专利名称：：弧螺旋圆柱齿轮及弧齿条的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种传动齿轮，尤其是一种弧螺旋圆柱齿轮及弧螺旋齿条。技术背景齿轮传动是应用最广泛的一种传动形式，目前圆柱齿轮"齿线"有三种形式直齿轮(正齿轮)，斜齿轮(螺旋齿轮)，人字齿轮(双螺旋齿轮)第四种形式"圆弧齿线圆柱齿轮"是1975年由美国发表的"曲齿线啮合形式"研究课题。1986年国际新技术展览会展出样品在齿宽中央截面为渐开线齿形，离开中央为形位近似值，"齿线"接触面局部不产生载荷，三项精度与理想形态不符。因此国内从1990年至今出现了许多该课题的专利申请名称"圆柱弧齿轮"，"弧齿圆柱齿轮"，"弧齿面圆柱齿轮"，"拱弧圆柱齿轮"，"渐开线一圆弧齿轮""双向圆弧齿轮"等等，通过检索信息，研究后发现该齿轮的啮合理论还缺乏系统性研究，运动精度，传动平稳性，接触精度，以及各种设计参数缺乏论证依据。迄今为止，都不能得到很好的推广应用。
发明内容本发明的目的是提供一种传动平稳，体积小、重量轻、扭矩大、寿命长的高精度高强度弧螺旋圆柱齿轮及弧螺旋齿条。本发明的技术方案是一种弧螺旋圆柱齿轮，轮齿由凸齿面(1)、凹齿面(2)、齿根(3)和齿顶(4)组成，轮齿齿长的中点截面轮廓线(13)、(14)为正齿轮的渐开线齿形，分别向两端沿凸齿面(1)上的凸面弧线(9)、(10)和凹齿面(2)上的凹面弧线(11)、(12)螺旋至轮齿两端面的轮廓渐开线(5)、(6)、(7)、(8)位置，形成一端右旋弧形斜齿，另一端左旋弧形斜齿的双向螺旋齿线构成的双向弧螺旋齿；两端斜齿(5)、(6)、(7)、(8)法向渐开线的曲率半径大于中点(13)、(14)渐开线的曲率半径，即r2〉r!，且轮齿分度圆展开剖面中齿和齿沟的形状大小完全相同，即a二b二c二d，&=&=113……Rn。双向弧螺旋齿的齿宽(L)中点齿厚(c)和齿沟宽(d)，分别向两端沿分度圆(R)渐缩，当L/R=2时两端齿厚和齿沟宽縮为零，两端渐开线曲率半径扭曲延展呈直线，即1"2=~。弧线(9)、(10)、(11)、(12)的曲率半径与分度圆的R值相关式(10)=(12)>R>(9)=(11)。双向弧螺旋齿任意端截剖面都呈现规矩的正齿轮渐开线齿形。双向弧螺旋齿的齿宽(L)中点正齿轮模数恒等于两端弧形斜齿的端面模数。一种弧齿条，齿牙由凸齿面(l一l)、凹齿面(2—1)、齿根(3—1)、齿顶(4一1)组成，渐开线呈直线，其特征是齿牙分度圆展开剖面中齿和齿沟的形状大小完全相同，相间排列，即a二b二C二d，R产R2二R3……Rn;齿牙(L)中点齿厚(c)和齿沟宽(d)，分别向两端沿分度圆(R)渐縮，当L/R二2时两端齿厚和齿沟宽縮为零。弧线(9一1)、(10—1)、(ll一l)、(12—1)的曲率半径与分度圆的R值相关式(12一l)=(10—1)〉R〉(9一1)=(ll一l)。齿牙端面模数恒等于中点齿轮模数。本发明的优点1、该齿轮和齿条分度圆等曲弧螺旋啮合轨迹严密精确，以及凹齿面顶弧等于凸齿面根弧，大于凸齿面顶弧和凹齿面根弧，形成了100%接触面，完善了啮合理论。齿轮任意端截面都呈现规矩的渐开线齿形。使轮副在啮入和脱离的重叠系数内齿面上任意点都能产生载荷，接触面积高于同比齿面宽的任何齿轮和齿条。所以其承载能力和使用寿命高于现有的齿轮齿条。2、该齿轮和齿条三项精度高于同类其它产品。弯曲的齿长中点齿最厚，是全齿强度的最高点，无论正转反转，啮入过程中产生了螺旋延续接替，保持了传动平稳，且由于运动轨迹严密精确无间隙而无噪音(公理运动精度和噪音是由于啮合间隙与渐开线误差造成的，严重影响高速传动；齿轮的强度和寿命除材料外，与形状和三项精度都有关，形状和三项精度与制造技术有关，制造技术是依据啮合理论进行的。)；30多年来，这个啮合理论理想形状不完善，在使用中由于曲齿面物理形状坚固而比人字齿轮强度高，但三项精度受理论限制，没有100%接触面的论证依据，虽然能用，但高速不过关，低速不理想，制造成本高。遏制了该齿种的普及应用。本发明在理论与实践上完成了这个理想形态的制造，使轮副在啮入和脱离的过程中，重叠系数内所有齿面上的任意点都能产生载荷，受力点分布均匀。3、由于端面模数恒等于中点正齿轮模数，可以实现高度和角度变位，拓宽了中心距和模数选择自由度，为普及应用提供了设计和检验参数依据。4、由于齿向为圆弧齿线，可以延齿线旋转一个角度(±2.5Q)不影响传动。所以轮副安装平行度误差适应性强，能自找最佳接触位置，实现在0G~5Q以内负载自由轴交传动。也就是说，不怕主动与从动机架之间发生振摆。例如重载回转设备，驱动机架于筒体从动轮分体安装，工作振动对直齿或斜齿轮使用寿命影响极大。若采用本发明即可解决上述问题。在齿轮应用范围能引发设计新突破，比如上下、左右、前后OG50以内的摇摆式传动机构，或应用在0G5G以内的轴交传动。5、本发明齿形结构类似于人字齿轮，无轴向力，解决了微型人字齿轮的制造难题。可替代人字齿轮在某些领域的应用，填补了微型无空刀槽人字齿轮的空白。制造成本低于人字齿轮，相当于斜齿轮。批量大的齿轮能形成自动化生产，成本相当于直齿轮。6、本发明中的弧齿条象弯曲的无空刀槽人字齿条，无轴向力，填补了人字齿条的空白。7、本发明应用在各种减速机上，在同比扭矩相同前提下能使外形体积縮小，起到了节能节时节料的连锁效应。若重载大齿圈釆用本发明效果则更显著，能使同比扭矩的齿圈减轻成倍的重量，节约大量合金钢材。它能使各种庞大的机械传动机构縮小体积，和集成块发明的效果异曲同工，可在有限的空间内传递极大的扭矩，不打牙。抗击突然停转或反转造成的瞬间巨大冲击力，比相同齿面宽的人字齿轮大数倍。人字齿轮的空刀槽把最强有力的齿中角钢连体断开，失去了相互的支撑力，占用了有用的空间，这就是为什么本发明能使机械传动縮小体积的论点之一。8、本发明可应用于圆柱齿轮应用的各种行业领域，是直齿、斜齿、人字齿轮的更新换代产品。由于接触面是弧线全齿受力，所以可代替硬齿面减速齿轮(硬齿面斜齿轮是螺旋点接触，局部重叠系数的受力点压强很大，才采用硬齿面齿轮)。9、该齿轮能实现铣齿、磨齿、剃齿、绗齿工艺，制造体积小、重量轻、扭矩大、寿命长的高精度高强度齿轮，是航空航天最好的传动齿轮。图1为弧螺旋圆柱齿轮单齿立体图；图2为图1的端面主视图；图3为图2的A—A分度圆展开剖面图；图4为弧螺旋齿条立体图。具体实施方式本发明齿轮主要结构轮齿如图l所示由凸齿面l、凹齿面2、齿根3、齿顶4组成。齿长L的中点截面轮廓线13、14为正齿轮的渐开线齿形，分别向两端沿凸齿面1上的凸面弧线9、10和凹齿面2上的凹面11、12螺旋至轮齿两端面的轮廓渐开线5、6、7、8位置，形成一端右旋弧形斜齿，另一端左旋弧形斜齿的双向螺旋齿线构成的双向螺旋齿。两端弧形斜齿5、6、7、8渐开线的曲率半径大于齿长中点13、14渐开线的曲率半径，(如图2)中r2〉n，当L/R二2时两端渐开线曲率半径扭曲延展呈直线，即1"2=~，(图3)中分度圆展开剖面，齿和齿沟的形状大小完全相同，即a二b二c二d，R产R2二R3……Rn。(c)(d)为(L)中点齿厚和齿沟宽，分别向两端沿(R)渐缩，当L/R=2时两端齿厚和齿沟宽消失为零。轮副啮合条件分度圆展开剖面等曲式Ri二R2二R3……Rn。(图l)弧线9、10、11、12的曲率半径与(图3)的R值相关式Rk)二Ru〉R〉R9二Ru。双向弧螺旋齿任意端截剖面都呈现规矩的正齿轮渐开线齿形。齿长L中点正齿轮模数恒等于两端弧形斜齿的端面模数。弧螺旋圆柱齿轮特点-1、由于端面模数恒等于中点正齿轮模数，可以实现高度和角度变位，拓宽了中心距和模数选择自由度。对轮辐安装平行度适应性强，沿齿线可以在0度一5度以内负载自由轴交传动，就是说不怕主动与从动轮机架之间发生振摆。例如重载回转设备驱动机架与筒体从动轮分体安装，工作振动对直齿或斜齿轮使用寿命影响极大。如采用本发明就可以解决上述问题。2、形状验证将两根齿条啮合对扣在一起，齿面接触率100%全啮合。导论当弧螺旋圆柱齿轮直径无限大时变成了弧齿条。该齿轮和齿条无论正转反转都能够100%齿面接触。任意端截面都呈现规矩的渐开线齿形。使轮副在啮入和脱离的重叠系数内齿面上任意点都能产生载荷，接触面积高于同比齿面宽的任何齿轮和齿条。3、弯曲的齿面中点齿最厚是全齿长强度最高点，往两端啮入过程中产生了螺旋延续接替保持传动平稳，且由于运动轨迹严密精确无间隙而无噪音，现有齿轮传动精度欠佳和噪音是啮合间隙与渐开线误差造成的。本发明结构可使齿面在啮入和脱离过程，重迭系数内齿面长的任意点都能接触到产生的载荷，受力点分布均匀。弧齿条，是和弧螺旋圆柱齿轮啮合的配副齿条。(如图4)齿牙由凸齿面l-l、凹齿面2-1、齿根3-1、齿顶4-1组成。渐开线呈直线。上述(图3)中分度圆展开剖面为该齿条分度线剖面形状。齿和齿沟的形状大小完全相同，相间排列。等曲式&=&=113……Rn，等形式a二b二c二d。c、d为齿长L中点齿厚和齿沟宽，分别向两端沿分度圆R渐縮，当L/R=2时两端齿厚和齿沟宽缩为零。齿条与齿轮啮合条件图4中弧线9一1、12—1、11一l、IO—I的曲率半径与(图3)的R值相关式Rm:RHM〉R〉R9-i二Ru-!。端面模数恒等于中点正齿轮模数。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1、一种弧螺旋圆柱齿轮，轮齿由凸齿面(1)、凹齿面(2)、齿根(3)和齿顶(4)组成，其特征是轮齿齿长的中点截面轮廓线(13)、(14)为正齿轮的渐开线齿形，分别向两端沿凸齿面(1)上的凸面弧线(9)、(10)和凹齿面(2)上的凹面弧线(11)、(12)螺旋至轮齿两端面的轮廓渐开线(5)、(6)、(7)、(8)位置，形成一端右旋弧形斜齿，另一端左旋弧形斜齿的双向螺旋齿线构成的双向弧螺旋齿；两端斜齿(5)、(6)、(7)、(8)法向渐开线的曲率半径大于中点(13)、(14)渐开线的曲率半径，即r2＞r1，且轮齿分度圆展开剖面中齿和齿沟的形状大小完全相同，即a＝b＝c＝d，R1＝R2＝R3……Rn；双向弧螺旋齿的齿宽(L)中点齿厚(c)和齿沟宽(d)，分别向两端沿分度圆(R)渐缩，当L/R＝2时两端齿厚和齿沟宽缩为零，两端渐开线曲率半径扭曲延展呈直线，即r2＝∞。2、根据权利要求1所述的弧螺旋圆柱齿轮，其特征是弧线(9)、(10)、(11)、(12)的曲率半径与分度圆的r值相关式(10)=(12)〉r〉(9)=(11)。3、根据权利要求1所述的弧螺旋圆柱齿轮，其特征是双向弧螺旋齿任意端截剖面都呈现规矩的正齿轮渐开线齿形。4、、根据权利要求1所述的弧螺旋圆柱齿轮，其特征是双向弧螺旋齿的齿宽(L)中点正齿轮模数恒等于两端弧形斜齿的端面模数。5、一种弧齿条，齿牙由凸齿面(l一l)、凹齿面(2—1)、齿根(3—1)、齿顶(4一1)组成，渐开线呈直线，其特征是齿牙分度圆展开剖面中齿和齿沟的形状大小完全相同，相间排列，即a二b二c二d，R丄二RfR3……Rn;齿牙(L)中点齿厚(c)和齿沟宽(d)，分别向两端沿分度圆(R)渐縮，当L/R二2时两端齿厚和齿沟宽縮为零。6、根据权利要求5述的弧齿条，其特征是弧线(9一1)、(10—1)、(ll一l)、(12一l)的曲率半径与分度圆的R值相关式(12—1)=(IO—I)〉R>(9—1)二(ll一l)。7、根据权利要求5述的弧齿条，其特征是齿牙端面模数恒等于中点齿轮模数。全文摘要本发明公开了一种弧螺旋圆柱齿轮及弧螺旋齿条，弧螺旋圆柱齿轮由凸齿面(1)、凹齿面(2)、齿根(3)和齿顶(4)组成，轮齿齿长的中点截面轮廓线(13)、(14)为正齿轮的渐开线齿形，分别向两端沿凸齿面(1)上的凸面弧线(9)、(10)和凹齿面(2)上的凹面弧线(11)、(12)螺旋至轮齿两端面的轮廓渐开线(5)、(6)、(7)、(8)位置，形成一端右旋弧形斜齿，另一端左旋弧形斜齿的双向螺旋齿线构成的双向弧螺旋齿。弧齿条的齿牙由凸齿面(1-1)、凹齿面(2-1)、齿根(3-1)、齿顶(4-1)组成，渐开线呈直线，齿牙分度圆展开剖面中齿和齿沟的形状大小完全相同，相间排列，齿牙(L)中点齿厚(c)和齿沟宽(d)，分别向两端沿分度圆(R)渐缩。该齿轮和齿条分度圆等曲弧螺旋啮合轨迹严密精确，形成了100％接触面，接触面积高于同比齿面宽的任何齿轮和齿条，所以其承载能力和使用寿命高于现有的齿轮齿条。文档编号F16H55/17GK101149104SQ20071018994公开日2008年3月26日申请日期2007年11月9日优先权日2007年11月9日发明者完颜严,完颜学明,完颜志翰申请人:完颜学明;完颜志翰;完颜严