[發明專利]一種高強度錐齒輪

在審

• 申請號: 202010944892.6
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN111963650A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 賈巨民
• 申請（專利權）人: 賈巨民
• 主分類號: F16H55/17
• 分類號: F16H55/17;F16H55/08;F16H55/10;F16H1/30
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 仝林葉

本發明公開了一種高強度錐齒輪，涵蓋圓錐齒輪與非圓錐齒輪。高強度錐齒輪采用LogiX齒形，節線(圓錐齒輪退化為節圓)以上部分(齒頂)為凸形，以下部分(齒根)為凹形，傳動過程中，一對輪齒能夠實現凸?凹嚙合；齒形由一系列特征點連接而成，特征點的曲率中心在節曲線(節圓)上，一對齒形在對應的特征點嚙合時，曲率中心重合，且落在節點處，滿足瞬時純滾動條件；與漸開線齒形相比，其齒面接觸應力和滑移率大幅減小，摩擦降低，齒根厚度也有一定增大，而且齒數可以設計的更少，強度和效率顯著提高。

技術領域

本發明屬于機械傳動技術領域，具體涉及一種高強度錐齒輪傳動，涵蓋圓錐齒輪與非圓錐齒輪。

技術背景

錐齒輪用于相交軸傳動，強度是其最重要性能指標之一。目前圓錐齒輪普遍采用漸開線齒形，其理論齒形為球面漸開線。漸開線有許多優良性質，但也存在諸多不足，首先，由于其形狀為凸形，一對錐齒輪傳動為凸-凸嚙合，接觸應力較大，接觸強度受限；其次，除在節錐上兩齒面屬于純滾動接觸外，其它部位都存在滑動，且離節錐越遠，滑移率越大，導致摩擦嚴重；再有，由于漸開線本身形狀、根切等原因，齒輪齒數不能太少，輪齒根部也往往不夠寬厚，彎曲強度也嫌薄弱。在高速、重載等應用領域，其弱點顯得尤為突出。

近年來，非圓錐齒輪傳動也在一些領域獲得廣泛應用，漸開線往往難以滿足其齒形性能要求。

1990年，日本學者T.Komori等(A New Gears Profile Having Zero RelativeCurvature at Many Contact Points(Logix Tooth Profile),Transactions of theASME,Vol.112,September,1990)提出了一種新齒形，命名為LogiX齒形，主要用于圓柱齒輪，屬于平面嚙合，其形狀為凸-凹組合式，以節圓為分界點，節圓以上(齒頂)齒形為凸形，節圓以下(齒根)齒形為凹性，一對齒輪傳動時，組成凸-凹嚙合，接觸應力大大降低；而且，logiX齒形由一系列特征點連接而成，特征點的曲率中心在節圓上，一對齒形在對應的特征點嚙合時，曲率中心重合，且落在節點處，滿足瞬時純滾動條件，這將大幅降低滑移率，減小齒面間的摩擦，雖然在相鄰連接點間過渡時仍然存在相對滑動，但由于連接點(純滾動嚙合點)可以設計得足夠多，滑移率值不會太大；此外，與漸開線齒形相比，LogiX齒形輪齒根部更厚，彎曲強度也得到一定改善。

發明內容

本發明提供一種高強度錐齒輪齒形，涵蓋圓錐齒輪與非圓錐齒輪。

一種基于LogiX齒形原理的高強度錐齒輪，齒形由凸-凹兩部分組成，節曲線以上部分(齒頂)為凸形，以下部分(齒根)為凹形，傳動過程中，一對輪齒齒形能夠實現凸-凹嚙合；齒形由一系列特征點連接而成，特征點的曲率中心在節曲線上，一對齒形在對應的特征點嚙合時，曲率中心重合，且落在節點上，滿足瞬時純滾動條件。

由于錐齒輪傳動屬于空間嚙合，其理論計算及設計應在球面上進行，適用于平面齒輪嚙合的LogiX齒形無法直接移植到球面上。本發明采用申請者提出的保測地曲率映射原理解決了這一關鍵問題，(賈巨民等，基于保測地曲率映射的非圓錐齒輪傳動設計分析方法，機械工程學報，44(4)，2008)。即首先將球面節曲線映射到平面上，按LogiX原理構造平面齒形，然后逆向映射到球面上，形成球面LogiX齒形，映射過程中，保持球面曲線的測地曲率等于平面曲線的相對曲率。

顯然，也可以借鑒平面LogiX齒形設計思想，采用球面幾何方法，直接在球面上構造球面LogiX齒形。只是原理和過程將更加復雜。

本發明具有如下有益效果：提供了一種基于LogiX齒形原理的錐齒輪，該錐齒輪具有強度高，滑移率低、摩擦小，效率高等特點。且由于錐齒輪一般采用鍛造或擠壓成型，與普通漸開線錐齒輪相比，本發明提供的高強度錐齒輪制造工藝難度和成本不會增加，非常易于推廣應用。

附圖說明

圖1是平面嚙合LogiX齒形及其法線、節曲線示意圖；