[发明专利]确定由两个轴线相交的齿轮组成的齿轮对的齿啮合几何结构的方法

说明书

本发明涉及一种确定由两个轴线相交的齿轮组成的齿轮对，尤其由冠状 齿轮与主动小齿轮组成的齿轮对的齿啮合几何结构的方法。此外，本发明还 涉及一种由冠状齿轮与主动小齿轮组成、具有彼此共轭设计的啮合齿的齿轮 对。

为了确定由冠状齿轮与主动小齿轮组成的齿轮对的齿啮合几何结构，在 先有技术中采用一种以数值计算为基础的方法，按此方法，通过预先给定齿 轮对中一个齿轮准确的几何结构，模拟主动小齿轮在冠状齿轮上一个完整的 滚动过程，由此可以确定齿轮对中另一个齿轮的齿啮合几何结构。人们称之 为“共轭制作”法。由Faydor L.Litvin，NASA(美国国家航空和宇宙航行局)1997 年所著的书“Development of Gear Technology and Theory of Gearing”很好地 归纳了与此有关的先有技术。如此确定的由冠状齿轮与主动小齿轮组成的或 由两个锥形齿的齿轮组成的齿轮对，可以凭借所了解的两个齿轮精确的齿啮 合几何结构，借助已知的切削加工和/或金属加工法制造。然而为此始终有必 要准确地预先给定齿轮对中一个齿轮的齿啮合几何结构。

按已知的先有技术，在由冠状齿轮与主动小齿轮组成齿轮对的情况下， 大多以主动小齿轮的圆柱形齿啮合几何结构为基础，其中，主动小齿轮齿的 齿面沿主动小齿轮的轴向宽度有直线过程。

为了确定由冠状齿轮与主动小齿轮组成齿轮对有利的齿啮合几何结构， 也已经建议了主动小齿轮齿的一种复杂的几何结构，其中为了减少要不然会 在冠状齿轮齿的齿面上形成的根切，因而与普通的圆柱形齿啮合几何结构有 所不同。为此例如建议，通过主动小齿轮的齿采用一种沿其轴向宽度变化的 啮合角和/或齿廓变位，改善冠状齿轮的齿的齿面承载能力。此外，采用沿主 动小齿轮齿轴向宽度渐增的齿顶缩短，还可以有利地进一步减小冠状齿轮齿 的根切。在这里主动小齿轮齿的齿面也有一种沿轴向始终以直线过程为其特 征的几何结构。

共轭制作法业已证实对于确定上述复杂的齿啮合几何结构并不是最佳 的，因为在这种情况下无论如何必须已知齿轮对中一个齿轮准确的几何结 构。所以为了优化和确定齿啮合几何结构，人们往往规定很多计算过程，借 助它们通过改变齿轮对各种齿啮合参数来接近所期望的几何特性。

因此，本发明的目的是提供一种确定由两个轴线相交的齿轮组成的齿轮 对，尤其由冠状齿轮与主动小齿轮组成的齿轮对的齿啮合几何结构的方法， 采用此方法，可以在计算工作量小的同时，确定冠状齿轮与主动小齿轮在冠 状齿轮的齿尽可能高的齿面承载能力及齿啮合尽可能高的工作强度方面总 体上最佳的齿啮合几何结构。此外应提供一种由冠状齿轮与主动小齿轮组成 的齿轮对，它们彼此共轭设计的齿啮合几何结构，就齿轮对的工作强度而言， 有利地高于先有技术。

针对由两个锥形制齿的齿轮组成的齿轮对的目的，通过按并列的权利要 求1或2所述的方法达到。尽管按本发明的方法(在其些附属条件下)适用于 任何轴线相交的齿轮对，但此具有其优点的方法在下面借助按权利要求3所 述的设计方案说明，据此，齿轮对涉及由冠状齿轮与主动小齿轮组成的齿轮 对，它们以90°的轴线交角相交。

按本发明首先预先给定一个“虚拟的”主动小齿轮的第一种齿啮合几何 结构，它应当作为基点用于后续的齿啮合计算步骤和确定步骤。从虚拟的主 动小齿轮此规定的齿啮合几何结构出发，计算“虚拟”冠状齿轮根据虚拟小齿 轮的滚动过程在共轭制作时得出的齿啮合几何结构，在这里与已知的共轭制 作方法不同，虚拟小齿轮没有导致冠状齿轮齿面根切的完整滚动过程，而是 仅基于“半个”滚动过程。为此，虚拟冠状齿轮根据滚动过程得出的齿面几何 结构的计算，终止点在虚拟小齿轮用来在滚动过程中计算齿面的齿处于虚拟 冠状齿轮的齿隙内的对称位置。因此，通过提前停止共轭制作，算得虚拟冠 状齿轮齿的齿面几何结构，预先给定的虚拟小齿轮可以在此虚拟冠状齿轮上 滚动一半。算得的齿面在数学的意义上因而意味着是半滚动虚拟小齿轮齿的 包络面。在这种情况下对应的相配齿面，或通过半轧无根切齿面的反映生成， 或基于沿相反的旋转方向的另一半滚动过程算出。因此虚拟冠状齿轮每个齿 的两个齿面，从虚拟小齿轮对于两个旋转方向对称给定的齿啮合几何结构出 发，有一种互相对称的几何结构。应强调指出，预先给定的虚拟小齿轮不能 在算得的虚拟冠状齿轮上完全滚动。