[发明专利]锥面同步啮合齿轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种锥面同步啮合齿轮，特别是提供了一种利用锥面齿轮锥型圆周面的摩擦力，使啮合齿轮组在分离状态转换为啮合状态过程中的转速接近同步后变换位置完成齿轮之间的啮合传动，适合在变速器和离合器中使用。

背景技术

动力输出装置需要将适合的旋转速度和转矩传递到负载侧，例如汽车等交通工具，广泛使用齿轮及其他传动装置改变转速和转矩，各种变速装置被广泛使用。其中齿轮传动被公认为传动效率高，装置体积小且结构简单。采用齿轮变速的装置存在变换挡位时需要同步啮合的问题，目前采用的各种同步锁定装置都需要采用单独的执行机构完成，增加了装置的成本同时也降低了可靠性。

近年来在变速器设计和应用领域受到人们的关注，先后公开了许多发明创造，如中国发明专利201220018764等。这些发明创造普遍存在的难题是结构复杂，动力传输效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种锥面同步啮合齿轮，该齿轮利用齿轮锥型圆周面的摩擦力使啮合齿轮组的转速接近同步后变换位置完成齿轮之间的啮合传动。齿轮啮合的过程在外力推动下自动完成。

本发明的锥面同步啮合齿轮，是在圆柱齿轮一侧端面从齿根圆至齿顶圆之间加工有锥型圆周面，两个具有相同圆锥角锥型圆周面和齿宽以及齿轮啮合参数的齿轮构成啮合齿轮组，两个齿轮的锥型圆周面布置在齿轮组从分离后重新啮合运动方向相对的一侧，外力推动这组齿轮进入啮合状态过程中相对的锥型圆周面先接触进入摩擦传动，当传动齿轮组中的两个齿轮接近同步转速时外力推动齿轮组到达完全啮合位置并锁定。啮合齿轮组中的两个齿轮除使用一体齿轮外还可以用分体齿轮，采用分体齿轮至少包含一个齿轮是由柔性材料制作的锥型圆周面齿轮与同样模数和齿数的刚性材料齿轮锁定并夹紧为同体的齿轮，另一个齿轮可使用具有同样结构的齿轮，也可以使用具有相同圆锥角锥型圆周面和相同齿宽以及齿轮啮合参数的钢质刚性齿轮构成啮合齿轮组，采用后一种组合的情况下带有柔性材料的同体齿轮适合用于主动轮，降低由于摩擦引起的柔性齿轮锥型圆周面上不对称的磨损。啮合齿轮组中每个齿轮的锥型圆周面的位置在两个齿轮进入啮合状态相对应一侧的齿顶圆至齿根圆的整个圆周上。为了这个锥型圆周面的完整，应使这个圆周面超出齿根圆直径的范围，对于外齿圆柱齿轮，超出范围的直径应小于齿根圆直径2mm至3mm；对于圆柱内齿轮，超出范围的直径应大于齿根圆直径2mm至3mm。齿轮锥型圆周面圆锥角的大小可在5°至160°之间选择，最佳的圆锥角在30°至120°之间。圆锥角越小，传动齿轮组之间锥型圆周面的接触面积越大，产生的摩擦力也越大，但齿轮的齿宽增加，变换挡位的行程也相应增加，不利于变速装置整体的小型化。

选择用一体齿轮作为啮合齿轮组时，可以选择全部使用钢质材料，但齿轮锥型圆周面之间的摩擦力小，只适用于变速装置具有分断动力传输离合器的场合。如果选择钢质齿轮与铸铁齿轮可增加锥型圆周面间的摩擦力，选择铜基合金齿轮与铸铁齿轮则摩擦力又能提高。选择分体齿轮可在齿轮啮合前提供较大的摩擦力，并且齿轮锥型圆周面接触时冲击力能够得到缓冲，正常运行时由钢质齿轮啮合传动，提高变速装置的运行效率和使用寿命。柔性材料制作的锥型圆周面齿轮的材料可以使用硬橡胶、工程塑料、铸铁、低硬度合金和高分子弹性材料等相对钢质刚性齿轮摩擦性能好并具有弹性和耐磨性的材料制造。由于柔性材料锥型圆周面齿轮可以更换，便于变速装置的维护。例如在有润滑油的齿轮箱体中，可采用铜基合金制造锥型圆周面齿轮，与之配对的圆周面齿轮则可以用铸铁制造。控制齿轮组分离与啮合可采用电动和液压控制，在齿轮组进入啮合状态过程中提供恒定的锥型圆周面之间合适的压力，采用挡位方式机械控制可用缓冲弹簧均衡这个压力。

啮合齿轮组中的齿轮可采用圆柱齿轮与圆柱内齿轮构成，增大齿轮组间摩擦锥型圆周面的接触面积和摩擦力。啮合齿轮组中的齿轮若采用相同齿数和模数的圆柱齿轮与圆柱内齿轮构成，齿轮组之间锥型圆周面的接触面积和摩擦力最大，构成摩擦同步啮合后等速传动的离合器。

啮合齿轮组中形成锥型圆周面处的不完全齿轮齿牙与圆周面的交界边沿采用边倒圆角加工，可避免锥型圆周面的摩擦损伤。倒圆角的半径不能过大，一般在1mm以下为宜，否则会减少锥型圆周面的面积。对于啮合齿轮组中全部采用刚柔同体锥面同步啮合齿轮传动的组合，刚性齿轮与柔性齿轮结合面处的钢质齿轮齿牙边缘需采用倒斜角处理，防止啮合过程中由于柔性齿轮的受力变形导致钢质齿轮齿牙间的轴向顶死。

附图说明

图1.是本发明的锥面同步啮合齿轮的结构和工作原理示意图；