[發明專利]弧線齒面齒輪副及其加工方法

無效

• 申請號: 200710017256.3
• 申請日: 2007-01-19
• 公開（公告）號: CN101225878A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 方宗德;沈云波
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F16H55/17
• 分類號: F16H55/17;B23F9/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 慕安榮

(一)技術領域

本發明涉及傳動機械領域，具體是一種弧線齒面齒輪副及其加工方法。

(二)背景技術

面齒輪傳動副(Face?Gear?Drive)是一種圓柱齒輪與圓錐齒輪相嚙合的齒輪傳動，可以應用于兩輪軸線正交與非正交的場合。當兩輪軸線正交，即軸夾角γ＝90°時，圓錐齒輪的輪齒將分布在一個圓平面上，錐齒輪即成為面齒輪，從而泛稱為面齒輪傳動。由于面齒輪副在分流-匯流傳動中的獨特性，使其在航空領域的應用表現出了潛在的優勢。面齒輪的分流-匯流裝置與傳統的弧齒錐齒輪分流-匯流傳動裝置相比較，結構簡化，重量減輕22％，動力傳輸密度(單位重量所傳輸的動力)提高35％。目前，面齒輪傳動主要集中于兩種齒形的應用和研究：一是小齒輪是漸開線圓柱直齒輪，另一種是小齒輪是漸開線圓柱斜齒輪。

直齒面齒輪傳動副結構相對緊湊，齒輪副的加工易于在經過改造的普通插齒機或滾齒機上實現，具有低成本的特性。其優點是直齒面齒輪傳動不但可以應用于玩具、儀表、手工工具等低速輕載的場合，而且還可應用于高速重載條件下的航空動力傳動裝置的分流傳動結構。此外，面齒輪傳動工作過程中輪系振動小、噪音低、使用壽命長，由于在分流裝置中小輪浮動安裝，能夠自定心，消除了軸向力，保證了對安裝誤差的低敏感性。具有螺旋角的斜齒面齒輪傳動是在直齒面齒輪傳動理論的基礎上發展起來的，目前國外的研究還僅僅是處于理論探討階段，國內的相關研究工作也已經起步。與直齒面齒輪傳動相比較，斜齒面齒輪傳動的優點是接觸齒面寬度較大、承載能力較高，接觸線的長度從小到大逐漸接觸，然后又逐漸分開，因此，運轉較平穩，噪聲較小。經過沿齒廓方向拋物線修形的面齒輪可以吸收由于安裝誤差所產生的線性不連續傳動誤差，減小振動和噪聲。

直齒面齒輪接觸跡線沿齒面的齒廓方向分布，邊緣接觸往往是不可避免的，在某一區域導致接觸應力過于集中，齒面抗接觸疲勞較差是其明顯的缺點。斜齒面齒輪傳動在一定程度上可以避免由于邊沿接觸而引起應力過于集中現象，但直齒面齒輪和斜齒面齒輪對于安裝中的軸線誤差比較敏感，理論上很小的軸線誤差就能引起接觸區轉移到邊緣，產生應力集中和嚙合沖擊，使齒輪迅速損壞。

斜齒面齒輪的加工往往需要對現有的斜齒輪加工機床進行改造，重新設計滾刀，研究加工工藝，其加工復雜是其明顯的不足。另外，由于附加在軸承和機體上的較大軸向力，在許多情況下使斜齒面齒輪的應用還存在一定的困難。因此目前仍停留在研究階段，商品化尚需較長的時間。

直齒面齒輪和斜齒面齒輪至今在國內尚未解決磨齒問題，因此硬齒面熱后加工并達到航空齒輪的精度要求還有很長的一段路要走。

美國格里森公司在專利號為3915060的發明專利中(Method?for?cutting?pairedof?gears?having?arcuate?tooth?traces)首先提出采用大刀盤拉切齒法加工弧形齒線圓柱齒輪的方法，西安交通大學馬振群在其博士學位論文《對稱弧線圓柱齒輪的設計制造及關鍵技術研究》中提出利用具有刀傾角的雙面刀盤展成法在多軸聯動數控機床上切制對稱弧線圓柱齒輪的思想，并對對稱弧線圓柱齒輪副的嚙合理論進行了詳細的分析。

(三)發明內容

為了克服直齒面齒輪傳動和斜齒面齒輪傳動邊緣接觸，接觸應力過于集中，加工成本高，普通機床與刀具難以實現加工以及磨齒等難以解決的問題，基于面齒輪嚙合傳動理論，本發明提出了一種弧線齒面齒輪傳動副及其加工方法。

本發明是由大輪和小輪嚙合而成的齒輪副，其大輪是弧線齒面齒輪，小輪是對稱弧線圓柱齒輪。本發明中的弧線齒面齒輪和與之嚙合的對稱弧線圓柱齒輪的幾何外形沿齒長方向均為弧線齒形，并且兩輪的弧線方向相同。

弧線齒面齒輪齒面結構比較復雜，弧線齒形螺旋角在齒寬中點處為零度，沿齒長向兩端逐漸加大，壓力角在齒寬中點處等于刀具齒形角，其大小隨截面位置的變化而略有不同；考慮到在加工過程中根切及齒頂變尖等問題，齒厚隨截面位置的不同而變化，由小端到大端逐漸變大；齒頂高系數h_a^*和頂隙系數c^*均取國家規定的標準值。對稱弧線圓柱齒輪的特點是沿齒寬方向的中央對稱截面上保留了漸開線齒形，且螺旋角為零度，壓力角等于刀具齒形角。其它端截面處為近似漸開線齒形，螺旋角沿齒線向兩端逐漸加大，壓力角的大小隨截面位置的變化而略有不同。