具有双面圆弧结构的伞齿轮及传动结构的制作方法

1.本公开涉及机械结构领域，尤其涉及一种具有双面圆弧结构的伞齿轮及传动结构。


背景技术：

2.伞齿轮，也称为锥形齿轮或锥齿轮，通过伞齿轮能够改变传动方向。发明人发现，现有技术中的伞齿轮存在以下问题：(1)伞齿轮之间为渐开线啮合，始终为线磨损，不耐磨，使用寿命有待提高；(2)伞齿轮只能通过常规滚齿、磨齿、插齿、线切割齿等方式加工，加工设备需要多元化，且需要很高的加工精度，刀具需要定制，刀具定制时间长，打样改款不方便，打样周期长，平均成本高。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本公开实施例提供了一种具有双面圆弧结构的伞齿轮及传动结构，至少部分的提高使用寿命，降低加工难度和加工成本。
4.第一方面，本公开实施例提供了一种具有双面圆弧结构的伞齿轮，采用如下技术方案：
5.所述伞齿轮包括沿周向重复排布的轮齿和齿槽；
6.所述轮齿的延伸方向的延长线与所述伞齿轮的轴线相交，且所述延长线与所述轴线之间具有第一夹角，所述第一夹角大于0
°
且小于90
°
；
7.在所述伞齿轮的横截面上，所述轮齿具有向外凸出的第一啮合线，所述第一啮合线为圆弧线，所述齿槽具有向内凹入的第二啮合线，所述第二啮合线为圆弧线；
8.沿所述伞齿轮的轴线方向上，所述伞齿轮的各横截面的形状一致，且所述第一啮合线和所述第二啮合线的半径逐渐增加。
9.可选地，在所述伞齿轮的横截面上，所述第二啮合线的半径略大于或等于所述第一啮合线的半径。
10.可选地，所述伞齿轮仅包括所述轮齿和所述齿槽，在所述伞齿轮的横截面上，所述第一啮合线的弧心和所述第二啮合线的弧心，与所述伞齿轮的中心之间的距离相同。
11.可选地，所述伞齿轮还包括位于所述轮齿和所述齿槽之间的轮齿连接部，在所述伞齿轮的横截面上，所述第一啮合线的弧心与所述伞齿轮的中心之间具有第一距离，所述第二啮合线的弧心与所述伞齿轮的中心之间具有第二距离，所述第二距离小于所述第一距离。
12.可选地，在所述伞齿轮的横截面上，所述轮齿连接部包括首尾连接的向外凸出的第一连接线和向内凹入的第二连接线，所述第一连接线与所述轮齿连接，所述第二连接线与所述齿槽连接，所述第一连接线和所述第二连接线均为弧线。
13.可选地，所述第一连接线为与所述第一啮合线共圆的圆弧线，所述第二连接线为与所述第二啮合线共圆的圆弧线。
14.可选地，所述第一啮合线和所述第二啮合线均为弧度为π的圆弧线。
15.可选地，在垂直于所述伞齿轮的轴线，且以所述轴线为圆心的圆形面上，所述轮齿的投影的延伸方向为所述圆形面的经过所述轮齿的一端的径向。
16.可选地，在垂直于所述伞齿轮的轴线，且以所述轴线为圆心的圆形面上，所述轮齿的投影的延伸方向的至少一部分与所述圆形面的经过所述轮齿的一端的径向之间具有第二夹角，所述第二夹角大于0
°
且小于90
°
。
17.可选地，在垂直于所述伞齿轮的轴线，且以所述轴线为圆心的圆形面上，所述轮齿的投影的延伸路径为曲线、折线或直线。
18.可选地，所述伞齿轮包括至少两个所述轮齿。
19.第二方面，本公开实施例还提供一种传动结构，所述传动结构包括两个以上任一项所述的伞齿轮，两个所述伞齿轮相互啮合。
20.可选地，所述传动结构还包括至少一个传动元件和/或结构件，所述传动元件和/或所述结构件与所述伞齿轮一体成型。
21.本公开实施例提供了基于双面圆弧结构的伞齿轮及传动结构，伞齿轮包括沿周向重复排布的轮齿和齿槽，一方面，由于在伞齿轮的横截面上，轮齿具有向外凸出的第一啮合线，则在轮齿的延伸方向上所有第一啮合线构成第一啮合面，同样地，在轮齿的延伸方向上所有第二啮合线构成第二啮合面，在该伞齿轮与其他伞齿轮配合的传动过程中，第一啮合面或第二啮合面与其他伞齿轮啮合，二者之间通过啮合面啮合，传动过程中为面磨损，增大了接触面积，更加耐磨，进而能够有效提高使用寿命，而且轮齿的齿形更坚固，可以在同模数下做的更大更坚固，更加提高了强度和耐磨度；另一方面，由于在伞齿轮的横截面上，第一啮合线和第二啮合线均为圆弧线，不存在根切现象，且还可以通过铣削的方式加工齿圈，使用标准加工中心和车铣复合数控机床即可，刀具不需大量特殊定制，大大缩短打样时间，降低对专用设备依赖，降低生产成本。
22.上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本公开的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
23.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
24.图1为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的侧视图；
25.图2为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的俯视图；
26.图3为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的立体图；
27.图4为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的横截面图；
28.图5为本公开实施例提供的第二种伞齿轮的局部放大图；
29.图6为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的轮齿的投影的延伸方向示意图；
30.图7为本公开实施例提供的第三种伞齿轮的侧视图；
31.图8为本公开实施例提供的第三种伞齿轮的俯视图；
32.图9为本公开实施例提供的第三种伞齿轮的立体图；
33.图10为本公开实施例提供的第三种伞齿轮的轮齿的投影的延伸方向示意图；
34.图11为本公开实施例提供的第一种传动结构的侧视图；
35.图12为本公开实施例提供的第二种传动结构的侧视图；
36.图13为本公开实施例提供的第四种伞齿轮的侧视图；
37.图14为本公开实施例提供的第四种伞齿轮的俯视图；
38.图15为本公开实施例提供的第四种伞齿轮的立体图。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
41.除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
42.在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
43.当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
44.为了描述性目的，本公开可使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
45.这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所
使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
46.本公开实施例提供了一种具有双面圆弧结构的伞齿轮，具体地，如图1～图4所示，图1为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的侧视图，图2为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的俯视图，图3为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的立体图，图4为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的横截面图，该伞齿轮包括沿周向重复排布的轮齿11和齿槽12，轮齿11的延伸方向(图3中虚线所示)的延长线与伞齿轮的轴线(图3中x方向)相交，且延长线与轴线之间具有第一夹角，第一夹角大于0
°
且小于90
°
；在伞齿轮的横截面上，轮齿11具有向外凸出的第一啮合线a，第一啮合线a为圆弧线，齿槽12具有向内凹入的第二啮合线b，第二啮合线b为圆弧线；沿伞齿轮的轴线方向上，伞齿轮的各横截面的形状一致，且第一啮合线a和第二啮合线b的半径逐渐增加。
47.双面圆弧结构指的就是在伞齿轮的横截面上，第一啮合线a和第二啮合线b均为圆弧状。
48.在伞齿轮的使用过程中，第一啮合线a或第二啮合线b与其他伞齿轮啮合。
49.上述伞齿轮至少具有如下技术优势：
50.一方面，由于在伞齿轮的横截面上，轮齿11具有向外凸出的第一啮合线a，则在轮齿11的延伸方向上所有第一啮合线a构成第一啮合面，同样地，在轮齿11的延伸方向上所有第二啮合线b构成第二啮合面，在该伞齿轮与其他伞齿轮配合的传动过程中，第一啮合面或第二啮合面与其他伞齿轮啮合，二者之间通过啮合面啮合，传动过程中为面磨损，增大了接触面积，更加耐磨，进而能够有效提高使用寿命，而且轮齿的齿形更坚固，可以在同模数下做的更大更坚固，更加提高了强度和耐磨度；
51.另一方面，由于在伞齿轮的横截面上，第一啮合线a和第二啮合线b均为圆弧线，不存在根切现象，且还可以通过铣削的方式加工齿圈，使用标准加工中心和车铣复合数控机床即可，刀具不需大量特殊定制，大大缩短打样时间，降低对专用设备依赖，降低生产成本。
52.另外，需要补充的是，本公开实施例中的伞齿轮还具有如下技术优势：受力均匀；接触面积大，更耐磨；通过啮合面紧密啮合，提高运行精度，受力面积为现有技术的双倍甚至更高，提高承载力；方便测量精度误差。
53.本公开实施例中，如图4所示，在伞齿轮的横截面上，第二啮合线b的半径可以大于、等于或小于第一啮合线a的半径。可选地，本公开实施例中，如图3所示，第二啮合线b的半径略大于或等于第一啮合线a的半径，即对于伞齿轮而言，其上的轮齿11和齿槽12的尺寸相近。“略大于”的尺寸范围本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，第二啮合线b的半径比第一啮合线a的半径大0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm等。
54.可选地，本公开实施例中，如图4所示，伞齿轮仅包括轮齿11和齿槽12，在伞齿轮的横截面上，第一啮合线a的弧心(图4中下方黑点所示)和第二啮合线b的弧心(图4中上方黑
点所示)，与伞齿轮的中心(图4中中间黑点所示)之间的距离相同，即在图4所示的方位中，第一啮合线a的弧心和第二啮合线b的弧心处于以伞齿轮的中心为圆心的同一圆周(图4中虚线圆弧所示)上。在此情况下，在伞齿轮的传动过程中，运行平稳，震动小。
55.可选地，本公开实施例中，如图5所示，图5为本公开实施例提供的第二种伞齿轮的局部放大图，伞齿轮还包括位于轮齿11和齿槽12之间的轮齿连接部13，在伞齿轮的横截面上，第一啮合线a的弧心(图5中左侧黑点所示)与伞齿轮的中心(图5中未示出)之间具有第一距离，第二啮合线b的弧心(图5中右侧黑点所示)与伞齿轮的中心之间具有第二距离，第二距离小于第一距离，即在伞齿轮的横截面的方位中，第一啮合线a的弧心和第二啮合线b的弧心处于以伞齿轮的中心为圆心的不同圆周上。在此情况下，在伞齿轮的传动过程中，具有变速和震动效果。
56.进一步地，如图5所示，在伞齿轮的横截面上，轮齿连接部13包括首尾连接的向外凸出的第一连接线131和向内凹入的第二连接线132，第一连接线131与轮齿11连接，第二连接线132与齿槽12连接，第一连接线131和第二连接线132均为弧线。轮齿连接部13具有以上结构时，能够进一步增加伞齿轮之间的啮合面积。
57.进一步地，如图5所示，第一连接线131为与第一啮合线a共圆的圆弧线，第二连接线132为与第二啮合线b共圆的圆弧线。在此情况下，在伞齿轮的传动过程中，第一连接线131或第二连接线132也会与其他伞齿轮啮合，从而进一步增加伞齿轮之间的啮合面积。
58.可选地，如图4和图5所示，本公开实施例中的第一啮合线a和第二啮合线b均为弧度为π的圆弧线，即整个圆周的一半，以使得进一步增加伞齿轮之间的啮合面积。
59.可选地，本公开实施例中的伞齿轮可以为直齿伞齿轮，也可以为斜齿伞齿轮。
60.当伞齿轮为如图1～3所示的直齿伞齿轮时，如图6所示，图6为本公开实施例提供的第一种伞齿轮的轮齿的投影的延伸方向示意图，在垂直于伞齿轮的轴线，且以轴线为圆心的圆形面(图6中虚线圈所示)上，轮齿11的投影的延伸方向(图6中虚线直线所示方向)为圆形面的经过轮齿11的一端的径向。图6中仅以一个轮齿11为例。
61.图7为本公开实施例提供的第三种伞齿轮的侧视图，图8为本公开实施例提供的第三种伞齿轮的俯视图，图9为本公开实施例提供的第三种伞齿轮的立体图(图9中虚线为轮齿的延伸方向)，当伞齿轮为如图7、图8和图9所示的斜齿伞齿轮时，如图10所示，图10为本公开实施例提供的第三种伞齿轮的轮齿的投影的延伸方向示意图，在垂直于伞齿轮的轴线，且以轴线为圆心的圆形面(图10中虚线圈所示)上，轮齿11的投影的延伸方向(图10中虚线直线所示)的至少一部分与圆形面的经过轮齿11的一端的径向之间具有第二夹角，第二夹角大于0
°
且小于90
°
，可以选择为10
°
～45
°
。图10中仅以一个轮齿11为例。
62.可选地，在垂直于伞齿轮的轴线，且以轴线为圆心的圆形面上，轮齿11的投影的延伸路径为曲线(如弧线)、折线(如人字形)或直线。在图10所示的例子中，在垂直于伞齿轮的轴线，且以轴线为圆心的圆形面上，轮齿11的投影的延伸路径为直线。
63.可选地，本公开实施例中伞齿轮包括至少两个轮齿11，例如，2个、3个、4个、5个、8个、10个、15个、20个等，轮齿11个数的可选范围更广泛。现有技术中的齿圈为渐开线啮合，若轮齿个数较少，则会出现根切问题，而本公开实施例中的伞齿轮的啮合线为圆弧线，无论设置几个轮齿11均不会出现根切问题。
64.此外，本公开实施例还提供一种传动结构，如图11和图12所示，图11为本公开实施
例提供的第一种传动结构的侧视图，图12为本公开实施例提供的第二种传动结构的侧视图，传动结构包括两个以上任一项的伞齿轮，两个伞齿轮相互啮合。
65.当伞齿轮的轮齿11的延长线与轴线之间具有的第一夹角的大小改变时，两个伞齿轮之间的啮合角度改变，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本公开实施例中的两个伞齿轮之间可以实现大于0度，小于或等于90度的啮合角度，例如，30度、45度、60度、90度等。
66.在图11所示的例子中，两个伞齿轮均为直齿伞齿轮，具体为完全相同的如图1～3所示的两个伞齿轮。在图12所示的例子中，两个伞齿轮均为斜齿伞齿轮，但二者为不同的伞齿轮，本领域技术人员可以根据实际需要对两个伞齿轮的具体参数进行设置，以使二者能够啮合。具体地，在图12所示的例子中，一个伞齿轮为如图7～9所示的伞齿轮，在图8所示的方位中，轮齿逆时针倾斜一定角度，另一个伞齿轮为如图13～图15所示的伞齿轮，图13为本公开实施例提供的第四种伞齿轮的侧视图，图14为本公开实施例提供的第四种伞齿轮的俯视图，图15为本公开实施例提供的第四种伞齿轮的立体图，轮齿顺时针倾斜相同角度，二者实现啮合。
67.可选地，本公开实施例中的传动结构还包括至少一个传动元件和/或结构件，传动元件和/或结构件与伞齿轮10一体成型。例如，在图1所示的例子中，传动结构还包括一个齿轮驱动轴14，齿轮驱动轴14与伞齿轮一体成型。
68.由于本公开实施例中的伞齿轮可通过铣削方式加工，因此，齿轮驱动轴14等传动元件和/或结构件可与伞齿轮10一体成型。当然，当需要其他零件与伞齿轮配合时，可将其与伞齿轮做成整体件，降低装配级数，可大幅减少零件个数，大幅降低装配层数级数，大幅降低多级装配精度误差，大幅降低各种综合不稳定性，还可大幅减少了紧固件或定位件个数，使整体拥有更强的刚性，更强整体结构精度和保持性。
69.而现有技术中的老式齿轮，受几种常规加工方式的限定，如齿轮上的其他零件需做成分体件，再单独进行拼装。而拼装每一级装配时会有精度误差(同心度、圆柱度、位置度、垂直度、水平度、平行度等)，误差随着零件配合的增多会累积，或许单体零件合格，整体多层多级装配后却不合格造成精度超公差，出现各种综合不稳定性；多级拼装要使用紧固件或定位件，或随着时间的推移，工作时间的增加，多级拼装整体结构精度保持度会降低，刚性会降低。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
71.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
72.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。