專利名稱：：弧螺旋圓柱齒輪及弧齒條的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種傳動齒輪，尤其是一種弧螺旋圓柱齒輪及弧螺旋齒條。
背景技術：
：齒輪傳動是應用最廣泛的一種傳動形式，目前圓柱齒輪"齒線"有三種形式直齒輪(正齒輪)，斜齒輪(螺旋齒輪)，人字齒輪(雙螺旋齒輪)第四種形式"圓弧齒線圓柱齒輪"是1975年由美國發表的"曲齒線嚙合形式"研究課題。1986年國際新技術展覽會展出樣品在齒寬中央截面為漸開線齒形，離開中央為形位近似值，"齒線"接觸面局部不產生載荷，三項精度與理想形態不符。因此國內從19卯年至今出現了許多該課題的專利申請名稱"圓柱弧齒輪"，"弧齒圓柱齒輪"，"弧齒面圓柱齒輪"，"拱弧圓柱齒輪"，"漸開線一圓弧齒輪""雙向圓弧齒輪"等等，通過檢索信息，研究后發現該齒輪的嚙合理論還缺乏系統性研究，運動精度，傳動平穩性，接觸精度，以及各種設計參數缺乏論證依據。迄今為止，都不能得到很好的推廣應用。
發明內容本發明的目的是提供一種傳動平穩，體積小、重量輕、扭矩大、壽命長的高精度高強度弧螺旋圓柱齒輪及弧螺旋齒條。本發明的技術方案是一種弧螺旋圓柱齒輪，輪齒由凸齒面(1)、凹齒面(2)、齒根(3)和齒頂(4)組成，輪齒齒長的中點截面輪廓線(13)、(14)為正齒輪的漸開線齒形，分別向兩端沿凸齒面(1)上的凸面弧線(9)、(10)和凹齒面(2)上的凹面弧線(11)、(12)螺旋至輪齒兩端面的輪廓漸開線(5)、(6)、(7)、(8)位置，形成一端右旋弧形斜齒，另一端左旋弧形斜齒的雙向螺旋齒線構成的雙向弧螺旋齒；兩端斜齒(5)、(6)、(7)、(8)法向漸開線的曲率半徑大于中點(13)、(14)漸開線的曲率半徑，即r2〉r!，且輪齒分度圓展開剖面中齒和齒溝的形狀大小完全相同，即a-b-c-d，1^=112=113……R。雙向弧螺旋齒的齒寬(L)中點齒厚(c)和齒溝寬(d)，分別向兩端沿分度圓(R)漸縮，當L/R-2時兩端齒厚和齒溝寬縮為零，兩端漸開線曲率半徑扭曲延展呈直線，即rfoo。弧線Ruj、R12、R9、Rn的曲率半徑與分度圓的R值相關式R10=R12〉R>R9=R。雙向弧螺旋齒任意端截剖面都呈現規矩的正齒輪漸開線齒形。雙向弧螺旋齒的齒寬(L)中點正齒輪模數恒等于兩端弧形斜齒的端面模數。一種弧齒條，齒牙由凸齒面(l一l)、凹齒面(2—1)、齒根(3—1)、齒頂(4一1)組成，漸開線呈直線，其特征是齒牙分度圓展開剖面中齒和齒溝的形狀大小完全相同，相間排列，即a^b-c-d，R1=R2=R3……R;齒牙(L)中點齒厚(c)和齒溝寬(d)，分別向兩端沿分度圓(R)漸縮，當L/R=2時兩端齒厚和齒溝寬縮為零。弧線R^、Rhm、Rw、Rn.i的曲率半徑與分度圓的R值相關式R^-Rkm〉R〉Rw=Rii"。齒牙端面模數恒等于中點齒輪模數。本發明的優點1、該齒輪和齒條分度圓等曲弧螺旋嚙合軌跡嚴密精確，以及凹齒面頂弧等于凸齒面根弧，大于凸齒面頂弧和凹齒面根弧，形成了100%接觸面，完善了嚙合理論。齒輪任意端截面都呈現規矩的漸開線齒形。使輪副在嚙入和脫離的重疊系數內齒面上任意點都能產生載荷，接觸面積高于同比齒面寬的任何齒輪和齒條。所以其承載能力和使用壽命高于現有的齒輪齒條。2、該齒輪和齒條三項精度高于同類其它產品。彎曲的齒長中點齒最厚，是全齒強度的最高點，無論正轉反轉，嚙入過程中產生了螺旋延續接替，保持了傳動平穩，且由于運動軌跡嚴密精確無間隙而無噪音(公理運動精度和噪音是由于嚙合間隙與漸開線誤差造成的，嚴重影響高速傳動；齒輪的強度和壽命除材料外，與形狀和三項精度都有關，形狀和三項精度與制造技術有關，制造技術是依據嚙合理論進行的。)；30多年來，這個嚙合理論理想形狀不完善，在使用中由于曲齒面物理形狀堅固而比人字齒輪強度高，但三項精度受理論限制，沒有100%接觸面的論證依據，雖然能用，但高速不過關，低速不理想，制造成本高。遏制了該齒種的普及應用。本發明在理論與實踐上完成了這個理想形態的制造，使輪副在嚙入和脫離的過程中，重疊系數內所有齒面上的任意點都能產生載荷，受力點分布均勻。3、由于端面模數恒等于中點正齒輪模數，可以實現高度和角度變位，拓寬了中心距和模數選擇自由度，為普及應用提供了設計和檢驗參數依據。4、由于齒向為圓弧齒線，可以延齒線旋轉一個角度(±2.5G)不影響傳動。所以輪副安裝平行度誤差適應性強，能自找最佳接觸位置，實現在005^以內負載自由軸交傳動。也就是說，不怕主動與從動機架之間發生振擺。例如重載回轉設備，驅動機架于筒體從動輪分體安裝，工作振動對直齒或斜齒輪使用壽命影響極大。若采用本發明即可解決上述問題。在齒輪應用范圍能引發設計新突破，比如上下、左右、前后0^5G以內的搖擺式傳動機構，或應用在0^5G以內的軸交傳動。5、本發明齒形結構類似于人字齒輪，無軸向力，解決了微型人字齒輪的制造難題。可替代人字齒輪在某些領域的應用，填補了微型無空刀槽人字齒輪的空白。制造成本低于人字齒輪，相當于斜齒輪。批量大的齒輪能形成自動化生產，成本相當于直齒輪。6、本發明中的弧齒條象彎曲的無空刀槽人字齒條，無軸向力，填補了人字齒條的空白。7、本發明應用在各種減速機上，在同比扭矩相同前提下能使外形體積縮小，起到了節能節時節料的連鎖效應。若重載大齒圈采用本發明效果則更顯著，能使同比扭矩的齒圈減輕成倍的重量，節約大量合金鋼材。它能使各種龐大的機械傳動機構縮小體積，和集成塊發明的效果異曲同工，可在有限的空間內傳遞極大的扭矩，不打牙。抗擊突然停轉或反轉造成的瞬間巨大沖擊力，比相同齒面寬的人字齒輪大數倍。人字齒輪的空刀槽把最強有力的齒中角鋼連體斷開，失去了相互的支撐力，占用了有用的空間，這就是為什么本發明能使機械傳動縮小體積的論點之一。8、本發明可應用于圓柱齒輪應用的各種行業領域，是直齒、斜齒、人字齒輪的更新換代產品。由于接觸面是弧線全齒受力，所以可代替硬齒面減速齒輪(硬齒面斜齒輪是螺旋點接觸，局部重疊系數的受力點壓強很大，才采用硬齒面齒輪)。9、該齒輪能實現銑齒、磨齒、剃齒、珩齒工藝，制造體積小、重量輕、扭矩大、壽命長的高精度高強度齒輪，是航空航天最好的傳動齒輪。圖1為弧螺旋圓柱齒輪單齒立體圖；圖2為圖1的端面主視圖；圖3為圖2的A—A分度圓展開剖面圖；圖4為弧螺旋齒條立體圖。具體實施方式本發明齒輪主要結構輪齒如圖1所示由凸齒面l、凹齒面2、齒根3、齒頂4組成。齒長L的中點截面輪廓線13、14為正齒輪的漸開線齒形，分別向兩端沿凸齒面1上的凸面弧線9、10和凹齒面2上的凹面11、12螺旋至輪齒兩端面的輪廓漸開線5、6、7、8位置，形成一端右旋弧形斜齒，另一端左旋弧形斜齒的雙向螺旋齒線構成的雙向螺旋齒。兩端弧形斜齒5、6、7、8漸開線的曲率半徑大于齒長中點13、14漸開線的曲率半徑，(如圖2)中r2〉r!，當L/R二2時兩端漸開線曲率半徑扭曲延展呈直線，即^=~，(圖3)中分度圓展開剖面，齒和齒溝的形狀大小完全相同，即a二b二c二d，R1=R2=R3……Rn。(c)(d)為(L)中點齒厚和齒溝寬，分別向兩端沿(R)漸縮，當L/R=2時兩端齒厚和齒溝寬消失為零。輪副嚙合條件分度圓展開剖面等曲式Ri二R2二R3……Rn。(圖l)弧線9、10、11、12的曲率半徑與(圖3)的R值相關式Rh^Ru〉R〉R9二Rh。雙向弧螺旋齒任意端截剖面都呈現規矩的正齒輪漸開線齒形。齒長L中點正齒輪模數恒等于兩端弧形斜齒的端面模數。弧螺旋圓柱齒輪特點1、由于端面模數恒等于中點正齒輪模數，可以實現高度和角度變位，拓寬了中心距和模數選擇自由度。對輪輻安裝平行度適應性強，沿齒線可以在0度一5度以內負載自由軸交傳動，就是說不怕主動與從動輪機架之間發生振擺。例如重載回轉設備驅動機架與筒體從動輪分體安裝，工作振動對直齒或斜齒輪使用壽命影響極大。如采用本發明就可以解決上述問題。2、形狀驗證將兩根齒條嚙合對扣在一起，齒面接觸率100%全嚙合。導論當弧螺旋圓柱齒輪直徑無限大時變成了弧齒條。該齒輪和齒條無論正轉反轉都能夠100%齒面接觸。任意端截面都呈現規矩的漸開線齒形。使輪副在嚙入和脫離的重疊系數內齒面上任意點都能產生載荷，接觸面積高于同比齒面寬的任何齒輪和齒條。3、彎曲的齒面中點齒最厚是全齒長強度最高點，往兩端嚙入過程中產生了螺旋延續接替保持傳動平穩，且由于運動軌跡嚴密精確無間隙而無噪音，現有齒輪傳動精度欠佳和噪音是嚙合間隙與漸開線誤差造成的。本發明結構可使齒面在嚙入和脫離過程，重迭系數內齒面長的任意點都能接觸到產生的載荷，受力點分布均勻。弧齒條，是和弧螺旋圓柱齒輪嚙合的配副齒條。(如圖4)齒牙由凸齒面l-l、凹齒面2-1、齒根3-l、齒頂4-l組成。漸開線呈直線。上述(圖3)中分度圓展開剖面為該齒條分度線剖面形狀。齒和齒溝的形狀大小完全相同，相間排列。等曲式Ri二R2二R3……Rn，等形式a二b二c二d。c、d為齒長L中點齒厚和齒溝寬，分別向兩端沿分度圓R漸縮，當L/R=2時兩端齒厚和齒溝寬縮為零。齒條與齒輪嚙合條件:圖4中弧線9一1、12_1、11_1、IO—I的曲率半徑與(圖3)的R值相關式R^二Rkm〉R〉Rw二Ru-!。端面模數恒等于中點正齒輪模數。本實用新型與現有技術數據對比如下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1、一種弧螺旋圓柱齒輪，輪齒由凸齒面(1)、凹齒面(2)、齒根(3)和齒頂(4)組成，其特征是；輪齒齒長的中點截面輪廓線(13)、(14)為正齒輪的漸開線齒形，分別向兩端沿凸齒面(1)上的凸面弧線(9)、(10)和凹齒面(2)上的凹面弧線(11)、(12)螺旋至輪齒兩端面的輪廓漸開線(5)、(6)、(7)、(8)位置，形成一端右旋弧形斜齒，另一端左旋弧形斜齒的雙向螺旋齒線構成的雙向弧螺旋齒；兩端斜齒(5)、(6)、(7)、(8)法向漸開線的曲率半徑大于中點(13)、(14)漸開線的曲率半徑，即r2＞r1，且輪齒分度圓展開剖面中齒和齒溝的形狀大小完全相同，即a＝b＝c＝d，R1＝R2＝R3……Rn；雙向弧螺旋齒的齒寬(L)中點齒厚(c)和齒溝寬(d)，分別向兩端沿分度圓(R)漸縮，當L/R＝2時兩端齒厚和齒溝寬縮為零，兩端漸開線曲率半徑扭曲延展呈直線，即r2＝∞。2、根據權利要求1所述的弧螺旋圓柱齒輪，其特征是弧線R9、R10、Ru、Ru的曲率半徑與分度圓的R值相關式；Rw-R!2〉R〉R9-Ru。3、根據權利要求1所述的弧螺旋圓柱齒輪，.其特征是雙向弧螺旋齒任意端截剖面都呈現規矩的正齒輪漸開線齒形。4、、根據權利要求1所述的弧螺旋圓柱齒輪，其特征是雙向弧螺旋齒的齒寬(L)中點正齒輪模數恒等于兩端弧形斜齒的端面模數。5、一種弧齒條，齒牙由凸齒面U—l)、凹齒面(2—1)、齒根(3—1)、齒頂(4一1)組成，漸開線呈直線，其特征是齒牙分度圓展開剖面中齒和齒溝的形狀大小完全相同，相間排列，即a-b-c-d,R,-R2-R3R;齒牙(L)中點齒厚(c)和齒溝寬(d)，分別向兩端沿分度圓(R)漸縮，當L/R-2時兩端齒厚和齒溝寬縮為零。6、根據權利要求5述的弧齒條，其特征是弧線Ru"、R1(M、Rw、Ru-!的曲率半徑與分度圓的R值相關式Ru-,-RuM〉R〉Rw-Rm。7、根據權利要求5述的弧齒條，其特征是齒牙端面模數恒等于中點齒輪模數。專利摘要本實用新型公開了一種弧螺旋圓柱齒輪及弧螺旋齒條，弧螺旋圓柱齒輪由凸齒面(1)、凹齒面(2)、齒根(3)和齒頂(4)組成，輪齒齒長的中點截面輪廓線(13)、(14)為正齒輪的漸開線齒形，分別向兩端沿凸齒面(1)上的凸面弧線(9)、(10)和凹齒面(2)上的凹面弧線(11)、(12)螺旋至輪齒兩端面的輪廓漸開線(5)、(6)、(7)、(8)位置，形成一端右旋弧形斜齒，另一端左旋弧形斜齒的雙向螺旋齒線構成的雙向弧螺旋齒。弧齒條的齒牙由凸齒面(1-1)、凹齒面(2-1)、齒根(3-1)、齒頂(4-1)組成，漸開線呈直線，齒牙分度圓展開剖面中齒和齒溝的形狀大小完全相同，相間排列，齒牙(L)中點齒厚(c)和齒溝寬(d)，分別向兩端沿分度圓(R)漸縮。該齒輪和齒條分度圓等曲弧螺旋嚙合軌跡嚴密精確，形成了100％接觸面，接觸面積高于同比齒面寬的任何齒輪和齒條，所以其承載能力和使用壽命高于現有的齒輪齒條。文檔編號F16H55/08GK201133460SQ20072009262公開日2008年10月15日申請日期2007年11月9日優先權日2007年11月9日發明者完顏嚴,完顏學明,完顏志翰申請人:完顏學明;完顏志翰;完顏嚴