CN102155528A - 塑料制圆锥齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可提高齿根抗疲劳强度、又基本不影响其抗冲击性能的塑料制圆锥齿轮，其特点是：以r_bd为半径做出啮合侧基圆锥面，且存在第一发生面与啮合侧基圆锥面相切，线段AD为第一发生面与啮合侧基圆锥面的切线。当第一发生面沿着啮合侧基圆锥面做无滑动的纯滚动时，点A的轨迹即为塑料制直齿圆锥齿轮的啮合侧齿廓曲面。以r_bc为半径做出非啮合侧基圆锥面，且存在第二发生面与非啮合侧基圆锥面相切，线段BC为第二发生面与非啮合侧基圆锥面的切线。当第二发生面沿着非啮合侧基圆锥面做无滑动的纯滚动时，点B的轨迹即为塑料制直齿圆锥齿轮的非啮合齿廓曲面。本发明的齿轮分度圆模数与齿高模数不等，并使用大齿顶高系数的设计方法。

Description

塑料制圆锥齿轮

技术领域

本发明涉及齿轮设计的技术领域，具体是一种塑料制圆锥齿轮。

背景技术

自从20世纪30年代研制出纤维尼龙以来，塑料齿轮得到了广泛的应用。与金属齿轮相比，塑料齿轮因具有摩擦小、重量轻、噪声低、耐腐蚀、对加工误差不敏感等优点，而被广泛应用于纺织、印染、造纸、食品、汽车、仪器仪表等各个领域。

圆锥齿轮机构可实现任意两相交角轴之间的运动和动力的传递。直齿圆锥齿轮又因易于设计、加工和安装，而在工程上广泛应用。研究表明，轮齿形状不仅影响到齿轮传动的运动特性，还将影响到齿轮传动的动力特性。常用的渐开线圆锥齿轮，其左右两侧齿廓形状是对称的。但是，当齿轮转动时，由于啮合侧与非啮合侧的润滑情况、啮合机理、承载能力的不同，导致齿轮传动系统的传动性能不能达到最佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高圆锥齿轮的传动性能的塑料制圆锥齿轮。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种塑料制圆锥齿轮，其特点是齿廓曲面生成原理如下：以r_bd为底面半径做出塑料制圆锥齿轮的啮合侧基圆锥面，且存在第一发生面Q与所述啮合侧基圆锥面相切，第一发生面Q与所述啮合侧基圆锥面相切时形成线段AD，其中，点A处于啮合侧基圆锥底面上，点D为啮合侧基圆锥的顶点；当第一发生面Q沿着所述啮合侧基圆锥面做无滑动的纯滚动时，点A的轨迹AA₁即为塑料制圆锥齿轮的啮合侧齿廓曲面；以r_bc为底面半径做出塑料制圆锥齿轮的非啮合侧基圆锥面，且存在第二发生面P与所述非啮合侧基圆锥面相切，第二发生面P与所述非啮合侧基圆锥面相切时形成线段BC，其中，点B处于非啮合侧基圆锥底面上，点C为非啮合侧基圆锥的顶点；当第二发生面P沿着所述非啮合侧基圆锥面做无滑动的纯滚动时，点B的轨迹BB₁即为塑料制圆锥齿轮的非啮合侧齿廓曲面。

本发明具有积极的效果：

(1)为了尽一步提高圆锥齿轮的传动性能，本发明提出在塑料制直齿圆锥齿轮轮 齿的两侧采用不同的压力角、变模数、大齿顶高系数的设计方法。

(2)本发明的塑料制圆锥齿轮的特点是：i)通过使用不同底面直径大小的基圆锥，在塑料制直齿圆锥齿轮的轮齿两侧产生压力角不等的齿面曲线；与现有技术相比，由图4可知，本发明的齿廓两边采用不等压力角时可减小齿轮的体积和重量。ii)采用大齿顶高系数；iii)齿轮分度圆的模数为m，齿高部位的模数为m′，且m＞m′。该塑料制圆锥齿轮两侧齿面的压力角不等，并取大压力角齿面做为啮合面，小压力角齿面做为非啮合面。

(3)本发明专利根据塑料制渐开线直齿圆锥齿轮齿廓曲面的生成特点，结合变压力角、变模数、变齿顶高系数的特性，给出塑料制变压力角、变模数、大齿顶高系数直齿圆锥齿轮的设计思想，并推导出齿轮几何参数及尺寸的计算公式。

(4)本发明与现有的金属制渐开线直齿圆锥齿轮相比，具有振动小、噪声低、成型容易、耐腐蚀等优点。本发明与现有的塑料制直齿圆锥齿轮相比，具有承载能力大、体积小、重量轻、寿命长等优点。由于塑料齿轮应用前景广阔，该发明具有巨大的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明的塑料制圆锥齿轮的外形结构示意图；

图2为本发明的塑料制圆锥齿轮的大端齿形图；图中的附图标记：1--齿顶圆，2--分度圆，3--齿根圆，4-啮合齿面，5-非啮合齿面；

图3为本发明的塑料制圆锥齿轮的啮合侧齿廓曲面的生成示意图；

图4为本发明的塑料制圆锥齿轮的非啮合侧齿廓曲面的生成示意图；

图5为现有技术中的塑料制圆锥齿轮的齿形8和本发明的塑料制圆锥齿轮的齿形9的对比示意图。

具体实施方式

见图1-2，本实施例的塑料制圆锥齿轮的齿形主要包括齿顶1、齿根3、啮合侧齿廓4、非啮合侧齿廓5(大、小端齿形结构相同)。

齿廓曲面生成原理如下：

以r_bd为底面半径做出塑料制圆锥齿轮的啮合边基圆锥面，且存在第一发生面Q与所述啮合侧基圆锥面相切，第一发生面Q与所述啮合侧基圆锥面相切时形成线段AD，其中，点A处于啮合侧基圆锥底面上，点D为啮合侧基圆锥的顶点；当第一发生面Q沿着所述啮合侧基圆锥面做无滑动的纯滚动时，点A的轨迹AA₁即为塑料制圆锥齿轮的啮合侧齿廓曲面。

以r_bc为底面半径做出塑料制圆锥齿轮的非啮合侧基圆锥面，存在第二发生面P与所述非啮合侧基圆锥面相切，第二发生面P与所述非啮合侧基圆锥面相切时形成线段BC，其中，点B处于非啮合侧基圆锥底面上，点C为非啮合侧基圆锥的顶点；当第二发生面P沿着所述非啮合侧基圆锥面做无滑动的纯滚动时，点B的轨迹BB₁即为塑料制圆锥齿轮的非啮合侧齿廓曲面。

该圆锥齿轮的齿数、大端分度圆模数、大端齿高模数、啮合侧大端分度圆压力角、非啮合侧大端分度圆压力角分别为：z、m、m′、α_d、α_c；z的取值符合传动比要求；m、m′的取值大小根据《齿轮手册》选取或根据需要自定；α_c＝14°～29°；α_d满足：45°＞α_d＞α_c。

所述 

毫米，其中：d为圆锥齿轮大端分度圆直径，d＝m·z毫米，所述 毫米。

所述啮合侧齿廓曲面大端的齿顶高系数、所述非啮合侧齿廓曲面大端的齿顶高系数、所述啮合侧齿廓曲面大端的顶隙系数、所述非啮合侧齿廓曲面大端的顶隙系数分别为 

则 

所述啮合侧齿廓曲面大端的齿顶高、所述非啮合侧齿廓曲面大端的齿顶高、所述啮合侧齿廓曲面大端的齿根高、所述非啮合侧齿廓曲面大端的齿根高分别为h_ad、h_ac、h_fd、h_fc，则 

毫米， 

毫米， 

毫米， 

毫米。

所述啮合侧齿廓曲面大端的齿顶圆直径、所述啮合侧齿廓曲面大端的齿根圆直径、所述非啮合侧齿廓曲面大端的齿根圆直径分别为d_a、d_fd、d_fc，则d_a＝d+2h_adcosδ毫米，d_fd＝d-2h_fdcosδ毫米，d_fc＝d-2h_fccosδ毫米。

以等顶隙、两轴交角为90°的圆锥齿轮传动为例，取圆锥齿轮大端参数为标准值，给出塑料制变压力角、变模数、大齿顶高系数直齿圆锥齿轮传动的几何参数及尺寸计算公式。

表1

续表1

备注：脚标1代表小齿轮，脚标2代表大齿轮，脚标d代表齿轮的啮合面，脚标c代表齿轮的非啮合面。

所述《齿轮手册》：机械工业出版社，2004-2第2版，中国版本图书馆CIP数字核字(2000)第09768号。与现有的塑料制直齿圆锥齿轮相比，具有承载能力大、体积小、重量轻、寿命长等优点。与现有的金属制渐开线直齿圆锥齿轮相比，具有振动小、噪声低、成型容易、耐腐蚀等优点。由于塑料齿轮应用前景广阔，该专利具有巨大的社会和经济效益。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种塑料制圆锥齿轮，其特征在于：

以r_bd为底面半径做出塑料制圆锥齿轮的啮合侧基圆锥面，且存在第一发生面与所述啮合侧基圆锥面相切，第一发生面与所述啮合侧基圆锥面相切时形成线段AD，其中，点A处于啮合侧基圆锥底面上，点D为啮合侧基圆锥的顶点；当第一发生面沿着所述啮合侧基圆锥面做无滑动的纯滚动时，点A的轨迹AA₁即为塑料制圆锥齿轮的啮合侧齿廓曲面；

以r_bc为底面半径做出塑料制圆锥齿轮的非啮合侧基圆锥面，其中：r_bc/r_bd＝1～1.36，且存在第二发生面与所述非啮合侧基圆锥面相切，第二发生面与所述非啮合侧基圆锥面相切时形成线段BC，其中，点B处于非啮合侧基圆锥底面上，点C为非啮合侧基圆锥的顶点；当第二发生面沿着所述非啮合侧基圆锥面做无滑动的纯滚动时，点B的轨迹BB₁即为塑料制圆锥齿轮的非啮合侧齿廓曲面。

2.根据权利要求1所述的塑料制圆锥齿轮，其特征在于：该圆锥齿轮的齿数、大端分度圆模数、大端齿高模数、啮合侧大端分度圆压力角、非啮合侧大端分度圆压力角分别为：z、m、m′、α_d、α_c；

z的取值符合传动比要求；

m、m′的取值大小根据《齿轮手册》选取或根据需要自定；

α_c＝14°～29°；

α_d满足：45°＞α_d＞α_c。

3.根据权利要求2所述的塑料制圆锥齿轮，其特征在于：所述

毫米，其中：d为圆锥齿轮大端分度圆直径，d＝m·z毫米。

4.根据权利要求3所述的塑料制圆锥齿轮，其特征在于：所述毫米。

5.根据权利要求4所述的塑料制圆锥齿轮，其特征在于：所述啮合侧齿廓曲面大端的齿顶高系数、所述非啮合侧齿廓曲面大端的齿顶高系数、所述啮合侧齿廓曲面大端的顶隙系数、所述非啮合侧齿廓曲面大端的顶隙系数分别为

则

6.根据权利要求5所述的塑料制圆锥齿轮，其特征在于：所述啮合侧齿廓曲面大端的齿顶高、所述非啮合侧齿廓曲面大端的齿顶高、所述啮合侧齿廓曲面大端的齿根高、所述非啮合侧齿廓曲面大端的齿根高分别为h_ad、h_ac、h_fd、h_fc，则

毫米，

毫米，

毫米，

毫米。

7.根据权利要求6所述的塑料制圆锥齿轮，其特征在于：所述啮合侧齿廓曲面大端的齿顶圆直径、所述啮合侧齿廓曲面大端的齿根圆直径、所述非啮合侧齿廓曲面大端的齿根圆直径分别为d_a、d_fd、d_fc，

则d_a＝d+2h_adcosδ毫米，d_fd＝d-2h_fdcosδ毫米，d_fc＝d-2h_fccosδ毫米。

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