專利名稱：微線段齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種齒輪。
背景技術(shù)：
齒輪是各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶、機(jī)車、飛機(jī)等所有機(jī)械和裝置不可缺少的重要零部件，是機(jī)械設(shè)備中傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的主要形式之一，其性能優(yōu)劣很大程度上決定著機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和水平。
目前使用最多的是漸開線齒輪，漸開線齒輪有不少優(yōu)點(diǎn)，如制造簡單、互換性好、易變位等，但其缺點(diǎn)也一樣明顯，如強(qiáng)度較低尤其是接觸強(qiáng)度較低、最小齒數(shù)大，從而使體積較大等，其不根切的最小齒數(shù)為17，在采取變位等措施后，最少齒數(shù)也難以小于12，因而不能滿足高速、重載及小型化的要求。目前，已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中獲得應(yīng)用的其他齒形齒輪也存在這方面的問題，如圓弧齒輪，擺線齒輪等。圓弧齒輪雖然基本解決了漸開線齒輪接觸強(qiáng)度不高的問題但彎曲強(qiáng)度又存在著不足，而且必須做成斜齒輪。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種最小齒數(shù)可為3齒、齒輪接觸強(qiáng)度高的，易于加工的微線段齒輪。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案如下微線段齒輪，其特征在于齒廓曲線由微段曲線或微段直線光滑連接而成，所述微段曲線長度為1微米以下，所述齒輪的齒根處齒廓為內(nèi)凹齒廓曲線，其最少齒數(shù)為3個(gè)齒。
2、根據(jù)上述1所述的微線段齒輪，其特征在于所述微段曲線為漸開線曲線，并可用微段直線替代。
3、根據(jù)上述1所述的微線段齒輪，其特征在于齒數(shù)為3-8個(gè)齒時(shí)，齒頂高系數(shù)范圍為1-1.4，齒根高系數(shù)為1-0.6，齒厚增大至0.5-0.7πm，齒槽寬為0.3-0.5πm。
4、根據(jù)上述1所述的微線段齒輪，其特征在于所述齒輪為直齒齒輪，或?yàn)樾饼X齒輪。
本發(fā)明微線段齒輪基準(zhǔn)齒條齒廓曲線的構(gòu)造如附圖1所示為少齒數(shù)微線段齒輪基準(zhǔn)齒條的構(gòu)成原理圖，圖1中，微線段m1S1為以o1為圓心， 為半徑的基圓上的漸開線，微線段S2m1為以o1′為圓心， 為半徑的基圓上的漸開線，微線段S2m2為以o2為圓心， 為半徑的基圓上的漸開線，如此下去，即形成微線段齒條的基準(zhǔn)齒形。
決定該曲線性質(zhì)的是三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)rb0、α0、δ，分別稱為，初始基圓半徑，初始?jí)毫羌皡?shù)壓力角，其值沒有一定的限制，可根據(jù)需要選定。
微線段齒輪齒廓曲線的形成根據(jù)基本的齒輪嚙合原理，由附圖2即可通過基準(zhǔn)齒條與與齒輪相嚙合推導(dǎo)出相應(yīng)的齒輪齒廓曲線方程 式中d＝x1+y1/tgα1x1，y1標(biāo)準(zhǔn)微線段齒條齒廊曲線點(diǎn)坐標(biāo)；2微線段齒輪自初始位置的轉(zhuǎn)角；d對(duì)應(yīng)微線段齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)2角時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)微線段齒條移動(dòng)的距離；r2微線段齒輪分度圓半徑；x2，y2與標(biāo)準(zhǔn)微線段齒條上(x1，y1)點(diǎn)相嚙合的微線段齒輪齒廊曲線上的點(diǎn)坐標(biāo)；α1嚙合點(diǎn)的壓力角。
這樣構(gòu)造出的微線段齒輪整體上是凸-凹的嚙合形式，即每個(gè)齒輪的齒頂部分為凸齒廊，齒根部分為凹齒廊。根據(jù)所選定的初始參數(shù)，每段齒廊一般由成千甚至上萬段微段曲線組成，每個(gè)微段的長度為1個(gè)微米甚至更短。
對(duì)于最少齒數(shù)大于8的少齒數(shù)微線段齒輪，結(jié)構(gòu)不需調(diào)整，而對(duì)于最小齒數(shù)在3與8之間的少齒數(shù)微線段齒輪，需作結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，具體措施為A、減小齒根高系數(shù)，增加齒頂高系數(shù)，但兩者之和保持不變。同樣，為保證能夠正確地進(jìn)行嚙合，相應(yīng)的與其嚙合的大齒輪也應(yīng)作對(duì)應(yīng)的變化，即增加齒根高系數(shù)，減小齒頂高系數(shù)。
B、增加小齒輪的齒厚即減小小齒輪齒條刀具的齒厚，而齒厚與齒槽寬之和保持不變。與其嚙合的大齒輪也應(yīng)作對(duì)應(yīng)的變化，即減小大齒輪的齒厚而增加其齒槽寬。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面與目前常用的漸開線齒輪相比，微線段齒輪不僅適用于一般的傳動(dòng)場合，尤其適用于高速、重載或要求小型化的場合下的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)。
1.與漸開線齒輪相比，微線段齒輪不僅具有很高的接觸強(qiáng)度，還具有較高的彎曲強(qiáng)度。由于齒輪的彎曲強(qiáng)度主要與齒根厚度有關(guān)，而接觸強(qiáng)度主要與綜合曲率半徑有關(guān)，而我們所構(gòu)造微線段齒輪的齒形不僅具有較厚的齒根厚度，而且采用了凸對(duì)凹的嚙合形式，在構(gòu)造點(diǎn)上綜合曲率為零，因此，這種齒輪具有較高的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。我們所進(jìn)行的有關(guān)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。
附圖3為兩種齒輪的彎曲強(qiáng)度對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從中可以看出，微線段齒輪的彎曲承載能力要明顯高于漸開線齒輪。
我們所做的接觸疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)也表明，在相同的工況下，微線段齒輪的接觸強(qiáng)度也要明顯高于漸開線齒輪。
2.傳動(dòng)效率高。傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)研究表明，在相同的工況下，微線段齒輪的傳動(dòng)效率比漸開線齒輪要高3％左右，這對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)尤其是高速、重載情況下的大功率傳動(dòng)具有十分重要的意義。圖4為1000轉(zhuǎn)/分時(shí)兩種齒輪傳動(dòng)效率的對(duì)比實(shí)驗(yàn)曲線(圖中虛線為根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所作的擬合曲線)。
3.最少齒數(shù)少，宜于小型化。研究表明，微線段齒輪的最少齒數(shù)為3，這樣，在相同的模數(shù)情況下，微線段齒輪的尺寸可以比漸開線齒輪小得多。目前，我們已加工出了最少齒數(shù)為3的微線段齒輪。因此微線段齒輪特別適用于要求小型化的場合。


圖1為微線段齒條齒形的形成原理圖；圖2為微線段齒輪齒條嚙合坐標(biāo)系圖；圖3為漸開線齒輪與微線段齒輪的彎曲強(qiáng)度對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖；圖4為1000轉(zhuǎn)/分時(shí)兩種齒輪傳動(dòng)效率的對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。
圖5為3齒數(shù)齒輪嚙合傳動(dòng)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
實(shí)施例1齒數(shù)比為11∶51的微線段齒輪傳動(dòng)。小齒輪是結(jié)構(gòu)未作調(diào)整(即除齒形因素外，其他參數(shù)如齒頂高系數(shù)齒槽寬等不需作特殊處理)的少齒數(shù)齒輪，與其嚙合的大齒輪齒數(shù)為51，也是微線段齒輪?？梢允侵饼X齒輪，也可以是斜齒齒輪。
實(shí)施例2嚙合傳動(dòng)的一對(duì)微線段齒輪，小齒輪齒數(shù)為3，大齒輪齒數(shù)為12，模數(shù)為6。小齒輪的齒頂高系數(shù)為1.4，齒根高系數(shù)為0.6，分度圓齒厚為0.7πm，齒槽寬為0.3πm；大齒輪的齒頂高系數(shù)為0.6，齒根高系數(shù)為1.4，分度圓齒厚為0.3πm，齒槽寬為0.7πm。(見圖5)實(shí)施例3嚙合傳動(dòng)的一對(duì)微線段齒輪，小齒輪齒數(shù)為8，大齒輪齒數(shù)為20，模數(shù)為2。小齒輪的齒頂高系數(shù)為1.1，齒根高系數(shù)為0.9，分度圓齒厚為0.55πm，齒槽寬為0.45πm；大齒輪的齒頂高系數(shù)為0.9，齒根高系數(shù)為1.1，分度圓齒厚為0.45πm，齒槽寬為0.55πm。
權(quán)利要求
1.微線段齒輪，其特征在于齒廓曲線由微段曲線或微段直線光滑連接而成，所述微段曲線長度為1微米以下，所述齒輪的齒根處齒廓為內(nèi)凹齒廓曲線，其最少齒數(shù)為3個(gè)齒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微線段齒輪，其特征在于所述微段曲線為漸開線，并可用微直線段替代。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微線段齒輪，其特征在于齒數(shù)為3-8個(gè)齒時(shí)，齒頂高系數(shù)范圍為1.1-1.4，齒根高系數(shù)為0.9-0.6，齒厚增大至0.55-0.7πm，齒槽寬為0.3-0.45πm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微線段齒輪，其特征在于所述齒輪為直齒輪，或?yàn)樾饼X輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種齒輪，具體地說是微線段齒輪，特點(diǎn)是齒廓曲線由微段曲線或微段直線光滑連接而成，其最少齒數(shù)為3個(gè)齒。與目前常用的漸開線齒輪相比，微線段齒輪不僅適用于一般的傳動(dòng)場合，尤其適用于高速、重載或要求小型化的場合下的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)。
文檔編號(hào)F16H55/17GK1614263SQ20041006561
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者趙韓, 黃康 申請(qǐng)人:趙韓, 黃康