[发明专利]弧螺旋圆柱齿轮及弧齿条

说明书

技术领域

本发明涉及一种传动齿轮，尤其是一种弧螺旋圆柱齿轮及弧螺旋齿条。

背景技术

齿轮传动是应用最广泛的一种传动形式，目前圆柱齿轮“齿线”有三种形式：直齿轮(正齿轮)，斜齿轮(螺旋齿轮)，人字齿轮(双螺旋齿轮)第四种形式“圆弧齿线圆柱齿轮”是1975年由美国发表的“曲齿线啮合形式”研究课题。1986年国际新技术展览会展出样品在齿宽中央截面为渐开线齿形，离开中央为形位近似值，“齿线”接触面局部不产生载荷，三项精度与理想形态不符。因此国内从1990年至今出现了许多该课题的专利申请名称：“圆柱弧齿轮”，“弧齿圆柱齿轮”，“弧齿面圆柱齿轮”，“拱弧圆柱齿轮”，“渐开线-圆弧齿轮”“双向圆弧齿轮”等等，通过检索信息，研究后发现该齿轮的啮合理论还缺乏系统性研究，运动精度，传动平稳性，接触精度，以及各种设计参数缺乏论证依据。迄今为止，都不能得到很好的推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种传动平稳，体积小、重量轻、扭矩大、寿命长的高精度高强度弧螺旋圆柱齿轮及弧螺旋齿条。

本发明的技术方案是：一种弧螺旋圆柱齿轮，轮齿由凸齿面(1)、凹齿面(2)、齿根(3)和齿顶(4)组成，轮齿齿长的中点截面轮廓线(13)、(14)为正齿轮的渐开线齿形，分别向两端沿凸齿面(1)上的凸面弧线(9)、(10)和凹齿面(2)上的凹面弧线(11)、(12)螺旋至轮齿两端面的轮廓渐开线(5)、(6)、(7)、(8)位置，形成一端右旋弧形斜齿，另一端左旋弧形斜齿的双向螺旋齿线构成的双向弧螺旋齿；两端斜齿(5)、(6)、(7)、(8)法向渐开线的曲率半径大于中点(13)、(14)渐开线的曲率半径，即r₂＞r₁，且轮齿分度圆展开剖面中齿和齿沟的形状大小完全相同，即a＝b＝c＝d，R₁＝R₂＝R₃……R_n。双向弧螺旋齿的齿宽(L)中点齿厚(c)和齿沟宽(d)，分别向两端沿分度圆(R)渐缩，当L/R＝2时两端齿厚和齿沟宽缩为零，两端渐开线曲率半径扭曲延展呈直线，即r₂＝∞。

弧线(9)、(10)、(11)、(12)的曲率半径与分度圆的R值相关式：(10)＝(12)＞R＞(9)＝(11)。

双向弧螺旋齿任意端截剖面都呈现规矩的正齿轮渐开线齿形。

双向弧螺旋齿的齿宽(L)中点正齿轮模数恒等于两端弧形斜齿的端面模数。

一种弧齿条，齿牙由凸齿面(1-1)、凹齿面(2-1)、齿根(3-1)、齿顶(4-1)组成，渐开线呈直线，其特征是：齿牙分度圆展开剖面中齿和齿沟的形状大小完全相同，相间排列，即a＝b＝c＝d，R₁＝R₂＝R₃……R_n；齿牙(L)中点齿厚(c)和齿沟宽(d)，分别向两端沿分度圆(R)渐缩，当L/R＝2时两端齿厚和齿沟宽缩为零。

弧线(9-1)、(10-1)、(11-1)、(12-1)的曲率半径与分度圆的R值相关式：(12-1)＝(10-1)＞R＞(9-1)＝(11-1)。

齿牙端面模数恒等于中点齿轮模数。

本发明的优点：

1、该齿轮和齿条分度圆等曲弧螺旋啮合轨迹严密精确，以及凹齿面顶弧等于凸齿面根弧，大于凸齿面顶弧和凹齿面根弧，形成了100％接触面，完善了啮合理论。齿轮任意端截面都呈现规矩的渐开线齿形。使轮副在啮入和脱离的重叠系数内齿面上任意点都能产生载荷，接触面积高于同比齿面宽的任何齿轮和齿条。所以其承载能力和使用寿命高于现有的齿轮齿条。

2、该齿轮和齿条三项精度高于同类其它产品。弯曲的齿长中点齿最厚，是全齿强度的最高点，无论正转反转，啮入过程中产生了螺旋延续接替，保持了传动平稳，且由于运动轨迹严密精确无间隙而无噪音(公理：运动精度和噪音是由于啮合间隙与渐开线误差造成的，严重影响高速传动；齿轮的强度和寿命除材料外，与形状和三项精度都有关，形状和三项精度与制造技术有关，制造技术是依据啮合理论进行的。)；30多年来，这个啮合理论理想形状不完善，在使用中由于曲齿面物理形状坚固而比人字齿轮强度高，但三项精度受理论限制，没有100％接触面的论证依据，虽然能用，但高速不过关，低速不理想，制造成本高。遏制了该齿种的普及应用。本发明在理论与实践上完成了这个理想形态的制造，使轮副在啮入和脱离的过程中，重叠系数内所有齿面上的任意点都能产生载荷，受力点分布均匀。