[发明专利]多段耦合型曲线齿轮齿形及其设计方法

说明书

本发明涉及齿轮齿形，具体为多段耦合型曲线齿轮齿形及其设计方法，解决齿轮啮合时有空腔，齿面滑动摩擦，齿根应力集中，强度差问题，方案：齿顶圆弧与齿根圆弧为圆心在同一节圆上的半径相等的圆弧，节圆直径与啮合时中心距相等，圆弧间用基圆半径和节圆半径确定的渐开线连接。设计方法：建立齿轮圆心为原点坐标系；建立三段曲线坐标方程式；曲线各连接点相切过渡，三段曲线在连接处满足2阶导连续，确定方程未知量并得到各曲线的区间范围；根据强度性能要求，利用分析软件计算方程式未知量。优点：抗弯强度高，无应力集中，传动可靠，传递扭矩大；滚动摩擦，摩擦系数小，磨损小，传动效率高，寿命长；受力均匀；啮合间隙小，无困油区，噪音小。

技术领域

本发明涉及齿轮齿形，具体为多段耦合型曲线齿轮齿形及其设计方法。

背景技术

传统齿轮在啮合时，齿轮的齿顶和齿根不接触，形成一定的空间，而在一些产品中，由于齿根和齿顶不接触容易造成不利影响，例如齿轮泵的困油和噪声问题等。传统的齿轮在啮合转动过程中齿面接触形成滑动摩擦，滑动摩擦不仅较少了齿轮的使用寿命，同时产生的摩擦力也是对产品性能产生不利影响。对于齿数少的齿轮，在传统齿轮加工中为避免根切现象，通常是减小齿根部分的齿厚，齿根部分的齿厚的减小会使齿轮的抗弯强度降低，对于传动是不利的。因此，设计一种不存在齿面滑动摩擦、强度高的齿轮齿形是十分有必要的。

发明内容

本发明解决目前现有的齿轮齿形啮合时齿顶与齿根不能完全接触，形成空腔，且传动过程中齿面有滑动摩擦，齿根厚度小，强度差，齿根部容易出现应力集中，提供一种齿面间无滑动摩擦，齿顶与齿根不会形成空腔，齿根部没有应力集中，齿厚大、强度高，适用于小齿数齿轮的曲线形齿轮齿形及其设计方法。

本发明是通过以下方案实现的：多段耦合型曲线齿轮齿形，包括齿轮主体，所述齿轮主体的齿顶和齿根部分采用半径相等的圆弧曲线，所述齿顶部分圆弧和齿根部分圆弧的圆心在同一个节圆上，该节圆的直径应保证与两齿轮设计啮合时的中心距相等，所述齿轮主体的齿顶高与齿根高相等，所述齿轮主体的齿数不少于7；所述齿顶部分圆弧与齿根部分圆弧之间用渐开线圆滑过渡连接，所述渐开线是以齿轮主体的基圆半径为R_b，齿顶部分圆弧与齿根部分圆弧所在节圆半径为R确定的渐开线；所述齿顶部分圆弧、渐开线、齿根部分圆弧彼此之间为共轭曲线。齿根部分采用圆弧曲线过渡，提高齿轮的抗弯强度，齿根没有应力集中点，使齿轮的传动更加可靠，可以传递更大的扭矩。齿顶高和齿根高相同，齿轮啮合过程中齿面以近似圆与圆的滚动摩擦，摩擦系数小，减小齿轮的磨损，提高传动效率和使用寿命。在渐开线和圆弧曲线的连接处于相切的状态，啮合转动时圆弧和圆弧共轭，渐开线和渐开线共轭，受力均匀。齿顶圆弧、齿根圆弧和渐开线共同组成多段耦合齿轮的齿型。用于齿轮泵时，齿顶圆弧和齿根圆弧共轭，没有封闭困油区的存在，降低齿轮泵的噪音，实现零流量脉动。

多段耦合型曲线齿轮齿形设计方法，包括以下操作步骤：

一、以齿轮圆心为原点建立平面直角坐标系，以R为半径做节圆，在该节圆上取两点O₁和O₂，分别以O₁和O₂为圆心，O₁与O₂之间距离的一半为半径r做齿顶部分圆弧AA‘与齿根部分圆弧BB‘，二者之间以基圆半径Rb，节圆半径R确定的渐开线A‘B‘过渡连接；然后分别以点O₁和O₂为原点建立两个平面直角坐标系，以点O₁和O₂为切点，节圆的切线方向为直角坐标系的x轴方向；

二、取M点为上述渐开线上的任意点，建立以齿轮圆心为平面直角坐标系原点的齿顶部分圆弧AA‘的坐标方程为：

式中：R为节圆半径，单位mm，

r为圆弧半径，单位mm，

为AA‘段圆弧函数参变量；