专利名称：少齿数圆柱齿轮减速器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于可变速比传送旋转运动或使旋转运动换向的齿轮传动装置，是一种新型的通用圆柱齿轮减速器，它主要包括齿轮箱体6、箱盖、轴2、轴承3和5，以及变位齿轮副。
在化学工业出版社出版的《机械设计手册》中册(该书于1982年10月北京第二版，1985年5月第三次印)中，叙述并规定了单级、双级渐开线和圆弧齿形的圆柱齿轮减速器，它们设计的传动比最大值为单级iD＝10，双级iL＝60，对于压力角为20°的标准渐开线齿轮，要求其齿数Z＞16，对于短齿渐开线齿轮要求其齿数Z＞13，圆弧齿轮齿数原则上可做到很少，但考虑到传动平稳，齿轮的强度、刚度等诸多因素，所以仍对其齿数有所限制。对于标准齿轮传动要求其齿数和(Z1＋Z2)≥2Zmin。目前国内齿轮传动中，通过合理的设计，满足传动要求的齿轮副中，其最小齿轮齿数仅能做到Z＝8，由于最小齿轮齿数的限制，要想获得大的传动比，就需要增加齿轮副的对数，机构尺寸随之增大，重量增加，同时成本也相应增加。
本实用新型的目的在于避免上述减速器存在的不足之处，设计并研制两种齿型的少齿数(渐开线和圆弧形)的单级和双级圆柱齿轮减速器系列产品，较大幅度的提高传动比，减少重量，降低成本，同时保证了原有的性能。
本实用新型的目的可以通过如下措施来达到少齿数圆柱齿轮减速器，包括齿轮箱体、箱盖、轴、轴承及变位齿轮副等其它零件，其主要特征在于一对齿轮副中小齿轮的齿数为Z＝2，3，4……6，7，齿轮副中轮齿的齿廓线是渐开线形，或者是圆弧形。其中少齿数渐开线圆柱齿轮是通过大变位齿轮副设计，在普通滚齿机上加工而得到，其齿数虽减少但不产生根切。而少齿数圆弧齿轮则采用通常设计方法设计，同时用合理的齿轮宽度来弥补端面重合度的不足，使齿轮副得到连续、平稳的传动，并采用节点外啮合或改变压力角的几何特点和运动特性来提高齿轮副的承载能力、寿命以及传动效率。这里所说的少齿数圆柱齿轮是指斜齿、人字齿，并适合于齿轮与齿条啮合及内外啮合。该减速器中的齿轮副，其齿数和小于现有的值，并且齿轮副是单级或是双级。
附图的图面说明如下
图1是齿数为3的圆弧斜齿圆柱齿轮端面图。d－节圆直径，da－顶圆直径。
图2至图4是渐开线斜齿圆柱齿轮端面图。d－分度圆直径，mn－法面模数，da－理论齿顶圆直径，xn－法面变位系数，dka－实际齿顶圆直径，Z－齿轮的齿数，df－齿根圆直径。
图5是单级渐开线少齿数圆柱齿轮减速器的剖面图；1－大齿轮，2－轴，3－大齿轮轴承，4－小齿轮轴，5－小齿轮轴承，6－箱体。
本实用新型将结合附图作进一步详述
图1是圆弧形三齿数圆柱斜齿轮图，其材料可采用普通的40cr、45号、35siMn中碳钢等，它的主要加工工艺是下料－粗车－调质热处理－精车－粗滚－精滚，加工设备可选用普通的滚齿机，刀具采用标准的滚刀，测量手段与目前的普通齿轮测量一样，其在设计上有专用的一套计算公式，以
图1齿轮为例，设齿数Z＝3，法面模数mn＝5，螺旋角β＝20.3641°，则节圆直径d＝mnZ／cosβ＝16(mm)，顶圆直径da＝d＋2ha＝30(mm)，根圆直径df＝d－2hf＝16(mm) 注ha和hf都是少齿数齿轮设计专用参数。
轴向重合度εβ＝bsinβ／πmn＝1.329承载能力Ft≤uμε mnd(6H／ZEZβZΩ)2／kAKVKβ(u＋1)(N)以上式中ha－齿顶高，hf－齿根高，b－齿宽(取b＝60)u－齿数比Z2／Z1，6H－接触应力，με－重合度的整数部分，Z 材料弹性系数，Zβ－接触强度的螺旋角系数，KV－动载荷系数，ZΩ－精度系数，Kβ－载荷分布系数，KA－工况系数，mm－毫米，N－牛顿。
考虑到齿轮强度、刚度的绪多因素，在某些参数的选择上并非按普通齿轮的标准公式计算，而是作了一定的调整，在齿轮加工中采取有效措施，使齿轮达到设计和使用要求。
图2是2齿数渐开线斜齿轮端面图，其渐开线齿形是在齿轮范成仪上画出；其法面模数为mn＝18；变位系数为x＝1.1；理论齿顶圆直径da均大于实际齿顶圆直径dka，由于少齿数必须采用较大的正变位，使之齿顶变尖，齿根增厚，圆角半径增大，齿轮抗弯强度提高，它们的加工工艺与目前齿轮加工工艺基本一样。
图3是3齿数渐开线斜齿轮端面图，其法面模数为mn＝5，变位系数为x＝1.15。
图4是4齿数渐开线斜齿轮端面图，其法面模数为mn＝18，变位系数为x＝1.05。
图5是单级渐开线少齿数的圆柱斜齿减速器剖面图，套在轴2上的大齿轮1为从动轮，与之相啮合的小齿轮轴4为主动轮，小齿轮伸出端与电机相连，轴2和小齿轮轴4分别通过轴承3和5装配在箱体6内，其它零部件及装配关系与普通减速箱中的零部件所起的作用及装配工艺都一样，下面将齿轮的设计作为简单叙述，设小齿轮轴的齿数Z1＝3，大齿轮的齿数Z2＝41，mn＝5，两齿轮的中心距a＝120mm；根据渐开线圆柱齿轮啮合方程式，并考虑到少齿数齿轮副的特点，取螺旋角β＝15°，端面变位系数分别为Xt1＝1.15，Xt2＝0.088；小齿轮轴的几何参数是实际齿顶圆直径dka1＝mnZ1COSα／COSβCOSαka1＝31.451(mm)，式中啮合角αt＝27°22′16″，实际齿顶压力角αka1＝62°28′52″；节圆d1＝mnZ1／COSβ＝15.529(mm)，齿根园df1＝d1－2(h＊an＋C＊n)mn＋Xt1mt＝14.935(mm)，式中法面齿顶高系数h＊an和法面经向间隙系数C＊n均为少齿数设计的专用数。
齿顶高ha1＝(da1－d1)＝7.936(mm)齿根高hf1＝(d1－df1)／2＝0.297(mm)端面周节pt＝πmt＝16.262(mm)端面齿厚st1＝πmt／2＋2xt1mttgat＝12.617(mm)端面齿槽宽et1＝pt－st1＝3.645(mm)大齿轮的几何参数计算是齿顶圆直径da2＝222.1(mm)节园直径d2＝mnZ2／COSβ＝212.232(mm)齿根圆直径df2＝d2－2(h＊an＋C＊n)mn＋2xt2mt＝200.643(mm)齿顶高ha2＝(da2－d2)／2＝4.934(mm)齿根高hf2＝(d2－df)／2＝5.795(mm)全齿高h2＝ha2＋hf2＝10.729(mm)
端面齿厚St2＝πmt／2＋2xtmttgat＝8.474(mm)端面齿槽宽et2＝Pt－St2＝7.788(mm)关于减速箱中的齿轮副啮合干涉验算是由齿轮的几何参数得知，只可能在大齿轮齿顶与小齿轮齿根啮合时发生干涉，小齿轮渐开线起始压力角tgatB2＝tgat－4(h＊at－xt1)／Z1sin2at＝0.7487，即atB2＝36°49′23″(式中h＊at－端面齿顶高系数)，大齿轮齿顶与小齿轮齿根啮合点的小齿轮渐开线压力角 tgatB2′＝tgat′－Z2(tgata2－tgat′)／Z1＝0.7507 即atB2′＝36°53′44″(式中at′－端面压力角，ata2－大齿顶压力角)可见atB2＞atB2，故不会发生干涉。
关于重合度计算齿轮的轴向齿距Pba＝Pbt／tgβb＝60.691(mm)，(式中Pbt－齿轮的端面基圆周节，βb－基圆上轮齿螺旋角)取小齿轮齿宽b1＝70(mm)，大齿轮齿宽b2＝65(mm)，轴向重合度εa＝b2sinβ／πmn＝1.071，端面重合度εα＝Z1(tgaa1－tgatB2′)／2π＝0.558，总的重合度εγ＝εa＋εα＝1.629。
关于承载能力计算大齿轮材质采用35SiMn钢调质处理，小齿轮材质采用40Cr钢调质处理，按软齿面传动接触强度设计，取许用应力［6H］＝600(MN／m2)，设安全系数SH＝1，寿命系数 ZH＝1，硬化系数Zn＝1，其余因素暂不考虑。
以圆周力表示的承载能力为Ft≤LCOSβbCOSat(1／E1＋1／E2)［6H］2／0.35ξ(1／ρ1＋1／ρ2)(N)式中Ft－作用在齿轮计算点的圆周力(N)、ξ－载荷分配系数，ξ＝1。
L－接触线长度L＝34.797mmρ1，ρ2－小，大齿轮在计算点的齿廓曲率半径，ρ1＝9.986mm，ρ2＝45.484mmE1，E2－小，大齿轮材料的弹性模量E1＝E2＝2.06×10(MN／m2)结论为Ft＜2596.6N。
计算点小齿轮半径re1＝12.850mm，算出齿轮副可能传递的最大功率Nmax＝5KW，该减速器的额定功率取N＝3.5KW，相应的圆周力为Ft＝1804.3N，接触应力6H＝497MN／m2＜［6H］＝600MN／m2减速箱中少齿数齿轮副，采用软齿面，齿轮按8－8－7精度(JB178－83)加工，其主要制作工艺过程是下料－粗车－调质－精车－粗滚－精滚，大齿轮的加工、测量与普通齿轮一样，故不再赘述。小齿轮轴选用普通的Y3150E／Ⅱ型滚齿机加工，刀具采用标准滚刀，其压力角αn＝20°，法面齿顶高系数h＊an＝1.0，法面齿顶间隙系数C＊n＝0.25，法面模数mn＝5。
本实用新型比现有技术具有如下优点1、由于采用了少齿数的齿轮，所以可将单级减速器的传动比扩充到原来的双级传动比范围，同理，双级减速器传动比可扩充到原来三级减速器的传动比范围，并且在同样的输入功率和转速下减少相应的零部件和重量。
2、单级渐开线减速器与目前双级减速器效率相当，η＝0.94。
3、这种少齿数减速器可节约大量原材料，能源，成本低，结构简单，实践已证明，具有性能优越的综合技术经济效益。
权利要求1.一种少齿数圆柱齿轮减速器，属于齿轮传动装置，包括齿轮箱体6、箱盖、轴2、轴承3和5及变位齿轮副，其特征在于一对变位齿轮副中的小齿轮4是少齿数圆柱齿轮轴，其齿轮的齿数是2，3，……6，7，其齿廓曲线是渐开线。
2.一种少齿数圆柱齿轮减速器，包括齿轮箱体6、箱盖、轴2、轴承3和5及变位齿轮副，其特征在于一对变位齿轮副中的小齿轮4是少齿数圆柱齿轮轴，其齿轮的齿数是2，3，……6，7，其齿廓曲线是圆弧线。
专利摘要少齿数圆柱齿轮减速器，属于可变速比传送旋转运动或使旋转运动换向的齿轮传动装置，是一种新型的齿轮传动装置，减速器中齿轮齿廓曲线是渐开线或者是圆弧线，小齿轮齿数可为Z＝2，3，……6，7；其齿轮副的齿数和小于现有的值，且这种减速器可以是单级或双级的；不仅扩大了传动比范围，在同样的输入功率和转速下，该单级减速器与目前双级减速器效率相当，而且减速机减少了零部件和重量，降低了成本。该机已经过机械电子工业部部级鉴定，实践已证明具有性能优越的综合技术经济效益。
文档编号F16H1/06GK2046565SQ8822142
公开日1989年10月25日 申请日期1988年12月20日 优先权日1988年12月20日
发明者蒋学全, 高平, 王宁侠, 张帆 申请人:陕西工学院, 西安减速机厂