專利名稱：錐齒輪傳動裝置的錐齒輪中優(yōu)化的凸度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來制造尤其是用于螺旋槳舵的錐齒輪的方法，該錐齒輪的齒具有齒輪特定的宏觀幾何形狀，該錐齒輪的齒可通過齒面線和輪廓線來描述，該錐齒輪的齒面具有齒面微觀形貌并且該錐齒輪的承載區(qū)是處于嚙合的齒的接觸區(qū)域，其中，齒面的凸度相當(dāng)于齒面中央相對于齒面邊緣的加高，并且齒面的高度凸度和寬度凸度的走勢基本上是圓弧形的。
背景技術(shù)：
錐齒輪用于在滾動傳動裝置中傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。單級錐齒輪傳動裝置的結(jié)構(gòu)包括盤形齒輪和小齒輪。盤形齒輪和小齒輪與所屬的各軸力鎖合、形鎖合或材料鎖合地連接。在各軸的延長線中找到軸心線的交點(diǎn)或交叉點(diǎn)。兩個(gè)彼此嚙合的錐齒輪的運(yùn)動過程被稱為滾切(Abwiilzen )。在此，齒和對應(yīng)齒的各自的齒面處于嚙合?！?br> 下述齒部被稱為共軛齒部，即，在這些齒部中齒和對應(yīng)齒的齒面在運(yùn)動學(xué)上精確滾切。在此，齒面在每個(gè)滾動位置中都在一條線上接觸。但為了達(dá)到更好的偏移特性，人們通過引入凸度來偏離這種形狀。因此，錐齒輪的齒幾何形狀一般在齒面上具有凸度，這是因?yàn)樵诖蟮呢?fù)荷傳遞時(shí)不允許齒面在其整個(gè)寬度和高度上處于嚙合，因?yàn)榉駝t出現(xiàn)在各邊緣上的應(yīng)力過高會導(dǎo)致齒損壞。齒面的凸度是指齒面中央相對于齒面邊緣的加高。在此，兩個(gè)處于嚙合的齒輪不完全相互貼靠。在兩個(gè)齒面之間尤其是在無負(fù)荷的狀態(tài)中存在不同大小的空氣隙。在兩個(gè)齒輪之間的距離也稱為氣隙(Luftung)或間隙尺寸。在此，在高度凸度或?qū)挾韧苟戎g有所區(qū)分。在寬度凸度中，該走勢通過磨削刀具的修圓半徑(Flugkreisradius)或直徑的相應(yīng)減小來實(shí)現(xiàn)。高度凸度的走勢由刀具的輪廓通過給基準(zhǔn)齒部疊加圓形凸度來決定。在實(shí)踐中出于經(jīng)濟(jì)原因不使用其它形狀。在錐齒輪中凸度的走勢通常由加工方法決定。尤其是在已知的擺線-準(zhǔn)漸開線-錐齒輪和為此應(yīng)用的精加工方法(HPG方法/磨削)中，凸度的走勢近似是圓弧形的。齒輪的在承受負(fù)荷、亦即傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)處于嚙合的表面被稱為承載區(qū)。由于齒和對應(yīng)齒基本上不完全處于嚙合，所以承載區(qū)的面積大小始終小于整個(gè)齒面的面積大小。承載區(qū)的當(dāng)前占多數(shù)的形狀可以用橢圓的形狀近似地描述。實(shí)際處于嚙合的區(qū)域以及在齒和所屬的對應(yīng)齒之間的通過齒面的相應(yīng)回縮部(Rucknahme)而存在的距離可通過所謂的“EASE-0FF”(齒側(cè)間隙展開圖)顯示(圖I)。在此，在小齒輪齒面和盤形齒輪齒面之間的通過凸度產(chǎn)生的距離在平坦的參考面上方被繪出。該參考面在整個(gè)齒面寬度和齒面高度上延伸。在齒側(cè)間隙展開圖中，齒面在一個(gè)接觸點(diǎn)(在細(xì)柵格中的兩條粗線的交點(diǎn))中接觸參考面。為了描述齒面的凸度走勢，在一個(gè)圖中示出附屬的曲線，在該圖中在齒寬或齒高范圍上繪出氣隙亦或凸度C。在這樣的圖中，從接觸點(diǎn)直到齒面的齒面邊緣(跟、趾、根和頂)繪出長度L。通過歸一化，對L和C的定義與絕對值無關(guān)，從而該曲線適用于所有常見的凸度和齒寬。在點(diǎn)L* (相應(yīng)齒面邊緣的長度)上，該曲線達(dá)到歸一化的凸度Cf的值(圖2)。但長度L*在此并非必須為齒寬(一般為b)的一半、亦即b/2,或者并非必須為齒高(一般為h=2*m)的一半、即h/2，因?yàn)榻佑|點(diǎn)并非必須正好位于齒中央。接觸點(diǎn)也可以偏心地位于齒面上(圖3)。由此產(chǎn)生所謂的偏移的承載區(qū)。在偏移的承載區(qū)中，圓弧朝向一個(gè)邊緣移動，從而在相同的半徑時(shí)齒面的距離在邊緣上不再相當(dāng)于凸度(圖4和5)。因此，歸一化的凸度Cf涉及在相應(yīng)齒面邊緣上修正過的齒面到未修正的齒面的實(shí)際距離，而不涉及名義上的凸度。為了說明圓弧形的“正常的”凸度，定義兩個(gè)特征。I.曲線下方的面積的值(圖6a)在正常的凸度走勢中，對于常見的標(biāo)準(zhǔn)凸度(b/500. .b/1500，或 O.003m0. . O. 006mQ)的曲線下方的面積Ab通常為總面積A_Ges=L*X(f的約33. 4%、但至少為31%。2.曲線在長度L*中央的值(圖6b)在L72處，正常凸度的函數(shù)值約為Cf的25%。最高允許的表面壓力被視為在力矩傳遞時(shí)的限制因素。在軟嚙合時(shí)該表面壓力低，從而在此借助標(biāo)準(zhǔn)加工方法低成本地制造共軛齒部。在硬嚙合時(shí)出現(xiàn)高的表面壓力。如果超過允許的極限值的表面壓力出現(xiàn)，則會發(fā)生齒損壞。為了進(jìn)一步提高力矩傳遞且達(dá)到更高的極限值，遵循不同的方案 使用承載能力更高的材料、尤其是高調(diào)質(zhì)的鋼； 進(jìn)行表面淬火； 制造具有聞表面質(zhì)量的齒面。使用高調(diào)質(zhì)的鋼由于昂貴的原材料和高的加工成本而成本密集。加工高調(diào)質(zhì)的鋼產(chǎn)品或在接下來的加工步驟中繼續(xù)加工已精煉的表面由于材料硬度是耗費(fèi)且昂貴的。同時(shí)，精煉方法在涉及傳動裝置的特殊結(jié)構(gòu)空間時(shí)在相應(yīng)要求的待傳遞的轉(zhuǎn)矩時(shí)遇到材料特定的允許的表面壓力的極限。尤其是當(dāng)前的齒面形狀并非利用齒面的最大可能的表面用來力傳遞，因?yàn)橹两裰匾臋E圓的承載區(qū)不覆蓋齒面的可能的可利用的局部區(qū)域。由于至今使用的標(biāo)準(zhǔn)加工方法無法制造出齒面的最大允許的承載區(qū)。最后，至今僅在降低噪音的方面下分析和優(yōu)化齒面輪廓的匹配。在此，利用特殊加工機(jī)械或在單件加工中來進(jìn)行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是這樣改進(jìn)開頭所述類型的錐齒輪傳動裝置的錐齒輪，使得這些錐齒輪具有更大的優(yōu)化的承載區(qū)，以便可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過下述方式來解決，即，通過非常精確的材料切除以下述方式優(yōu)化齒面的微觀形貌和因此優(yōu)化承載區(qū) 實(shí)施材料切除，使得在齒面上的端部回縮部朝向齒跟側(cè)和齒趾側(cè)減少、在齒面上帶有更大的長度和寬度的表面進(jìn)行嚙合并且因此存在增大的承載區(qū)；以及 齒面的凸度的走勢在無負(fù)荷地考慮氣隙(EASE-OFF)時(shí)在齒面剖面內(nèi)的縱剖面圖中和/或在輪廓剖面內(nèi)的輪廓剖面圖中遵循近似對數(shù)、橢圓或指數(shù)曲線形狀，該曲線形狀經(jīng)過接觸點(diǎn)。這可通過新的加工方法、優(yōu)選借助切除材料的多軸加工方法、尤其是五軸銑削方法來進(jìn)行。在此，齒面凸度的形狀可以任意修改，并且因此可以優(yōu)化。在此目標(biāo)是增大齒面的承載的總面積并且同時(shí)優(yōu)化偏移特性。因此，尤其是在硬嚙合時(shí)通過多軸銑床加工優(yōu)化的逐點(diǎn)的凸度走勢是一種新的加工方法。沿對數(shù)、橢圓或指數(shù)曲線或者上述形狀的組合的優(yōu)化凸度走勢的制造能實(shí)現(xiàn)在下述齒輪中的齒面，這些齒輪在相同的幾何基本數(shù)據(jù)且相同的材料特性值時(shí)可以傳遞更大的功率?！靶隆钡膬?yōu)化的凸度與圓弧形的“正常的”凸度通過定義曲線的下面兩個(gè)特征來區(qū)別
I.曲線下方的面積的值(圖8a)通過曲線在齒面中央更平坦的走勢，在優(yōu)化的凸度中達(dá)到比例AB/Aees = 10至30%。2.曲線在長度L*中央的值(圖8b)對于新的凸度的第二個(gè)特征，曲線在分布L*的中央、亦即在50%處的函數(shù)值為對于上極限和下極限的Cf的參考數(shù)據(jù)。對于上極限，參考值定義為由L*和Cf展開的整個(gè)矩形的面積的20%。對于下極限，參考值Cf定義為5%。這兩個(gè)邊界線如下定義
權(quán)利要求
1.用來制造尤其是用于螺旋槳舵的錐齒輪的方法，該錐齒輪的齒具有齒輪特定的宏觀幾何形狀，該錐齒輪的齒能通過齒面線和輪廓線來描述，該錐齒輪的齒面具有齒面微觀形貌以及該錐齒輪的承載區(qū)是處于嚙合的齒的接觸區(qū)域，其中，齒面的凸度相當(dāng)于齒面中央相對于齒面邊緣的加高，并且齒面的高度凸度和寬度凸度的走勢基本上是圓弧形的，其特征在于，通過非常精確的材料切除以下述方式優(yōu)化齒面的微觀形貌和因此優(yōu)化承載區(qū) 實(shí)施材料切除，使得在齒面上的端部回縮部朝向齒跟側(cè)和齒趾側(cè)減少、在齒面上帶有更大長度和寬度的表面進(jìn)行嚙合并且因此存在增大的承載區(qū)；以及 齒面凸度的走勢在無負(fù)荷地考慮氣隙(EASE-OFF)時(shí)在齒面剖面內(nèi)的縱剖面圖中和/或在輪廓剖面內(nèi)的輪廓剖面圖中遵循近似對數(shù)、橢圓和/或指數(shù)曲線形狀，該曲線形狀經(jīng)過接觸點(diǎn)。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，位于齒面剖面中的齒面輪廓將齒面剖面分為一個(gè)與齒相切的面和一個(gè)剩余面并且該剩余面的大小占總面積的10%至30%、優(yōu)選20%至28%，其中，“齒面剖面”是指下述表面，該表面在無負(fù)荷地考慮氣隙(EASE-0FF考慮)中沿齒縱向方向延伸經(jīng)過在齒和對應(yīng)齒之間的接觸點(diǎn)以及在此垂直于參考面，該參考面由對應(yīng)齒的恰好彎曲成一個(gè)平坦表面的齒面構(gòu)成。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述位于齒面剖面中的齒面輪廓將齒面剖面分為一個(gè)與齒相切的面和一個(gè)剩余面，其中，該剩余面的大小定義為在接觸點(diǎn)和齒面端部之間的整體部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在偏移的承載區(qū)中，齒面剖面的總面積由氣隙的數(shù)值和從接觸點(diǎn)直到齒面端部的距離的數(shù)值確定。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述非常精確切除的刀具、尤其是機(jī)床的銑頭的控制通過程序進(jìn)行，該程序?qū)е聦?shù)、橢圓或指數(shù)的齒面線和/或輪廓線走勢、如在接觸點(diǎn)中在縱剖面和/或輪廓剖面中的齒面線和/或輪廓線走勢。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，對于用于產(chǎn)生優(yōu)化的承載區(qū)的修正的、帶有剩余面為10%的下極限曲線如下定義
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，對于用于產(chǎn)生優(yōu)化的承載區(qū)的修正的、帶有剩余面為30%的上極限曲線如下定義
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7所述的方法，其特征在于，銑刀沿著加工曲線移動，該加工曲線與用于產(chǎn)生優(yōu)化的承載區(qū)的修正曲線疊加以及該加工曲線形成沿(對數(shù)、橢圓或指數(shù)類型的)相應(yīng)的數(shù)學(xué)修正曲線的整個(gè)齒寬和齒高的輪廓線和/或齒面線，其中，其位于上極限曲線和下極限曲線之間。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，加工兩個(gè)相接觸的齒面的銑刀沿著宏觀幾何形狀曲線移動，該宏觀幾何形狀曲線相當(dāng)于未優(yōu)化的齒形，給其疊加修正曲線，其產(chǎn)生帶有處于嚙合的齒面的優(yōu)化的氣隙的微觀幾何形狀。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在加工過程中首先通過加工機(jī)床制造齒輪的共軛齒部以及在接下來的步驟中同時(shí)在宏觀幾何形狀的區(qū)域中制造齒輪齒面的基本形狀并且在微觀幾何形狀的區(qū)域中制造對于優(yōu)化的氣隙的凸度的特殊形狀。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，承載區(qū)以這樣的方式偏移，使得滾切面的中點(diǎn)位于齒面的中點(diǎn)之外。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述承載區(qū)具有帶有倒圓的角的在最大程度上四邊形、尤其是矩形的形狀。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述帶有倒圓的角的四邊形或矩形的承載區(qū)相當(dāng)于按照至少基本上橢圓形的承載區(qū)的尺寸的嚙合尺寸。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，為了尤其是在淬火后硬精細(xì)加工錐齒輪的齒，通過在齒面上的非常精確的材料切除代替研磨接觸面，通過用四軸或更多軸方法的銑削或磨削來制造承載區(qū)的光滑的接觸面。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述齒部構(gòu)造成螺旋形齒部或弧形齒部。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法用于制造船舶動力傳動裝置、尤其是螺旋槳舵?zhèn)鲃友b置、優(yōu)選作為艇驅(qū)動裝置的水下傳動裝置。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法用于制造在功率譜為IOOkV至IOOOOkW的船舶動力傳動裝置。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，該方法用于制造錐齒輪傳動裝置的錐齒輪，這些錐齒輪沿齒面的走勢近似相當(dāng)于圓弧形、外擺線或漸開線曲線。
全文摘要
用來制造尤其是用于螺旋槳舵的錐齒輪的方法，該錐齒輪的齒具有齒輪特定的宏觀幾何形狀，該錐齒輪的齒能通過齒面線和輪廓線來描述，該錐齒輪的齒面具有齒面微觀形貌以及該錐齒輪的承載區(qū)是處于嚙合的齒的接觸區(qū)域。齒面的凸度相當(dāng)于齒面中央相對于齒面邊緣的加高，其中齒面的高度凸度和寬度凸度的走勢基本上是圓弧形的。通過非常精確的材料切除以下述方式優(yōu)化齒面的微觀形貌和因此優(yōu)化承載區(qū)第一，實(shí)施材料切除，使得在齒面上的端部回縮部朝向齒跟側(cè)和齒趾側(cè)減少、在齒面上帶有更大長度和寬度的表面進(jìn)行嚙合并且因此存在增大的承載區(qū)；第二，齒面凸度的走勢在無負(fù)荷地考慮氣隙(EASE-OFF)時(shí)在齒面剖面內(nèi)的縱剖面圖中和/或在輪廓剖面內(nèi)的輪廓剖面圖中遵循近似對數(shù)、橢圓和/或指數(shù)曲線形狀，該曲線形狀經(jīng)過接觸點(diǎn)。
文檔編號F16H55/08GK102918304SQ201180026433
公開日2013年2月6日 申請日期2011年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者M·黑爾 申請人:施奧泰爾有限公司