一種雙嚙合區弧線齒圓柱齒輪機構及其加工方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及齒輪的技術領域，尤其是一種雙嚙合區弧線齒圓柱齒輪機構及其加工 方法。
【背景技術】
[0002] 經研宄表明弧線齒圓柱齒輪嚙合性能好，重合度高，無軸向力，安裝要求低，且具 有傳動平穩、噪音低、效率高等優點。在機械傳動領域可替代直齒、斜齒和人字齒齒輪機構。 然而，一個不可忽略的事實是人字齒輪傳動具有左右兩對輪齒在嚙合，即具有兩個嚙合區， 在同樣的參數下，其承載能力是斜齒的兩倍，現有弧線齒圓柱齒輪只有一個嚙合區，在同樣 的參數情況下，其承載能力很顯然比人字齒小。
[0003] 中國專利公開號為CN101890540A中公開了一種弧齒圓柱齒輪的弧齒齒面雙向包 絡式加工方法，中國專利公開號為CN1584371中公開了一種屬于齒輪技術領域內的弧齒圓 柱齒輪及其加工方法和加工裝置，另外，現有的學術文獻所研宄的主要是弧線齒的成形過 程及其加工，對雙嚙合區的弧齒還未有相應專利和學術文獻。盡管有弧線齒圓柱齒輪的加 工方法，但其只適用單嚙合區的弧齒圓柱齒輪加工，對于雙嚙合區的弧線齒圓柱齒輪，其加 工規律將有很大的變化。
[0004] 現有弧線齒圓柱齒輪通常只有一個嚙合區，其嚙合過程如圖1所示，齒輪1的凸齒 面與齒輪2的凹齒面接觸，其嚙合區如圖2所示，位于齒面的中央，很顯然在齒寬的中央具 有最大的應力。圖3是顯示了人字齒輪機構，很顯然人字齒輪的左右兩對齒都會接觸，理論 上左右齒各分擔總載荷的一半，其承載能力大，人字齒輪廣泛應用于航空飛機、航海艦船、 礦山機械也正是基于其大的承載能力。圖3是具有雙嚙合區斜齒在某一接觸位置的載荷分 布，圖4是單嚙合區弧線齒圓柱齒輪的載荷分布，理論上由于單嚙合區要承擔總載荷，因此 傳統的單嚙合區的弧線齒圓柱齒輪的強度不及人字圓柱齒輪的強度一半，材料受載彈性變 形及應力的非線性。因此弧線齒圓柱齒輪的強度有待進一步提高。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是：為了解決上述【背景技術】中的現有技術存在的問題， 提供一種雙嚙合區弧線齒圓柱齒輪機構及其加工方法，齒輪機構提高現有弧線齒圓柱齒輪 的承載能力和強度，使其可用于重載場合；加工方法能夠制造出這種齒輪機構，為進入工業 應用奠定基礎。
[0006] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種雙嚙合區弧線齒圓柱齒輪機 構，具有兩個圓柱齒輪，所述的每個圓柱齒輪中均具有若干個弧線齒，其中一個圓柱齒輪中 的任意一個弧線齒與另外一個圓柱齒輪中的任意一個弧線齒相互嚙合，兩個弧線齒相互嚙 合的區域具有兩個對稱分布的嗤合點。
[0007] 進一步具體地說，所述的兩個弧線齒相互嚙合的區域還具有位于兩個嚙合點之間 的儲油區。
[0008] 用于加工雙嚙合區弧線齒圓柱齒輪機構的加工方法，具體加工步驟如下：
[0009] a、選用兩個錐形刀具和一個圓柱齒輪，兩個錐形刀具分別鏡像設置于圓柱齒輪的 左右兩側，一次對刀圓柱齒輪；
[0010] b、兩個錐形刀具在圓柱齒輪上加工出一個齒槽或相鄰齒槽的兩側齒面，并在圓柱 齒輪上預留出一個儲油區。
[0011] 本發明的有益效果是：本發明的雙嚙合區弧線齒圓柱齒輪機構及其加工方法具有 以下優點：
[0012] 一、由于弧線齒圓柱齒輪采用了雙嚙合區設計，對于尺寸相對的雙嚙合區弧線齒 圓柱齒輪的承載能力將可與人字齒輪相媲美，甚至高于人字齒輪傳動；
[0013] 二、由于沒有退刀槽、對稱性設計，以及一次對刀，雙嚙合區弧線齒圓柱齒輪的對 稱性易保證，從而消除其軸向載荷，對于該類齒輪傳動，輪齒中央兩側的工作齒面間的載荷 更易接近均載。
[0014] 三、由于采用左右錐形刀具加工一個齒槽或相鄰齒槽的兩側齒面，加工效率高并 可加工單、雙嚙合區弧線齒圓柱齒輪，其通用性好；
[0015] 四、由于在設計過程中預留了儲油區，改善了潤滑條件，有利于提高齒輪的耐磨性 及其壽命。
【附圖說明】
[0016] 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0017] 圖1是現有弧線齒圓柱齒輪只有一個嚙合區嚙合過程的示意圖；
[0018] 圖2是現有弧線齒圓柱齒輪中齒輪1的凸齒面與齒輪2的凹齒面接觸時其嚙合區 的不意圖；
[0019] 圖3是具有雙嚙合區斜齒在某一接觸位置的載荷分布示意圖；
[0020] 圖4是單嚙合區弧線齒圓柱齒輪的載荷分布示意圖；
[0021] 圖5是現有弧線齒圓柱齒輪加工方法的示意圖；
[0022] 圖6是圖5加工的齒輪1、齒輪2的節圓柱面與它們各自的輪齒交線在節圓柱面的 展開圖；
[0023] 圖7是本發明加工方法加工的齒輪1、齒輪2的節圓柱面與它們各自的輪齒交線在 節圓柱面的展開圖；
[0024] 圖8是公共刀具、齒輪1和齒輪2嚙合過程的示意圖；
[0025] 圖9是圖7的節面弧線在圖8的節面xc0cyc上的展開圖；
[0026] 圖10是齒條刀具齒向線的示意圖；
[0027] 圖11是刀具的三維模型；
[0028] 圖12是等附加運動時刀具1、2并應用圖8的運動關系分別展成具有雙嚙合區的 弧線齒圓柱齒輪1、2的展開圖；
[0029] 圖13是兩輪單齒的結構示意圖；
[0030] 圖14是錐形刀具運動示意圖；
[0031] 圖15是錐形刀具截面示意圖；
[0032] 圖16是現有弧線齒圓柱齒輪加工方法利用錐形刀具的示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以 示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0034] 如圖5所示，現有弧線齒圓柱齒輪的加工方法，刀具的軸截面齒廓與標準直齒條 刀的端面齒廓相同，但刀具為盤形刀具，即法面齒廓繞其軸線的環面。其加工過程是刀具 繞其自身軸線轉動《。，同時刀具中心做水平面內的平移v。，被加工齒輪繞其自身軸線轉動 ?2,《2與\構成展成運動，《。為切削運動，由于是刀盤的自身旋轉做切削運動，因此切出 的齒形沿軸向是弧形的，與同一圓柱面交線的曲率處處近似相等，故稱為弧線齒圓柱齒輪。
[0035] 如圖6所示，齒輪1與齒輪2的弧線在Pi點切觸，顯然只有一個嚙合區，即只有一 個接觸點。
[0036] 如圖7所示，齒輪1、齒輪2嚙合過程中有兩個嚙合區，在任意轉角位置，兩齒面有 兩個接觸點，若齒輪1的節圓柱面與其輪齒交線所形成的弧線曲率處處相等，而齒輪2的節 面弧線曲率經過設計，使齒輪1、2兩節曲面弧線有兩個切觸點，齒輪2的節面弧線具有至少 兩個曲率。在其他圓柱面上的弧線具有同樣特點，則在齒輪1與齒輪2的嚙合過程中形成 雙嚙合區。很顯然這有三種組合情況：a、齒輪1的弧線為多曲率的，齒輪2的弧線為單曲率 的；b、齒輪1的弧線為多曲率的，齒輪2的弧線為多曲率的；c、齒輪1的弧線為單曲率的，齒 輪2的弧線為多曲率的，均可組成雙嚙合區弧線齒圓柱齒輪。由兩節面弧線可以構成一封 閉區，可以看作為儲油區，齒輪轉動時，將儲油區的潤滑油向兩個嚙合區擠壓，更有利于油 膜