齒輪及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有多個齒并利用與對方齒輪的齒相嚙合而在兩軸間傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的齒輪，詳細(xì)來說，涉及一種在與對方齒輪的齒相嚙合時降低齒根側(cè)的產(chǎn)生應(yīng)力、可實(shí)現(xiàn)齒的高強(qiáng)度化的齒形形狀的齒輪及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，對用于汽車或精密機(jī)械等動力傳遞機(jī)構(gòu)的齒輪，實(shí)施了用于提高齒強(qiáng)度的各種設(shè)計。
[0003]作為這種齒輪，在具有齒和齒槽的盤形齒輪即齒與通過齒面而聯(lián)動的對方齒輪(小齒輪)卡合形式的齒輪中，有這樣的結(jié)構(gòu):齒面在小齒輪的最后的卡合點(diǎn)之后從齒頂朝向齒底而相對基準(zhǔn)齒面由小齒輪畫出的、接近于投影到垂直截面的次擺線且所述齒槽從橫截面看在齒底的區(qū)域形成尖的拱形(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特表2004-519644號公報
[0005]但是，在所述專利文獻(xiàn)I所記載的齒輪中，相鄰的齒和齒之間的齒槽從橫截面看，由于在齒底的區(qū)域形成尖的拱形，因此，在齒底形成有尖的三角形的凹點(diǎn)。在這種齒輪中，在與對方齒輪的齒相嚙合時，容易在齒底的凹點(diǎn)集中應(yīng)力，有可能產(chǎn)生應(yīng)力增大而破損。因此，要求包含齒底在內(nèi)的齒整體的高強(qiáng)度化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的問題
[0007]因此，應(yīng)對這種問題，本發(fā)明所要解決的問題是，提供一種齒形形狀的齒輪及其制造方法，在與對方齒輪的齒相嚙合時降低齒根側(cè)的產(chǎn)生應(yīng)力，可實(shí)現(xiàn)齒的高強(qiáng)度化。
[0008]用于解決課題的手段
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述問題，第I實(shí)施方式的齒輪是一種具有多個齒并利用與對方齒輪的齒相嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的齒輪，各個齒的齒根側(cè)的形狀是包含第I曲面和第2曲面而形成的，所述第I曲面是平滑地與漸開線曲線的齒面連接的曲面，是通過相對于所述漸開線曲線的齒面而向相反方向凸出的曲線而呈現(xiàn)的，所述第2曲面平滑地與該第I曲面連接，是通過相對于所述第I曲面而向相同方向凸出的雙曲線函數(shù)來定義的。
[0010]所述第2曲面的齒直角截面的形狀，也可形成為具有不與所述嚙合的對方齒輪的齒的運(yùn)動軌跡相干涉的曲率半徑的曲線形狀。
[0011]所述第I曲面的齒直角截面的形狀，也可形成為沿不與所述嚙合的對方齒輪的齒的運(yùn)動軌跡相干涉的曲率半徑的圓弧或沿所述運(yùn)動軌跡的干涉區(qū)域的樣條曲線形狀。
[0012]另外，第2實(shí)施方式的齒輪，是一種具有多個齒并利用與對方齒輪的齒相嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的齒輪，各個齒的齒根側(cè)的形狀具有與利用齒條刀具進(jìn)行范成切齒后的形狀相同的形狀，所述齒條刀具在刀尖具有由雙曲線函數(shù)定義的曲線的圓形部分。
[0013]此外，第2實(shí)施方式的齒輪的制造方法是一種具有多個齒并利用與對方齒輪的齒相嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的齒輪的制造方法，將各個齒的齒根側(cè)的形狀形成為與利用齒條刀具進(jìn)行范成切齒后的形狀相同的形狀，所述齒條刀具在刀尖具有由雙曲線函數(shù)定義的曲線的圓形部分。
[0014]所述齒輪的制造方法也可是，齒輪的原材料為金屬，利用齒條刀具對各個齒的齒根側(cè)的形狀進(jìn)行范成切齒，所述齒條刀具在刀尖具有由雙曲線函數(shù)定義的曲線的圓形部分。
[0015]所述齒輪的制造方法也可是，齒輪的原材料為樹脂，使用齒輪模具而對各個齒的齒根側(cè)的形狀進(jìn)行射出成型，所述齒輪模具是基于利用齒條刀具進(jìn)行范成切齒后的齒輪而制成的，所述齒條刀具在刀尖具有由雙曲線函數(shù)定義的曲線的圓形部分。
[0016]發(fā)明的效果
[0017]根據(jù)第I實(shí)施方式的齒輪，各個齒的齒根側(cè)的形狀是包含第I曲面和第2曲面而形成的，所述第I曲面是平滑地與漸開線曲線的齒面連接的曲面，是通過相對于所述漸開線曲線的齒面而向相反方向凸出的曲線來表示的，所述第2曲面平滑地與該第I曲面連接，是通過相對于所述第I曲面而向相同方向凸出的雙曲線函數(shù)來定義的，由此，齒底面不會形成尖的三角形的凹點(diǎn)，可形成由雙曲線函數(shù)定義的曲面。因此，齒根側(cè)難以產(chǎn)生應(yīng)力集中，在與對方齒輪的齒相嚙合時降低齒根側(cè)的產(chǎn)生應(yīng)力，可實(shí)現(xiàn)齒的高強(qiáng)度化。由此，可改善齒的長期耐久特性。
[0018]根據(jù)第2實(shí)施方式的齒輪，對于各個齒的齒根側(cè)的形狀，不會在齒底面形成尖的三角形的凹點(diǎn)，可具有與利用齒條刀具進(jìn)行范成切齒后的形狀相同的曲面，所述齒條刀具在刀尖具有由雙曲線函數(shù)定義的曲線的圓形部分。因此，齒根側(cè)難以產(chǎn)生應(yīng)力集中，在與對方齒輪的齒相嚙合時降低齒根側(cè)的產(chǎn)生應(yīng)力，可實(shí)現(xiàn)齒的高強(qiáng)度化。由此，可改善齒的長期耐久特性。
[0019]根據(jù)第2實(shí)施方式的齒輪的制造方法，對于各個齒的齒根側(cè)的形狀，不會在齒底面形成尖的三角形的凹點(diǎn)，可形成為與利用齒條刀具進(jìn)行范成切齒后的形狀相同的曲面，所述齒條刀具在刀尖具有由雙曲線函數(shù)定義的曲線的圓形部分。因此，齒根側(cè)難以產(chǎn)生應(yīng)力集中，在與對方齒輪的齒相嚙合時降低齒根側(cè)的產(chǎn)生應(yīng)力，可實(shí)現(xiàn)齒的高強(qiáng)度化。由此，可改善齒的長期耐久特性。
【附圖說明】
[0020]圖1是表示本發(fā)明的齒輪整體形狀的主視圖。
[0021]圖2是表示標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒形的立體圖。
[0022]圖3是表示第I實(shí)施方式的齒輪的齒形狀的放大說明圖。
[0023]圖4是表示第I實(shí)施方式的齒輪的齒在嚙合時所接觸的對方齒輪的齒頂側(cè)的齒面運(yùn)動軌跡的說明圖。
[0024]圖5是表示圖4中A部的詳細(xì)形狀的說明圖。
[0025]圖6是表示對第I比較齒輪進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)解析后的結(jié)果的應(yīng)力分布的曲線圖。
[0026]圖7是表示對第I實(shí)施方式的齒輪進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)解析后的結(jié)果的應(yīng)力分布的曲線圖。
[0027]圖8是對第I實(shí)施方式的齒輪和第I比較齒輪的耐久試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明的表。
[0028]圖9是表示第I實(shí)施方式的變形齒輪的齒形狀的放大說明圖。
[0029]圖10是對第I實(shí)施方式的變形齒輪和第I比較齒輪的耐久試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明的表。
[0030]圖11是表示第2實(shí)施方式的齒輪的齒形狀的放大說明圖。
[0031]圖12是表示刀尖具有由雙曲線函數(shù)定義的曲線的圓形部分的齒條刀具的說明圖。
[0032]圖13是表示圖12中B部的詳細(xì)形狀的說明圖。
[0033]圖14是表示圖12所示的利用齒條刀具進(jìn)行范成切齒時刀尖的運(yùn)動軌跡的說明圖。
[0034]圖15是表示對第2比較齒輪進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)解析后的結(jié)果的應(yīng)力分布的曲線圖。
[0035]圖16是表示對第2實(shí)施方式的齒輪進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)解析后的結(jié)果的應(yīng)力分布的曲線圖。
[0036]符號說明
[0037]I…齒輪
[0038]3…齒
[0039]6…齒頂面
[0040]7…齒底面
[0041]10…齒條刀具
[0042]1L...齒條刀具的刀
[0043]12…齒條查到的刀尖
[0044]a…齒面
[0045]b…齒根側(cè)的齒面
[0046]c…第I曲面
[0047]d…第2曲面
[0048]g…以往例子的圓弧
[0049]h…由雙曲線函數(shù)定義的曲線
[0050]P…節(jié)圓
[0051]T…次擺線曲線
[0052]U…曲線
【具體實(shí)施方式】
[0053]下面，根據(jù)說明書附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0054]圖1是表示本發(fā)明的齒輪整體形狀的主視圖。該齒輪具有多個齒并利用與對方齒輪的齒相嚙合而在兩軸間傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，例如，廣泛用于汽車、精密機(jī)械、工業(yè)機(jī)械及它們零件等的動力傳遞機(jī)構(gòu)。
[0055]在圖1中，齒輪I是，其大致圓板狀的腹板2的外周側(cè)形成有多個齒3、3...，在腹板2的中心部形成有凸臺5，該凸臺5穿設(shè)有將旋轉(zhuǎn)軸固定的軸孔4，在兩軸間傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。另外，符號P表示該齒輪I的節(jié)圓。
[0056]一般如圖2所示，所述齒輪I的齒3形成為具有漸開線曲線的齒面且左右對稱的標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒形。即，各個齒3的齒頂面6的齒寬胃1與齒底面7 (指相鄰的齒3、3之間的齒槽中最低的底面)的齒寬W2被形成為相同的尺寸，齒全高H在齒寬方向被形成為恒定。
[0057]圖3是表示第I實(shí)施方式的齒輪I的齒3的形狀的放大說明圖。在圖3中，將齒3的側(cè)面稱為齒面a，將齒面a的齒根側(cè)的形狀稱為齒面b。并且，第I實(shí)施方式的齒輪I的齒3是對齒根側(cè)的齒面b形狀作了設(shè)計后的齒，且如圖3所示，各個齒3的齒根側(cè)的齒面b形狀包含第I曲面c和第2曲面d而形成。
[0058]S卩，第I曲面c是平滑地與漸開線曲線的齒面a連接的曲面，且形成為通過相對于所述漸開線曲線的齒面a而向相反方向凸出的曲線所表示的形狀。
[0059]另外，第2曲面d形成為平滑地與所述第I曲面c連接、通過相對于所述第I曲面c而向相同方向凸出的雙曲線函數(shù)所定義的形狀。作為該雙曲線函數(shù)，表示為y = cosh (X)，稱為雙曲線余弦函數(shù)