自由曲面齿轮制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种变速器用齿轮，可制作齿面不限于渐开线曲面，齿底面不限于余摆线曲面，而使上述面为自由曲面的齿轮，通过降低齿面的啮合点附近的赫氏应力，提高表面压力疲劳强度，通过降低齿底面的齿根附近的弯曲应力提高弯曲疲劳强度，抑制齿轮噪音的产生。其特征在于，齿面由使啮合节点附近的最小曲率半径为极大的自由曲面构成，且齿底面由使齿根附近的最小曲率半径为极大的自由曲面构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自由曲面齿轮
本专利技术涉及一种用于汽车、建筑机械、工业机械等的变速器用的齿轮，特别是直齿轮或斜齿轮的齿面形状。直齿轮的情况，其齿面由摆线曲面、余摆线曲面、外旋曲面、外摆曲面、圆弧曲面、涡旋曲面的各单独曲面构成，或者由使这些包含渐开线曲面中选择的曲面进行组合的的多个曲面构成。斜齿轮的情况下，其齿面由摆线螺旋曲面、余摆线螺旋曲面、圆弧螺旋曲面、涡旋螺线曲面、三维坐标曲面、外旋螺旋曲面、外摆螺旋曲面的各单独曲面构成，或者由使这些包含渐开线螺旋曲面中选择的曲面进行组合的多个曲面构成。另一方面，齿面的TIF(之后描述)以下的齿底面由摆线曲面、余摆线曲面、外旋曲面、外摆曲面、圆弧曲面、涡旋曲面的各单独曲面构成。以下统称构成这些齿面或齿底的单独的曲面，或复合曲面为自由曲面。本专利技术申请是，自由曲面通过热锻或冷锻形成，首先，齿面的啮合节圆附近的最小曲率半径极大使表面压力疲劳强度提高的同时，齿根附近的最小曲率半径极大化从而提高弯曲疲劳强度的变速器用的齿轮。参照图12说明上述齿轮用语。放大齿廓并用立体图表示，定义各部位的名称如下。斜齿1包括：符号A～A’之间的齿顶面11；在其左右，符号A～B之间的齿面12；符号B～B’之间的齿底面13；以及齿端面14和齿根16。在这里，符号A、A’为齿轮彼此啮合的终点，是齿面12和齿顶面11的边界点；符号B、B’为齿轮彼此相互啮合的起始点，相当于齿根16，是齿面12和齿底面13的边界点。啮合节点P位于齿面的符号A～B之间，连结各齿廓的啮合节点P的圆弧为啮合节圆径(MatingPichCircleDia)，以下称作PCD。齿底面13的符号B、B’之间的最低点标为符号D，将连续连结各齿廓的符号D点的圆弧称为齿底径R。连续连结各齿根的符号B、B’的圆弧为最小啮合渐开线径(TrueInvoluteFilletDia)，以下称作TIF。其他还有类似称为分度圆径的用语，其为齿轮固有特征，是将齿轮单体的齿数乘以垂直于轴的模数得到的，与另一配合齿轮无关。与此不同，PCD为连续地连结将啮合的一对齿轮的中心距以齿数比的反比分配的点的线，在该PCD的啮合节点P处，齿轮彼此啮合，做滚动运动，从而可视为一对齿轮相互滚动而不产生滑动运动。当该一对齿轮在该啮合节点P处啮合时，表面压力最大，会产生微小的剥离损伤(pitching)等，从而缩短齿轮的寿命。另外，所谓最小曲率半径是指，在啮合节点P的附近处的多个曲面中，曲率半径最小者。其余，称齿根的符号B和齿底的符号D之间的曲面为齿根附近。
技术介绍
在现有技术中，使用切削加工法形成齿廓，最初，在传动机构领域采用的齿轮，其具有基于惠更斯钟摆时钟专利技术的旋转角度误差小的摆线曲面。但是，虽然该摆线齿轮具有旋转角度误差小，适合于钟表齿轮的优点，但其曲面复杂导致切削工具的形状复杂，且切削每个齿时都需要耗时多。随着时代的发展，在产业革命中需要大量的用于传动的齿轮，因而不具有量产性的摆线齿轮随之消失。因此开发了适于量产的基于直线切削方法的齿切削技术，得到齿面为渐开线曲面，齿底为余摆线曲面的齿轮。图13为该齿轮的垂直于轴的截面图。目前，已实用的大部分齿轮都是基于该方法加工而成的，由于工具为简单的直线状的齿条插刀，因此其加工的齿面限于渐开线曲面，齿底限于余摆线曲面，而不能制得其他的曲面。现有的基于直线刀具切削加工法来制造齿轮的方法整理如下，通过调整刀具的切入量可以简单的改变齿厚并能控制齿根的强度。利用容易制作的直线状的齿条插刀可以加工渐开线曲面。即使如上得到的上述渐开线齿轮与组合齿轮的中心距存在差异，也可以使得齿轮间隙保持一定，以缓解震动、声音的冲击。而且，只要法线间隔相同，则对齿轮规格没有限制可以自由组合。由于由渐开线曲面形成的齿轮在使用时可能发生移位，而通过稍微改变齿轮的轴间距就可以使得相邻齿轮正确啮合，因此渐开线曲面齿轮具有上述等的优点。但是，由于渐开线曲面齿轮在彼此啮合时，在旋转运动中存在滚动和滑动，当在旋转时有滑动的情形下会产生旋转角度误差，并因渐开线曲面彼此滑动而产生噪音。由于齿面是渐开线曲面，则不能使啮合点附近的赫氏应力极小，存在表面压力疲劳强度弱等的问题。其余，由于通过直线刀具切削方法在制作渐开线齿轮时，齿底限于余摆线曲面，因此在几何学上难以增大齿根附近的曲率半径。尤其是，汽车用变速器的齿轮，由于对齿根强度要求高，且该齿根部的应力集中，因此用直线刀具切削方法制得的齿轮难以实现变速器的小型化、轻量化。另一方面，即使现代NC加工技术有了长足的进展，也难以制作可用于加工渐开线或余摆线以外的曲面的剔齿工具。如果将观点改变为通过锻造成型形成齿廓，则随着NC加工技术的进步可生产具有任何形状的模具，通过使用该模具进行锻造成型，可以得到渐开线曲面或余摆线曲面以外的自由曲面、或三维曲面。另外，钟表用的齿轮的齿面、齿底均由摆线曲面形成。还有，泵用的齿轮的齿面、齿底均由余摆线曲面形成。以基于现代NC技术的模具制作技术进步为背景，为提高齿轮的强度，对齿面或齿底的形状进行改进提出了以下的方案。例如，渐开线齿轮中，不损害其旋转传导功能而提高其齿的强度，将各齿面的整体区域按照，包括相邻齿面的接触点的轨迹沿其伸展的带状的接触区域，和位于其外侧位置的非接触区域分开。以渐开线螺旋线形成接触区域，作用于相对于对方齿轮的齿面的齿的表面上。非接触区域为，具有不与对方齿轮的齿面接触的形状，对于上述整体区域以渐开线螺旋线形成时的基本齿面形状赋予该渐开线齿轮的齿的强度直接或间接的朝向上方被变更的形状。例如，对于齿宽方向的两侧的基本齿顶形状，使齿顶下降的同时，相对于齿宽方向的两侧的基本齿底形状，使齿底隆起(参照专利文献1)。另外对于其他的齿底形状提出如下方案。以提供齿根部分的强度优化的高强度齿轮为目的，其第一要点为，渐开线齿轮等中，齿根部分的形状形成为不是基于齿廓制成理论形状的齿廓。第二要点为，齿底形成为，通过齿廓制成理论外的齿底曲面避免应力集中而得到的齿底面。第三要点为，在经过锻造加工法之后，还要通过压造加工法、精整加工法等形成上述齿廓。第四要点为，所述齿廓对于齿廓中心或齿底中心左右非对称形成。第五要点为，对于齿廓中心或齿底中心，齿底形成左右不同的形状。第六要点为，在所述齿廓内部，通过所述锻造加工法、压造加工法、精整加工法等形成连续的纤维流程(纤维组织)(参照专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利技术专利公开第2004-360877号公报专利文献2：日本专利技术专利公开第平8-105513号公报综上所述，总的来说现有的齿轮存在以下问题。将视线转向渐开线齿轮的齿面，相邻齿轮相互啮合时，相邻的渐开线齿面边滑动边旋转从而产生旋转角度误差的同时，由于相邻的渐开线齿面的滑动而容易产生噪音，或容易产生磨损。由于齿面为渐开线曲面，曲率半径不能增大而啮合点附近的赫氏应力极大化，导致表面压力疲劳强度较低等的问题。另一方面，将视线转向渐开线齿轮的齿底，由于是余摆线曲面，齿底部的曲率半径增大具有几何学的极限，因为在齿根部应力集中所以降低了弯曲疲劳强度。由于以上两个理由，使用直线刀具制成切削加工法的渐开线齿轮难以应对的变速器的小型化、轻量化，而且难以应对齿轮噪音的降低。
技术实现思路
本专利技术着眼于以上的问题，其目的在于提供一种变速器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.21 JP 2010-1405651.一种变速器用齿轮，其特征在于，齿面由使啮合节点附近处的曲率半径中最小曲率半径为极大的曲面构成，且齿底面由使齿根附近处的曲率半径为极大的圆弧曲面构成。2.根据权利要求1所述的变速器用齿轮，其特征在于，由所述齿面构成直齿轮或斜齿轮。3.根据权利要求1所述的变速器用齿轮，其特征在于，所述齿面，由摆线螺旋曲面、余摆线螺旋曲面、圆弧螺旋曲面、涡旋螺线曲面、三维坐标曲面、外旋螺旋曲面、外摆螺旋曲面各单独曲面构成，或由摆线螺旋曲面、余摆线螺旋曲面、圆弧螺旋曲面、涡旋螺线曲面、三维坐标曲面、外旋螺旋曲面、外摆螺旋曲面及渐开线螺旋曲面中的任意3种组合而成的复合曲面构成。4.根据权利要求1所述的变速器用齿轮，其特征在于，所述齿面，由摆线曲面、余摆线曲面、外旋线曲面、外摆线曲面、圆弧曲面或涡旋线曲面各单独曲面构成，或由摆线曲面、余摆线曲面、...

【专利技术属性】
技术研发人员：大冈三茂，川崎芳树，下村满彦，
申请(专利权)人：大冈技研株式会社，
类型：
国别省市：