高强度低振动低噪声圆锥齿轮传动机构技术领域
本发明涉及齿轮技术领域，尤其是一种高强度低振动低噪声圆锥齿轮传动机构。
背景技术
齿轮传动因功率大、效率高、寿命长等优点，而被广泛应用于国民经济的各个部
门。其性能和质量的优劣最终影响到机器产品的质量高低，因此，为适应现代化大生产和科
技的快速发展，要求齿轮传动的性能不断优化。尤其在近数十年以来，在齿轮的啮合理论、
承载能力计算与试验、振动与噪声、新型齿轮传动等各方面，均有很大进展。
轮齿形状不仅影响到齿轮副的运动特性，还影响到齿轮副的动力特性。研究表明，
增大压力角可提高齿轮齿根抗疲劳强度。但如果同时增大轮齿两侧的压力角，将导致齿顶
变薄，即轮齿的抗冲击性能将下降。本发明采取在轮齿两侧取不同压力角的方法从而既可
提高轮齿的承载能力，又不影响轮齿的抗冲击性能。
齿轮传动时，啮合齿面间不可避免地存在着在啮合节点前后发生方向变化的摩擦
力。摩擦力方向的改变是齿轮副振动的激振要素之一，将导致齿轮副振动的加剧。节点外啮
合即啮合时不经过节点，从而可避免由于摩擦力方向的改变而导致的齿轮系统的振动。常
规齿轮采用节点外啮合，主要通过选取不同的齿轮变位系数来达到。但是，由于工作条件的
限制，很难选出合适的齿轮变位系数来达到节点外啮合的目的。采用非等模数非等压力角
（即相互啮合齿轮的模数和压力角分别不等），则可以轻易获得节点外啮合的齿轮变位系
数。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明基于双压力角非对称圆锥齿轮的结构特点，结
合圆锥齿轮节点外啮合的特性，提供了一种高强度低振动低噪声圆锥齿轮传动机构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强度低振动低噪声圆锥齿轮
传动机构，圆锥齿轮包括齿顶、左侧齿面、右侧齿面及齿根，圆锥齿轮工作时，取压力角大的
左侧齿面为啮合侧，压力角小的右侧齿面为非啮合侧，圆锥齿轮轮齿两侧齿廓曲面的压力
角不等，即拥有啮合侧压力角和非啮合侧压力角；
该圆锥齿轮实现高强度低振动低噪声传动的步骤如下：
1）设圆锥齿轮一主动，圆锥齿轮二从动，并分别用脚标1、2表示其对应的参数；
2）取、为圆锥齿轮一、圆锥齿轮二的齿数，其取值符合传动比要求及满足不根切
原则，取、为圆锥齿轮1、2的分度圆锥角，常取；
3）由于圆锥齿轮是以大端模数和压力角为标准值，取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二的大端
模数和压力角分别为、；、；、；其中、为圆锥齿轮一、圆锥齿轮二
啮合面的压力角，、为圆锥齿轮一、圆锥齿轮二非啮合面的压力角，、的取值大
小参考齿轮手册选取或根据需要自定；/、/）的取值大小根据传动要求进行选
取，且必须同时满足、、、、
；
4）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的变位系数为、，其取值根据工
作条件选择；
5）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二的当量齿轮组成一个新的齿轮传动系统，该当量齿轮的
齿数、分度圆半径分别为、、、，其取值与圆锥齿轮的齿数、分度圆锥角、模数等
参数有关；
6）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的啮合面齿顶高系数、非啮合面齿顶
高系数、啮合面顶隙系数、非啮合面顶隙系数分别为、、、、、、、；
其取值根据节点外圆锥齿轮啮合特性及非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值大小与
圆锥齿轮的模数和压力角、变位系数等参数有关；
7）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮啮合面的渐开线函数、当量齿轮啮合
面啮合角的渐开线函数及当量齿轮副啮合面的啮合角分别为、、、；其取值根据
节点外圆锥齿轮啮合特性及非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮的当量
齿数、变位系数和压力角有关；
8）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮传动的实际中心距为，其取值与圆
锥齿轮的当量齿数、模数、压力角和啮合角有关；
9）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的齿顶高变动系数为、，其取
值根据节点外圆锥齿轮啮合特性及非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮
的齿数、模数、压力角和变位系数有关；
10）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的齿顶高为、，其取值根据
节点外圆锥齿轮啮合特性及非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮的齿
数、模数、压力角、变位系数和齿顶高系数有关；
11）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的齿顶圆半径分别为、，其取
值根据非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮的齿数、模数、齿顶高系数等
参数有关；
12）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的啮合面齿顶圆压力角为、
，其取值根据非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮的齿数、分度圆锥
角、啮合面压力角、齿顶高系数等参数有关；
13）判断：当时，为节点前啮合；当时，为节点后啮合。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述圆锥齿轮一、圆锥齿轮二的大端压
力角和模数分别不相等，即、。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述圆锥齿轮一、圆锥齿轮二在节点外
啮合。
本发明的有益效果是：
（1）本发明同时兼具双压力角非对称圆锥齿轮和节点外啮合圆锥齿轮传动的优点；
（2）本发明相对于常规的节点外啮合圆锥齿轮传动，具有提高承载能力、缩小体积、减
轻重量、延长寿命等优点；
（3）本发明相对于常规的双压力角非对称渐开线圆锥齿轮传动，具有振动小、噪声低等
优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明直齿圆锥齿轮传动机构。
图2是非对称圆锥齿轮大端齿形。
图3是一般啮合情况，即节点两侧啮合时圆锥齿轮所对应的当量齿轮啮合图。
图4是节点外啮合情况，具体为节点前啮合时圆锥齿轮所对应的当量齿轮啮合图。
图5是节点外啮合情况，具体为节点后啮合时圆锥齿轮所对应的当量齿轮啮合图。
图中，1：齿顶圆，2：分度圆，3：齿根圆，4：左侧齿面，5：右侧齿面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
虽然本发明所采用的圆锥齿轮是双压力角非对称（简称非对称）渐开线圆锥齿轮，
但是，由于相啮合圆锥齿轮的压力角和模数分别不等；导致了整个齿轮副变成了非等模数
非等压力角非对称圆锥齿轮传动机构，从而实现了非对称圆锥齿轮节点外啮合传动。因此，
本发明中双压力角非对称圆锥齿轮的设计和加工都与常规双压力角非对称圆锥齿轮迥然
不同。
如图1-5所示，本发明基于双压力角非对称圆锥齿轮的结构特点，结合节点外啮合
的特性，提出了高强度低振动低噪声圆锥齿轮传动的设计思路和计算步骤，并给出了算例。
实现步骤：
1）设圆锥齿轮一主动，圆锥齿轮二从动，并分别用脚标1、2表示其对应的参数；
2）取、为圆锥齿轮一、圆锥齿轮二的齿数，其取值符合传动比要求及满足不根切
原则，取、为圆锥齿轮1、2的分度圆锥角，常取；
3）由于圆锥齿轮是以大端模数和压力角为标准值，取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二的大端
模数和压力角分别为、；、；、；其中、为圆锥齿轮一、圆锥齿轮二
啮合面的压力角，、为圆锥齿轮一、圆锥齿轮二非啮合面的压力角，、的取值大
小参考齿轮手册选取或根据需要自定；/、/）的取值大小根据传动要求进行选
取，且必须同时满足、、、、
；
4）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的变位系数为、，其取值根据工
作条件选择；
5）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二的当量齿轮组成一个新的齿轮传动系统，该当量齿轮的
齿数、分度圆半径分别为、、、，其取值与圆锥齿轮的齿数、分度圆锥角、模数等
参数有关；
6）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的啮合面齿顶高系数、非啮合面齿顶
高系数、啮合面顶隙系数、非啮合面顶隙系数分别为、、、、、、、；
其取值根据节点外圆锥齿轮啮合特性及非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值大小与
圆锥齿轮的模数和压力角、变位系数等参数有关；
7）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮啮合面的渐开线函数、当量齿轮啮合
面啮合角的渐开线函数及当量齿轮副啮合面的啮合角分别为、、、；其取值根据
节点外圆锥齿轮啮合特性及非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮的当量
齿数、变位系数和压力角有关；
8）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮传动的实际中心距为，其取值与圆
锥齿轮的当量齿数、模数、压力角和啮合角有关；
9）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的齿顶高变动系数为、，其取
值根据节点外圆锥齿轮啮合特性及非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮
的齿数、模数、压力角和变位系数有关；
10）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的齿顶高为、，其取值根据
节点外圆锥齿轮啮合特性及非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮的齿
数、模数、压力角、变位系数和齿顶高系数有关；
11）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的齿顶圆半径分别为、，其取
值根据非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮的齿数、模数、齿顶高系数等
参数有关；
12）取圆锥齿轮一、圆锥齿轮二所对应的当量齿轮的啮合面齿顶圆压力角为、
，其取值根据非对称圆锥齿轮结构特点来确定，具体数值与圆锥齿轮的齿数、分度圆锥
角、啮合面压力角、齿顶高系数等参数有关；
13）判断：当时，为节点前啮合；当时，为节点后啮合。
算例：
1）常规非对称齿形直齿圆锥齿轮传动，一般啮合情况，即节点前后都啮合情况：
、、、、、、、
、、、、、
（rad）、（rad）、(rad)、、、、
、、（rad）、（rad）；
由于且，所以节点前后
都啮合。
2）非对称齿形直齿圆锥齿轮节点前啮合传动：
、、、、、、、、
、、、、、、、、
、、、（rad）、（rad）、（rad）、
(rad)、、、、、
、、、（rad）、（rad）；
由于，所以为节点前啮合。
3）非对称齿形直齿圆锥齿轮节点后啮合传动：
、、、、、、、、
、、、、、、、、
、、、、（rad）、（rad）、
（rad）、(rad)、、、、
、、、、（rad）、
（rad）；
由于，所以为节点后啮合。
本发明专利同时兼具双压力角非对称齿轮和节点外啮合齿轮传动的优点。相对于
常规的节点外啮合圆锥齿圆柱齿轮传动，本发明具有提高承载能力、缩小体积、减轻重量、
延长寿命等优点。相对于常规的双压力角非对称渐开线圆锥齿圆柱齿轮传动，本发明具有
振动小、噪声低等优点。
本发明中的齿轮传动机构广泛应用于家电、汽车、仪表等行业，市场前景广阔，具
有巨大的社会和经济效益。