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本发明提出了一种新的齿形齿轮。这种齿轮既增大了节点压力角且不使齿顶变尖，又克服了WN齿轮必须轴向啮合而使齿轮过宽的缺点。理论分析和实验表明它的接触承载能力可比标准渐开线齿轮提高40，抗弯强度提高约20。它适用于重载传动等一些场合，是一种较理想的平面线接触齿廓齿轮。。
CN87100119
1987.01.08
CN87100119A
1988.04.27
终止
无权
|||授权|||审定||||||公开
F16M55/17; F16M55/08; B23F5/22
哈尔滨工业大学
孙序梁; 邓宗全
黑龙江省哈尔滨市西大直街166号
哈尔滨工业大学专利事务所
刘景瑞
本发明提出了一种新的齿形齿轮。这种齿轮既增大了节点压力角且不使齿顶变尖，又克服了W—N齿轮必须轴向啮合而使齿轮过宽的缺点。理论分析和实验表明它的接触承载能力可比标准渐开线齿轮提高40％，抗弯强度提高约20％。它适用于重载传动等一些场合，是一种较理想的平面线接触齿廓齿轮。
1、一种用于啮合传动的园柱齿轮其特征在于，齿廓法向曲线为长短幅渐开线等距线齿形的齿轮。 2、根据权利要求1所述齿轮其特征在于，该齿轮节点至齿顶法向曲线为短幅渐开线的等距线，节点至齿根法向曲线为长幅渐开线的等距线。 3、根据权利要求1所述齿轮其特征在于，该齿轮节点处的压力角为30°～35°。 4、根据权利要求1所述其特征在于，用于该齿轮滚齿加工的齿轮滚刀法向齿廓曲线为两个等半径的园弧线。 5、根据权利要求4所述齿轮滚刀其特征在于，该滚刀中线上部法向齿廓曲线为内凹园弧线，滚刀中线下部法向齿廓曲线为外凸园弧线。
本发明论及一种新型的齿轮齿形及其加工该齿轮的齿轮滚刀。 目前普遍应用的渐开线齿形齿轮已不能满足要求，所以人们都在寻求新齿形传动的研究。称之为W-N的园弧齿形齿轮，得到人们的关注。如1981年东京齿轮和动力传动专题讨论会，日本学者提出新的W-N改进形，称为NIT齿轮和美国专利（3881364Mag61975）所采用特定的园弧半径的齿廓。都使得W-N齿轮在接触强度方面较渐开线齿轮有了很大的提高，但是这种齿轮对中心距误差敏感，以及必须靠轴向重合度来保证连续传动，使得轴向尺寸必须有一定的宽度。使这种齿轮在实际应用受到某些限制。 鉴于上述存在问题，本发明提出了长短幅测开线等距线齿廓齿轮，目的是解决能够平面啮合传动而又较大地提高接触强度和弯曲强度。 本发明的齿轮齿形其特征是齿廓法向曲线为长短幅渐开线等距线齿廓的齿轮。该齿轮节点至齿顶法向曲线为短幅渐开线的等距线，节点至齿根法向曲线为长幅渐开线的等距线，且节点处的压力角为30°～35°见图1。 关于节点处的压力角确定由，共轭齿廓在节点处的综合曲率半径可以由Eular-Saver公式 1/(ρ1) + 1/(ρ2) ＝（ 1/(R1) + 1/(R2) ） 1/(Sinα) 来求出 ρ1ρ2为共轭齿廓在节点处的曲率半径 R1R2为共轭齿廓的节园半径 α为节点处的压力角 而两弹性物体沿一线接触时，其最大接触应力为： δmax＝0.418 NEb(1 ρ1±1 ρ2)]]>其中E＝ (2E1E2)/(E1+E2) 为当量模量，E1E2为两齿轮材料的弹性模量。 b为齿轮的宽度 N为齿轮间的正压力 N＝ (Q)/(Sinα) +号为外啮合 -号为内啮合 最后得： δmax＝0.418 2QEb(1 R1±1 R2)1Sin 2a ]]>公式表明当R1R2Q、b、E为已知时，为降低节点处的最大接触应力，则必须加大节点的压力角α。但是，标准渐开线齿形齿轮的压力角α增大，将引起齿轮齿顶变尖，当压力角α增大到28°时，其齿顶变尖就很严重了。本发明长短幅渐开线等距线齿形齿轮，有效地解决了这一问题，既增大了齿轮节点处的压力角，又可以不使齿轮的齿顶变尖。 本发明长短幅渐开线等距线齿形齿轮的齿轮滚刀其特征在于：该滚刀法向齿廓曲线为两个等半径的园弧线。而且，该滚刀中线上部法向齿廓曲线为内凹园弧线，滚刀中线下部法向齿廓曲线为外凸园弧线。（参看图2）两园弧线在节点相切其法线与X轴成α角为30°～35°。 齿顶和齿根用两园弧联结。 本发明长短幅渐开线等距线齿形齿轮与标准渐开线齿形齿轮比较，其抗弯强度提高20%。理论分析和实验证实，接触承载能力提高30～42%。而且刀具制作容易，加工方法与渐开线齿形齿轮滚齿加工完全相同。对于提高齿轮的接触强度具有显著的经济效益，能广泛应用于机械传动机构，特别适用于重型机械及减速机构中，使用寿命长，所以是一种较理想的平面接触齿轮。 实施例 采用齿轮疲劳强度快速实验法做了接触疲劳对比实验。对比试件的标准渐开线齿轮和长短幅渐开线等距线齿形齿轮条件都是：齿数比33/47;模数为3;材料45＃钢，调质处理HB208。所谓快速实验法，就是让试件在δ1的应力状态下，运转n1次;在δ2状态下运转n2次……在δm状态下，运转nm次，直到破坏的一种疲劳实验方法。若试件在δ1应力状态下，运转N1次破坏;在δ2应力状态下，运转N2次破坏;……在δm状态下，运转Nm次破坏，那么根据miner理论有： (n1)/(N1) + (n2)/(N2) +…+ (nm)/(Nm) ＝1 根据上述原理，本实验每次加载循环次数都选为2×105两种齿轮加载至破坏情况见下表 标准渐开线齿轮 10 11.5 13 14.5 16 17.5 19 失效 长短幅渐开线齿轮 10 11.5 13 14.5 16 17.5 19 21 23 25 27失效 表中是对齿轮所加扭矩Kg·m。 附图说明 图1、齿轮齿廓方程为 X1＝（-y (dy)/(dx) ）cosψ+（y-R）Sinψ y1＝（-y (dy)/(dx) ）（-Sinψ）+（y-R）cosψ ψ＝- 1/(R) （X+y (dy)/(dx) ） 其中： 齿根部（节点以下） X＝ρ（cosα-cosθ） y＝e-ρsinθ (dy)/(dx) ＝-ctgθ 齿顶部（节点以上） X＝ρ（cosθ-cosα） y＝ρsinθ-e (dy)/(dx) ＝-ctgθ 这里： β≤θ≤α R是被切齿轮的节圆半径 图2、刀具基本参数 h＝1（以模数为单位） α＝30°～35° β＝26°～21° 由上面参数决定 ρ＝ (H)/(sinα-sinβ) e＝ρ·sinα 刀具曲线方程： X＝ρ（cosα-cosθ） 节线上 y＝e-ρ·sinθ X＝ρ（cosθ-cosα）β≤β≤α 节线下 y＝ρ·sinθ-e
本发明论及一种新型的齿轮齿形及其加工该齿轮的齿轮滚刀。
目前普遍应用的渐开线齿形齿轮已不能满足要求，所以人们都在寻求新齿形传动的研究。称之为W-N的园弧齿形齿轮，得到人们的关注。如1981年东京齿轮和动力传动专题讨论会，日本学者提出新的W-N改进形，称为NIT齿轮和美国专利（3881364Mag61975）所采用特定的园弧半径的齿廓。都使得W-N齿轮在接触强度方面较渐开线齿轮有了很大的提高，但是这种齿轮对中心距误差敏感，以及必须靠轴向重合度来保证连续传动，使得轴向尺寸必须有一定的宽度。使这种齿轮在实际应用受到某些限制。
鉴于上述存在问题，本发明提出了长短幅测开线等距线齿廓齿轮，目的是解决能够平面啮合传动而又较大地提高接触强度和弯曲强度。
本发明的齿轮齿形其特征是齿廓法向曲线为长短幅渐开线等距线齿廓的齿轮。该齿轮节点至齿顶法向曲线为短幅渐开线的等距线，节点至齿根法向曲线为长幅渐开线的等距线，且节点处的压力角为30°～35°见图1。
关于节点处的压力角确定由，共轭齿廓在节点处的综合曲率半径可以由Eular-Saver公式
1/(ρ1) + 1/(ρ2) ＝（ 1/(R1) + 1/(R2) ） 1/(Sinα) 来求出
ρ1ρ2为共轭齿廓在节点处的曲率半径
R1R2为共轭齿廓的节园半径
α为节点处的压力角
而两弹性物体沿一线接触时，其最大接触应力为：
δmax＝0.418 NEb(1 ρ1±1 ρ2)]]>
其中E＝ (2E1E2)/(E1+E2) 为当量模量，E1E2为两齿轮材料的弹性模量。
b为齿轮的宽度
N为齿轮间的正压力 N＝ (Q)/(Sinα)
+号为外啮合
-号为内啮合
最后得：
δmax＝0.418 2QEb(1 R1±1 R2)1Sin 2a ]]>
公式表明当R1R2Q、b、E为已知时，为降低节点处的最大接触应力，则必须加大节点的压力角α。但是，标准渐开线齿形齿轮的压力角α增大，将引起齿轮齿顶变尖，当压力角α增大到28°时，其齿顶变尖就很严重了。本发明长短幅渐开线等距线齿形齿轮，有效地解决了这一问题，既增大了齿轮节点处的压力角，又可以不使齿轮的齿顶变尖。
本发明长短幅渐开线等距线齿形齿轮的齿轮滚刀其特征在于：该滚刀法向齿廓曲线为两个等半径的园弧线。而且，该滚刀中线上部法向齿廓曲线为内凹园弧线，滚刀中线下部法向齿廓曲线为外凸园弧线。（参看图2）两园弧线在节点相切其法线与X轴成α角为30°～35°。 齿顶和齿根用两园弧联结。
本发明长短幅渐开线等距线齿形齿轮与标准渐开线齿形齿轮比较，其抗弯强度提高20%。理论分析和实验证实，接触承载能力提高30～42%。而且刀具制作容易，加工方法与渐开线齿形齿轮滚齿加工完全相同。对于提高齿轮的接触强度具有显著的经济效益，能广泛应用于机械传动机构，特别适用于重型机械及减速机构中，使用寿命长，所以是一种较理想的平面接触齿轮。
实施例
采用齿轮疲劳强度快速实验法做了接触疲劳对比实验。对比试件的标准渐开线齿轮和长短幅渐开线等距线齿形齿轮条件都是：齿数比33/47;模数为3;材料45＃钢，调质处理HB208。所谓快速实验法，就是让试件在δ1的应力状态下，运转n1次;在δ2状态下运转n2次……在δm状态下，运转nm次，直到破坏的一种疲劳实验方法。若试件在δ1应力状态下，运转N1次破坏;在δ2应力状态下，运转N2次破坏;……在δm状态下，运转Nm次破坏，那么根据miner理论有：
(n1)/(N1) + (n2)/(N2) +…+ (nm)/(Nm) ＝1
根据上述原理，本实验每次加载循环次数都选为2×105两种齿轮加载至破坏情况见下表
标准渐开线齿轮 10 11.5 13 14.5 16 17.5 19 失效
长短幅渐开线齿轮 10 11.5 13 14.5 16 17.5 19 21 23 25 27失效
表中是对齿轮所加扭矩Kg·m。
附图说明
图1、齿轮齿廓方程为
X1＝（-y (dy)/(dx) ）cosψ+（y-R）Sinψ
y1＝（-y (dy)/(dx) ）（-Sinψ）+（y-R）cosψ
ψ＝- 1/(R) （X+y (dy)/(dx) ）
其中：
齿根部（节点以下）
X＝ρ（cosα-cosθ）
y＝e-ρsinθ
(dy)/(dx) ＝-ctgθ
齿顶部（节点以上）
X＝ρ（cosθ-cosα）
y＝ρsinθ-e
这里：
β≤θ≤α
R是被切齿轮的节圆半径
图2、刀具基本参数
h＝1（以模数为单位）
α＝30°～35°
β＝26°～21°
由上面参数决定
ρ＝ (H)/(sinα-sinβ)
e＝ρ·sinα
刀具曲线方程：
节线上
y＝e-ρ·sinθ
X＝ρ（cosθ-cosα）β≤β≤α
节线下
y＝ρ·sinθ-e
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