齿轮及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有多个齿并利用与对方齿轮的齿相啮合而在两轴间传递旋转运动的齿轮，详细来说，涉及一种在与对方齿轮的齿相啮合时降低齿根侧的产生应力、可实现齿的高强度化的齿形形状的齿轮及其制造方法。
【背景技术】
[0002]以往，对用于汽车或精密机械等动力传递机构的齿轮，实施了用于提高齿强度的各种设计。
[0003]作为这种齿轮，在具有齿和齿槽的盘形齿轮即齿与通过齿面而联动的对方齿轮(小齿轮)卡合形式的齿轮中，有这样的结构:齿面在小齿轮的最后的卡合点之后从齿顶朝向齿底而相对基准齿面由小齿轮画出的、接近于投影到垂直截面的次摆线且所述齿槽从横截面看在齿底的区域形成尖的拱形(例如，参照专利文献I)。
[0004]专利文献1:日本特表2004-519644号公报
[0005]但是，在所述专利文献I所记载的齿轮中，相邻的齿和齿之间的齿槽从横截面看，由于在齿底的区域形成尖的拱形，因此，在齿底形成有尖的三角形的凹点。在这种齿轮中，在与对方齿轮的齿相啮合时，容易在齿底的凹点集中应力，有可能产生应力增大而破损。因此，要求包含齿底在内的齿整体的高强度化。
【发明内容】
[0006]发明所要解决的问题
[0007]因此，应对这种问题，本发明所要解决的问题是，提供一种齿形形状的齿轮及其制造方法，在与对方齿轮的齿相啮合时降低齿根侧的产生应力，可实现齿的高强度化。
[0008]用于解决课题的手段
[0009]为了实现上述问题，第I实施方式的齿轮是一种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，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而呈现的，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。
[0010]所述第2曲面的齿直角截面的形状，也可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。
[0011]所述第I曲面的齿直角截面的形状，也可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。
[0012]另外，第2实施方式的齿轮，是一种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，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。
[0013]此外，第2实施方式的齿轮的制造方法是一种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，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。
[0014]所述齿轮的制造方法也可是，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。
[0015]所述齿轮的制造方法也可是，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。
[0016]发明的效果
[0017]根据第I实施方式的齿轮，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，由此，齿底面不会形成尖的三角形的凹点，可形成由双曲线函数定义的曲面。因此，齿根侧难以产生应力集中，在与对方齿轮的齿相啮合时降低齿根侧的产生应力，可实现齿的高强度化。由此，可改善齿的长期耐久特性。
[0018]根据第2实施方式的齿轮，对于各个齿的齿根侧的形状，不会在齿底面形成尖的三角形的凹点，可具有与利用齿条刀具进行范成切齿后的形状相同的曲面，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。因此，齿根侧难以产生应力集中，在与对方齿轮的齿相啮合时降低齿根侧的产生应力，可实现齿的高强度化。由此，可改善齿的长期耐久特性。
[0019]根据第2实施方式的齿轮的制造方法，对于各个齿的齿根侧的形状，不会在齿底面形成尖的三角形的凹点，可形成为与利用齿条刀具进行范成切齿后的形状相同的曲面，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。因此，齿根侧难以产生应力集中，在与对方齿轮的齿相啮合时降低齿根侧的产生应力，可实现齿的高强度化。由此，可改善齿的长期耐久特性。
【附图说明】
[0020]图1是表示本发明的齿轮整体形状的主视图。
[0021]图2是表示标准齿轮的齿形的立体图。
[0022]图3是表示第I实施方式的齿轮的齿形状的放大说明图。
[0023]图4是表示第I实施方式的齿轮的齿在啮合时所接触的对方齿轮的齿顶侧的齿面运动轨迹的说明图。
[0024]图5是表示图4中A部的详细形状的说明图。
[0025]图6是表示对第I比较齿轮进行模拟实验解析后的结果的应力分布的曲线图。
[0026]图7是表示对第I实施方式的齿轮进行模拟实验解析后的结果的应力分布的曲线图。
[0027]图8是对第I实施方式的齿轮和第I比较齿轮的耐久试验结果进行说明的表。
[0028]图9是表示第I实施方式的变形齿轮的齿形状的放大说明图。
[0029]图10是对第I实施方式的变形齿轮和第I比较齿轮的耐久试验结果进行说明的表。
[0030]图11是表示第2实施方式的齿轮的齿形状的放大说明图。
[0031]图12是表示刀尖具有由双曲线函数定义的曲线的圆形部分的齿条刀具的说明图。
[0032]图13是表示图12中B部的详细形状的说明图。
[0033]图14是表示图12所示的利用齿条刀具进行范成切齿时刀尖的运动轨迹的说明图。
[0034]图15是表示对第2比较齿轮进行模拟实验解析后的结果的应力分布的曲线图。
[0035]图16是表示对第2实施方式的齿轮进行模拟实验解析后的结果的应力分布的曲线图。
[0036]符号说明
[0037]I…齿轮
[0038]3…齿
[0039]6…齿顶面
[0040]7…齿底面
[0041]10…齿条刀具
[0042]1L...齿条刀具的刀
[0043]12…齿条查到的刀尖
[0044]a…齿面
[0045]b…齿根侧的齿面
[0046]c…第I曲面
[0047]d…第2曲面
[0048]g…以往例子的圆弧
[0049]h…由双曲线函数定义的曲线
[0050]P…节圆
[0051]T…次摆线曲线
[0052]U…曲线
【具体实施方式】
[0053]下面，根据说明书附图来说明本发明的实施方式。
[0054]图1是表示本发明的齿轮整体形状的主视图。该齿轮具有多个齿并利用与对方齿轮的齿相啮合而在两轴间传递旋转运动，例如，广泛用于汽车、精密机械、工业机械及它们零件等的动力传递机构。
[0055]在图1中，齿轮I是，其大致圆板状的腹板2的外周侧形成有多个齿3、3...，在腹板2的中心部形成有凸台5，该凸台5穿设有将旋转轴固定的轴孔4，在两轴间传递旋转运动。另外，符号P表示该齿轮I的节圆。
[0056]一般如图2所示，所述齿轮I的齿3形成为具有渐开线曲线的齿面且左右对称的标准齿轮的齿形。即，各个齿3的齿顶面6的齿宽胃1与齿底面7 (指相邻的齿3、3之间的齿槽中最低的底面)的齿宽W2被形成为相同的尺寸，齿全高H在齿宽方向被形成为恒定。
[0057]图3是表示第I实施方式的齿轮I的齿3的形状的放大说明图。在图3中，将齿3的侧面称为齿面a，将齿面a的齿根侧的形状称为齿面b。并且，第I实施方式的齿轮I的齿3是对齿根侧的齿面b形状作了设计后的齿，且如图3所示，各个齿3的齿根侧的齿面b形状包含第I曲面c和第2曲面d而形成。
[0058]S卩，第I曲面c是平滑地与渐开线曲线的齿面a连接的曲面，且形成为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所表示的形状。
[0059]另外，第2曲面d形成为平滑地与所述第I曲面c连接、通过相对于所述第I曲面c而向相同方向凸出的双曲线函数所定义的形状。作为该双曲线函数，表示为y = cosh (X)，称为双曲线余弦函数