基于共軛曲線的多點接觸圓柱齒輪嚙合副的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于齒輪傳動技術領域，具體的為一種基于共輛曲線的多點接觸圓柱齒輪 曬合副。
【背景技術】
[0002] 齒輪作為一種典型的機械基礎件，在很大程度上決定著裝備的性能，因而針對高 性能齒輪傳動元件的設計也具有十分重要的意義和工程實用價值。傳統齒輪傳動如螺旋 齒輪傳動、蝸桿蝸輪傳動，錐齒輪副、準雙曲線副等，齒面均為共輛曲面，曬合齒廓均為凸齒 廓，在曬合過程中，通常為線接觸，因此齒面的承載能力低，齒面間滑動率大，齒面磨損嚴 重。
[0003] 生產和科技的發展對高速、重載、大功率的齒輪傳動裝置提出了更高的要求，因此 圓弧齒輪取得了巨大的發展。圓弧齒輪是一種點接觸傳動形式，其突出的特點是曬合齒廓 為凸圓弧齒廓與凹圓弧齒廓的點接觸曬合，并且其曬合近似純滾動。圓弧齒輪跑和之后，接 觸點擴展成接觸面，接觸強度大幅增加。目前，公開號為102853054A與103075493A的兩 個專利均公開了一種基于共輛曲線的齒輪及其曬合副，W上兩專利中的齒輪的齒廓曲面均 為球屯、沿圓屯、曲線運動的球族管狀包絡面，其齒廓曲面均為圓弧，由該齒輪組成的曬合副 在相互曬合時，其曬合點只有一個，運種齒輪曬合副在初始制造時具有點接觸特性，若要獲 得比較好的接觸特性，運種齒輪必須經過跑和，為了增加跑和性能，運種齒輪的齒面一般采 用軟齒面或中硬齒面。跑和將增加企業的制造成本，并且在實際應用之中，硬齒面相對于軟 齒面和中硬齒面具有更高的接觸強度和承載能力，因此當前需要一種根據使用需求，在初 始制造時能具有多點接觸特性，使得點接觸的齒輪傳動也可設計為硬齒面并可應用于高強 度要求的工業場合，同時大大縮短現有點接觸齒輪的跑合時間甚至無需跑合既能達到使用 要求，有效降低企業的生產制造成本。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種可根據使用需求，具有 多點接觸特性的基于共輛曲線的多點接觸圓柱齒輪曬合副。
[0005] 本發明公開的一種基于共輛曲線的多點接觸圓柱齒輪曬合副，包括相互點曬合的 凸齒齒輪和凹齒齒輪且曬合點為多個，所述凸齒齒輪和凹齒齒輪的曬合曲面為管狀曲面；
[0006] 進一步，所述凸齒齒輪和凹齒齒輪的曬合點為3個且曬合點分布于其齒廓的不同 截面上； 陽007] 進一步，所述凸齒齒輪或凹齒齒輪的齒廓曲面上由曬合點構成的=條接觸曲線分 別為接觸曲線ll、接觸曲線12和接觸曲線1 3;
[0008] 所述接觸曲線Ii的曲線方程為： Xj=rCOS
[0009] 'J少',二rsin句 乃二PA
[0010] 其中r為圓柱螺旋線Ii半徑，0 1為圓柱螺旋線Ii的曲線參數，其取值范圍為 0 0 h，P為圓柱螺旋線的螺旋參數； W11] 所述接觸曲線12的曲線方程為： 二廠COS(句一A句）
[0012] >，三二 rsin(句一A^) 式=的
[0013] 其中r為圓柱螺旋線Ii半徑，0 1為圓柱螺旋線Ii的曲線參數，其取值范圍為 0 0 h，P為圓柱螺旋線的螺旋參數；
[0014] 所述接觸曲線13的曲線方程為： 鳴二ra)s(巧-A馬)
[0015] 'J3 =rsin(馬一選聲) 互去二賊
[0016] 其中r為圓柱螺旋線Ii半徑，0 1為圓柱螺旋線Ii的曲線參數，其取值范圍為 0 0 h，P為圓柱螺旋線的螺旋參數；
[0017]進一步，所述凸齒齒輪的齒廓曲面包括曲面E1、曲面E2和曲面E3;所述凹齒齒 輪的齒廓曲面包括曲面E'1、曲面E'2和曲面E' 3; 陽01引所述曲面E1方程為：
[0020] 式中 陽02U f"| ={-/.sin食I+/'v?、|(6|)，rcos0;十片|",,的),片+ /?|"I的）|
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[002引其中hi為所述齒廓曲面的半徑，nXI、n,i和nZ汾別表示該段齒廓曲面過接觸點處 的法矢量在各坐標軸方向上的分量，參數約和a1分別表示一般球面L1參數； W24] 所述曲面E2方程為： 陽0巧]
[0026] 式中
[0027] 吟2.=sin馬)'rcos6*: +/?:円;':(0:), /7 + /?]円_;(馬)！
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[0029]其中hz為所述齒廓曲面的半徑，nx2、riy2和n,2分別表示該段齒廓曲面過接觸點處 的法矢量在各坐標軸方向上的分量，參數％和a2分別表示一般球面L2參數； W30] 所述曲面E3方程為：
[0032] 式中
[0033] 哈=.{-；"沒H璋十％%3貨rG廂碼牛馬.巧巧瞬巧'+ %%獨巧
[0034] f,:' =)…々;sin於;C0S&';,…々;sin巧sin a;, COS口; ) f'"' =.!-片;COS巧;sina;，/?; COS巧;cosa;,〇l
[00對其中h3為所述齒廓曲面的半徑，n。、riy3和n,3分別表示該段齒廓曲面過接觸點處 的法矢量在各坐標軸方向上的分量，參數巧和a3分別表示一般球面L3參數； W36] 所述曲面E'1方程為：
[0038] 式中
[0039] 旬=-/?|"、;的)，/-cos辭-旬內鐘巧)，戶
[0040] f巧二/?j si打碼城S彷|、一句S姐辨致ill樣I,辭杞敵巧妻r。二{-/?| COS巧sin a!，/?| COS巧COS巧?O
[OOW其中hi為所述齒廓曲面的半徑，0x1、nyi和nZ汾別表示該段齒廓曲面過接觸點處 的法矢量在各坐標軸方向上的分量，參數巧和a1分別表示一般球面L1參數；
[0042] 所述曲面E'2方程為：
[0043]
[0044] 式中
陽045] :? '= !-'"sin傍:(馬),rcos谷;-片^?'.:(執_)'尸-片谷;）}
[0046]
[0047] 其中h2為所述齒廓曲面的半徑，nX2、riy2和n,2分別表示該段齒廓曲面過接觸點處 的法矢量在各坐標軸方向上的分量，參數錢和a2分別表示一般球面L2參數；
[0048] 所述曲面E'3方程為：
[0050]式中W51]吃3二f-rsin白;-/?;円';(0;)，/-cos(9; ;(6;).只-/,;";均）![0052]
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[005引其中h3為所述齒廓曲面的半徑，n。、riy3和n,3分別表示該段齒廓曲面過接觸點處 的法矢量在各坐標軸方向上的分量，參數巧和a3分別表示一般球面L3參數；
[0054] 進一步，所述凸齒齒輪和凹齒齒輪的曬合點為4個并分別為曬合點Pi、曬合點化、 曬合點P3和曬合點P4;所述凸齒齒輪或凹齒齒輪的齒廓曲面上由曬合點構成的立條接觸曲 線分別為接觸曲線ll、接觸曲線12和接觸曲線1 3;所述曬合點P1分布于接觸曲線1 1上，曬 合點PzW及曬合點P3分布于接觸曲線1 2上，曬合點P4分布于接觸曲線13上；所述接觸曲 線l2為二次拋物曲線，接觸曲線II和接觸曲線I3均為圓弧曲線并沿齒寬方向分列于接觸 曲線Iz兩側； 陽化5] 進一步，所述凸齒齒輪的齒廓曲面包括曲面E1;所述凹齒齒輪的齒廓曲面包括相 互平滑過渡的曲面E'1、曲面E'2和曲面E' 3;
[0056]所述曲面E1的方程為：
[0057]
[0058] 式中，
[0059] 唔={-,?:Sing+ 月|,円、I,W)，.'；COS公' + 々I,1' (6；)，A+ /?i'。I, (0:)!
[0060] 二句，sin巧cosa, sin巧sina,.,/?;, CPS界I ={-'/!I, COS巧sin?,'，片|: COS巧cosa,
[0061] 其中r。表示圓柱螺旋線所在的圓柱半徑，0。表示圓柱螺旋線的曲線參數，P。表示 螺旋參數屯。表示曬合管齒面半徑，nxk、nyi。和nZ1。分別表示該段曬合管齒面過接觸點處的 法矢量在各坐標軸方向上的分量，參數辯和a。分別表示一般球面參數；
[0062] 所述曲面E'1的方程為：
[0063] -Vj'i = (/) sin a + A") COS病_戶COS a 4'左)COS片sin病' +巧COS約-1\ I =(戶Sina +乂)sin詩一pcosa + Lcos/?cos擇+/.; sin詩 苗=/;(4 COt/? + /?COsa + Lsin^
[0064] 式中，(61為齒輪旋轉角度，ri為齒輪節圓柱半徑，0為輪齒螺旋角。齒廓圓屯、位 于齒輪節圓柱之外X為正，齒廓圓屯、位于齒輪節圓柱之內X為負；齒廓圓屯、位于齒形對稱軸 線的異側L為正，同側L為負； W65] 所述曲面E'2的方程為：
[0067] 所述曲面E'3的方程為：
[0069] 式中，為齒輪旋轉角度，ri為齒輪節圓柱半徑，0為輪齒螺旋角。齒廓圓屯、位 于齒輪節圓柱之外X'為正，齒廓圓屯、位于齒輪節圓柱之內X'為負；齒廓圓屯、位于齒形對稱 軸線的異側L'為正，同側L'為負； 陽070] 進一步，所述凸齒齒輪和凹齒齒輪的曬合點為5個并