[发明专利]基于不同齿形角球面齿形的圆弧伞齿轮齿面设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮，特别是涉及一种基于不同齿形角球面齿形的圆弧伞齿轮齿面设计方法。

背景技术

圆弧伞齿轮与直齿和斜齿伞齿轮相比较，具有重合度大、接触点处齿面的相对曲率半径大、曲面接触区域易于控制、对误差不太敏感等优点，在相交轴线和交错轴线的传动中，得到了广泛的应用。随着齿轮传动中高速重载的发展趋势，传统圆弧伞齿轮已经难以满足设备的要求。尤其在车辆传动部件中，对圆弧伞齿轮输出扭矩的要求越来越高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于不同齿形角球面齿形的圆弧伞齿轮齿面设计方法。

本发明的具体步骤如下：

1)不同齿形角圆弧伞齿轮在驱动侧采用大齿形角，非驱动侧采用小齿形角，该齿轮齿根处截面变厚，驱动侧和非驱动侧弧齿厚、齿顶圆角、齿根圆角等发生变化；

2)齿形角α_d由设计选定，节锥角δ可通过啮合理论求得，以极角θ₁为参数的不同齿形角圆弧伞齿轮的驱动侧齿面方程，经推导可按下式确定：

不同齿形角圆弧伞齿轮的非驱动侧齿面方程经推导可按下式确定：

3)经推导，不同齿形角圆弧伞齿轮非驱动侧齿面动点P偏角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮驱动侧齿面动点P偏角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮非驱动侧齿面分度圆偏角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮驱动侧齿面分度圆偏角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮非驱动侧齿面齿根偏角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮驱动侧齿面齿根偏角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮非驱动侧齿面齿顶偏角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮驱动侧齿面齿顶偏角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮顶圆齿厚角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮基圆齿厚角为：

不同齿形角圆弧伞齿轮根圆齿厚角为：

4)根据参数间的换算关系对不同齿形角圆弧伞齿轮齿形参数进行计算，即设计出不同齿形角圆弧伞齿轮驱动侧和非驱动侧齿廓曲线。

本发明针对车辆等以单向传动为主的齿轮传动机构，为了改善圆弧伞齿轮的性能，提出一种新型伞齿轮——不同齿形角圆弧伞齿轮，该齿轮在驱动面采用大齿形角，在非驱动面采用小齿形角，既增大了驱动方向齿轮承载能力，又避免了齿顶变尖，能有效提高圆弧伞齿轮承载能力、疲劳寿命和输出扭矩，并降低传动振动和噪声。本发明的目的是提供基于不同齿形角球面齿形的圆弧伞齿轮齿面设计方法。由于不同齿形角圆弧伞齿轮的驱动侧和非驱动侧具有不同的基锥、顶锥和根椎等齿轮参数，与传统圆弧伞齿轮的几何特性和设计方法完全不同，因此需要建立基于不同齿形角球面齿形的圆弧伞齿轮设计方法，为进行刀具设计、加工制造、齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度计算奠定基础。

附图说明

图1为基于不同齿形角球面齿形的圆弧伞齿轮球面线生成原理。

图2为基于不同齿形角球面齿形的圆弧伞齿轮副啮合齿廓形成原理。

图3为基于不同齿形角球面齿形的圆弧伞齿轮齿面坐标系。

图4为驱动侧齿形角为25°、30°、35°圆弧伞齿轮齿廓曲线。

图5为驱动侧齿形角为30°/齿形角系数为1.085的圆弧伞齿轮。

图中各标记为：1—副主动轮节圆锥，1’—副被动轮节圆锥，2—副主动轮驱动侧基圆锥，2’—副被动轮驱动侧基圆锥，3—副主动轮非驱动侧基圆锥，3’—副被动轮非驱动侧基圆锥。

具体实施方式

基于不同齿形角的圆弧伞齿轮由于两侧的齿形角不同，在齿根处截面变厚，驱动侧和非驱动侧齿厚、齿顶圆角、齿根圆角等发生了变化，因此提出基于不同齿形角球面齿形的圆弧伞齿轮齿面设计计算方法是十分必要的。