齒輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的制造方法
【專利摘要】在包括其中齒線相對于軸向方向扭曲預定角度的齒輪的齒輪機構(gòu)中，在所述齒輪的嚙合平面上，沿著位于接觸線不與節(jié)圓相交的嚙合位置處的接觸線的曲率半徑形成為大于沿著位于接觸線與節(jié)圓相交的嚙合位置處的接觸線的曲率半徑。
【專利說明】齒輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的制造方法
[0001]發(fā)明背景

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種通過齒的相互嚙合來傳輸動力的齒輪機構(gòu)。更具體地，本發(fā)明涉及一種設(shè)有齒輪的齒輪機構(gòu)，在所述齒輪中，齒線相對于軸向方向以預定角度扭曲，并且本發(fā)明涉及一種這種齒輪機構(gòu)的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0003]在各種機器中使用齒輪機構(gòu)來改變所傳輸?shù)膭恿Φ霓D(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動方向，或改變動力的轉(zhuǎn)速，或改變轉(zhuǎn)矩。齒輪機構(gòu)通過齒的相互嚙合來傳輸動力，所以當一個齒輪的齒與另一個齒輪的齒嚙合時或當在嚙合位置改變的同時傳輸動力時，不可避免地最終發(fā)生由于齒之間的滑移或接觸所導致的動力損失或振動和噪音。
[0004]日本專利申請公報N0.2008-275060 (JP 2008-275060 A)說明了一種齒輪，所述齒輪已經(jīng)經(jīng)受了沿著齒面的哨合接觸線的方向的鼓形修整處理(crowning processing)和對齒頂和齒根的鼓形修整處理，以校正齒廓和齒線二者，從而在傳輸轉(zhuǎn)矩時抑制通過嚙合產(chǎn)生噪音。通過以這種方式形成齒面，即使當傳輸轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)矩中有波動，也能夠抑制振動的極端振動力中的波動。結(jié)果，能夠抑制產(chǎn)生由嚙合導致的噪音。
[0005]同樣，日本專利申請公報N0.2003-184995 (JP 2003-184995 A)說明了一種齒輪，所述齒輪形成為使得節(jié)圓附近的曲率半徑或更具體地在與轉(zhuǎn)動軸線垂直的平面上的齒廓的曲率半徑小于在典型的基準齒廓的齒頂側(cè)和齒根側(cè)上的曲率半徑，并且形成沿著齒寬方向延伸貫通的空間，以便抑制與蝸輪嚙合的齒輪由于齒隙而產(chǎn)生噪音。因此，就JP2003-184995 A中所述的齒輪而言，齒面由于作用在齒面上的載荷而彈性地變形，所以齒輪的齒能夠在彈性地變形的同時與蝸輪的齒嚙合。因此，可以減小齒輪的齒隙大小，這使得能夠抑制產(chǎn)生由嚙合導致的噪音。而且，使節(jié)圓附近的曲率半徑小于齒頂和齒根的曲率半徑能夠使蝸輪和齒輪之間的接觸區(qū)域盡可能靠近節(jié)圓，所以能夠抑制由于嚙合而導致的齒的磨損。
[0006]然而，因為齒輪在改變接觸位置的同時轉(zhuǎn)動并傳輸動力，所以在齒面的接觸位置處固有地出現(xiàn)滑移。這種滑移導致摩擦損失，所述摩擦損失會導致動力傳輸效率降低或破壞齒面。因此，如在日本專利申請公報N0.2011-122617(JP 2011-122617 A)中所述的那樣，接觸部分通常用諸如油的潤滑劑潤滑。即，典型的齒輪構(gòu)造成通過對齒輪的接觸部分進行潤滑而在接觸面上形成潤滑膜，來抑制動力傳輸效率和由于接觸面的摩擦系數(shù)降低所導致的摩擦損失的降低。
[0007]如在日本專利申請公報N0.2008-275060 (JP 2008-275060 A)中所述的那樣，執(zhí)行沿著齒的嚙合接觸線的方向的鼓形修整處理使得能夠抑制當齒輪嚙合時齒輪之間的接觸變成局部接觸，并且結(jié)果能夠抑制產(chǎn)生由于嚙合而導致的噪音。然而，接觸線處的曲率半徑由于鼓形修整處理而減小，所以與曲率半徑成反比的赫茲壓力會最終增大。同樣，如在JP2003-184995 A中所述的那樣，當節(jié)圓附近的曲率半徑也減小時，赫茲壓力也會最終增大，正如JP 2008-275060 A中所述的齒輪那樣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因而，本發(fā)明提供齒輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的制造方法，所述齒輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的制造方法能夠抑制或防止由于齒面之間的滑移所導致的摩擦損失增大。
[0009]本發(fā)明的第一方面涉及一種齒輪機構(gòu)，所述齒輪機構(gòu)包括:齒輪，在所述齒輪中，齒線相對于軸向方向以預定角度扭曲，在所述齒輪的嚙合平面上，沿著位于接觸線不與節(jié)圓相交的嚙合位置處的第一接觸線的第一曲率半徑大于沿著位于接觸線與節(jié)圓相交的嚙合位置處的第二接觸線的第二曲率半徑。
[0010]在根據(jù)第一方面的齒輪機構(gòu)中，所述齒輪機構(gòu)可以包括與所述齒輪嚙合的另一個齒輪。所述第一曲率半徑和第二曲率半徑中的至少一個可以包括相對曲率半徑，所述相對曲率半徑基于沿著所述齒輪的接觸線的所述第一曲率半徑和第二曲率半徑中的至少一個和沿著所述另一個齒輪的接觸線的曲率半徑計算。
[0011]在根據(jù)第一方面的齒輪機構(gòu)中，第三曲率半徑可以大于第四曲率半徑。所述第三曲率半徑可以是沿著位于一嚙合位置處的第三接觸線的曲率半徑，在該嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比大于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。所述第四曲率半徑可以是沿著位于一嚙合位置處的第四接觸線的曲率半徑，在該嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比小于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。
[0012]在根據(jù)第一方面的齒輪機構(gòu)中，可以基于所述齒輪的齒面的狀態(tài)設(shè)定所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。
[0013]在上述齒輪機構(gòu)中，當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)或表面粗糙度較好時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比可以較大，并且當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度較差時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比可以較小。
[0014]上述齒輪機構(gòu)還可以包括與所述齒輪嚙合的另一個齒輪，并且所述第一曲率半徑、第二曲率半徑、第三曲率半徑和第四曲率半徑中的至少一個可以包括相對曲率半徑，所述相對曲率半徑基于沿著所述齒輪的接觸線的所述第一曲率半徑、第二曲率半徑、第三曲率半徑和第四曲率半徑中的至少一個和沿著所述另一個齒輪的接觸線的曲率半徑計算。
[0015]本發(fā)明的第二方面涉及一種齒輪機構(gòu)的制造方法，所述齒輪機構(gòu)包括齒輪，在所述齒輪中，齒線相對于軸向方向以預定角度扭曲。所述制造方法包括通過鍛造形成所述齒輪，在所述齒輪中，在所述齒輪的嚙合平面上，沿著位于接觸線不與節(jié)圓相交的嚙合位置處的第一接觸線的第一曲率半徑大于沿著位于接觸線與節(jié)圓相交的嚙合位置處的第二接觸線的第二曲率半徑。
[0016]在根據(jù)第二方面的制造方法中，所述齒輪機構(gòu)可以包括與所述齒輪嚙合的另一個齒輪，并且所述第一曲率半徑和第二曲率半徑中的至少一個可以包括相對曲率半徑，所述相對曲率半徑基于沿著所述齒輪的接觸線的所述第一曲率半徑和第二曲率半徑中的至少一個和沿著所述另一個齒輪的接觸線的曲率半徑計算。
[0017]在根據(jù)第二方面的制造方法中，第三曲率半徑可以形成為大于第四曲率半徑。所述第三曲率半徑可以是沿著位于一嚙合位置處的第三接觸線的曲率半徑，在該嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比大于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。所述第四曲率半徑可以是沿著位于一嚙合位置處的第四接觸線的曲率半徑，在該嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比小于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。
[0018]在上述制造方法中，可以基于所述齒輪的齒面的狀態(tài)設(shè)定所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。
[0019]在上述制造方法中，當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)或表面粗糙度較好時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比可以設(shè)定為較大，并且當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)或表面粗糙度較差時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比可以設(shè)定為較小。
[0020]在上述制造方法中，所述齒輪機構(gòu)可以包括與所述齒輪嚙合的另一個齒輪，并且所述第一曲率半徑、第二曲率半徑、第三曲率半徑和第四曲率半徑中的至少一個可以包括相對曲率半徑，所述相對曲率半徑基于沿著所述齒輪的接觸線的所述第一曲率半徑、第二曲率半徑、第三曲率半徑和第四曲率半徑中的至少一個和沿著所述另一個齒輪的接觸線的曲率半徑計算。
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面和第二方面，提供一種齒輪，在所述齒輪中，齒線相對于軸向方向以預定角度扭曲，并且在所述齒輪的嚙合平面上，沿著位于接觸線不與節(jié)圓相交的嚙合位置處的接觸線的曲率半徑形成為大于沿著位于接觸線與節(jié)圓相交的嚙合位置處的接觸線的曲率半徑。因此，能夠在曲率半徑形成為較大的位置處減小作用在齒面上的赫茲應力。而且，基于根據(jù)曲率半徑的增大而變得更長的接觸線長度，能夠減小摩擦系數(shù)。結(jié)果，即使接觸線上的滑移速度由于接觸線長度增大而增大，也可以抑制或防止摩擦損失增大，或可以減小摩擦損失。
[0022]而且，沿著位于一嚙合位置處(在該嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比大于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比)的接觸線的曲率半徑可以大于沿著位于另一嚙合位置處(在該另一嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比小于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比)的接觸線的曲率半徑。因此，能夠僅增大位于這樣的嚙合位置處的曲率半徑:在該嚙合位置處，即使接觸線長度不增大，摩擦損失也不會增大；并且結(jié)果，可以在不增加摩擦損失的情況下或在減小摩擦損失的同時減小作用在齒面上的赫茲應力。
[0023]此外，當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)或表面粗糙度較好時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比可以較大，并且當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度較差時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比可以較小，所以能夠基于表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度改變增大接觸線的位置。結(jié)果，可以在不進一步增大摩擦損失的情況下或在減小摩擦損失的同時減小作用在齒面上的赫茲應力。
[0024]而且，曲率半徑包括基于沿著一對齒輪中的每個齒輪的接觸線的曲率半徑計算的相對曲率半徑，所以可以抑制或防止摩擦損失增大，或可以減小摩擦損失，并且可以在不過度地增大每個齒輪的曲率半徑的情況下減小赫茲應力。
[0025]另外，通過鍛造制造齒輪機構(gòu)使得能夠減少用于形成齒面構(gòu)造的形成成本并減少用于加工的工時。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]下面將參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義，在這些附圖中，相同的附圖標記指示相同的元件，并且其中:
[0027]圖1A是用于示出位于沿著嚙合前進的方向(即，嚙合前進方向)的每個嚙合位置處的接觸線上的相對曲率半徑并用于示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的齒輪機構(gòu)的相對曲率半徑的視圖；
[0028]圖1B是用于示出位于沿著嚙合前進的方向(即，嚙合前進方向)的每個嚙合位置處的接觸線上的相對曲率半徑和根據(jù)相關(guān)技術(shù)的齒輪機構(gòu)的相對曲率半徑的視圖；
[0029]圖2A至圖2C是示出了圖7B至圖7D中的每個接觸線上的滑移速度的變化的視圖；
[0030]圖3是示例的圖表，在所述示例中，相對曲率半徑增大的嚙合位置根據(jù)齒面的表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度而改變；
[0031]圖4是示例的圖表，在所述示例中，根據(jù)齒輪的規(guī)格設(shè)定相對曲率半徑的上限值；
[0032]圖5是螺旋齒輪的結(jié)構(gòu)的一個示例的視圖；
[0033]圖6是齒輪的將動力從一個齒輪傳輸?shù)搅硪粋€齒輪的嚙合平面的示意圖；
[0034]圖7A是可以應用根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪機構(gòu)的螺旋齒輪的透視圖；
[0035]圖7B是沿著圖7A中的線B-B得到的截面圖；
[0036]圖7C是沿著圖7A中的線C-C得到的截面圖；
[0037]圖7D是沿著圖7A中的線D-D得到的截面圖；和
[0038]圖8是圖7A-7D中所示的齒輪的嚙合平面上的嚙合位置的視圖。

【具體實施方式】
[0039]首先，將參照圖5和圖6簡要地說明可以應用根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪機構(gòu)的齒輪的基本結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪機構(gòu)可以應用于齒輪1，例如，圖5中所示的螺旋齒輪或雙螺旋齒輪或蝸輪，其中，齒輪I的齒面2和節(jié)面3的相貫線(即齒線4)相對于軸向方向以預定角度扭曲(即，歪斜)(以下，稱為“扭角Θ”)。S卩，本發(fā)明的齒輪機構(gòu)可以應用于這樣的齒輪，即，在所述齒輪中，齒沿著中心軸線S形成為沿著圓周方向連續(xù)地扭曲。節(jié)面3是圓柱形表面，在該圓柱形表面處，傳輸動力的齒輪隨著齒輪轉(zhuǎn)動而彼此接觸。因此，當齒輪彼此接觸的位置處于節(jié)面3上時，齒面之間不出現(xiàn)滑移。而且，齒面2和垂直于轉(zhuǎn)動軸線的給定平面5的相貫線(即齒廓6)形成為漸開線，使得齒輪將不斷地嚙合并傳輸動力。即，齒廓6形成為使得齒輪的嚙合位置(即齒輪彼此嚙合的位置)在嚙合平面7上連續(xù)地改變。
[0040]嚙合平面7是這樣的平面7，即，所述平面7如圖6中所示接觸齒輪的基圓柱8和基圓柱9 二者，并且在齒輪之間與通過齒輪的轉(zhuǎn)動軸線的平面相交。驅(qū)動齒輪和從動齒輪在該嚙合平面7上嚙合。而且，在該嚙合平面7上接觸基圓柱8和基圓柱9 二者的線10，換言之，在嚙合平面7上與轉(zhuǎn)動軸線垂直的線，是嚙合線10。齒線4相對于軸向方向扭曲的齒輪I從嚙合平面7上的沿著軸向方向的一個端部部分側(cè)上的齒根側(cè)(即，齒輪齒的沿著徑向方向的內(nèi)側(cè))或齒頂側(cè)(即，齒輪齒的沿著徑向方向的外側(cè))開始嚙合，并且在沿著軸向方向朝向齒頂側(cè)或齒根側(cè)改變哨合位置的同時傳輸動力。在以下說明中，哨合位置改變所沿著的方向?qū)⒎Q為“嚙合前進方向”。
[0041]而且，就齒輪機構(gòu)而言，為了使一對齒輪彼此嚙合并傳輸動力，每個齒輪的齒面在傳輸動力時都彈性地變形，從而變成大致橢圓形的接觸面。這是因為齒面2沿著齒線方向的曲率不同于齒面2沿著與該齒線方向垂直的方向的曲率。如果齒面2沿著齒線方向的曲率等于齒面2沿著與齒線方向垂直的方向的曲率，則接觸面將是圓形的。而且，其中齒線4相對于軸向方向以預定角度扭曲的齒輪I在橢圓形的接觸面的長軸相對于哨合前進方向以預定角度傾斜的狀態(tài)下接觸另一個齒輪。在以下說明中，接觸面的長軸將稱為“接觸線”。而且，就螺旋齒輪而言，相鄰的齒在同一個嚙合平面7上同時接觸。
[0042]這里，將說明由于在齒輪傳輸動力時齒輪的齒面之間的滑移導致的摩擦損失W和作用在每個齒面的接觸面上的壓力(即赫茲應力(Hertzian stress) σ )。作用在齒輪I的齒面2上的摩擦損失W是基于接觸線上的滑移的滑移速度AV而出現(xiàn)的摩擦損失，所述滑移在一個齒輪的齒面和與該一個齒輪哨合且傳輸動力的另一個齒輪的齒面之間發(fā)生。而且，滑移速度AV根據(jù)從節(jié)圓P到接觸位置的距離而改變，所述節(jié)圓P是節(jié)面3和與轉(zhuǎn)動軸線垂直的平面5的相貫線。因此，就其中齒線4相對于軸向方向以預定角度扭曲的齒輪而言，任何接觸線的位置定位成遠離節(jié)圓P，所以在每個接觸位置均發(fā)生滑移，并且因而出現(xiàn)摩擦損失W。摩擦損失W可以通過將齒面的摩擦系數(shù)μ乘以一個累積值而得到，所述累積值是通過將滑移速度AV的絕對值乘以作用在齒面上的載荷P而得到的值，其中所述滑移速度AV的絕對值可以從一個齒輪的速度VI和另一個齒輪的速度V2之間的差計算得出。以下示出了用于計算摩擦損失W的表達式。
[0043]W = μ Σ F I AV卜.(I)
[0044]而且，作用在齒輪I的齒面2上的赫茲應力σ與接觸位置的曲率半徑成反比地變化，或更具體地，與沿著相互嚙合的齒輪的齒面的接觸線的方向的相對曲率半徑P成反比地變化。如果過大的赫茲應力σ作用在齒面2上，則可能會損壞齒面2。相對曲率半徑P可以根據(jù)以下表達式得到。
[0045]P = ( P I X P 2) /( P 1+ P 2)…(2)
[0046]表達式(2)中的術(shù)語P I是兩個相互嚙合的齒輪中的一個的齒面的接觸線上的曲率半徑，術(shù)語P 2是相互嚙合的齒輪中的另一個的齒面的接觸線上的曲率半徑。
[0047]如上所述，赫茲應力σ與相對曲率半徑P成反比，所以能夠通過增大相對曲率半徑P來減小作用在齒面2上的赫茲應力σ。即，能夠通過增大相互嚙合的齒輪的齒面的曲率半徑P I和P 2中的一個或二者來減小作用在齒面2上的赫茲應力O。另一方面，如果齒面2的曲率半徑Pl和Ρ2增大，則接觸線的長度2a將變得更長，所以摩擦損失W將最終由于滑移速度I AVl根據(jù)接觸位置的增大而增大。
[0048]本發(fā)明的發(fā)明人的大量研究的結(jié)果表明當作用在接觸線上的載荷N增大時，齒輪I的接觸面的摩擦系數(shù)μ增大，并且當接觸線的長度2a增大時，齒輪I的接觸面的摩擦系數(shù)μ減小。換言之，顯而易見的是當接觸線上的每單位長度的載荷(N/2a)減小時，摩擦系數(shù)μ減小。就螺旋齒輪而言，作用在接觸線上的載荷N是作用在嚙合平面7上的多個嚙合的齒中的一個齒上的載荷，即，作用在一個接觸線上的載荷。因此，根據(jù)本發(fā)明的齒輪機構(gòu)構(gòu)造成增大在一接觸位置處的相對曲率半徑P，在所述接觸位置處，摩擦損失W由于滑移速度I AVl的累積值Σ I AVl增大(由接觸線的長度2a增大所導致)而最終增大的百分比小于摩擦損失W由于摩擦系數(shù)μ的減小(由接觸線的長度2a增大所導致)而減小的百分比。
[0049]這里，將使用圖7A中所示的螺旋齒輪I作為示例詳細地說明本發(fā)明的齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)的一個示例。圖7A中所示的螺旋齒輪I形成為如由圖7A中的箭頭所示的那樣從一個端部部分側(cè)的齒根側(cè)開始嚙合，并且在嚙合位置變化到另一個端部部分側(cè)的齒頂側(cè)的同時傳輸動力。即，圖7A中的箭頭指向上述嚙合前進方向。圖8是該齒輪的嚙合平面7的視圖。圖8中的水平軸線表示齒線方向，并且豎直軸線表示嚙合線的方向。在豎直軸線以下的側(cè)是齒根側(cè)，并且在豎直軸線以上的側(cè)是齒頂側(cè)。而且，圖8中的實線表示接觸線，虛線表示嚙合區(qū)域，雙點劃線表示節(jié)圓P，并且箭頭指示嚙合前進方向。如圖8中所示,接觸線相對于嚙合前進方向和節(jié)圓P成預定角度。通過沿著嚙合前進方向連續(xù)地改變的接觸線傳輸動力。即，在圖8中所示的示例中，嚙合從齒根側(cè)開始。當齒輪以這種方式在齒根側(cè)上嚙合時，接觸線不與節(jié)圓P相交。當齒輪轉(zhuǎn)動并且嚙合位置沿著齒線方向移動到中心部分時，接觸線與節(jié)圓P相交并且傳輸動力。當齒輪進一步轉(zhuǎn)動并且嚙合位置移動到齒頂側(cè)時，在接觸線不與節(jié)圓P相交的情況下傳輸動力。
[0050]圖2A至圖2C是示出了圖8中的每個嚙合位置的接觸線上的滑移速度I AV|的變化的視圖。圖2A至圖2C中的水平軸線表示在接觸線處的從齒根側(cè)到齒頂側(cè)的方向，并且豎直軸線表示滑移速度I AV|。而且，圖2Α和圖2C是在接觸線不與節(jié)圓P相交的情況下發(fā)生(齒輪之間的)接觸的狀態(tài)的視圖。即，圖2Α是僅在節(jié)圓P的齒根側(cè)上接觸的狀態(tài)的視圖。圖2C是僅在節(jié)圓P的齒頂側(cè)上接觸的狀態(tài)的視圖。圖2Β是在接觸線與節(jié)圓P相交的情況下發(fā)生(齒輪之間的)接觸的狀態(tài)的視圖，即，圖2Β是在節(jié)圓P的齒頂側(cè)和齒根側(cè)二者上發(fā)生接觸的狀態(tài)的視圖。因此，在齒輪在沿著圖7Α和圖8中的線B-B的接觸線上嚙合的狀態(tài)下，如圖2Α中所示在節(jié)圓P附近的側(cè)上的接觸線的端部部分處的滑移速度I AVl (即，齒輪在齒頂側(cè)上彼此接觸的位置處的滑移速度I Λ V|)，小于在遠離節(jié)圓P的側(cè)上的端部部分上的滑移速度I AVl (即，小于在齒輪在齒根側(cè)上彼此接觸的位置處的滑移速度I AV|)。而且，當齒輪在沿著圖7Α和圖8中的線C-C的接觸線上嚙合時，如圖2Β中所示，滑移速度
AVl在節(jié)圓P上變成0(零)，并且滑移速度I AVl遠離該節(jié)圓P進一步增大。此外，當齒輪在沿著圖7Α和圖8中的線D-D的接觸線上嚙合時，如圖2C中所示的在節(jié)圓P附近的側(cè)上的接觸線的端部部分處的滑移速度I AVl (即，在齒輪在齒根側(cè)上彼此接觸的位置處的滑移速度I Λ V|)，小于在遠離節(jié)圓P的側(cè)上的端部部分上的滑移速度I AVl (即，小于在齒輪在齒頂側(cè)上彼此接觸的位置處的滑移速度I AV|)。
[0051]因此，齒輪在接觸線上嚙合時的摩擦損失W與圖2Α至圖2C中所示的滑移速度AVl的累積值成比例，所以通過增大接觸線的長度2a，當齒輪彼此接觸時在接觸線的兩個端部部分處的滑移速度I AVl最終增大，如圖2B中所示。結(jié)果，摩擦損失W由于滑移速度I AVl的累積值增大而增大的百分比變得大于摩擦損失W由于摩擦系數(shù)μ減小而減小的百分比，因此，不能在接觸線與節(jié)圓P相交的嚙合位置處增大相對曲率半徑P。
[0052]而且，如圖2Α和2C中所示，當齒面在接觸線不與節(jié)圓P相交的位置處接觸時，通過增大接觸線的長度2a，遠離節(jié)圓P的接觸線的側(cè)上的滑移速度I AVl增大，并且節(jié)圓P附近的接觸線的側(cè)上的滑移速度I AVl減小。因此，摩擦損失W由于滑移速度I AVl的累積值增大而增大的百分比變得小于摩擦損失W由于摩擦系數(shù)μ減小而減小的百分比。換言之，相對于摩擦損失W由于滑移速度I AVl的累積值增大而增大的百分比，摩擦損失W由于摩擦系數(shù)μ減小而減小的百分比增大。因此，在接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置處，沿著接觸線的方向增大相對曲率半徑P。因而，沿著線c-c得到的橫截面處的齒面構(gòu)造是如圖7C中所示的曲率半徑較小的大致弧形形狀，而沿著線D-D得到的橫截面處的齒面構(gòu)造是如圖7D中所示的曲率半徑較大的大致線性的。
[0053]而且，圖1A和圖1B是位于沿著嚙合前進方向的每個嚙合位置處的接觸線上的相對曲率半徑P的視圖，其中，圖1A是根據(jù)本發(fā)明的齒輪機構(gòu)的相對曲率半徑P的視圖，而圖1B是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的齒輪機構(gòu)的相對曲率半徑P的視圖。圖1A和圖1B中的水平軸線表示嚙合前進方向，并且豎直軸線表示相對曲率半徑P。如圖1A和圖1B中所示，位于根據(jù)相關(guān)技術(shù)的齒輪機構(gòu)的接觸線與節(jié)圓P相交的嚙合位置處的相對曲率半徑P等于位于本發(fā)明的齒輪機構(gòu)的接觸線與節(jié)圓P相交的嚙合位置處的相對曲率半徑P。然而，對于接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的齒輪機構(gòu)形成為使得相對曲率半徑P沿著嚙合前進方向朝向兩個端部部分減小，而根據(jù)本發(fā)明的齒輪機構(gòu)形成為使得相對曲率半徑P沿著嚙合前進方向朝向兩個端部部分增大。
[0054]因此，就根據(jù)相關(guān)技術(shù)的齒輪機構(gòu)而言，在接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置的赫茲應力σ最終增大。然而，通過增大一嚙合位置(在該嚙合位置，如上所述，即使接觸線的長度2a增大，摩擦損失W也不會增大)處的相對曲率半徑P，即，通過增大接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置處的相對曲率半徑P，能夠在不增大摩擦損失W的情況下或在減小摩擦損失W的同時，減小作用在齒面上的赫茲應力σ。
[0055]在圖1中，齒輪機構(gòu)形成為使得相對曲率半徑P沿著嚙合前進方向朝向兩個端部部分成比例地增大。然而，根據(jù)本發(fā)明的齒輪機構(gòu)還可以形成為使得接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置處的相對曲率半徑P以拋物線形狀增大。換言之，本發(fā)明的齒輪機構(gòu)僅需要形成為使得相對曲率半徑P增大。
[0056]而且，本發(fā)明的發(fā)明人大量研究的結(jié)果表明摩擦系數(shù)μ由于接觸線的長度2a的改變而改變的百分比根據(jù)嚙合位置處的齒面的狀態(tài)改變，所述齒面的狀態(tài)例如是齒面的表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度。即，顯而易見的是當齒面的表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度中的至少一個改進時，摩擦系數(shù)μ減小的百分比相對于隨著接觸線的長度2a的增大而增大的百分比增大。因此，當表面結(jié)構(gòu)或表面粗糙度較好時，即使在接觸線與節(jié)圓P相交的嚙合位置處，摩擦損失W由于摩擦系數(shù)μ的減小而減小的百分比可以大于摩擦損失W由于接觸線的長度2a的增大而增大的百分比。相反地，當表面結(jié)構(gòu)或表面粗糙度較差時，即使在接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置處，摩擦損失W由于摩擦系數(shù)μ的減小而減小的百分比可以小于摩擦損失W由于接觸線的長度2a的增大而增大的百分比。因此，根據(jù)本發(fā)明的齒輪機構(gòu)形成為使得相對曲率半徑P增大的嚙合位置基于齒面狀態(tài)(例如表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度)沿著嚙合前進方向改變。
[0057]更具體地，如圖3中所示，當表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度較好時，嚙合位置從位于接觸線與節(jié)圓P相交的嚙合位置和接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置之間的邊界位置b朝向接觸線與節(jié)圓P相交的嚙合位置所在的側(cè)改變。而且，當表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度較差時，嚙合位置從該邊界位置b朝向接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置所在的側(cè)改變。更具體地，當表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度較好時，增大接觸線的長度2a的嚙合位置朝向接觸線與節(jié)圓P相交的嚙合位置所在的側(cè)改變，直到這樣的嚙合位置:在該嚙合位置，由于考慮了表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度的摩擦系數(shù)μ減小而使摩擦損失W減小的百分比變得大于由于接觸線的長度2a的增大而使摩擦損失W增大的百分比。即，增大接觸線的長度2a的嚙合位置在圖3中從點b改變到點tl。相反地，當表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度較差時，增大接觸線的長度2a的嚙合位置朝向具有接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置的側(cè)改變，直到這樣的嚙合位置:在該嚙合位置，由于考慮了表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度的摩擦系數(shù)μ的減小而使摩擦損失W減小的百分比變得大于由于接觸線的長度2a的增大而使摩擦損失W增大的百分比。即，增大接觸線的長度2a的嚙合位置在圖3中從點b改變到點t2。
[0058]以這種方式根據(jù)表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度改變增大接觸線的長度2a的嚙合位置，能夠在不增大摩擦損失W的情況下或在減小摩擦損失W的同時進一步減小作用在齒面2上的赫茲應力σ。
[0059]然而，如果對齒輪I的齒寬有安裝限制，則相對曲率半徑P可能不能沿著整個嚙合區(qū)域增大。因此，對于根據(jù)本發(fā)明的齒輪機構(gòu)，通過以下方式設(shè)定形狀:基于齒輪I的規(guī)格(例如齒輪I的齒寬和扭角Θ)設(shè)定相對曲率半徑P沿著嚙合前進方向的變化率，然后，根據(jù)相對曲率半徑P的這個變化率反算(back-calculating)為了減小摩擦損失W而可以使相對曲率半徑P增大到的上限值。圖4是示出了當通過反算相對曲率半徑P的上限值而形成齒輪機構(gòu)時相對曲率半徑P沿著嚙合前進方向的變化的視圖。如圖4中所示，沿著嚙合前進方向的兩個端部部分形成為使得相對曲率半徑P是0(零)，然后相對曲率半徑P從兩個端部部分朝向中心部分增大。根據(jù)齒輪的規(guī)格I設(shè)定相對曲率半徑P的上限值和相對曲率半徑P從兩個端部部分朝向中心部分增大的變化率。此外，沿著嚙合前進方向在兩個端部部分側(cè)上的相對曲率半徑P從這樣的嚙合位置增大:在該嚙合位置處，摩擦損失W由于滑移速度I AVl的增大(由接觸線的長度2a增大所導致)而增大的百分比與摩擦損失W由于摩擦系數(shù)μ的減小(由接觸線的長度2a增大所導致)而減小的百分比相匹配。
[0060]基于齒輪I的規(guī)格(例如齒寬和扭角Θ )設(shè)定相對曲率半徑P的上限值，然后以這種方式設(shè)定接觸線上的相對曲率半徑P，能夠在不增大摩擦損失W的情況下或在減小摩擦損失W的同時減小作用在齒面2上的赫茲應力σ，并且同時保持齒輪I的可安裝性。
[0061]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的齒輪機構(gòu)僅需要形成為使得在嚙合平面7上的接觸線不與節(jié)圓P相交的嚙合位置處的相對曲率半徑P大于在接觸線與節(jié)圓P相交的嚙合位置處的相對曲率半徑P即可。因此，齒輪機構(gòu)可以構(gòu)造成使得通過增大相互嚙合的齒輪的曲率半徑P I或P 2中的一個來增大相對曲率半徑P，或者齒輪機構(gòu)可以構(gòu)造成使得通過增大相互嚙合的齒輪的曲率半徑P I和P 2 二者來增大相對曲率半徑P。特別地，將齒輪機構(gòu)構(gòu)造成使得通過增大相互嚙合的齒輪的曲率半徑P I和P 2 二者來增大相對曲率半徑P，能夠在不過度增大齒輪的曲率半徑P I和P 2的情況下增大相對曲率半徑P，所以優(yōu)選的是增大齒輪的曲率半徑P I和P 2 二者。而且，齒輪機構(gòu)還可以應用于形成為使得嚙合位置沿著軸向方向從齒頂側(cè)改變到齒根側(cè)的齒輪。
[0062]而且,通常通過使用齒條工具的滾統(tǒng)切割處理(generat1n cutting process)形成齒廓為漸開線的齒輪，但是按照上述方式形成的齒輪I形成有沿著接觸線的方向變化的曲率半徑。因此，當通過滾銑切割處理形成齒輪I時，二次處理是必要的，或齒條工具的調(diào)節(jié)等是困難的，這最終會增加用于加工的工時數(shù)并且增加形成成本。因而，通過鍛造方法形成根據(jù)本發(fā)明的齒輪機構(gòu)，所述鍛造方法是借助模具等通過施加壓力來利用塑性流動金屬材料形成齒輪機構(gòu)。
[0063]此外，例如，就上述齒輪I而言，可以通過三維測量儀等測量齒面構(gòu)造，并且可以基于這個測量值分析或計算接觸線和該接觸線上的曲率半徑。在這種情況下，優(yōu)選地，基于在日本工業(yè)標準(JIS B1702-1或JIS B1702-2)中規(guī)定的可接受值來測量齒面構(gòu)造。日本工業(yè)標準(JIS B1702-1或JIS B1702-2)對應于國際標準化組織的規(guī)則(ISO 1328-1或ISO 1328-2)。
【權(quán)利要求】
1.一種齒輪機構(gòu)，所述齒輪機構(gòu)包括: 齒輪，在所述齒輪中，齒線相對于軸向方向以預定角度扭曲，在所述齒輪的嚙合平面上，沿著位于接觸線不與節(jié)圓相交的嚙合位置處的第一接觸線的第一曲率半徑大于沿著位于接觸線與節(jié)圓相交的嚙合位置處的第二接觸線的第二曲率半徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪機構(gòu)，所述齒輪機構(gòu)還包括與所述齒輪嚙合的另一個齒輪， 其中，所述第一曲率半徑和第二曲率半徑中的至少一個包括相對曲率半徑，所述相對曲率半徑基于沿著所述齒輪的接觸線的所述第一曲率半徑和第二曲率半徑中的至少一個和沿著所述另一個齒輪的接觸線的曲率半徑計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪機構(gòu)，其中，第三曲率半徑大于第四曲率半徑， 所述第三曲率半徑是沿著位于一嚙合位置處的第三接觸線的曲率半徑，在該嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比大于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比；并且 所述第四曲率半徑是沿著位于一嚙合位置處的第四接觸線的曲率半徑，在該嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比小于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的齒輪機構(gòu)，其中，基于所述齒輪的齒面的狀態(tài)設(shè)定所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的齒輪機構(gòu)，其中，當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)或表面粗糙度較好時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比較大；當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度較差時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比較小。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的齒輪機構(gòu)，其中，所述齒輪機構(gòu)還包括與所述齒輪嚙合的另一個齒輪， 其中，所述第一曲率半徑、第二曲率半徑、第三曲率半徑和第四曲率半徑中的至少一個包括相對曲率半徑，所述相對曲率半徑基于沿著所述齒輪的接觸線的所述第一曲率半徑、第二曲率半徑、第三曲率半徑和第四曲率半徑中的至少一個和沿著所述另一個齒輪的接觸線的曲率半徑計算。
7.一種齒輪機構(gòu)的制造方法，所述齒輪機構(gòu)包括齒輪，在所述齒輪中，齒線相對于軸向方向以預定角度扭曲，所述制造方法包括通過鍛造形成所述齒輪，在所述齒輪中，在所述齒輪的嚙合平面上，沿著位于接觸線不與節(jié)圓相交的嚙合位置處的第一接觸線的第一曲率半徑大于沿著位于接觸線與節(jié)圓相交的嚙合位置處的第二接觸線的第二曲率半徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，所述齒輪機構(gòu)包括與所述齒輪嚙合的另一個齒輪，并且 所述第一曲率半徑和第二曲率半徑中的至少一個包括相對曲率半徑，所述相對曲率半徑基于沿著所述齒輪的接觸線的所述第一曲率半徑和第二曲率半徑中的至少一個和沿著所述另一個齒輪的接觸線的曲率半徑計算。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，第三曲率半徑被形成為大于第四曲率半徑， 所述第三曲率半徑是沿著位于一嚙合位置處的第三接觸線的曲率半徑，在該嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比大于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比；并且 所述第四曲率半徑是沿著位于一嚙合位置處的第四接觸線的曲率半徑，在該嚙合位置處，接觸線上的滑移速度的累積值由于接觸線的延長而增大的百分比小于摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其中，基于所述齒輪的齒面的狀態(tài)設(shè)定所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其中，當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)或表面粗糙度較好時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比被設(shè)定為較大；當所述齒輪的齒面的表面結(jié)構(gòu)或表面粗糙度較差時，所述摩擦系數(shù)由于接觸線的延長而減小的百分比被設(shè)定為較小。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項所述的制造方法，其中，所述齒輪機構(gòu)還包括與所述齒輪嚙合的另一個齒輪，并且 所述第一曲率半徑、第二曲率半徑、第三曲率半徑和第四曲率半徑中的至少一個包括相對曲率半徑，所述相對曲率半徑基于沿著所述齒輪的接觸線的所述第一曲率半徑、第二曲率半徑、第三曲率半徑和第四曲率半徑中的至少一個和沿著所述另一個齒輪的接觸線的曲率半徑計算。
【文檔編號】F16H55/08GK104204617SQ201380013768
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月19日
【發(fā)明者】岡本大典 申請人:豐田自動車株式會社