專利名稱：一種曲齒錐齒輪副的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域用的傳動(dòng)副，尤其適用于傳遞兩相交回轉(zhuǎn)軸載荷的曲齒錐齒轉(zhuǎn)副。
目前世界各國(guó)用齒條形刀具和展成法來(lái)加工工業(yè)用曲齒錐齒輪齒形制有近十種，經(jīng)過(guò)競(jìng)爭(zhēng)而生存下來(lái)并占有國(guó)際市場(chǎng)的齒形制不過(guò)4～5種，這就是1、美國(guó)格利森工廠的Gleason齒形制；2、瑞士奧利康工廠的Oerlikon齒形制；3、德國(guó)克林貝格工廠的Klingelnerg齒形制；4、原蘇聯(lián)Знимс齒形制；5、俄羅斯薩拉托夫工廠的Captov齒形制。
還有一些國(guó)家和設(shè)計(jì)單位，在參考上述齒形制的基礎(chǔ)上，對(duì)某些參數(shù)稍有改動(dòng)，但仍屬大同小異。
但上述這些齒形制，毫無(wú)例外地采用了標(biāo)準(zhǔn)錐距R。的曲齒錐齒輪，即R0＝0.5d2/sind′2……(1)式中d2—大錐齒輪分度圓(等于節(jié)圓)直徑d′2—大錐齒輪節(jié)圓錐(半)角標(biāo)準(zhǔn)錐距曲齒錐齒輪副的當(dāng)量齒輪副具有標(biāo)準(zhǔn)中心距aov，設(shè)當(dāng)量齒輪的分度圓(亦即節(jié)圓，因?yàn)榇藭r(shí)兩圓重合)半徑為rv1與rv2，則有aov＝rv1+rv2……(2)采用標(biāo)準(zhǔn)中心距的當(dāng)量齒輪副，其優(yōu)點(diǎn)是軸交角∑不改變(參閱
圖1)，且在變位設(shè)計(jì)上采用零傳動(dòng)。設(shè)小齒輪與大齒輪的變位系數(shù)為X1與X2，則其和為X∑＝X1+X2＝0 ……(3)采用標(biāo)準(zhǔn)中心距的當(dāng)量齒輪副的缺點(diǎn)是傳動(dòng)嚙合性能受到限制，例如綜合強(qiáng)度較低，體積較大(例格里森制規(guī)定齒數(shù)和Z1+Z2≥40～50)、噪聲較高(受重合度限制，例如β＞30°時(shí)，點(diǎn)重合度εr＜3)、齒數(shù)比不能過(guò)大，U≤10等。這些缺點(diǎn)只有采用變中心距當(dāng)量齒輪副才能消除。但是變中心距當(dāng)量齒輪副會(huì)引起軸交角的改變(參閱圖2)。因此列為禁區(qū)，不受用戶歡迎，這就是目前世界各國(guó)不采用變中心距當(dāng)量齒輪副的原因。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)出高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命、體積小、噪聲低，且用現(xiàn)有的切齒設(shè)備就能制造的一種曲齒錐齒輪副。
本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案來(lái)達(dá)到一種曲齒錐齒輪副，采用變錐距及徑向變位和切向變位原理設(shè)計(jì)與制造，其特征是在軸交角∑不變條件下，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)圓錐錐距R0改變?yōu)镽，R＝R0+ΔR，相應(yīng)的大端面當(dāng)量齒輪中心距aov變?yōu)閍v，av＝aov+Δa式中，R0＝0.5d2/sind′2aov＝rv1+rv2＝mZvmΔa＝(tgd′1+tgd′2)·ΔR≠0此時(shí)當(dāng)量齒輪變成變中距齒輪，當(dāng)Δa＞0時(shí)，中心距變長(zhǎng)，成為長(zhǎng)中心距齒輪Δa＜0時(shí)，中心距變短，成為短中心距齒輪。
本發(fā)明的目的還可以由以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)前述的變錐距曲齒錐齒輪副，節(jié)圓錐與分度圓錐(即切齒圓錐)兩錐分離，分離后兩錐尺寸有所不同，且當(dāng)量齒輪節(jié)錐半徑r′與其分度錐半徑r成比例KK=rv1′rv1=rv2′rv2=avaov≠1]]>前述的齒輪副，齒頂高h(yuǎn)由小齒輪與大齒輪的徑向變位系數(shù)X1與X2來(lái)確定ha1，2＝(ha*+X1，2)·m當(dāng)X1，2＞0、ha1，2＞標(biāo)準(zhǔn)齒頂高h(yuǎn)a*m時(shí)，為長(zhǎng)齒頂高。
當(dāng)X1，2＜0、ha1，2＜標(biāo)準(zhǔn)齒頂高h(yuǎn)a*m時(shí)，為短齒頂高，此時(shí)相應(yīng)地有三類四種組合形式1)長(zhǎng)--長(zhǎng)齒頂高，X1＞X2＞0，正傳動(dòng)設(shè)計(jì)X1+X2≥0，2)長(zhǎng)--短齒頂高，X1＞0＞X2，正傳動(dòng)設(shè)計(jì)X1+X2＞0，3)長(zhǎng)--短齒頂高，X1＞0＞X2，負(fù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)X1+X2＜0，4)短--短齒頂高，X2＜X1＜0，負(fù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)X1+X2＜0。
前述的齒輪副，變中心距端面當(dāng)量齒輪的節(jié)圓壓力角α′與分度圓壓力角α不相等，其漸開(kāi)線函數(shù)之差為Δinvα＝invα′-invα＝Xbtgα/Zvm≠0前述的齒輪副，其制齒工藝是用直刃齒條形刀具和展成法在現(xiàn)有的加工標(biāo)準(zhǔn)錐距的曲齒錐齒輪機(jī)床上加工完成。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于在保持軸交角∑不變條件下，采用變錐距以構(gòu)成變中心距當(dāng)量齒輪副，通過(guò)四個(gè)變位系數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)制造的新型錐齒輪副具有高強(qiáng)度，長(zhǎng)壽命、體積小、噪聲低、大傳動(dòng)比和不增加工設(shè)備投資等明顯優(yōu)點(diǎn)。
說(shuō)明書(shū)附圖圖1標(biāo)準(zhǔn)錐距錐齒輪及其端面當(dāng)量齒輪副示意圖。
圖2標(biāo)準(zhǔn)錐距錐齒輪在變中心距后引起軸交角∑改變的示意圖。
圖3變錐距錐齒輪及其端面當(dāng)量變中心距齒輪副，中心距加大圖。
圖4變錐距錐齒輪及其端面當(dāng)量變中心距齒輪副，中心距縮小圖。
圖5徑向變位封閉圖。
圖6切向變位封閉圖。
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案作進(jìn)一步的說(shuō)明從圖3和圖4中可以看出，在軸交角不變的條件下，改變錐距，使曲齒錐齒輪的錐距由標(biāo)準(zhǔn)值R0改變?yōu)镽，設(shè)改變量為ΔR，則有R＝R0+ΔR……(4)式中，R0＝0.5d2/sind′2d2—大錐齒輪分度圓(標(biāo)準(zhǔn)R0分度圓等于節(jié)圓)直徑d′2—大錐齒輪節(jié)圓錐半角相應(yīng)的大端面當(dāng)量齒輪副中心距由標(biāo)準(zhǔn)的aov改變?yōu)閍v，改變?yōu)棣，則有
av＝aov+Δa……(5)式中，aov＝rv1+rv2＝mZvmΔa＝(tgδ′+tgδ′2)·ΔR≠0m—大端面當(dāng)量齒輪端面模數(shù)，或用徑節(jié)P＝25.4/m表示Zvm—當(dāng)量齒輪平均齒數(shù)，即Zvm＝0.5(Zv1+Zv2)，rv1、rv2—為小當(dāng)量齒輪、大當(dāng)量齒輪分度圓半徑。
Zv1、Zv2—為小當(dāng)量齒輪、大當(dāng)量齒輪齒數(shù)，δ′1、δ′2—為小當(dāng)量齒輪、大當(dāng)量齒輪節(jié)圓錐半角，此時(shí)，當(dāng)量齒輪已改變成變中心距齒輪。當(dāng)Δa＞0時(shí)，中心距變長(zhǎng)(外擴(kuò))，成為長(zhǎng)中心距齒輪，如圖3所示。
Δa＜0時(shí)，中心距變短(內(nèi)縮)，成為短中心距齒輪，如圖4所示。
在圖3中，
為標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量齒輪中心距，當(dāng)沿錐距OP。向外(遠(yuǎn)離錐頂O)延長(zhǎng)一段符
后，形成的擴(kuò)大當(dāng)量齒輪副的中心距為
，過(guò)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量齒輪大端嚙合節(jié)點(diǎn)P0向外作兩回轉(zhuǎn)軸線OO01與OO02的平行線，與擴(kuò)大后的中心距線
分別相交于Q1、與Q2點(diǎn)，則有Δa＝Q1Q2＝(tgδ′1+tgδ′2)·ΔR＞0……(6)連OQ1與OQ2，則有∠O1OQ1＝小齒輪分度錐角δ1＜δ′1，∠O2OQ2＝大齒輪分度錐角δ2＜δ′2同理，對(duì)于如圖4所示齒輪副，得縮小中心距的當(dāng)量齒輪副，其中心距改變量(縮小量)為；Δa=Q1Q2‾=(tgδ′1+tgδ′2)·R<0······(7)]]>對(duì)于等高齒(見(jiàn)圖3)，過(guò)Q1、Q2作與OP0的平行線，交軸線于O′1、O′2，則∠Q1O′1O1與∠Q2O′2O2為小齒輪與大齒輪分度錐(半)角δ1、δ2，且δ1＝δ′1、δ2＝δ′2當(dāng)曲齒錐齒輪的錐距改變(外擴(kuò)或內(nèi)縮)后，形成了變中心距齒輪副，此時(shí)的節(jié)錐與分度錐已分離，分離后兩錐尺寸有所不同，構(gòu)成兩套錐齒輪的尺寸，這就區(qū)別于不變錐距構(gòu)成的不變中心距的當(dāng)量齒輪的特征—節(jié)錐與分度錐重合。設(shè)兩套不同尺寸的當(dāng)量齒輪半徑為節(jié)錐半徑rv′和分度錐半徑rv，它們的比值為K，則有K=rv1′rv1=rv2′rv2=RR-ΔR=avaov≠1······(8)]]>由av＝aov+Δa，則有Δa＝(K-1)aov……(9)設(shè)變中心距當(dāng)量齒輪副的徑向變位系數(shù)為X1與X2，其和X∑＝X1+X2，當(dāng)量齒輪副的中心距改變量Y=Δam=XΣ-δ······(10)]]>式中，δ—齒頂高變動(dòng)系數(shù)，具值＜X∑/10，用于修正齒全高，使配對(duì)當(dāng)量齒輪作理論上的無(wú)側(cè)隙嚙合。
當(dāng)X∑＞0時(shí)，Δa＞0(長(zhǎng)中心距當(dāng)量齒輪)，稱正傳動(dòng)設(shè)計(jì)，當(dāng)X∑＜0時(shí)，Δa＜0(短中心距當(dāng)量齒輪)，稱負(fù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)。
從這里可以看出，當(dāng)X∑＝0時(shí)，Δa＝0(不變中心距當(dāng)量齒輪)，ΔR＝0稱為零傳動(dòng)設(shè)計(jì)，所有世界各國(guó)工業(yè)用曲齒錐齒輪制，均采用這種零傳動(dòng)設(shè)計(jì)。因此，從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)各國(guó)現(xiàn)用齒形制，可以看作是本發(fā)明的一種特例(邊界條件)。
此外由徑向變位系數(shù)X1與X2，確定了當(dāng)量齒輪的齒頂高h(yuǎn)a1，2，即ha1，2＝(ha*+X1，2)·m……(11)齒頂高系數(shù)ha*可從設(shè)計(jì)手冊(cè)中查表獲得。
當(dāng)X1，2＞0時(shí)，ha1，2＞ha*·m(標(biāo)準(zhǔn)齒頂高)稱為長(zhǎng)齒頂高當(dāng)X1，2＜0時(shí)，ha1，2＜ha*·m稱為短齒頂高相應(yīng)地有三類四種組合形式<
>
表1
下面說(shuō)明驅(qū)動(dòng)用液晶盒、補(bǔ)償膜和偏光片的配置。
對(duì)于驅(qū)動(dòng)用液晶盒，使用1片或幾片補(bǔ)償膜，優(yōu)先選擇使用1片或2片補(bǔ)償膜，最好是使用2片補(bǔ)償膜。從成本角度考慮，使用1片為宜，從顯示特性角度考慮，使用2片較為適宜。使用3片以上時(shí)，從成本考慮是不利的。另外，補(bǔ)償薄膜夾持在驅(qū)動(dòng)用液晶盒與偏光片之間設(shè)置。
首先說(shuō)明使用1片補(bǔ)償膜的情況。補(bǔ)償膜配置在偏光片與驅(qū)動(dòng)用液晶盒之間、在該液晶盒的上側(cè)或下側(cè)。應(yīng)使補(bǔ)償膜的偽進(jìn)相軸和驅(qū)動(dòng)用液晶盒的靠近補(bǔ)償膜的一側(cè)的電極基板的容易軸方位達(dá)到最優(yōu)化。在這里，液晶盒基板的容易軸方位定義為矢量。容易軸是將電極基板界面上的液晶分子的指向矢投影到基板上的方向。與圓盤(pán)狀液晶同樣，驅(qū)動(dòng)用液晶盒中的向列液晶的指向矢也沒(méi)有前后的區(qū)別。但是，在基板界面上，由于產(chǎn)生預(yù)傾斜，為了方便起見(jiàn)，必須給指向矢的投影矢量加上前后的區(qū)別。為此，如圖5所示，朝著液晶分子立起來(lái)的方向畫(huà)箭頭，將其定義為容易軸矢量(不考慮矢量的大小)。在對(duì)該驅(qū)動(dòng)用液晶盒基板進(jìn)行磨擦處理的場(chǎng)合，該矢量的方向通常與磨擦方向相對(duì)應(yīng)。該容易軸矢量與補(bǔ)償膜的偽進(jìn)相軸所形成的角度通常是-30～+30度或+150～+210度。至于角度的符號(hào)，如果偽進(jìn)相軸矢量靠近跟前，容易軸矢量在后面較遠(yuǎn)處，在這種情況下觀察(補(bǔ)償膜位于盒上側(cè)的場(chǎng)合，從上偏光片觀察)，使容易軸矢量反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，將可以與進(jìn)相軸矢量重合的場(chǎng)合定義為正。
將圖1的A界面?zhèn)仍O(shè)置成與驅(qū)動(dòng)用液晶盒的電極基板鄰接的場(chǎng)合，該液晶盒的容易軸矢量與補(bǔ)償膜的偽進(jìn)相軸矢量所形成的角度通常是-30～+30度，優(yōu)選的是-25～+25度最好是-20～+20度。兩者所成的角度不在-30～+30度的范圍內(nèi)時(shí)，視角補(bǔ)償效果不充分，而且可能導(dǎo)致液晶顯示元件的對(duì)比度降低。
2、齒全高變動(dòng)不大-0.5≤Xt2≤0.5，即直線BC與AD。
圖中σ—齒頂高度變動(dòng)系數(shù)曲線。
Xt1及Xt2——分別為當(dāng)量小齒輪及大齒輪之切向變位系數(shù)。
Xt∑＝Xt1+Xt2為切向系數(shù)之和采用變錐距曲齒錐齒輪副后，以四個(gè)變位系數(shù)X1X2及Xt1、Xt2為變量，在圖5及圖6所示的D邊界條件(即兩套封閉圖的邊界線)下，按設(shè)計(jì)需要，即可對(duì)傳動(dòng)嚙合品質(zhì)(曲線)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以獲取高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命、體積小、噪聲低的曲齒錐齒輪傳動(dòng)副。例如1、提高抗點(diǎn)蝕能力使節(jié)點(diǎn)區(qū)處于雙對(duì)齒嚙合位置，即δ2*＝0.15～0.25，例如圖5上小C點(diǎn)……(12)2、提高抗磨損能力滑動(dòng)率系數(shù)U1與U2平衡，即U1≈U2例如圖5上b點(diǎn)……(13)3、提高抗折齒能力齒形系數(shù)Y1與Y2最小且相近，即Y1≈CY2例如圖6上e點(diǎn)……(14)4、提高抗膠合能力滑動(dòng)比系數(shù)最低并且相近，即η1≈η2例如圖5a點(diǎn)……(15)5、提高重合度，使傳動(dòng)平穩(wěn)，即齒廓重合度εa≥1.6，總重合度ε1≥2～3例如圖5上d點(diǎn)……(16)6、保持標(biāo)準(zhǔn)的齒全高，即齒頂高度變動(dòng)系數(shù)σ＝0，例如圖6上e點(diǎn)……(17)7、提高輪齒的綜合強(qiáng)度即采用上述有關(guān)曲線的綜合選擇，例如圖5上a、b、d點(diǎn)及圖6上e點(diǎn)。
8、獲得最少齒數(shù)和使徑向變位系數(shù)X1+X2≥X1min+X2min＞0(見(jiàn)圖5)……(18)9、獲得最大齒數(shù)比U＞10……(19)此外，變中心距當(dāng)量齒輪副中兩套變位(徑向變位系數(shù)和X∑與切向變位系數(shù)和Xt∑)的綜合，進(jìn)一步使變錐距曲齒錐齒輪副具有最佳的綜合嚙合品質(zhì)，這是目前的標(biāo)準(zhǔn)錐距錐齒輪副所不能達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)。例如1、高綜合強(qiáng)度(高抗點(diǎn)蝕、抗斷齒、抗膠合、抗磨損能力)和長(zhǎng)壽命，本發(fā)明可在圖上II區(qū)由公式(11)～(19)各式交點(diǎn)獲得，例b點(diǎn)。
2、低噪聲的平穩(wěn)傳動(dòng)，可在圖5上IV區(qū)中由式(15)獲得，例e點(diǎn)。
3、小體積，可在圖5上I區(qū)中由式(18)獲得。
4、大減速比，可在圖5上I、II區(qū)中獲得。
綜合后的變位系數(shù)可分解為沿齒高方向的綜合徑向變位系數(shù)Xb和沿齒厚方向的綜合切向變位系數(shù)Xs。
Xb＝X∑+0.5Xt∑/tgα≠0……(20)Xs＝2X∑tgα+Xt∑≠0……(21)由于曲齒錐齒輪副錐距的改變，使相應(yīng)的大端面當(dāng)量齒輪中心距也隨之改變。因此，變中心距當(dāng)量齒輪副具有節(jié)圓和分度圓兩套壓力角(即α′和α)，其漸開(kāi)線函數(shù)之差為Δinvα＝invα′-invα＝Xhtgα/Zvm≠0……(22)式中，α′—節(jié)圓錐壓力角α—分度圓壓力角Zvm—當(dāng)量齒輪平均齒數(shù)Zvm＝(Zv1+Zv2)本發(fā)明的齒輪副，其制齒工藝是用直刃齒條形刀具和展成法，在現(xiàn)有的加工標(biāo)準(zhǔn)錐距曲齒錐齒輪加工機(jī)床上加工完成。[按公式(1)～(22)制造出來(lái)]，不需另作工裝和設(shè)備投資、故極易推廣。
本發(fā)明不局限于實(shí)施例，其保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種曲齒錐齒輪副，采用變錐距及徑向變位和切向變位原理設(shè)計(jì)與制造，其特征是在軸交角∑不變條件下，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)圓錐錐距R0改變?yōu)镽，R＝R0+ΔR，相應(yīng)的大端面當(dāng)量齒輪中心距a0v變?yōu)閍v，av＝a0v+Δa式中R0＝0.5d2/sinδ′2a0v＝rv1+rv2＝mZvmΔa＝(tgδ′1+tgδ′2)·ΔR≠0此時(shí)，當(dāng)量齒輪變成變中心距齒輪，當(dāng)Δa＞0時(shí)，中心距變長(zhǎng)，成為長(zhǎng)中心距齒輪Δa＜0時(shí)，中心距變短，成為短中心距齒輪
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪副，其特征是節(jié)圓錐與分度圓錐(即切齒節(jié)圓錐)兩錐分離，分離后兩錐尺寸有所不同，且當(dāng)量齒輪節(jié)錐半徑r′與其分度錐半徑r成比例KK=rv1′rv1=rv2′rv2=avaov≠1]]>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪副，其特征是齒頂高h(yuǎn)a由小齒輪與大齒輪的徑向變位系數(shù)X1與X2來(lái)確定；ha1，2＝(ha*+X1，2)·m當(dāng)X1，2＞0、ha1，2＞標(biāo)準(zhǔn)齒頂高h(yuǎn)a*m時(shí)，稱為長(zhǎng)齒頂高當(dāng)X1，2＞0、ha1，2＜標(biāo)準(zhǔn)齒頂高h(yuǎn)a*m時(shí)，稱為短齒頂高，此時(shí)相應(yīng)地有三類四種組合形式1)長(zhǎng)-長(zhǎng)齒頂高、X1＞X2＞0、正傳動(dòng)設(shè)計(jì)X1+X2＞0，2)長(zhǎng)-短齒頂高、X1＞0＞X2，正傳動(dòng)設(shè)計(jì)X1+X2＞0，3)長(zhǎng)-短齒頂高、X1＞0＞X2，負(fù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)X1+X2＜0，4)短-短齒頂高、X2＜X1＜0，負(fù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)X1+X2＜0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的齒輪副，其特征是變中心距端面當(dāng)量齒輪的節(jié)圓壓力角α′與分度圓壓力角α不相等，其漸開(kāi)線函數(shù)差值為Δinvα＝invα′-invα＝Xhtgα/Zvm≠0當(dāng)Δa＞0，Δinvα＞0，即α′＞α；當(dāng)Δa＜0，Δinvα＜0，即α′＜α。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的齒輪副，其特征是制齒工藝是用直刃齒條形刀具和展成法在現(xiàn)有的加工標(biāo)準(zhǔn)錐距的曲齒錐齒輪機(jī)床上加工完成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的齒輪副，其特征是制齒工藝用直刃齒條形刀具和展成法在現(xiàn)有的加工標(biāo)準(zhǔn)錐距的曲齒錐齒輪機(jī)床上加工完成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種曲齒錐齒輪副,采用變錐距及徑向和切向變位原理設(shè)計(jì)與制造,其特征是在軸交角∑不變條件下,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)圓錐錐距R。改變?yōu)镽=R
文檔編號(hào)F16H1/14GK1201119SQ9710442
公開(kāi)日1998年12月9日 申請(qǐng)日期1997年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月30日
發(fā)明者梁桂明 申請(qǐng)人:梁桂明