分。作为该双曲线函数，表示为y =cosh(X)，称为双曲线余弦函数。或者，形成为一部分双曲线函数，表示为y = kXcosh(x/h)(这里，k为系数)，称为悬链曲线。
[0078]图13表示图12中B部的详细形状。在图13中，齿条刀具10的刀11 一般是，在通常的齿轮设计中利用范成切齿方式制造齿根强度高的齿轮时，将刀尖12的部分形成为圆弧形状。即，刀尖12的点CpDX2的部分形成为具有规定半径的圆弧g(以往例子)。相对于此，制造第2实施方式的齿轮I所用的齿条刀具10的刀11，将图13所示的刀尖12的点(^、0、(:2的部分形成为利用由双曲线函数定义的曲线h置换后的圆形部分。在该情况下，由双曲线函数定义的曲线h相比于以往例子的圆弧g而位于内侧，刀尖12稍细。利用具有这种刀尖12的齿条刀具10进行范成切齿后的齿轮1，其齿根侧的齿厚比利用刀尖12形成为圆弧g的以往例子的齿条刀具进行范成切齿后的齿轮大。另外，在图13中，利用由双曲线函数定义的曲线h置换刀尖12的点Cp D、C2的部分，对于左右的曲线开始点(或连接点)C1X2的位置，也可在不与啮合的对方齿轮的齿的运动轨迹相干涉的范围内设定在任意的位置。
[0079]图14是表示利用图12所示的齿条刀具10进行范成切齿时的刀尖12运动轨迹的说明图。在该情况下，齿轮I的原材料为金属，表示利用刀尖12具有由双曲线函数定义的曲线的圆形部分的齿条刀具10而对各个齿3的齿根侧的形状进行范成切齿来制造齿轮I的状态。齿条刀具10的刀11与齿轮I的原材料接触而进行范成切齿时的刀尖12的运动轨迹，可由图14所示的曲线U获得。该曲线U成为其顶点在标准齿轮的齿3、3间的齿槽内与齿底面7相接的状态。在该情况下，图11所示的凹曲面(b)，由于成为向图14中虚线i所示的标准齿轮的齿根侧的齿面的内侧伸出的形状，因此，齿根侧的齿厚比以往例子的大。另外，在齿轮的齿底面7，没有形成所述专利文献I所述的尖的三角形的凹点。另外，在图14中，凹曲面(b)形成为与标准齿轮的齿底面7相接的曲线形状，但第2实施方式并不限于此，只要是不与对方齿轮的齿的运动轨迹相干涉的位置，也可设定在任意的位置。例如，若设定在比所述标准齿轮的齿底面7靠上方的位置，则可能进一步实现齿的高强度化。
[0080]另外，在上述说明中，虽然说明了制造金属齿轮的状态，但第2实施方式并不限于此，也可是将齿轮I的原材料设为树脂，对各个齿3的齿根侧的形状，使用基于利用齿条刀具10进行范成切齿后的齿轮而制成的齿轮模具(模具)，通过射出成型方式来制造树脂齿轮，该齿条刀具10刀尖12具有由双曲线函数定义的曲线的圆形部分。对于这种情况下的齿轮模具的制作，也可将利用所述齿条刀具10进行范成切齿后的金属齿轮用作为电极，利用放电加工来制造齿轮模具。或者，利用放电加工以外的以往的公知方法，来制造齿轮模具。
[0081]对于上述那样确定的齿形形状的第2实施方式的齿轮1，说明利用计算机辅助的模拟实验来计算啮合时齿根侧的产生应力并进行解析(CAE)后的结果。在该情况下，作为进行比较的齿轮，在标准齿轮的齿形中，形成为利用刀尖具有由圆弧定义的圆形部分的齿条进行范成切齿后的齿轮(下面成为“第2比较齿轮”)。
[0082]首先，说明模拟实验的齿根应力计算时的计算模型和解析条件。该解析中所用的第2实施方式的齿轮及第2比较齿轮是直齿轮，模数(m)是1，齿数是30个。材质是杨氏模量=2800MPa、泊松比=0.38的树脂(POM)。啮合的对方齿轮形成为各规格与所述第2实施方式的齿轮及第2比较齿轮相同。负载条件是在最差荷载点位置向齿面法线方向施加1N的荷载。作为解析模型，利用仅抽出一个齿的网壳模型进行了解析。作为齿根应力计算的计算软件，使用了 “SolidWorks”。
[0083]首先，图15表示对第2比较齿轮进行解析后结果的齿根应力的应力分布。在图15中，横轴表示齿全高方向的X坐标(mm)，坐标的右侧表示齿顶侧，左侧表示齿底侧。横轴的原点是齿轮中心(轴孔4的中心)。纵轴表示所产生的主应力(MPa)的大小。在该第2比较齿轮中，如图15所示，主应力从齿顶侧向齿底侧逐渐增大，且主应力从X坐标=14.3mm处急剧上升，最大主应力σ max达到5.39MPa。
[0084]接着，图16表示对第2实施方式的齿轮进行解析后结果的齿根应力的应力分布。在图16中，横轴、纵轴与图15相同，表不齿全高方向的X坐标(mm)、和所产生的主应力(MPa)的大小。在第2实施方式的齿轮中，如图16所示，主应力也从齿顶向齿底逐渐增大，尽管主应力从X坐标=14.3mm处增加，但最大主应力σ max为5.05MPa。在该情况下，主应力的上升位置成为与第2比较齿轮大致相同的位置。另外，该上升的状态也成为与第2比较齿轮大致相同。但是，在第2实施方式中，最大主应力omax比第2比较齿轮低(降低约6%)o并且，观察齿根侧的应力分布，第2比较齿轮成为在一点处具有峰值(极大值)的凸形分布，但在第2实施方式的齿轮中，成为应力广泛分散的形态(被平坦化)，由此，被认为最大应力下降。
[0085]从上述的模拟实验的解析结果可知，根据第2实施方式的齿轮的齿形形状，相比于第2比较齿轮，在与对方齿轮的齿相啮合时可降低齿根侧的产生应力，实现齿的高强度化。因此，齿的长期耐久特性得到改善。
[0086]另外，根据第2实施方式的齿轮，对于各个齿的齿根侧的形状，与齿底面形成尖的三角形的凹点的以往技术的齿轮相比，齿根侧难以产生应力集中。
[0087]另外，在以上的实施方式中，虽然说明了将本发明应用于标准齿轮的例子，但本发明并不限于此，例如，当然也可应用于变位齿轮。
[0088]另外，本发明的齿轮不限于直齿轮，还可广泛应用于斜齿轮、人字齿轮、锥齿轮、平面齿轮、涡轮蜗杆装置和双曲线齿轮等的齿形形状。另外，本发明的齿轮不限于树脂制的齿轮，也可应用于金属(例如机械构造用合金钢、碳素钢、不锈钢、黄铜和磷青铜等)制的齿轮。
【主权项】
1.一种齿轮，是具有多个齿并利用与对方齿轮的齿相啮合而传递旋转运动的齿轮，所述齿轮的特征在于， 各个齿的齿根侧的形状是包含第I曲面和第2曲面而形成的，所述第I曲面是平滑地与渐开线曲线的齿面连接的曲面，是通过相对于所述渐开线曲线的齿面而向相反方向凸出的曲线来表示的，所述第2曲面平滑地与该第I曲面连接，是通过相对于所述第I曲面而向相同方向凸出的双曲线函数来定义的。
2.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于，所述第2曲面的齿直角截面的形状形成为，具有不与所述啮合的对方齿轮的齿的运动轨迹相干涉的曲率半径的曲线形状。
3.如权利要求1或2所述的齿轮，其特征在于，所述第I曲面的齿直角截面的形状形成为，沿不与所述啮合的对方齿轮的齿的运动轨迹相干涉的曲率半径的圆弧或沿所述运动轨迹的干涉区域的样条曲线形状。
4.一种齿轮，是具有多个齿并利用与对方齿轮的齿相啮合而传递旋转运动的齿轮，所述齿轮的特征在于， 各个齿的齿根侧的形状具有与利用齿条刀具进行范成切齿后的形状相同的形状，所述齿条刀具在刀尖具有由双曲线函数定义的曲线的圆形部分。
5.—种齿轮的制造方法，是具有多个齿并利用与对方齿轮的齿相啮合而传递旋转运动的齿轮的制造方法，所述齿轮的制造方法的特征在于， 将各个齿的齿根侧的形状形成为与利用齿条刀具进行范成切齿后的形状相同的形状，所述齿条刀具在刀尖具有由双曲线函数定义的曲线的圆形部分。
6.如权利要求5所述的齿轮的制造方法，其特征在于，齿轮的原材料为金属，利用齿条刀具对各个齿的齿根侧的形状进行范成切齿，所述齿条刀具在刀尖具有由双曲线函数定义的曲线的圆形部分。
7.如权利要求5所述的齿轮的制造方法，其特征在于，齿轮的原材料为树脂，使用齿轮模具而对各个齿的齿根侧的形状进行射出成型，所述齿轮模具是基于利用齿条刀具进行范成切齿后的齿轮而制成的，所述齿条刀具在刀尖具有由双曲线函数定义的曲线的圆形部分。
【专利摘要】本发明是一种齿轮，具有多个齿(3)并利用与对方齿轮的齿相啮合而传递旋转运动，各个齿(3)的齿根侧的形状(b)是包含第1曲线(c)和第2曲线(d)而形成的，所述第1曲线(c)是平滑地与渐开线曲线的齿面(a)连接的曲面，是通过相对于所述渐开线曲线的齿面(a)而向相反方向凸出的曲线来表示的，所述第2曲线(d)平滑地与该第1曲面(c)连接，是通过相对于所述第1曲面(c)而向相同方向突出的双曲线函数来定义的。由此，在与对方齿轮的齿相啮合时可降低齿根侧的产生应力，可实现齿的高强度化。
【IPC分类】F16H55-08
【公开号】CN104662331
【申请号】CN201380049049
【发明人】近江宪仕
【申请人】恩普乐股份有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年9月17日
【公告号】US20150211622