[发明专利]单大负变位渐开线齿轮传动装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械传动中齿轮传动技术领域，特别的涉及一种单大负变位渐开线齿轮传动装置。

背景技术

机械传动是指利用机械方式传递动力和运动的传动，常用机械传动系统的的类型有齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动、链传动、轮系等。其中，齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。它的传动比较准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长。齿轮传动时，两轮齿廓必须符合下述条件："两轮齿廓不论在任何位置接触，过接触点的公法线必须过连心线上的定点C——节点。"这就是圆形齿轮的齿廓啮合基本定律。能满足该定律的曲线有很多，实际上还要考虑制造、安装和承载能力等方面的要求，一般只采用渐开线、摆线和圆弧等几种曲线作齿轮的工作齿廓，其中大部分为渐开线齿廓。

渐开线齿轮具有可分性、互换性、适应性、制造方便等特点，得到了广泛应用，逐渐占据齿轮传动机构的统治地位。但由于渐开线齿轮是凸凸共轭齿廓曲线，啮合传动中是凸凸齿廓接触，接触应力大，齿轮接触强度低，在解决大传动比问题时多采用大正变位齿廓，压力角增大，弯曲应力和接触应力随之增加。为提高接触强度、抗弯强度，对齿轮制造材料和制造精度有更高的要求，增大了制造成本，同时没有解决根本问题。对于重载大功率、大负荷传动，渐开线齿轮点蚀破坏和断齿失效，寿命极短，可靠性低，维护费用大，是渐开线齿轮的致命缺陷。

而圆弧齿轮是两段同向圆弧凸凹齿廓接触，接触面积大，应力分散，接触应力小，接触强度高，不易点蚀破坏失效影响使用寿命。但是，两齿轮的中心距精度要求高，没有可分性、适应性，并制造困难。

如何找到一种能够将渐开线齿廓与圆弧齿廓的优点结合在一起的齿廓曲线，使其传动时既具有可分性、互换性、适应性、制造方便等特点，又具有凸凹齿廓接触，接触面积大，应力分散，接触应力小，接触强度高，不易点蚀破坏失效等优点，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种使用寿命较长，传动可靠性较高，维护费用低，容易制造，安装的齿轮传动装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种单大负变位渐开线齿轮传动装置，包括一对相互啮合的大齿轮和小齿轮，其特征在于，所述大齿轮的轮齿的工作齿廓包括位于齿轮基圆外部的外凸型的第一渐开线部，还包括位于齿轮基圆内的内凹型的第二渐开线部，第二渐开线部的上端与所述第一渐开线部的下端在齿轮基圆处平滑连接；所述小齿轮包括位于齿顶部的外凸型的第三渐开线部和位于齿根部的外凸型的第四渐开线部；所述第三渐开线部与所述第四渐开线部平滑连接；所述小齿轮的齿顶部的第三渐开线部与所述大齿轮齿根部的第二渐开线部为凸凹弧啮合，所述小齿轮的齿根部的第四渐开线部与所述大齿轮齿顶部的第一渐开线部为凸凸弧啮合。

传动时，由于小齿轮的齿顶部的第三渐开线部与所述大齿轮齿根部的第二渐开线部为凸凹弧啮合，增加了传动过程中齿廓接触的面积，接触应力小，不易点蚀失效，提高使用寿命。同时，采用渐开线齿廓，使得单大负变位渐开线齿轮传动装置具有渐开线齿轮的可分性，即齿轮副的传动比与基圆半径成反比，与两轮的实际中心距没有关系。这样，使得单大负变位渐开线齿轮传动装置的适应性强，互换性好，降低了加工制造的难度。

进一步的，所述第二渐开线部的极坐标函数表达式为：

invα_k＝tanα_k-α_k

其中：r_k为第二渐开线部上任意点到齿轮轴心的距离，r_s2为第二渐开线部的基圆半径，α_k为齿廓对应点的压力角，β_k为齿廓任意点螺旋角；

所述极坐标函数表达式中，还包括以下表达式：

r_s2＝r_f+ρ_f(1-sinα_t)

其中：r_f为齿根圆半径，ρ_f为滚刀刀尖圆弧半径，α_t为齿轮分度圆端面压力角。

进一步的，所述大齿轮的轮齿的工作齿廓还包括位于齿根的过渡曲线，所述过渡曲线的上端与第二渐开线部的下端平滑连接，过渡曲线的下端与齿根圆相切；所述过渡曲线上任意点(x，y)满足以下曲线方程：

所述计算式中，为滚刀移动方向的垂直线和滚刀刀尖圆弧中心点与齿轮中心的连线之间的夹角。