环形齿轮/小齿轮设计制造技术

本发明专利技术是关于一个公用环形齿轮（１１４）与一批具不同齿数之小齿轮（１１２Ａ－Ｄ）构成的，环形齿轮与小齿轮之直角齿轮组（１００）系列的设计．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及重载传动轴用环形齿轮/小齿轮的传动齿轮组设计，更具体地说，涉及到一族或一列这样的齿轮组设计，其中所包括的唯一的一个环形齿轮装置可同特殊设计的小齿轮系列中的任何一个结合使用，而此系列中的每个部件都采用一个具有不同齿数的小齿轮。在既有工艺中，利用小齿轮/环形齿轮的齿轮组之重载传动轴的直角传动系列已属周知，例如可以参看美国专利号3265173、4018097、4046210、4050534和4263834、其中所公开的内容已吸收入本书中作为参考。这类齿轮组通常为熟知的螺旋伞齿轮或准双曲面齿轮型。对于设计出具有相似的最大转矩但有不同传动比的一系列或一族齿轮组也已经充分公知。例如，既有工艺中周知的一系列传动轴利用了齿数各不相同(即6、7、8与9)的一系列小齿轮，以啮合节径(即16-1/2英寸)与齿数(即39)已给定的一系列环形齿轮，用来提供多种输入轴对输出轴之比(6.50∶1;5.57∶1;4.88∶1以及4.33∶1)。在设计这样的一系列或一族齿轮组时，每种比值都用到了唯一的一个经特殊设计而有同一特定结构的小齿轮恰当啮合的环形齿轮。恰当地啮合就是说，要在传动与从动(即传动与惰力运动)两种运行方式中，于额定载荷下的一段允许时间内以最低噪声工作。例如，设计成与7齿小齿轮恰当啮合的39齿环形齿轮(即“7/39”环形齿轮)，就不同于设计成与8齿小齿轮恰当啮合的39齿环形齿轮(即“8/39”，环形齿轮)，而且也不会恰当地啮合6、8或9齿的小齿轮。尽管既有工艺的环形齿轮/小齿轮之齿轮组族或系列中各齿轮组是以一种非常满意的方式运行，但这种设计与制造齿轮组的方法从经济上看是不合算的，特别是对于那些较大型而制造成本又较高的环形齿轮，这种不合算反映在与重载传动轴有关的体积、各种尺寸与比例上(这就是说，传动轴用到了重型运货车、不在公路上运输的施工运载工具等等)。本专利技术通过下述措施使既有工艺的上述缺点得以克服或最小化，即提供一族或一系列环形齿轮/小齿轮之齿轮组的齿轮齿设计，可使一公用的例如一种16-1/2英寸39齿的环形齿轮，恰当地啮合例如从6齿、7齿、8齿和9齿的小齿轮中任选的一种，而给出一族或一系列只需要一个环形齿轮和一批小齿轮的齿轮组(即6/39、7/39、8/39与9/39)。上述目的是依下述方法实现的，即选取一族环形齿轮/小齿轮的齿轮组，其中包括一尺寸(例如16-1/2英寸节径)与齿数(例如39)经选定的环形齿轮，以及一批(通常为3或4个)不同齿数，例如6、7、8与9)的小齿轮，后者与前者啮合并确定出可选择的一列比值(分别为6/39，7/39，8/39与9/39或6.50∶1，5.57∶1，4.88∶1与4.33∶1)。然后选择一基本比齿轮组，例如可选7/39或6/39的齿轮组。如下面将会讨论到的，在从优选定的实施例中，采用了具有齿数最少或齿数与最少者紧邻的小齿轮的齿轮组。常规设计的或基本是常规设计的基本比环形齿轮，此时将用作为这族齿轮组的公用环形齿轮。也将用到常规设计的基本比小齿轮。这一族中的其余小齿轮然后将按照特定的方式，通过修正基圆锥直径(以获得一恒定系列的压力角，传动的与惰力运动的)、齿根锥角和/或齿面角，而据传统设计加以修正。如所周知，基圆锥直径等于节径乘以压力角的余弦。在非真实渐开线型齿轮装置，例如Formate型齿轮装置中，对刀片的几何构型和/或切削机械装置作了调整，以便获得所需的压力角。因此，本专利技术的一个目的即在于提供一种重载传动轴的环形齿轮/小齿轮之齿轮组的轮齿设计准则，允许将一个公用环形齿轮与一系列不同齿数的小齿轮结合使用，便于较经济地生产齿轮组系列。本专利技术之上述目的和其他之目的与优点，可通过对照附图来详细阅读本说明书而弄清。图1为采用了环形齿轮/小齿轮传动齿轮组的，一种典型的既有工艺中重载传动轴的部分剖面图。图2A与2B分别说明既有工艺中螺旋伞与准双曲面环形齿轮/小齿轮的传动齿轮组。图3示明了一种典型的伞形齿轮组，并指出了参数名称。图4示明了一组典型的相啮合的齿轮齿，并说明了另一些参数名称。图5是本专利技术中的环形齿轮/小齿轮的齿轮组系列之示意图。在下面对本专利技术的描述中将用到某些词，但这些词仅仅是用作为参考而不带限定意义。“向上”、“向下”、“向右”与“向左”等词是指参看附图时相对于图中的方向。“向内”与“向外”等词则分别指朝向与离开所述装置之几何中心的方向。所说及的术语将包括上面特别提到的词、由它们派生的词以及类似的移入词。在重载传动轴的传动系中采用环形齿轮/小齿轮的直角齿轮组，对既有工艺来说已是周知的了。参看图1，其中示明了采用着上述齿轮组11的一种减速传动轴10，此齿轮组包括一与环形齿轮14啮合的小齿轮12。在上述环形齿轮上安置有一差动装置16，用来传动两根主动轴18与20。小齿轮12的旋转轴线22大致垂直于环形齿轮的旋转轴线24(以及差动装置16与主动轴18与20的轴线)。这种类型的以及双速的行星式两级减速型的重载传动轴是既有工艺中所熟知的。大多数重载传动轴利用直角环形齿轮/小齿轮的齿轮组，它们为螺旋伞型或准双曲面型的，分别如图2A与2B中所示。可以看到，在图2A的螺旋伞齿轮组中，旋转轴线22与24是垂直并相交的，而在图2B的准双曲面齿轮组中，双曲线齿轮传动的偏心距在一具有-16-1/2英寸节径的环形齿轮中，通常约为1.00至2.00英寸。业已知道，理论上螺旋伞齿轮在节线处提供了完全滚动而无滑动的齿轮接触，与此相反，准双曲面的齿轮组在节线处虽可使滑动接触较少，但总还存在一定程度的滑动接触。近年来，随着齿轮设计与润滑措施的改进，滑动接触已不似它过去那样成为一个主要问题，而且准双曲面的齿轮组用于重载传动轴已日益为人们所认可。为便于解释，本专利技术将结合螺旋伞齿轮组阐述，但应理解到，本专利技术对于螺旋伞型和准双曲面型的齿轮组以及它们的改进型式是完全同等适用的。螺旋伞型与准双曲面型环形齿轮/小齿轮的齿轮组在既有工艺中已是周知的，例如可参看SAE(美国汽车工程师学会)论文集NO.841085，其中披露的内容已纳入本说明书中作为参考。在过去，一种环形齿轮/小齿轮的齿轮组11的系列，例如包括着如下各组的系列-16-1/2英寸节径39齿的环形齿轮以及-6齿的小齿轮，-16-1/2英寸节径39齿的环形齿轮以及-7齿的小齿轮，-16-1/2英寸节径的环形齿轮以及-8齿轮的小齿轮，-16-1/2英寸节径的环形齿轮以及-9齿的小齿轮，其中涉及到四种不同的16-1/2英寸节径39齿的环形齿轮与四种不同的小齿轮。这些不同的16-1/2英寸节径39齿的环形齿轮在齿顶高与齿根高、节顶(限于准双曲面型)、面顶、根顶、节面角与齿根锥角上都是不同的。这些齿轮组的压力角通常也是不同的。环形齿轮/小齿轮的齿轮组之术语与几何结构也是周知的，上面提到的各种参数示明于图3和4中。用常规设计的39齿环形齿轮来恰当地啮合常规设计的7齿小齿轮(通常称为“7/39”环形齿轮)这种结构，是不同于常规设计的具有同样节径之“6/39”、“8/39”以及“9/39”环形齿轮的，而且也不能恰当地与常规设计的6、8或9齿的小齿轮啮合。业已意识到，提供这样一种公用或通用的环形齿轮14，它的节径与齿数能与多种齿数的小齿轮啮合，即提供一种“(6、7、8本文档来自技高网...

【技术保护点】
重载传动轴用基本上为螺旋伞形或基本上为准双曲面型之齿轮装置的，大致成直角的环形齿轮／小齿轮之齿轮组（１００）系列，其特征为：齿数为Ｚ的公用环形齿轮（１１４）和节径一定而齿数分别为Ａ、Ｂ与Ｃ的第一、第二与第三（１１２Ａ、１１２Ｂ与１１２Ｃ ）小齿轮，每个小齿轮能可换地与上述环形齿轮啮合，相应地规定出Ｚ／Ａ、Ｚ／Ｂ与Ｚ／Ｃ比的齿轮组，选定好每一个此种小齿轮的齿轮齿几何结构，以为每一个上述的齿轮组提供大致相等的传动压力角，同时为每一个上述的齿轮组提供大致相等的惰力运动压力角，其中的Ａ、Ｂ、Ｃ与Ｚ均为正整数，且Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝Ｚ。

【技术特征摘要】
US 1985-8-1 761, 2621.重载传动轴用基本上为螺旋伞形或基本上为准双曲面型之齿轮装置的，大致成直角的环形齿轮/小齿轮之齿轮组(100)系列，其特征为齿数为Z的公用环形齿轮(114)和节径一定而齿数分别为A、B与C的第一、第二与第三(112A、112B与112C)小齿轮，每个小齿轮能可换地与上述环形齿轮啮合，相应地规定出Z/A、Z/B与Z/C比的齿轮组，选定好每一个此种小齿轮的齿轮齿几何结构，以为每一个上述的齿轮组提供大致相等的传动压力角，同时为每一个上述的齿轮组提供大致相等的惰力运动压力角，其中的A、B、C与Z均为正整数，且A+B+C=Z。2.权利要求1的系列，其中述及的小齿轮(112B)具有齿数B，而其中述及的环形齿轮对于一种“B/Z”环形齿轮/B齿的小齿轮之齿轮组基本上取常规设计。3.权利要求2的系列，其中述及的齿数为A的小齿轮(112A);比起对于一A/Z环形齿轮/A齿的小齿轮之齿轮组中按常规设计具A齿的小齿轮，具有较大的齿根锥角(62)与较大的齿面角(64)，而所说的具有齿数C的小齿轮(112C)，比起对于-C/Z环形齿轮/C齿的小齿轮之齿轮中按常规设计具齿数C的小齿轮，具有较小的齿根锥角与较小的齿面角。4.权利要求3的系列，其中还包含有第四个齿数为D且能可换地同所说公用环形齿轮相啮合的小齿轮(112D)，此齿数为D的小齿轮的轮齿几何结构，经选定好能为该环形齿轮/第四小齿轮之齿轮组提供这样一个压力角，使之基本上等于上述环形齿轮/第三小齿轮的齿轮组之压力角，其中的D为正整数，且C+1＝D。5.权利要求2中的系列，其中B＝A+1，而C＝A+2。6.权利要求4中的系列，其中B＝A+1，而C＝A+2。7.权利要求6中的系列，其中D＝A+3。8.权利要求1中的系列，其中所说的齿数为A的小齿轮以及所说的环形齿轮，对于一种“A/Z的环形齿轮/A齿的小齿轮之齿轮组，基本上取常规设计。9.权利要求8中的系列，其中所说的齿数为A的小齿轮，比起对于-A/Z环形齿轮/A齿的小齿轮之齿轮组中按常规设计具齿数A的小齿轮，具有较小的齿根锥角与较大的齿面角，而所说的齿数为C的小齿轮，比起对于-C/Z环形齿轮/C齿的小齿轮之齿轮组中按常规设计具齿数A的小齿轮，则具有较小的齿根锥角与较小的齿面角。10.权利要求2中的系列，其中述及的齿数为A之小齿轮的传动基圆锥直径与齿数为A之小齿轮的惰力运动基圆锥直径，分别小于和大于对于-A/Z环形齿轮/A齿的小齿轮之齿轮组中按常规设计，且具齿数A之小齿轮的相应之传动的与惰力运动的基圆锥直径，而其中叙及的齿数为C之小齿轮的传动基圆锥直径与惰力运动基圆锥直径，则分别大于和小于对于-C/Z环形齿轮/C齿的小齿轮之齿轮组中按常规设计，且具齿数C之小齿轮的相应之传动的与惰力运动的基圆锥直径。11.权利要求3中的系列，其中叙及的齿数为A之小齿轮的传动基圆锥直径与齿数为A之小齿轮的惰力运动基圆锥直径，分别小于和大于对于-A/Z环形齿轮/A齿的小齿轮之齿轮组中按常规设计，且具齿数A之小齿轮的相应之传动的与惰力运动的基圆锥直径，而其中叙及的齿数为C之小齿轮的传动基圆锥直径与惰力运动基圆锥直径，则分别大于和小于对于-C/Z环形齿轮/C齿的小齿轮之齿轮组中按常规设计，且具齿数C之小齿轮的相应之传动的与惰力运动的基圆锥直径。12.权利要求5中的系列，其中叙及的齿数为A之小齿轮的传动基圆锥直径与齿数...

【专利技术属性】
技术研发人员：克拉格布里恩安德森，乔治温费尔德沃尔默，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]