[发明专利]一种具有特殊齿廓曲线的齿轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种特殊齿廓曲线齿轮的设计，属于齿轮齿形设计技术领域。

背景技术

一般齿轮的齿廓曲线都采用的是渐开线，这是由于渐开线具有传力平稳、中心距可分和易加工等优点。但它的不足之处是齿轮副的承载能力有限，应用中提出了变位、修形等方法提高其承载能力，但是在一些特殊的传动场合，仍不能满足要求。

针对上述提出的渐开线齿轮的不足，人们又探索设计了圆弧齿轮及双圆弧齿轮，双圆弧齿轮副啮合为凸凹弧啮合，接触点处的综合曲率小，接触强度高，一定程度上提高了齿轮的强度。但双圆弧齿轮存在需要跑和后才能满足共轭啮合、加工困难和对中心距误差敏感等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于，克服现有齿廓曲线的不足，提供一种具有特殊齿廓曲线的齿轮，具有本发明齿廓曲线的齿轮副适用于更大载荷或齿轮齿数较少等传动机构中。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种具有特殊齿廓曲线的齿轮，该齿轮的齿顶部分齿廓曲线为凸形，齿根部分的齿廓曲线为凹形，齿轮副的啮合齿对为凸凹弧啮合，在以齿轮中心为原点的坐标系O-xy中，齿廓曲线参数方程为：

其中：α为压力角，为齿顶高系数，m为模数，r为齿轮节圆半径，r＝m(z+x)，x为变位系数，λ为衍生系数，λ≠0，该衍生系数用于齿廓曲线的凸凹程度；所述齿廓曲线经过对称及旋转变换后得到齿轮的端面轮廓，该齿轮形成的齿轮副相互共轭且为凸凹弧啮合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.具有本发明齿廓曲线的齿轮副为凸凹弧啮合的齿轮副，与渐开线齿轮相比提高了齿轮的齿面接触疲劳强度，适合用在更大传动载荷的场合。

2.与渐开线齿轮相比，具有本发明齿廓曲线的齿轮，其齿轮啮合的滑动率小，齿面不易发生磨损、胶合失效。

3.具有传统的双圆弧齿轮的一些特性，但较双圆弧齿轮传动相比对中心距变化不敏感。

4.具有本发明齿廓曲线的齿轮，尤其是少齿数齿轮副的承载能力得到了显著提高。

5.由于相互啮合的具有本发明齿廓曲线的主、被动齿轮的齿廓曲线方程的表达式一致，可用一把齿条刀具或齿轮滚刀加工出一对能相互共轭的齿轮。

6.另外，渐开线是本发明齿廓曲线的一种特殊情况。

附图说明

图1是本发明齿轮的齿廓曲线示意图；

图2是具有本发明齿廓曲线的齿轮副示意图；

图3是具有本发明齿廓曲线的少齿数齿轮副示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但不作为对本发明的任何限制。本发明是利用所给齿廓方程，设计时不仅需要选取普通齿轮参数，诸如：齿数、模数，压力角和变位系数等，还需要设计选取衍生系数λ(λ＝0则为渐开线齿廓)，变量的增多可以有利于优化设计出特定条件下最优的齿轮副。

如图1所示，本发明一种具有特殊齿廓曲线的齿轮，该齿轮的齿顶部分齿廓曲线为凸形，齿根部分的齿廓曲线为凹形，齿轮副的啮合齿对为凸凹弧啮合，主、被动齿轮啮合副齿廓具有统一的齿廓曲线表达式，在以齿轮中心为原点的坐标系O-xy中，齿廓曲线参数方程为：

r为齿轮节圆直径，x为变位系数，λ为衍生系数，λ≠0，该衍生系数用于齿廓曲线的凸凹程度。

实施例1中的有关参数是：

将上述参数代入齿廓曲线参数方程得到如图1所示的齿廓曲线，该齿廓曲线经过对称及旋转变换后得到从齿顶至齿根具有凸凹弧特征的齿轮的端面轮廓，用上述齿廓曲线参数方程可以设计出能够相互共轭且为凸凹弧啮合的齿轮副，如图2所示。

采用本发明中所特有的齿廓曲线参数方程，并选取相应的设计参数，设计齿轮的端面齿廓曲线即可得到具有特殊齿廓曲线的齿轮，特别强调的是：本发明中引入衍生系数λ主要是考虑增强齿轮接触疲劳强度，选取较大的衍生系数λ，可以进一步增强齿轮接触疲劳强度。

如图3所示，实施例2是一少齿数齿轮的应用实例，该齿轮参数如下：m＝1.75，z₁＝3，z₂＝26，λ＝0.18，小齿轮变位系数x₁＝0.8，大齿轮变位系数x₂＝-0.8，α＝28°，c^*＝0.25。同实施例1，最终得到能够相互共轭且为凸凹弧啮合并具有少齿数齿轮的齿轮副，由于少齿数齿轮齿数少、大变位及齿顶变尖的特性，齿廓曲线只用到本发明齿廓曲线的一部分。