿节线齿厚S2＝1.7640侧向间隙 j＝0.06 凸齿齿廓圆心移距量 xa＝0齿顶高ha＝0.9 凹齿齿廓圆心移距量 xf＝0.04649径向间隙 hc＝0.25 凸齿齿廓圆心偏移量 la＝0.6515齿根高hf＝1.15 凹齿齿廓圆心偏移量 lf＝0.7212全齿高h＝2.05 圆弧齿轮齿顶压力角 αa＝43°48′47″圆弧齿轮压力角α0＝25° 凸齿工艺角。δ1＝6°11′13″渐开线齿轮压力角 αj＝25° 凹齿工艺角 δ2＝7°36′17″齿腰过渡圆弧半径 r1＝0.3217齿根过渡圆弧半径 rg＝0.3066齿根圆弧圆心移距量 xg＝0.06885上述数值的计算和来历，说明如下选取Δρ为0.11，数十年来圆弧齿轮的使用经验证明，对于中模数齿轮，这个数值既易于跑合，又使误差敏感性较小。选取ρa为1.3。则ρf＝ρa+Δρ＝1.41选取j为0.06，ha为0.9。以上参数的数值均同标准齿形GB12759-91。选取hc为0.25，则hf＝ha+hc＝1.15，h＝ha+hf＝2.05。选取α0为25°，αj也为25°。图3是一对啮合着的基本齿廓，上齿面和下齿面都啮合着。凹齿两圆弧和节线交点间距离为凹齿齿厚S2，凸齿两圆弧和节线交点间距离为凸齿齿厚S1，S2和S1的比值就是齿厚比R。本专利技术齿形主工作面是双圆弧，副工作面是渐开线，那么双圆弧的齿厚比R就是S2/2对S1/2之比。标准齿形的齿厚比R为128，这项参数在GB12759-91中没有列出来，因为它在画齿廓时没有用，但许多参数是从齿厚比R出发计算出来的。本专利技术的齿厚比R应该比它大一些，已如上述。本例齿厚比R为136。在图3，主工作面接触着，在副工作面，有周向间隙j。因此，相啮合的一对齿条的齿厚中心线相距应为 同时，齿厚中心线距离应为S1/2+S2/2+C(见图3)。其中C＝ρf-Δρcosα0-ρa＝Δρ(1-cosα0)，故可得下式πmn2-j2=S12+S22+Δρ(1-cosα0)]]>因S2＝RS1，代入上式，可解得S1＝1.2970mnS2＝1.7640mn由于ρf捎大于ρa，凸弧和凹弧的圆心就不能都在节线上。有的学者认为圆心应配置在节线两侧，以利于跑合，这叫“双偏配置”，GB12759-91，就是“双偏配置”。有的学者认为这与跑合无关，为便于检测参数(例如公法线长度)的计算，应让凸齿圆弧中心在节线本文档来自技高网...

【技术保护点】
由双圆弧和渐开线组成的不对称齿形的齿轮传动是一种轮齿两侧，主工作面和副工作面具有不同齿形的齿轮传动，其特征在于：主工作面是较大齿厚比的分阶式双圆弧齿形，副工作面是大压力角渐开线齿形，由于齿沟两侧的齿形曲线不同，齿根过渡圆弧的中心将稍许偏离齿沟中心线，与标准双圆弧齿轮相比，主工作面由于它的背面齿腰没有台阶而降低了齿腰应力，由于增大了齿厚比而降低了齿根应力，选用合适的齿厚比使齿腰和齿根等强度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈武亮，陈朔冬，
申请(专利权)人：陈武亮，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]