[发明专利]变齿高齿轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮，尤其是一种渐开线齿轮的改进，属于机械传动技术领域。

背景技术

渐开线齿轮是在各种齿轮传动中应用最广泛的一种齿轮。从上个世纪八十年代以来，采用渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮已经日渐取代正火或调质处理滚齿的软齿面和中硬齿面齿轮，成为当今齿轮技术发展的主趋势。

渐开线齿轮的基本参数有压力角、齿顶高系数、顶隙系数、齿顶圆角系数等。为了刀具的统一，国内外都制订有渐开线齿轮基本齿廓的标准。对于20°、25°压力角的齿轮，其顶隙系数、齿顶圆角系数可能有变化，但齿顶高系数都等于1。对不同加工工艺制造的齿轮，其顶隙系数、齿顶圆角系数也可能有变化，但齿顶高系数也都等于1。长期以来，齿轮的所有设计计算都遵循此据。

以下以20°压力角的齿轮为例(压力角为25°可以类推)。

图1为调质或正火处理滚齿的软齿面和中硬齿面齿轮的基本齿廓。图1中，α-压力角，α＝20°；

       ha-齿顶高，ha＝han*·m；

       m-模数，对斜齿轮为法向模数；

       han*-齿顶高系数，han*＝1；

       h′-工作高度， h′＝2han*·m；

       c-顶隙，c＝c_n*·m；

       c_n*-顶隙系数，c_n*＝0.25；

h-全齿高，h＝2.25m；

p-齿距，p＝πm；

ρ_f-齿根圆角半径，ρ_f≈0.38m。

图2为渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮的基本齿廓。

图2中，α-压力角，α＝20°；

ha-齿顶高，ha＝han*·m；

han*-齿顶高系数，han*＝1；

ha0-齿根高(包括顶隙)，ha0＝1.4m；

c-顶隙，  c＝c_n*·m；

c_n*-顶隙系数，c_n*＝0.4；

h-全齿高，h＝2.40m；

p-齿距，p＝πm；

α_F-过度刃压力角；

u_F-挖根量；

ρ_f-齿根圆角半径，ρ_f≈0.39 m。

齿顶高系数决定了齿轮轮齿承载面高度，影响端面重合度ε_α，以及承载能力和噪声。

以上两种基本齿廓的共同点是：齿顶高系数han*＝1，齿顶高和齿根高(不包括顶隙)相等，工作高度h’＝2han*·m，一对相啮合齿轮的齿顶高系数相等。

在长期无数次沿常规的应用中，人们由于忽略了某些问题，因此使得可以加大的端面重合度没能加大，可以提高的承载能力没能提高，可以降低的噪声没能降低。

按传统的设计方法，齿顶圆的尺寸公差一般是按h9～h11设计的。采用渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮时，由于存在热处理变形，热处理后，齿顶圆都有不同程度地涨大。为了保证设计尺寸，热处理后，要对涨大的齿顶圆进行车或磨加工。而要加工掉的是硬度为HRC58～HRC62的一层硬化层，不但要花费很多工时，而且因断续切削，会严重损伤机床和刀具，同时，齿顶的硬化层车掉后，对强度也会产生一定的不利影响。(参见图4中渗碳淬火齿轮热处理后齿顶圆加工与不加工两种情况齿顶渗碳层变化的对比示意)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，在不改变现有工艺手段和加工条件的前提下，提出一种变齿高齿轮，从而显著提高啮合齿轮端面重合度和承载能力，降低运转噪声。进一步还可以在热后不加工齿顶圆，节约工时，提高齿顶强度。

申请人经过长期研究和审慎思考，认识到：以下两个方面的问题被长期忽视：

1)、齿轮加工生成的可用齿廓长度大于实际啮合使用的有效齿廓长度，即加工生成的渐开线齿廓有一段长度(对大齿轮来说，这段长度往往很可观)使用时没有用到而造成浪费(参见图3)。图3中，h_AF-齿轮加工生成的可用齿廓长度；h_AE-齿轮实际啮合使用的有效齿廓长度。