專利名稱：寬齒形疊合齒輪和制造方法
技術領域：
各種機械設備內部的動力變速傳動齒輪。
背景技術：
現有國內外齒輪行業設計、制造的齒輪齒形，其輪廓線主要有漸開線、圓弧及雙圓 弧齒輪。近年我國從歐美引進的擺線齒錐齒輪和準雙曲線齒輪，還有前蘇聯曾設計過的諧 波齒輪。查看近期進口和國產高檔汽車的齒輪零件，從互聯網上檢索中國F16H類1985年 以來的發明和實用新型專利公告，都屬上述輪廓線齒形的齒輪。
上述各類齒形的齒輪，均有如下不足 (1)齒形較窄，使齒輪能夠承受的力矩強度難以再成倍提高。
(2)齒形輪廓線的精確設計和制造工藝都較復雜。
(3)齒間傳動時，齒面的磨損難免，尤其是接近齒根部的磨損尤甚。 自齒輪問世數百年來，國內外科技界曾對齒輪的齒形輪廓線的設計和精確加工方
面做過大量的研究實驗，雖然使齒輪傳動性能不斷提高，并趨于理想極限，但均未再取得重
大突破。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明的寬齒形疊合齒輪具有如下特征和實用效果
(1)在自動滿足連續平穩傳動的前提下，寬齒形齒輪的齒形寬度是現有各種齒輪 的1.2倍以上。應力接觸點均在兩個基準圓之間，所以，從材料力學的相關公式就可估算 出寬齒形齒輪的輪齒能夠承受的力矩強度是現有齒輪的1. 5倍以上。使齒輪有利于小型 化和薄型化，這對動力傳動的齒輪，尤其是對目前已經廣泛應用的大力矩高功率的動力傳 動齒輪，更為重要，詳見說明書和附圖1 6。 (2)寬齒形齒輪的齒形輪廓線由半徑線、折線和圓弧線段拼接而成。拐角點連接處 可以自動跑合磨損成弧形，也可以預先切削研磨成光滑的弧線形。它具有設計方便、外形簡 單、齒端部和齒根部凹凸不顯著，對齒形輪廓線精度要求低，采用鍛壓_整修_表面處理的 連續工藝流程制造就更容易了 。 (3)寬齒形齒輪的齒間傳動接觸面與應力方向大部分都接近垂直，接觸面上的節 點切向滑動的速度和行程均很小，齒面之間的磨損小。而且，齒形寬度是現有的1. 2倍以上 ( 一般情況下齒形寬度是現有的2 4倍)，就是出現相當的磨損也無關緊要，這樣就可以 大大延長齒輪的使用壽命。由于原先有一個本人的寬齒形疊合齒輪的申請，主權利要求是 齒形寬度是現有的3倍以上，該申請喪失了優先權。所以，本次分案申請將齒形寬度的獨立 權利要求設定在1. 2 2. 99倍。 (4)齒輪是現代和未來大多數機械設備的內部傳動零件，尤其是動力傳動的變速 箱，主要由齒輪組成。因為寬齒形齒輪的生產成本低廉，有利于小型化和薄型化，重量輕、耐 磨損，壽命長，又能節約原材料40 %以上，所以應用領域廣闊，整體經濟效果可觀。
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(5)為了滿足寬齒形齒輪必須實行連續接力嚙合傳動的特點，筆者分別發明了沿 固定軸嚙合傳動的寬齒形疊合齒輪，見圖1。全部由單片寬齒形齒輪組合的寬齒形組合行星 齒輪，和寬齒形斜齒齒輪。這3項發明幾乎壟斷了未來國際大 中 小 微型齒輪行業的 所有原始創新技術領域。下面，先由寬齒形齒輪的傳動特征開始說明。
圖1是寬齒形疊合齒輪齒形和疊合方式示意圖；
圖2是寬齒形齒輪齒形輪廓線設計原理示意圖；
圖3是寬齒形齒輪嚙合傳動時節點位置變化示意圖；
圖4是寬齒形齒輪未嚙合傳動時節點位置變化示意圖；
圖5是寬齒形齒輪嚙合傳動時輪齒受力位置變化圖； 圖6是寬齒形疊合齒輪齒形面之間對加工死角區的齒面整修研磨的高強度合金 鋼輪片結構原理示意圖。 圖中1.齒端部、2.齒根部、3.疊合齒輪的輪齒旋轉角、4.齒頂圓、5.齒根圓、 6.齒端部外增部分、7.齒根部內留部分、8.轉動方向、9.主動輪、10.從動輪、11.嚙合受 力時節點起點、12.嚙合受力時節點終點、13.未嚙合受力時節點位置、14.高強度合金鋼輪 片、15.轉動軸、16.合金鋼輪片兩側粘鍍的磨料層。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明具體實施方式
進行說明 (1)參見圖2，先根據齒輪直徑大小估計值和傳動比，確定兩個齒輪齒數Zl、z2及主 動輪或從動輪齒頂圓4的半徑Rdl或Rd2值。
(2)由齒數Zl、 z2直接計算齒端部1或齒根部2所對應的圓心角3，即寬齒形疊合
齒輪中各為兩片齒輪同軸疊合時的輪齒應錯開的旋轉角^、 e2。 (3)由主動輪9或從動輪10的齒頂圓4半徑Rdl或Rd2值，導出兩個齒頂圓4相交 的弦長AB : 由圖2、 (1. 1)式，可求出另一個齒頂圓4半徑Rd2和節點最大的間距CD分別為
(4)根據齒輪嚙合傳動連續穩定性要求，確定齒端部1外增部分6和齒根部2內留 部分7的厚度值AH。 (5)由圖2即可看出齒輪各參數分別為
全齒高H = CD+2 A H 齒形寬度最大處4 = 因為齒形兩側的輪廓線都是半徑線段，齒端部1和齒根部2均為圓弧線段拼接而 成。連接拐彎處可直接切削成小圓弧形。圖2、圖3、圖4的A、B位置及整個齒根部2都應 略為擴大，留下嚙合傳動的適當間隙即可。齒形輪廓線和節點運動軌跡的設計，由齒數z和 相交的齒頂圓半徑確定，齒形輪廓線直接由半徑線段和圓弧線段連接而成，節點運動軌跡
4就是兩個齒頂圓相交的圓弧線段的各一半。在齒端部有外增部分，在齒根部有內留部分，拐 角點處預先切削磨成光滑的弧線形，以增大齒輪連續接力嚙合傳動的穩定性，齒根部略大 于齒端部，在嚙合傳動中留有一定的間隙。 (6)由圖3、圖4、圖5看出在嚙合傳動中，只有主動輪9為齒根部2、從動輪10為 齒端部1時，從節點11處沿齒頂圓4圓弧線AD和CB軌跡至節點12處，嚙合傳動才能成 立；當主動輪9為齒端部1、從動輪10為齒根部2時，節點12處已經是嚙合傳動的終點，隨 后齒輪將處于未嚙合傳動的滑動狀態。所以，對固定軸寬齒形疊合齒輪，由2片或2片以上 齒輪，輪齒錯開同軸疊合，實行接力連續嚙合傳動是必要的選擇。 (7)現有的齒形為漸開線、圓弧及雙圓弧……的各類齒輪，在每個嚙合傳動區段必 須同時存在兩個以上的輪齒嚙合接觸點，傳動才能連續。為了使兩個以上的嚙合接觸點沿 軌跡運動時保持相同的角速度&達到平穩傳動的目的，對齒形輪廓線的設計、加工的精度 要求就非常高。由本發明的圖1 5可以看出寬齒形疊合齒輪的連續嚙合傳動全過程，每 個嚙合傳動區段始終只有一個應力接觸點，(在中心線處為半徑線段組成的整合面)。這個 應力接觸點分別固定在兩個齒輪的齒端部1拐角點A處，并沿著另一側齒端部的整個側面 滑動。由此可知它不同時存在兩個以上的嚙合應力接觸點，因角速度6的微小差異發生互 相干擾現象，齒形輪廓線的設計加工精度和磨損產生的誤差也不影響該齒輪嚙合傳動原有 的平穩性能。
下面以具體實施例子進行優化選擇 (1)先由傳動比和主動輪的半徑預計值，分別帶入(1. 1)、 (1.2) 、(1.3)式，可以計 算出齒輪半徑、圓心角、節點間距值。再由齒端部的外增部分和齒根部的內留部分AH值， 就可確定齒輪的全部參數值。 (2)對寬齒形疊合齒輪，雖然可以由兩片加工好的齒輪再用緊固零件疊合在一起， 這樣做的好處是單片齒輪容易加工，不存在切削的"死角"，但并不是最理想的選擇。應提倡 盡量采用熱軋一冷軋連續工藝一次性完成兩片疊合齒輪整體鍛造，再進行必要的整修和表 面處理，這樣的制造工藝流程能夠進一步提高齒輪的整體強度。 (3)疊合鍛造形成齒面之間的加工死角區的整修和研磨加工，對如圖1所示的齒 根部2處死角區的齒面整修、研磨的技術工藝。我們可采用如圖6所示的方法利用齒根部 略大于齒端部時留下的齒面間隙，設計一個高強度的合金鋼輪片，輪片兩側粘鍍上磨料制 成薄砂輪(切割片)。高速轉動薄砂輪(切割片)，順著齒面間隙進行切割擴張式的兩側整 修及研磨加工，同時整修及研磨齒面的加工死角區。
權利要求
1. 一種用于機械動力傳動裝置的寬齒形疊合齒輪，與現有的齒形輪廓線為漸開線、圓 弧形、雙圓弧形……的單片齒輪比較，其特征是齒形寬度是現有齒輪的1. 2 2. 99倍。
2. 如權利要求l所述的寬齒形疊合齒輪，其特征在于由兩片寬齒形齒輪，輪齒錯開旋轉適當的圓心角e ，以滿足接力傳動的要求，再整體疊合鍛造而成。
3. 如權利要求2所述的寬齒形疊合齒輪，其制造特征在于疊合鍛造形成齒面之間的加工死角區的整修和研磨加工，是由薄的高強度合金鋼輪片，兩側粘鍍上磨料，利用齒根部 略大于齒端部之間形成的間隙，由高速轉動高強度合金鋼輪片，進行切割擴張式的兩側整 修及研磨加工的。
4. 如權利要求1所述的寬齒形疊合齒輪，其特征在于齒形輪廓線和節點運動軌跡的 設計，由齒數z和相交的齒頂圓半徑確定，齒形輪廓線直接由半徑線段和圓弧線段連接而成，節點運動軌跡就是兩個齒頂圓相交的圓弧線段的各一半。
5. 如權利要求1所述的寬齒形疊合齒輪，其特征在于在齒端部有外增部分，在齒根部 有內留部分，拐角點處預先切削磨成光滑的弧線形，以增大齒輪連續接力嚙合傳動的穩定 性，齒根部略大于齒端部，在嚙合傳動中留有一定的間隙。
全文摘要
文檔編號F16H55/17GK101696722SQ20091016451
公開日2010年4月21日 申請日期2006年7月24日 優先權日2006年7月24日
發明者黃振強 申請人:黃振強;