锥环面渐开线齿轮及其加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种齿轮及其加工方法，特别是一种锥环面渐开线齿轮及其加工方法。
【背景技术】
[0002]随着工业技术的发展，在机器中需要实现夹角极小的相交轴传动，锥齿轮传动已不再适用。例如，常见的船用齿轮传动装置安装位置较低，对于高速舰艇等机舱空间较小的小型船舶，不利于安装。为使螺旋桨进入水中，需要一种输入轴与输出轴成一定角度的小倾角船用齿轮箱。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种锥环面渐开线齿轮，该锥环面渐开线齿轮既能适合平行轴传动，又能适合小交角传动，齿面接触应力减小，承载能力强，且在平行轴和相交轴两种传动情况下，传动比都能保持恒定。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种锥环面渐开线齿轮，包括相互啮合的凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮，凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮中每个轮齿的齿顶曲面和齿根曲面均为锥环面的一部分，锥环面由圆弧绕齿轮轴线旋转一周形成，沿齿宽方向各轮齿端截面齿廓曲线均为渐开线；凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮中的每个轮齿均包括大端和小端，沿齿宽方向，各轮齿端截面齿廓的变位系数由小端向大端增大。
[0005]在沿齿宽方向的各端截面内，凸锥环面渐开线齿轮的分度圆齿厚由小端向大端逐渐增大，齿顶厚由小端向大端逐渐减小。
[0006]在沿齿宽方向的各端截面内，凹锥环面渐开线齿轮的分度圆齿厚由小端向大端逐渐增大，齿顶厚由小端向大端逐渐减小。
[0007]本发明还提供一种锥环面渐开线齿轮的加工方法，采用的技术方案是:
一种锥环面渐开线齿轮的加工方法，在滚齿机上加工锥环面渐开线齿轮时，滚刀从毛坯一端沿其轴向与径向同时作进给加工运动，并保证滚刀轴心的运动轨迹是一段与毛坯的锥环面同心的圆弧，该圆弧的中心位于锥环面渐开线齿轮的端面内。
[0008]本发明采用上述结构与方法后，具有如下有益效果:
1.采用锥环面渐开线齿轮，能使齿轮箱结构紧凑，当船舶传动系统水平安装时，与齿轮箱输出轴相连的螺旋桨即可获得一定角度的入水角。且安装误差不敏感，易于调整齿侧间隙，适合小交角传动。
[0009]2.齿轮传动是一种凹一凸齿面接触啮合传动形式，能实现平行轴和相交轴传动。齿形无对称面，且齿面凹一凸接触，扩大了轮齿的接触区域。根据Hertz接触理论可知，凹一凸齿面的接触，使得齿面接触应力减小，故承载能力显著提高。
[0010]3.由于齿顶曲面和齿底曲面都是球面的一部分，轮齿啮合时齿廓曲面凹一凸接触，因此平行轴传动时，允许较大的轴线偏转安装误差，易于齿侧间隙调整，也即能够补偿各种因素引起的轴线间的位移，因此，无需修形就能获得良好的啮合特性；相交轴传动时，轴交角可变，但不会引起轮齿干涉。在平行轴和相交轴两种传动情况下，传动比都能保持恒定。
[0011]4.能够实现展成加工，特别是能够实现展成磨齿加工。因此加工精度高，加工成本低，可加工齿面硬度高。大大提高了齿轮的运动平稳性，承载能力和使用寿命。
【附图说明】
[0012]图1显示了本发明一种凸锥环面渐开线齿轮的结构示意图；
图2显示了本发明一种凹锥环面渐开线齿轮的结构示意图；
图3显示了凸锥面渐开线齿轮的轮齿圆柱面展开图；
图4显示了凹锥面渐开线齿轮的轮齿圆柱面展开图；
图5显示了凸锥环面渐开线齿轮与凹锥面渐开线齿轮的传动示意图；
图6显示了凸锥环面渐开线齿轮齿面生成原理示意图；
图7显示了凹锥环面渐开线齿轮加工时的滚切示意图。
[0013]其中有:
1.大端;2.小端;3.产形齿条;4.工件;5.滚刀轴线。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0015]一种锥环面渐开线齿轮，包括相互啮合的如图1所示的凸锥环面渐开线齿轮和如图2所示的凹锥环面渐开线齿轮。
[0016]如图1和图2所示，凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮中每个轮齿的齿顶曲面和齿根曲面均为锥环面的一部分。
[0017]这里的锥环面指凸锥环面和凹锥环面的总称，以下类同，锥环面由圆弧绕齿轮轴线旋转一周360°形成。
[0018]沿齿宽方向各轮齿端截面齿廓曲线均为渐开线，因此，能够实现定传动比传动。
[0019]凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮中的每个轮齿均包括大端和小端，沿齿宽方向，如图3和图4所示，各轮齿端截面齿廓的变位系数由小端向大端增大。
[0020]在沿齿宽方向的各端截面内，凸锥环面渐开线齿轮的分度圆齿厚由小端向大端逐渐增大，齿顶厚由小端向大端逐渐减小。
[0021]在沿齿宽方向的各端截面内，凹锥环面渐开线齿轮的分度圆齿厚由小端向大端逐渐增大，齿顶厚由小端向大端逐渐减小。
[0022]本发明中，凸锥环面渐开线齿轮与凹锥环面渐开线齿轮相互啮合，如图5所示，因而能实现平行轴和相交轴传动。由于齿形无对称面，且齿面凹一凸接触，扩大了轮齿的接触区域。根据Hertz接触理论可知，凹一凸齿面的接触，使得齿面接触应力减小，故承载能力显著提高。另外，由于齿顶曲面和齿底曲面都是球面的一部分，轮齿啮合时齿廓曲面凹一凸接触，因此平行轴传动时，允许较大的轴线偏转安装误差，易于齿侧间隙调整，也即能够补偿各种因素引起的轴线间的位移，因此，无需修形就能获得良好的啮合特性；相交轴传动时，轴交角可变，但不会引起轮齿干涉。在平行轴和相交轴两种传动情况下，传动比都能保持恒定。
[0023]一种锥环面渐开线齿轮的加工方法，如图6和图7所示，在滚齿机上加工锥环面渐开线齿轮时，滚刀从毛坯一端沿其轴向与径向同时作进给加工运动，并保证滚刀轴心的运动轨迹是一段与毛坯的锥环面同心的圆弧，该圆弧的中心位于锥环面渐开线齿轮的端面内。
[0024]滚齿过程中滚刀和工件的主要运动形式为:滚刀绕自身轴线的回转运动；工件绕自身轴线的回转运动；滚刀沿工件轴向及径向的走刀运动，在这4个运动中，只有2个是独立的，可将这个双自由度包络运动简化为2个单自由度共轭齿面问题进行求解。如图6所示，假设工件静止，则滚刀同时作轴向进给和径向进给所包络而成的是一个凹面的虚拟齿条，即产形齿条3，由该产形齿条可包络出凸锥环面渐开线齿轮齿面；同理，由凸面的虚拟齿条可包络出凹锥环面渐开线齿轮齿面。
[0025]实际加工中，在滚切加工锥环面渐开线齿轮时，滚刀从毛坯一端沿其轴向与径向同时作进给加工运动，并保证滚刀轴心轨迹是一段与锥环面同心的圆弧。
[0026]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种锥环面渐开线齿轮，其特征在于:包括相互啮合的凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮，凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮中每个轮齿的齿顶曲面和齿根曲面均为锥环面的一部分，锥环面由圆弧绕齿轮轴线旋转一周形成，沿齿宽方向各轮齿端截面齿廓曲线均为渐开线；凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮中的每个轮齿均包括大端和小端，沿齿宽方向，各轮齿端截面齿廓的变位系数由小端向大端增大。2.根据权利要求1所述的锥环面渐开线齿轮，其特征在于:在沿齿宽方向的各端截面内，凸锥环面渐开线齿轮的分度圆齿厚由小端向大端逐渐增大，齿顶厚由小端向大端逐渐减小。3.根据权利要求1所述的锥环面渐开线齿轮，其特征在于:在沿齿宽方向的各端截面内，凹锥环面渐开线齿轮的分度圆齿厚由小端向大端逐渐增大，齿顶厚由小端向大端逐渐减小。4.一种锥环面渐开线齿轮的加工方法，其特征在于:在滚齿机上加工锥环面渐开线齿轮时，滚刀从毛坯一端沿其轴向与径向同时作进给加工运动，并保证滚刀轴心的运动轨迹是一段与毛坯的锥环面同心的圆弧，该圆弧的中心位于锥环面渐开线齿轮的端面内。
【专利摘要】本发明公开了一种锥环面渐开线齿轮及其加工方法，包括相互啮合的凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮，凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮中每个轮齿的齿顶曲面和齿根曲面均为锥环面的一部分，锥环面由圆弧绕齿轮轴线旋转一周形成，沿齿宽方向各轮齿端截面齿廓曲线均为渐开线；凸锥环面渐开线齿轮和凹锥环面渐开线齿轮中的每个轮齿均包括大端和小端，沿齿宽方向，各轮齿端截面齿廓的变位系数由小端向大端增大。采用上述结构与方法后，既能适合平行轴传动，又能适合小交角传动，齿面接触应力小，承载能力强，且在平行轴和相交轴两种传动情况下，传动比都能保持恒定。还能实现展成加工，故加工精度高，成本低。
【IPC分类】F16H55/18, F16H55/17, F16H55/08
【公开号】CN105422795
【申请号】CN201510787775
【发明人】刘雷, 谈婧雯, 王豪, 郭远虎, 张金钊
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月17日