專利名稱：齒輪傳動結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械制造業(yè)，具體地說，涉及齒輪傳動。該發(fā)明可成功地用于各種重負(fù)荷齒輪結(jié)構(gòu)中。

背景技術(shù)：
漸開線齒輪傳動(里特維Φ.Л.，齒輪嚙合理論，M.，科學(xué)出版社，1968年，584pp.)是人們所熟知的。在端面重疊率(εα)和總重疊率(εγ)為εα≥1且εγ≥1時，通過成對齒輪的相互接合的端面齒形，漸開線齒輪傳動可以滿足嚙合基本定律。漸開線齒輪傳動的不足之處是端面齒形的結(jié)構(gòu)撓度低(嚙合邊緣相具有危險性、在極點存在嚙合相、各齒的接觸密度低)以及沿各齒線各齒接觸對工藝損壞和應(yīng)力損壞的敏感度高。
諾維科夫的空間極點外(extra-pole)齒輪傳動(諾維科夫M.Л.，新嚙合齒輪傳動，H.E.朱可夫斯基，BBИA出版社，M.，1958年，186pp.)是人們熟知的。當(dāng)各端面齒形(在其齒頂為凸出的半徑ρα且在其齒根為凹入的半徑ρf，Δρ＝ρf-ρα＞0)為點連接(εα＝0)時，其以輪齒軸向相互連接(intermate)為基礎(chǔ)，則空間極點外齒輪傳動可以滿足嚙合基本定律。諾維科夫傳動的不足之處是傳動的結(jié)構(gòu)撓度低(即根本不可能做直齒和/或者窄齒圈傳動)，必須選擇Δρ＞＞0的值，各齒的接觸密度(contact tightness)低以及齒對工藝和應(yīng)力的幾何偏差的敏感度太高。
具有軸向相互連接齒的混合嚙合空間齒輪傳動(茹拉夫列夫Γ.A.齒輪傳動，№1185942蘇聯(lián)發(fā)明證書，M∏К F16H1/08，1975年05月20日，2004年第15期公報)是人們所熟知的。在這種齒輪傳動中，端面齒形的極點外點連接段被齒頂半徑ρass的凹入線以及齒根半徑ρfss的凸出線外切(ρass-ρfss＞0)，這兩個凹入和凸出的線段之間通過漸開線段而連接，該漸開線段具有初始輪廓截面角α＞＞αk，其中α＝α1a且αk＜α1a(αk-極點外弧形段的理論壓力角；α1a-在齒頂?shù)幕净⌒味蔚南虏糠纸琰c的截面角)和被增大的嚙合角αtw。由于在這樣的傳動中實現(xiàn)兩種效應(yīng)(Zhuravlev G.A.TheMixed Cearing Engagement System.Proceedings of Ninth WorldGongress on the Theory of Machines and Machinisms.Vol.1，Italy，Milano，1995，p.p.433-437)，即IP運動原理的超加和性效應(yīng)(與加和性效應(yīng)不同的是，在混合嚙合中，加和性效應(yīng)為只是嚙合各組成部分的簡單的總和)和接觸曲率(弧度)效應(yīng)(彈性物體接觸密度增大，對降低接觸應(yīng)力的影響，揭示了可以在極點內(nèi)和極點外大大的改善嚙合相)，在這樣的傳動中，沒有各齒的接觸面積損失、嚙合極點的接觸強度得到最大限度的提高，在傳動時嚙合相的接觸持久性方面(在極點和極點外)具有高平穩(wěn)性和低彎曲應(yīng)力。
已知齒輪傳動的缺點在于，在極點外嚙合相和在各齒縱向(εβ≥1)形狀參數(shù)選擇中，在提高接觸密度和實現(xiàn)曲率效應(yīng)方面，傳動的結(jié)構(gòu)撓度受到限制。
已知的是，混合嚙合的空間齒輪傳動(G.A.Zhuravlev.Mixed-Engagement Gearing.EUROPEAN PATENT №0293473，F(xiàn)16H55/08，29.07.92和俄羅斯專利№1075041，國際專利分類(M∏К)F16H55/08，1984年第7期公報)是以混合IP運動原理為基礎(chǔ)的。端面齒形是由漸開線段和主要點連接的弧形段形成(弧形段為在其齒頂是凸出的且在其齒根為凹入的，各參數(shù)與符號及軸間距偏差的絕對值Δaw＞0或Δaw＜0有關(guān))，這兩個線段之間通過小尺寸工藝補充弧形段(在曲率效應(yīng)的基礎(chǔ)上，即按照橫向彎曲圖，在一定的載荷參數(shù)下，幾何曲率的增大對降低彎曲應(yīng)力的影響的效應(yīng))平滑地連接，這種補充弧形段在其齒頂凹入段的半徑為ρpa且在其齒根凸出段的半徑為ρpf(Zhuravlev G.A.The Principle of the Kinematicalindependence to the Mixed Toothed Engagemens.Proceedings ofISMM′97International Symposium《MACHINES andMECHANISMS)》，YUGOSLAVIA，AELGRADE，199709，1-3)。采用這樣的措施，建立了獨立的運動學(xué)原理，即漸開線段形成得α＞＞α1a。由于增大了各齒的重疊并且減小了傳動對軸心距偏差的敏感度，齒圈(toothed crown)的有效寬度bw可減小到bw≈0.7px(其中，px-軸向節(jié)距)，因而其彎曲疲勞強度指標(biāo)，振動聲學(xué)和工作壽命得以大大改善。已知解決方法的不足是在所有嚙合相(phase)期間以及在實現(xiàn)彎曲度效率和增大接觸密度期間結(jié)構(gòu)撓度是受限制的。
混合嚙合齒輪傳動(茹拉夫列夫Γ.A.蘇聯(lián)專利№ 1839700，國際專利分類(M∏К)5F16H 1/20，55/08，(優(yōu)先權(quán))∏pиop.1986年09月24日，1993年第48-47期公報)是人們所熟識的。它由具有各種相互作用的成對齒圈(例如，組合輪)的輪齒端面齒形嚙合相的IP型多流(multi-flow)元件構(gòu)成。在每個單獨地相互作用的成對齒圈內(nèi)，漸開線段(α＞＞α1a時)和齒的端面齒形的點-連接段形成了獨立的嚙合相，該嚙合相運動嚙合連續(xù)性中斷，嚙合輪齒觸位置處的公切面產(chǎn)生間斷(只對于單個點和齒形的局部部分)，能夠達(dá)到端面重疊系數(shù)εα≥1和齒輪對相互連接(由于不連續(xù)嚙合相的相對偏移)。各齒形的凸凹段的點共軛的組元不能滿足軸向重疊條件的要求，從而形成各齒的初始線性接觸，在所有嚙合相中具有提高的接觸密度，并且在嚙合中不存在軸向作用力。同時，要滿足εα≥1條件，在IP多流傳動中，當(dāng)實施曲率效應(yīng)和提高接觸密度時會限制結(jié)構(gòu)撓度。
這里作為樣機所采用的輪齒端面連接的混合嚙合齒輪傳動(茹拉弗列夫Γ.A.俄羅斯專利№ 1571330，國際專利分類(M∏К)F16H55/08，1988年04月25日，1990年第22期公報)是人們所熟知的。該齒輪傳動建立在以混合IP運動學(xué)原理和接觸彎曲率效應(yīng)的基礎(chǔ)上。IP傳動的各端面齒形具有漸開線(準(zhǔn)漸開線)段和極點外片狀和/或點狀連接弧形段(齒頂為凸出的和齒根為凹入的)，而且，段和段之間在極點外線段(α＝αk＝α1a)的各理論接觸點上互相連接并在齒根的理論接觸點上形成拐點。漸開線段建立嚙合獨立相，其端面重疊系數(shù)為εα≥1，而在各交界點上(在拐點兩側(cè))具有不同的齒形接觸形狀(由凸凹形到雙重凸出形)。
該傳動在整體上具有不存在軸向重疊條件的初始線性接觸(HЛК)型接觸，其特點是實現(xiàn)了彎曲率效應(yīng)，接觸密度得到增長(達(dá)到在極點外嚙合相期間達(dá)到初始線性接觸(HЛК))，混合嚙合以及輪齒端面和縱向形狀的結(jié)構(gòu)撓度的超加和性水平也得到了提高，改善了嚙合動力學(xué)指標(biāo)、磨合性、耐磨性與振動聲學(xué)的配合，并且改善了負(fù)載能力，提高了齒輪傳動的工作壽命。
已知傳動結(jié)構(gòu)撓度的局限性(輪齒端面和總重疊的條件為εα＞1且εγ＞1)阻礙了在各種嚙合相期間接觸密度(嚙合角αtw和/或極點外點狀連接段的高度值)的增加并阻礙了混合嚙合超加和性水平的提高。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的基本目的是采用最大程度地適應(yīng)在不同嚙合相期間的接觸曲率效應(yīng)的一系列運動學(xué)原理來增加齒輪傳動的結(jié)構(gòu)撓度和各齒的接觸密度，以便提高齒輪傳動的質(zhì)量指標(biāo)。
采用下列辦法可以解決所提出的任務(wù)，即端面齒形具有高接觸密度的片狀和/或點狀連接極點外的弧形段(其中，齒頂凸出半為徑ρa且齒底凹入半徑為ρf，理論壓力角為αk)。這些弧形段與其他段(例如，漸開線段)平滑連接，并在不連續(xù)相互連接角

方向存在輪齒端面齒形相互連接相的間斷。在此情況下，一對端面齒形的至少一個不連續(xù)相互連接的相是借助極點外凸凹線段的接觸而形成的。這里和以下的齒輪傳動沿各齒凸凹線段相互作用的各端面齒形具有不連續(xù)相互連接相。具有這種相的各齒輪傳動被稱為不連續(xù)傳動，這種齒輪傳動只有在一些個別的嚙合相中或者是呈片狀線段的嚙合相中，成對輪中的每個輪所具有的端面重疊角小于角距的情況下，可以滿足運動學(xué)上的端面齒形的正確嚙合。對齒的端面的和縱向的形狀不用形成齒輪共軛的傳統(tǒng)原理的疊加限制時，會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)傳動中的構(gòu)造不均勻性，但是在各齒的端面相互連接相中，通過各齒形形狀的特殊性，可以補償這種不均勻性。首先，傳動的周期偏差和運動偏差可與實際的漸開線傳動的允許錯誤在程度上相當(dāng)。其次，由于沿極點外弧形段處的各齒的端面相互連接并且由于在動力嚙合中接觸曲率各效應(yīng)的影響，一方面，得以在運動準(zhǔn)確性方面、在各齒接觸(傳動軸線位置)方面以及在操作平穩(wěn)性(齒嚙合頻率的周期誤差)方面降低對傳動的要求；另一方面達(dá)到了平穩(wěn)工作、良好的接觸斑點、降低齒撞擊速度、降低動態(tài)載荷和聲振動效力、增加載荷能力和使用壽命的效果。對于具有任意縱向形狀的各個齒，在端面齒形重新連接段接觸的交界點或者理論點上各嚙合相之間，被引入的間距

越大，則相互作用的齒輪圓周速度有可能就越低，并且各點狀連接段的高度尺寸也越大。
可以在混合嚙合的超加和性效應(yīng)的基礎(chǔ)上，用漸開線段參數(shù)不同的變化來增加極點外線段的接觸尺寸和接觸密度(借助于降低漸開線段尺寸，但不增加

的值)。但是，重要的是，這個任務(wù)可以通過改變齒圈的各同名嚙合相(改變角度為τp1，2，直到漸開線段完全去除)來解決。做法是，對具有多流單元的不連續(xù)齒輪傳動而言，具體講，對呈捆綁狀相互連接的各組合輪，在圓周方向上的兩個或者更多個的直齒、斜齒等同軸齒圈端面齒形嚙合的各同名相，進(jìn)行相對改變，不連續(xù)齒輪傳動，包括按照不同成對相互作用的齒圈各齒。做不連續(xù)相互連接的組合和帶有相鄰各點之間大約有相同的角距，該齒輪傳動還具有每個輪的所有齒圈的端面齒形的垂線(在各有效段的理論觸點K或者在區(qū)別性線段處，例如，各中間點或者各交界點上)對該輪端面的投影，該投影的初始線與上述的相鄰各點相交。也就是說，不連續(xù)齒輪傳動還具有各相鄰點之間具有大約相等的角距與對每個輪的所有齒圈的端面齒形的垂線(在有效段的理論接觸點K或者有代表性的點處，例如，中部點或者交界點上)對端面投影的初始線相交。各齒不連續(xù)端面相互連接的角度值由

關(guān)系式選取。各齒的運動理想接觸線在組合輪寬度和在其各齒的高度方面，在各種線段上和不同的嚙合相中，斷續(xù)地顯現(xiàn)出來。這與各傳統(tǒng)傳動，在各齒的各表面上的接觸線或者各接觸點處，在齒高(在漸開線直齒傳動中)或者在齒寬方面(在諾維克夫傳動中)的連續(xù)位移是有區(qū)別的。
提高相互連接相分配的均勻性會增加不連續(xù)傳動工作的平穩(wěn)度，包括在齒輪被制成為雙齒圈輪時。改進(jìn)的各齒的整體形狀(端面與縱向形狀的組合)可以達(dá)到任何其他嚙合都達(dá)不到的高水平的接觸密度，而且在嚙合中不存在軸向作用力。這充分體現(xiàn)了各齒線性接觸的優(yōu)越性和極點外嚙合的動態(tài)潛力，最大地體現(xiàn)了不連續(xù)嚙合的優(yōu)越性。每對齒在嚙合過程中，運動接觸參數(shù)關(guān)系變化小，不存在具有比較低的結(jié)構(gòu)撓度端面齒形的漸開線段、不存在各齒純滾動的極點相，并且由于具有高接觸密度，因而改善了傳動的抗磨損性和磨合性能、降低了傳動的聲振能力、降低了對工藝和剛度的幾何偏差的敏感度。類似的不連續(xù)嚙合的做法，適用于各種多流結(jié)構(gòu)，包括適用于行星齒輪機構(gòu)。在任意總重疊系數(shù)條件εγ＝εα+εβ(式中，εα和εβ-各齒的端面重疊系數(shù)和軸向重疊系數(shù))下，要將傳動設(shè)計成各齒端面重疊系數(shù)小于1或者等于零。
推薦使用不連續(xù)傳動的極點外方案IP(例如，圓柱形的、圓錐形的或者蝸桿式的)，即端面齒形要具有小尺寸的工藝線段，而且成對輪的一個輪的齒形的小尺寸凸出的工藝線段的上部交界點位于各齒頂，而相互作用齒形的漸開線(準(zhǔn)漸開線)段形成極點外或者極點內(nèi)的嚙合。在IP極點外傳動中，消除了弱極點線段，保留了IP不連續(xù)傳動的主要優(yōu)點，從而傳動工作的磨合性和可靠性得以增加(尤其當(dāng)εβ＝0時)。另外，在極點外不連續(xù)IP傳動中，達(dá)到了各齒的齒頂和齒根接觸強度的修平效應(yīng)和所謂的“齒頂”效應(yīng)。當(dāng)εβ≥0.5時，通過各角的關(guān)系式

確定嚙合條件，而當(dāng)εβ＜0.5時，應(yīng)將上述關(guān)系式相應(yīng)降低到≤0.2。
特別是對于錐形傳動和準(zhǔn)雙曲線傳動以及其他傳動(在運行過程中，具有變化輪軸線相對位置的傳動)，要這樣設(shè)計不連續(xù)傳動，以使各相同的初始輪廓的每個極點外弧形線段根據(jù)不同的定律混合并相切，并在各理論接觸點上形成拐點，而且齒根和齒頂?shù)臉O點外線段互相平滑地連接(例如通過漸開線段)，或者在具有斷面角αc的點上共軛。傳動可以形成為在各理論接觸點上具有不連續(xù)相互連接并且具有減少的總重疊系數(shù)εγ(例如，當(dāng)εγ＝0時)。不連續(xù)端面相互連接的各角度值可以由關(guān)系式

選擇。由于理論接觸點兩側(cè)的各線段曲率具有相反符號的傳動，因此這樣的傳動實際上對于軸間距偏差(Δaw＞0)是不敏感的。
在不同的不連續(xù)傳動中，成對齒形點連接的極點外線段在各壓力角超過理論壓力值αk的區(qū)域有可能被平滑的曲線外切，這些曲線靠近圓周弧線，該弧線接近曲率半徑值(如果各幾何參數(shù)和安裝參數(shù)的允許偏差取為相當(dāng)于圓柱形輪或者錐形輪的軸向裝置軸心線間距的增加)。用這種做法，一方面，可以在選擇端面齒形點連接極點外線段曲率半徑值時運用運動原理，而且這種選擇具有獨立性，即在傳動中與相當(dāng)于軸線間距變化(量)的幾何偏差(量)無關(guān)；另一方面，對于α≥αk的各齒段，這些偏差只確定實際的(最大限度達(dá)到的)接觸密度(直至表面接觸)(即在各齒最重要的相互連接相期間)，該接觸密度等于每個隨機顯示的偏差水平和等于嚙合時實際的側(cè)面間隙值。為了增加點連接段的高度尺寸，例如，在一個轉(zhuǎn)動方向上增加，必須將不連續(xù)轉(zhuǎn)動的齒形形成為不對稱的端面齒形。
本發(fā)明提高了輪齒接觸的結(jié)構(gòu)撓度和密度，降低了嚙合對幾何偏差的敏感度，因此可以得到以下優(yōu)點低水平的接觸(表面和深度)和彎曲應(yīng)力及接觸溫度；最少的輪齒數(shù)量和更為完善的齒輪組合條件；降低支撐載荷的輪齒形狀；特別輕便的齒輪結(jié)構(gòu)；降低的聲振效力(1-4dBA)，減少的外形尺寸、重量、金屬耗用量和成本，對潤滑油、齒輪強力傳動的導(dǎo)熱要求程度的降低；制造工藝的簡化；磨合性能，有效系數(shù)(КΠД)，高速性，載荷和過載性能(提高到2倍)和壽命(提高到10倍)的提高。該要求保護(hù)的技術(shù)方案符合“新穎性”標(biāo)準(zhǔn)(N)，其中引用了產(chǎn)生不連續(xù)齒輪嚙合的獨創(chuàng)的運動學(xué)原理。本發(fā)明符合《發(fā)明水平》標(biāo)準(zhǔn)(IS)它的規(guī)則不明顯但也未陷入傳統(tǒng)方法之中，包含了嚙合基本定律。該要求保護(hù)的技術(shù)方案符合《工業(yè)可行性標(biāo)準(zhǔn)》(IA)，因此可以更廣闊地使用，而它的開發(fā)也不要求制造結(jié)構(gòu)工藝根本上的改變。



本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將從下面的具體實施例和附圖中而變得更明了 圖1概括地描述了根據(jù)發(fā)明而做出的單個流(flow)齒輪傳動，其中，其截面以端面平面示出的齒輪在輪齒端面齒形的漸遠(yuǎn)(recess)相期間相互作用處于運動嚙合中。
圖2概括地描述了根據(jù)發(fā)明而做出的處于運動嚙合中的多流齒輪傳動，其中，齒輪沿三個嚙合區(qū)域(C，D和E)相互作用。
圖3概括地描述了根據(jù)發(fā)明而做出的處于運動嚙合中的多流齒輪傳動，這些齒輪沿三個嚙合區(qū)域(C，D和E)相互作用，這些齒輪通常由具有三個共軸齒圈(它們的截面以不同的端面平面示出)的組合輪表示。
圖4概括地描述了具有成對輪的單個流齒輪傳動在輪齒端面齒形的漸遠(yuǎn)相期間處于動力嚙合。
圖5示出了具有整個輪圓柱體的單個流圓柱形齒輪傳動的輪齒動力相互連接相。
圖6描述了具有組合輪的傳動，每個組合輪包括四個齒圈并且它們具有相對不一致的位移。
圖7示出了具有組合輪的圓柱體多流傳動的輪齒動力相互連接相。
圖8示出了在輪齒側(cè)表面上具有積分接觸斑點的極點外傳動三齒圈組合齒輪的部分圖。
圖9示出了在一個點上(例如，用于嚙合漸近段)通過小尺寸工藝段(例如，用于嚙合漸遠(yuǎn)段)與漸開線段連接時的具有兩個類型的點-連接弧形段輪齒傳動的一對不相同的初始輪廓。
圖10示出了具有點-連接弧形段的極點外傳動輪齒的一對不相同的初始輪廓，該弧形段通過小尺寸工藝段同極點外漸開線段連接。
圖11示出了具有點-連接弧形段的極點外傳動輪齒的一對不相同的初始輪廓，該弧形段直接(在接觸處)同極點外漸開線段連接。
圖12示出了具有曲率交變符號的點連接段傳動的一對初始齒廓。

具體實施例方式 根據(jù)發(fā)明而形成并在重載荷驅(qū)動中使用的圓柱形齒輪傳動(圖1)是由以角速度ω1和ω2轉(zhuǎn)動的齒輪1和2(其中，軸O1，2和圓周滿足節(jié)距、齒頂和齒根的相應(yīng)的半徑分別為rw1，2、ra1，2和rf1，2)組成的。以下，參數(shù)符號標(biāo)記1和2分別表示成對的輪1和2。
齒圈1°和2°上的相互作用的輪齒3-4和5-6的端齒形面的側(cè)面包括極點外點-連接弧形段8和7，9和10(其中，齒頂凸出半徑為ρa且齒底凹入半徑為ρf，理論接觸點為K1、K2、...，K8且壓力角αk＝αtw)，以及在圖中用虛線表示的能在點K3，4，5，6處相互平滑連接的漸開線段(其中，半徑rb1，2主要圓周和嚙合角αtw)11和12(分別位于圓周的下邊界點和上邊界點之間，半徑為rep1，2和reg1，2)。在圖1中表示的來自嚙合相的輪齒5和6在點N2處接觸，該點與7和8型極點外段的理論接觸點K1和K2相吻合，還與11和12型漸開線段限制點相吻合。在進(jìn)行單流傳動且具有齒圈1°和2°的輪1和2為整體式時，輪齒端面重疊角

數(shù)值上要小于角距τ1，2，該輪齒端面重疊角

是從嚙合線L1L2的點N1處的輪齒5-6(在點K7-K8處)的嚙合相(通常在圖1和圖4上通過型面13-14和15-16段示出)到點N2處的未嚙合相之間的角。此時，下一對輪齒3和4的端面齒形沒有互相接觸且形成端面相互連接(具有相間斷)的不連續(xù)相(只有在個別的點N1和N2上相互連接)，例如角

在輪齒具有任意縱向形狀的情況下，當(dāng)端面重疊率εγ＝εα+εβ＜1時，輪齒端面重疊系數(shù)εα＜1。由于不再采用重疊(諸如εα≥1或εγ≥1)的傳統(tǒng)條件，在這樣的傳動里，點-連接段7-8和9-10的高度尺寸和/或漸開線段嚙合角αtw數(shù)值增加，從而導(dǎo)致了在所有(或最主要的)嚙合相期間，輪齒接觸密度提高，接觸彎曲率的增大且混合嚙合超加和性提高，結(jié)構(gòu)撓度和傳動載荷性能增強。例如，在混合嚙合的IP圓柱形直齒傳動中，εα從εα＝1.2減小到εα＝0.944，致使嚙合角αtw從αtw＝23°增加到αtw＝27°，而齒輪z1＝11的齒頂點-連接段高度允許從0.116m增加到0.387m(其中，m-輪齒模數(shù))。
當(dāng)極點外點-連接段的尺寸和作用繼續(xù)增加同時通過降低結(jié)構(gòu)撓度而使端面齒形漸開線段的尺寸減小(或完全取消)時，導(dǎo)致形成具有軸O1的中心輪1和與三個輪2(2′，2″和2″′)作用的同軸冠狀輪1c(為清楚起見，未示出其輪齒)的多流(圖2)不連續(xù)傳動，輪2(2′，2″和2″′)安裝在不同的軸上(O2′，O2″和O2″′)并形成三個動力流(沿C，D，E區(qū)域)，其中輪1與輪2′，2″和2″′的嚙合相具有相對位移(shift)。為了方便分析嚙合位移相，在圖3中概括示出了具有在三個嚙合區(qū)域(C，D和E區(qū)域)相互作用的齒輪的多流傳動，齒輪以具有同軸齒圈1′、1″、1″′和2′、2″、2″′(它們的截面在不同端面平面上示出)的三齒圈組合輪1和2標(biāo)示出，而且齒輪相對位移角τp1，2均等。當(dāng)基準(zhǔn)線在理論接觸點K′1，2處的端面法線經(jīng)過嚙合極點P時，齒圈1′和2′(接觸點K′1，2)的輪齒5和6在點N2上相接觸(圖3)。輪齒的端面齒形沿點-連接(一個輪的輪齒齒頂凸出，并且與它成對的另一個輪的輪齒根部凹入)段23和26，25和24不連續(xù)(當(dāng)

時)形成極點外嚙合相。隨著這些點與嚙合極性點P(例如，對于輪2的輪齒而言的點P1，P2...，P7)依次重合，不連續(xù)端面相互連接角仍然交替

(從齒圈2″′的輪齒22的齒根到齒圈2″的輪齒20的齒頂)，

(從齒圈2″的輪齒20的齒頂?shù)烬X圈2″的輪齒18的齒根)，

(從齒圈2″的輪齒18齒底到齒圈2′的輪齒齒頂)等。
在輪齒的工作形面之間產(chǎn)生的運動學(xué)嚙合間隙在動力嚙合(當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩T1，2≠0時)中進(jìn)行部分(或全部)選擇。在單流傳動(圖4中描述了嚙合漸遠(yuǎn)相期間的變形輪齒5和6)中，主動輪的齒距減小(τ′1＜τ1)，而從動輪的齒距增加(τ′2＞τ2)，因此可能產(chǎn)生輪齒3和4在點Kt的初始切線的邊緣(或接近邊緣)產(chǎn)生接觸。根據(jù)極點外的點-連接段的幾何參數(shù)和傳動載荷水平點Kt可以落在輪齒3(圖4中示出)端面齒形的漸開線段12上或其凹入段10上。在任何情況下，點Kt都沿輪齒3端面齒形向下移動(輪齒輪轉(zhuǎn)動和輪齒3-4載荷水平的增加)，而在凸出段9和凹入段10形成緊密接觸，直到切點運動方向改變?yōu)橄喾捶较?沿齒3端面齒形向上)并使它同理論接觸K3，4和嚙合線L1L2(從輪齒3端面齒形的拐點K3各個面形成凸出-凹下和雙凸出接觸)工作段N1N2的初始點N1相吻合，再接下來移動到漸開線段8和9接觸上限點K5和K6。齒輪接觸的密度在進(jìn)入嚙合過程中增加(其中，載荷水平增加到最大)，在脫離嚙合過程中(其中，載荷水平減小到0)減小。
當(dāng)輪齒3和4處于動力嚙合相時，在點N1處的輪齒5-6的工作型面之間形成間隙。在載荷作用情況下變形輪齒3-4和5-6的齒距增加(τ′1＞τ1)或減少(τ′2＜τ2)，以此來補償這個間隙，而在輪齒5和6之間產(chǎn)生緊密接觸。輪齒5-6的動力嚙合過程(在點N2運動相互連接之后)與輪齒3-4的嚙合漸近過程相似，但進(jìn)行次序相反。增大了接觸密度的輪齒工作型面段(圖5)產(chǎn)生平滑的不連續(xù)相互連接(嚙合剛度沒有急劇變化)。應(yīng)力線27和28示出輪齒3和4，5和6的標(biāo)準(zhǔn)接觸應(yīng)力與應(yīng)力線29和30的比較，正常的接觸應(yīng)力對輪齒齒頂工作型面點-連接段的小高度尺寸的輪齒邊緣接觸而言則是典型應(yīng)力。該應(yīng)力線很高質(zhì)量地指出了輪齒接觸中閃燃點的比值。當(dāng)兩輪對的輪齒具有凸出-凹下接觸而沒有漸開線段時，載荷重新配置的基本周期與最佳相相吻合。利用端面齒形的極點外點連接段在動力(多對的和單對的)咬合嚙合相中具有初始線性接觸(當(dāng)β＝0時)或者具有IP混合咬合嚙合范圍內(nèi)的初始線性接觸(當(dāng)β≠0時)，，從而提高了效率，有效系數(shù)(КΠД)和磨合性能，降低了傳動聲振效力水平、接觸幾何偏差的敏感度和傳動滯動的風(fēng)險。
在多流傳動中輪齒端面相互連接參數(shù)的改善，降低了頻率振動激勵zNP(其中，z-齒圈里的輪齒數(shù)；P-在成對的多齒圈組合輪中同齒圈嚙合相的位移相互作用的對數(shù)；N-輪齒工作型面上的弧形段數(shù)量)，輪齒(33-34，35-36，37-38，39-40，41-42，43-44等)沿著各成對相互作用的齒圈達(dá)到了輪齒的不連續(xù)相互連接的組合(圖6中看不到的輪齒型面段只在4齒圈齒輪2的左部分用虛線引出)，并且在從每個輪的初始線到端面平面的所有齒圈的理論接觸K′1，2...K″″1，2里在工作型面標(biāo)準(zhǔn)線投射的交叉相鄰點之間有相同的角距離

而且總重疊系數(shù)εγ＝0；此時，工作型面45包括兩個極點外的弧形段46和47，而依次相互作用的一對齒圈τp1，2的輪齒端面齒形嚙合同名相的相對位移角數(shù)值的選擇(如和)取決于在具有初始線理論接觸(圖中一些點K″″2標(biāo)定為K2)中的單獨齒的齒圈工作型面標(biāo)準(zhǔn)線交叉連接點ρa和ρ之間的角距離數(shù)值的最大參數(shù)τqmax1，2＝3/4τ1，2和最小參數(shù)τqmin1，2＝1/4τ1，2，并從如下關(guān)系式中確定 (τp max1，2-τpmin1，2)/τqmin1，2＝1，若τ1，2/(Pτqmin1，2)≤1；(1) τp max1，2≈τp min1，2，若τ1，2/(Pτq min1，2)＞1； (2) 而輪齒不連續(xù)端面相互連接角數(shù)值從下面關(guān)系式中選擇
組合多齒圈齒輪(具有點K′2和K″′2處工作型面標(biāo)準(zhǔn)線投射的與極性點P不吻合的初始圓周交叉點P0和P1)的輪齒33-34和35-36的動力相互連接(圖7)齒圈1′-1″和2′-2″相對位移數(shù)值發(fā)生變形變化時產(chǎn)生，該變化指從點K′1和K′2(且)的重合相(圖6)到圖7中表示的齒輪1和2的位置，并且-從這個位置到點K″1和K″2的重合相。因此，輪齒33-34(離開運動嚙合相后)和輪齒35-36(還未達(dá)到運動嚙合相)仍保持動力接觸。接觸應(yīng)力線31和32的應(yīng)力線說明了線29和30底面上接觸相對于小高度尺寸的極點外點-連接段接觸而言密度增加。通過從公式(1)中求得的四個圓盤(每個圓盤具有成對組合輪)借助輪齒的接觸的不均勻(勻速)位移和提供了與表面分配相近的初始線輪齒的不連續(xù)相互連接相的均勻(勻速)分配
具有三齒圈組合輪的圓盤型齒圈的齒圈48，49和50(圖8)通過庫爾維克端面聯(lián)軸器元件51相互位移并相互連接。銷釘52用于將輪固定軸上。在各種齒圈輪齒53，54和55的側(cè)表面上可以看見具有按輪齒齒根和齒頂56和57，58和59，60和61劃分的整個接觸斑點(在成對輪短時動力轉(zhuǎn)動之后)。
由于上述工作的完成消除了極性相和漸開線嚙合段，因此明顯增大了端面齒形點-連接段的尺寸，并提高了傳動載荷性能。
為了提高IP型不連續(xù)傳動的耐磨損性，輪齒62和63的成對初始輪廓側(cè)面型面(圖9，其中m-輪齒模數(shù)；jn-側(cè)間隙系數(shù))包括了具有與兩個主要極點外弧形段66-67(當(dāng)α′k＝α′1a＝α?xí)r)和68-69(當(dāng)α1a＜αk，α1a＜α?xí)r)平滑連接的型面角α直線形(漸開線)段64和65。通過小尺寸工藝段70(輪齒62的齒根)和71(輪齒63的齒頂)實現(xiàn)連接。在點K1和K2處沿漸開線段的輪齒相互連接相被具有點-連接段68-69接觸K0的兩段間隔qmin和qmax分開。
根據(jù)成對初始輪廓72-73(圖10)通過漸開線(直線形)段74和點-連接段75和76(其中，理論角αk＞α1a)完成極點外傳動IP，段相互間通過輪齒型面的小尺寸工藝段77和78連接，以便相互作用的輪齒型面的漸開線段74形成極點或極點外嚙合相，在K1點(與實際齒輪型面上限點a相一致)上和K2上，用具有點-連接段接觸的兩個間隔qmin加和qmax分開相互連接相)。這樣，提高了嚙合IP的結(jié)構(gòu)撓度-從操作中按接觸相互作用運動學(xué)除去減弱的極性段，以便在保留εα＜1傳動IP的主要優(yōu)點的同時，增加其工作的可靠性和磨合性能。除此之外，在極點外傳動IP中，顯現(xiàn)出成對輪的一個輪對中的齒72型輪齒齒頂和齒根的接觸強度效應(yīng)，所謂的“齒頂效應(yīng)”也更完整地得以實現(xiàn)，即，具有任意縱向形狀的輪齒成對輪可以通過嚙合加強(根據(jù)輪齒接觸彎曲率)極性內(nèi)(或極點外)來形成，甚至還可具有更大硬度差的輪齒。
具有小尺寸工藝段C1C2和C3C4的IP型極點外不連續(xù)傳動的輪齒斷面80和79(圖11)的型面形成方法是，讓一個輪對的輪齒型面的小尺寸凸出工藝段的上限點C2位于齒頂，而相互作用輪齒型面的漸開線段81和82形成具有部分兩對嚙合和具有沿點-連接段83-84(相K0)和85-86(相K1)相互連接的極點和極點外嚙合相。這樣，部分雙對傳動IP具有三個最有特點的嚙合周期，即一對嚙合，雙對嚙合和嚙合重疊不足Δε。點K1中的點-連接段端面嚙合相位于相鄰輪對的漸開線段K3和K2嚙合限制點之間，即在一個輪對漸開線段嚙合K3出口到順次輪對漸開線段嚙合K2入口處。各齒的不連續(xù)相互連接與漸開線的極點內(nèi)嚙合和極點外嚙合以不同的運動方式相配合，改善了聲振指標(biāo)，特別在高速度傳動中提高了IP型極點外嚙合效應(yīng)。
對于在使用過程中具有變化的輪軸相對位置的極點外不連續(xù)傳動形成沒有嚙合的漸開線相，而相同初始輪廓87-88的成對型面(圖12)的每個主要段按各種定律外切線段89-90和91-92，93-94和95-96描述了形成與齒根和齒頂端面齒形主要弧形段理論接觸K相吻合的拐點，齒根和齒頂在帶有型面角αc的點C中連接。在具有雙彎曲形狀輪齒端面型面的嚙合極點在運動減弱區(qū)內(nèi)具有增大的相互出口，而具有間隔qmin的段89-90和95-96在點O1和O2中的輪齒相互連接相的特點是具有良好的型面形狀。間隔qmax包括嚙合極性相附近的相互連接段91-92和93-94。從運動學(xué)上來講，這樣的傳動具有在具有總重疊系數(shù)εγ＝0的在理論點K中的正確的嚙合。
在不同的非連續(xù)傳動中，原始齒形對的型面在大于理論壓力角值αk的壓力角范圍內(nèi)點連接的極點外段(比如89-90和95-96)，其理論參數(shù)誤差等于軸間距的增加量Δαw＞0，而型面在大于理論壓力角αk的壓力角范圍內(nèi)的主要極點外弧形工段可以用曲率半徑近似于工藝值的平穩(wěn)圓弧曲線來描述如下 其中，ff-齒廓公差；Δρ＝ρf-ρa；ρa，f-型面的曲率半徑，分別對應(yīng)于相互作用的齒的成對原始齒形凸凹接觸工段；αmax-齒尖型面的最大角。由于此種非連續(xù)傳動，因此能夠提高齒在重接階段內(nèi)的接觸密度以及降低嚙合對幾何偏差的靈敏度。比如，在圖12的錐形(或圓柱形)傳動中，這就使接觸在端部型面高度上的位置完全取決于輪軸向安裝位置(軸間距)的實際變化，若其中心在齒高度上的初始位置不變，輪軸向安裝位置(軸間距)的實際變化越大，整體接觸就越多地處在K點處(在圖12中，用箭頭S來標(biāo)出)。在這樣的傳動中，齒的實際接觸緊密性是隨機誤差(等于軸間距變化)的函數(shù)可以達(dá)到極限高(直至達(dá)到初始面接觸)。利用推導(dǎo)公式選擇Δρ值，91-92和93-94工藝段的接觸緊密性可以得到稍微提高，但其接觸緊密性的實際增長完全是有限的，因此這些工段參數(shù)的選擇更應(yīng)該考慮到齒在嚙合極點嚙合階段不能出現(xiàn)接觸破壞(在間隙雙面凹的情況下)或者嚙合角的增大(當(dāng)極點內(nèi)是漸開線嚙合時)。
圓柱形(直齒形、拱形和斜齒形)的、螺旋形及錐形(具有圓齒)的傳動試驗表明，可以明顯降低產(chǎn)品的成本(依靠降低對輪齒材料合金度、化學(xué)熱處理和精處理的要求來實現(xiàn))，其中包括，對于m＝2.5-10mm模件的圓柱傳動(整輪和組裝鋼輪)而言，降低成本，同時擴大負(fù)載能力(當(dāng)Hsurf≥HRC57，

εβ＝0，εγ＝0.915，時，增大1倍；當(dāng)三齒圈組合輪Hsurf≈HB320，z1，2＝29，

εγ＝0時，增大0.9倍)；延長無故障工作時間(當(dāng)Hsurf≤HB320，

εβ＝1.96，εα＝0.865時，是原來的10倍以上)；降低噪聲級(當(dāng)Hsurf≥HRC58，

εβ＝0，εγ＝0.914時，減小3-4dBA)；對于無間隙嚙合和具有輪對軸線偏斜的γ＝1.45·10-3的徑向結(jié)合極限條件下，不發(fā)生傳動抱死現(xiàn)象(Hsurf≈HB320，

εβ＝1.429，εγ＝2.367)；降低寬齒圈斜齒傳動的軸線尺寸，當(dāng)Hsurf≤HB320，

εβ＝1.176，εα＝0.865時，從150毫米降至90毫米，降低了1.67倍。
該齒輪傳動可以用于各種技術(shù)工程項目，也可以應(yīng)用于各種人類活動范圍。它可以制成圓柱形、錐形、雙曲面、螺旋形、蝸桿傳動，而它的齒輪可以制成整體的或者是組合的，具有任意縱向齒形。
該項發(fā)明解決了改善動力傳動指標(biāo)的實際問題，提高負(fù)載能力(可達(dá)到原來的2倍)、壽命(可達(dá)到原來的10倍)、高速性、效率和耐磨性；降低嚙合的動態(tài)(振動噪聲)活性(1-4dBa)，降低對幾何形狀工藝和失真偏差的敏感性；簡化生產(chǎn)制造工藝；降低外形尺寸、重量、金屬用量及成本；減小運營費用(其中包括，對潤滑和導(dǎo)熱的要求等級)和傳動卡住的風(fēng)險。本發(fā)明提高齒輪嚙合的結(jié)構(gòu)撓性，并具有廣泛的使用范圍，適用于各種運輸機械、機床制造、減速器制造及其他機械制造領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種齒輪傳動結(jié)構(gòu)，由齒輪1和2構(gòu)成，其中，相互作用的齒圈(例如，對于單流元件而言為1°和2°；而對于多流元件而言為1′和2′以及1″和2″，其中，依次相互作用成對的齒圈1′-2′和1″-2″的同名嚙合相的相對角位移為τp1，21-2)的輪齒節(jié)距角為τ1和τ2(例如，分別對應(yīng)于3和4或者5和6)，所述齒圈的端面齒形具有在齒頂凸出并在齒根凹入的片狀和/或者點共軛(在各線段的理論接觸點K3，5和K4，6，K1和K2)的極點外弧形線段8和10或者9和7互相平滑連接或者與其他例如漸開線(準(zhǔn)漸開線)段12和11平滑連接，
其特征在于，相互作用的齒圈形成為其端重疊角
1，2小于角節(jié)距τ1，2或相對角位移τp1，21-2，其中，在齒相互連接相之間產(chǎn)生間隙，所述間隙等于從輪齒端型面5和6相互作用結(jié)束點N2至下一輪齒對例如同一齒圈1°-2°的3和4或者另一齒圈對1″-2″的輪齒17和18的3和4端型面相互作用開始點N1的形成輪齒端部的間斷，不連續(xù)相互連接角為
(當(dāng)時)或
(當(dāng)時)，例如，同一為1°-2°或者另一對的輪齒17和18為1″-2″；此種情況下，至少，通過極點外弧形段9和10(在輪齒齒頂處凸出，而在齒根處凹入)形成所述輪齒對端部不連續(xù)相互連接的至少一個相，且例如當(dāng)總重疊系數(shù)εγ＝0時，所述齒輪傳動形成具有輪齒端部重疊系數(shù)為εα＜1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪傳動結(jié)構(gòu)，所述齒輪傳動結(jié)構(gòu)由例如包括有相互連接的組合輪的多流元件形成，所述組合輪具有兩個或更多個同軸齒圈，例如，直齒齒圈1′、1″、1″′和1″″，2′、2″、2″′和2″″，其中端面齒形同名嚙合相沿圓周方向產(chǎn)生相對位移；
其特征在于，所述齒輪傳動具有不同成對相互作用齒圈的各齒(33-34，35-36，37-38，39-40，41-42，43-44等)進(jìn)行不連續(xù)相互連接的組合，并且每個齒輪的起點線至其端面所有齒圈端面齒形法線投影(在理論接觸點K處或在有效線段的有代表性的各點處)與所述齒輪端面相鄰交點之間的角距近似相等，例如，總重疊系數(shù)εγ＝0；而各齒不連續(xù)端面相互連接角度值由關(guān)系式
確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪傳動結(jié)構(gòu)，例如圓柱形，錐形或蝸輪傳動，所述齒輪傳動結(jié)構(gòu)基于具有輪齒端面齒形漸開線段74的一對不同初始輪廓72、73，所述初始輪廓的每一個通過附加小尺寸工藝段77、78與至少一個極點外弧段連接(例如，分別為段76和75)；
其特征在于，所述齒輪傳動結(jié)構(gòu)被設(shè)計成極點外齒輪傳動，其中，所述成對齒輪之一的輪齒端面齒形的小尺寸凸出工藝段78的上限點位于齒頂，漸開線段形成嚙合的漸遠(yuǎn)或漸近相，而不連續(xù)端部相互連接的角度值由關(guān)系式
來確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪傳動結(jié)構(gòu)，例如，圓柱形或者準(zhǔn)雙曲線弧形傳動，所述齒輪傳動結(jié)構(gòu)基于初始齒型對87-88，為所述初始齒型對的輪齒端面齒形包含有弧形段91、92、93、94，所述弧形段在齒頂處凹入而在齒根處凸出并被所述混合曲線外切，在極點外段的理論接觸K處形成拐點，
其特征在于，所述齒輪傳動結(jié)構(gòu)被設(shè)計成極點外式齒輪傳動，其中，齒頂和齒根的弧形段89和91、90和92、93和95，94和96例如在具有齒型角αc的分度齒根的中間拐點“c”處平穩(wěn)連接，而不連續(xù)端面相互連接角度值由關(guān)系式
來確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的齒輪傳動結(jié)構(gòu)，
其特征在于，所述齒輪傳動結(jié)構(gòu)被設(shè)計成，其幾何參數(shù)和裝配參數(shù)的偏差等于圓柱形齒輪的軸線或錐形齒輪軸向裝置之間增加的軸間距，而在大于理論壓力角αk的壓力角處，所述輪齒端型面的極點外弧形段被具有相同或者基本相同曲率半徑值的接近于圓弧的平滑曲線外切。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種齒輪傳動結(jié)構(gòu)，其通過具有與單流元件或多流元件相互作用的齒圈輪齒(3)和(4)或(5)和(6)的齒輪(1)和(2)構(gòu)成。相互作用輪齒的工作型面包括極點外弧形段(8)和(10)或者(9)和(7)，這些面相互間平滑連接或與漸開線段(12)和(11)平滑連接，這些極點外弧形段在其齒頂呈凸出狀，在其齒根呈凹入狀。相互作用的齒圈通過輪齒端面相互連接相中斷形成不連續(xù)相互連接角(從輪齒(5)和(6)端面齒形相互作用終點到連續(xù)輪對端面齒形相互作用始點)而形成，例如上述齒圈或輪齒(17)的(3)和(4)。
文檔編號F16H55/08GK101203699SQ200580050187
公開日2008年6月18日 申請日期2005年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者格爾曼·亞歷山德羅維奇·茹拉夫廖夫 申請人:格爾曼·亞歷山德羅維奇·茹拉夫廖夫