一種圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)，其中圓弧端齒基本齒廓中齒底與壓力承載面之間的過渡采用直線圓弧多段組合過渡形式，包括兩段半徑大小不同的圓弧和一直線段，其中較大半徑圓弧與齒底相切連接，主要承載齒根部分的高應(yīng)力區(qū)域，可以減緩齒根部分的應(yīng)力集中，直線段作為壓力承載面的延長部分，較小半徑圓弧連接較大半徑圓弧和直線段，并與兩者均相切；在不改變圓弧端齒其他結(jié)構(gòu)的前提下，僅將傳統(tǒng)過渡圓弧替換成本實(shí)用新型的過渡結(jié)構(gòu)，即可緩解圓弧端齒齒根的應(yīng)力集中狀況，減輕圓弧端齒的結(jié)構(gòu)重量，同時(shí)也可以使得過渡圓弧與壓力承載面的切點(diǎn)位置進(jìn)一步向齒底方向移動(dòng)，壓力承載面的直線段部分可進(jìn)一步加長，降低接觸面平均擠壓應(yīng)力。
【專利說明】一種圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種圓弧端齒結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)。【背景技術(shù)】：
[0002] 圓弧端齒是端齒盤的一種特殊結(jié)構(gòu)形式，是一種具有自動(dòng)定心功能的精密分度定 位元件，同時(shí)也是機(jī)床分度設(shè)備和重載設(shè)備傳動(dòng)裝置的關(guān)鍵部件。由于圓弧端齒連接結(jié)構(gòu) 具有安裝、拆卸方便，結(jié)構(gòu)緊湊，互換性好等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)、輪船、火車等大 功率設(shè)備的動(dòng)力裝置連接和傳動(dòng)裝置上面，這些各種廣泛使用的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)，要求圓弧端 齒具有較長的使用壽命。然而傳統(tǒng)的圓弧端齒齒根過渡圓弧處存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象， 嚴(yán)重的影響了圓弧端齒的使用壽命。
[0003] 針對(duì)以上技術(shù)不足，對(duì)圓弧端齒結(jié)構(gòu)的齒根過渡結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以緩解齒根應(yīng)力 集中現(xiàn)象，提高端齒盤結(jié)構(gòu)的使用壽命。 實(shí)用新型內(nèi)容：
[0004] 本實(shí)用新型的目的是提供一種圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)，緩解圓弧端齒根部的應(yīng) 力集中狀況，從而提高其使用壽命。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)， 所述圓弧端齒包括相互嚙合的凸齒件和凹齒件，所述凸齒件和凹齒件均包括有端齒、端齒 槽以及壓力承載面，所述端齒基本齒條的法向輪廓構(gòu)成圓弧端齒的基本齒廓，所述凸齒件 的端齒槽和凹齒件的端齒在軸向預(yù)緊力的作用下相互壓緊于壓力承載面，所述端齒槽包括 齒底，所述齒根過渡結(jié)構(gòu)位于端齒槽的齒底和壓力承載面之間，所述圓弧端齒基本齒廓中， 齒根過渡結(jié)構(gòu)由與齒底相切連接的第一圓弧、作為壓力承載面延長部分的直線段以及與直 線段相切連接的第二圓弧組成，所述第一圓弧和第二圓弧相切連接于一起。
[0006] 進(jìn)一步地，所述圓弧端齒基本齒廓中端齒槽的齒底與壓力承載面之間的倒角過渡 圓弧形成了傳統(tǒng)單圓弧，所述第一圓弧的半徑大于傳統(tǒng)單圓弧半徑，所述第二圓弧的半徑 小于傳統(tǒng)單圓弧的半徑。
[0007] 進(jìn)一步地，所述圓弧端齒基本齒廓中第一圓弧與齒底的連接切點(diǎn)為傳統(tǒng)單圓弧與 齒底的切點(diǎn)，所述直線段與壓力承載面的連接切點(diǎn)為傳統(tǒng)單圓弧與壓力承載面的切點(diǎn)。
[0008] 進(jìn)一步地，所述圓弧端齒基本齒廓中第一圓弧的圓心X軸坐標(biāo)與傳統(tǒng)單圓弧圓心 的X軸坐標(biāo)相同。
[0009] 本實(shí)用新型具有如下有益效果：
[0010] (1)本實(shí)用新型針對(duì)圓弧端齒基本齒廓中齒底和壓力承載面之間的圓弧過渡提出 了直線圓弧多段組合過渡形式，與傳統(tǒng)的單圓弧過渡形式相比，在不改變圓弧端齒其他結(jié) 構(gòu)的前提下，僅將傳統(tǒng)過渡圓弧替換成本實(shí)用新型的過渡結(jié)構(gòu)，即可緩解齒根過渡圓弧處 的應(yīng)力集中狀況，提高圓弧端齒的使用壽命，同時(shí)還可以減輕圓弧端齒結(jié)構(gòu)的重量；
[0011] (2)此外，采用直線圓弧多段組合過渡結(jié)構(gòu)，可以使齒根過渡圓弧與壓力承載面的 切點(diǎn)位置相對(duì)于傳統(tǒng)過渡形式的切點(diǎn)位置向齒底方向移動(dòng)，進(jìn)而壓力承載面的直線段部分 可相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)加長，也即接觸面積可以增加，從而可以降低接觸面平均擠壓應(yīng)力。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0012] 圖1為圓弧端齒的凸齒件和凹齒件嚙合位置關(guān)系示意圖。
[0013] 圖2為圓弧端齒的端齒和端齒槽相互嚙合時(shí)的基本齒廓局部圖。
[0014] 圖3為圖2中基本齒廓局部圖的E部放大示意圖。
[0015] 圖4為本實(shí)用新型圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)示意圖。
[0016] 其中：1-凸齒件；2_凹齒件；3_壓力承載面；4_傳統(tǒng)單圓弧；5_第一圓?。?_第二 圓?。?-直線段；10-齒底。

【具體實(shí)施方式】：
[0017] 請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3所示，圓弧端齒包括相互嚙合的凸齒件1和凹齒件2,凸齒件1 和凹齒件2均包括有端齒、端齒槽以及壓力承載面3,端齒基本齒條的法向輪廓構(gòu)成圖2所 示的圓弧端齒基本齒廓，凸齒件1的端齒槽和凹齒件2的端齒在軸向預(yù)緊力的作用下相互 壓緊于壓力承載面3,凸齒件1的端齒槽包括齒底10,齒根過渡結(jié)構(gòu)位于端齒槽的齒底10 和壓力承載面3之間。所述圓弧端齒基本齒廓中，其中齒根過渡結(jié)構(gòu)由與齒底10相切連接 的第一圓弧5、作為壓力承載面延長部分的直線段7以及與直線段7相切連接的第二圓弧6 組成，第一圓弧5和第二圓弧6相切連接于一起。圖3中的傳統(tǒng)單圓弧4為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的 過渡圓弧結(jié)構(gòu)，其圓心為點(diǎn)0,傳統(tǒng)單圓弧4與凸齒件1的齒底10相切于切點(diǎn)A，與壓力承 載面3相切于切點(diǎn)D。
[0018] 本實(shí)用新型中的齒根過渡結(jié)構(gòu)，在圓弧端齒基本齒廓中，是由半徑不同的兩個(gè)過 渡圓弧及一直線段組成，如圖3中的圓弧AB(即第一圓弧5)、與圓弧AB連接于一起的圓弧 BC(即第二圓弧6)、與圓弧BC連接于一起的線段CD(即直線段7)，其中圓弧AB的半徑大于 圓弧BC的半徑，且圓弧AB的圓心位于點(diǎn)O1，圓弧BC的圓心位于點(diǎn)02。
[0019] 本實(shí)用新型中的齒根過渡結(jié)構(gòu)建立在傳統(tǒng)單圓弧4基礎(chǔ)之上，基本齒廓中傳統(tǒng)單 圓弧4為端齒槽的齒底10與壓力承載面3之間的倒角過渡圓弧。
[0020] 圖3所示的圓弧端齒基本齒廓中，第一圓弧5與凸齒件1的齒底10相連且與凸齒 件1的齒底10相切于切點(diǎn)A，切點(diǎn)A與傳統(tǒng)單圓弧4與齒底10的切點(diǎn)A為同一點(diǎn)，第一圓 弧5與第二圓弧6連接且相切于切點(diǎn)B，第二圓弧6與直線段7連接且與之相切于切點(diǎn)C， 直線段7是壓力承載面的延長部分，其交點(diǎn)D與傳統(tǒng)單圓弧4與壓力承載面3的切點(diǎn)D為 同一點(diǎn)。
[0021] 基本齒廓中第一圓弧5的半徑大于傳統(tǒng)單圓弧4的半徑，且第二圓弧6的半徑小 于傳統(tǒng)單圓弧4的半徑；第一圓弧5的大半徑過渡，主要用于承載齒根部分的高應(yīng)力區(qū)域， 第二圓弧6和直線段7光滑連接第一圓弧5與壓力承載面3,可以最大限度減少傳統(tǒng)單圓弧 半徑過大時(shí)與壓力承載面3的幾何干涉問題。
[0022] 在圖3所示的基本齒廓中，第一圓弧5圓心的X軸坐標(biāo)與傳統(tǒng)單圓弧4圓心的X 軸坐標(biāo)相同。
[0023] 從圖3所示的基本齒廓中時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，切點(diǎn)C相對(duì)于傳統(tǒng)單圓弧過渡結(jié)構(gòu)的切點(diǎn) D，切點(diǎn)位置進(jìn)一步靠近齒底，本實(shí)用新型的齒根過渡結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的過渡圓弧，壓力承 載面得到了向下的延伸，所以壓力承載面的直線段部分可進(jìn)一步加長，也即接觸面積可以 進(jìn)一步增加，可以降低接觸面平均擠壓應(yīng)力，同時(shí)可以減輕圓弧端齒結(jié)構(gòu)的重量。
[0024] 請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3并結(jié)合圖4所示，本實(shí)用新型圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 方法包括如下步驟：
[0025] 步驟一：傳統(tǒng)單圓弧的切點(diǎn)A和切點(diǎn)D保持不變，給定第一圓弧半徑大小R1和第 二圓弧半徑大小R2，將原始單圓弧過渡形式用本實(shí)用新型的直線圓弧多段組合過渡形式代 替，其中第一圓弧5與齒底相切，第二圓弧6在B點(diǎn)光滑連接第一圓弧5且在C點(diǎn)光滑連接 直線段7 (即線段CD)。因此，本實(shí)用新型圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為求解第一圓 弧圓心O1、第二圓弧圓心O2、切點(diǎn)B點(diǎn)和切點(diǎn)C的位置。
[0026]步驟二：根據(jù)原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，A、D兩點(diǎn)的位置為已知，基本齒廓的壓力承載面上任 意一點(diǎn)與圓弧端齒軸線（即圖示坐標(biāo)系的y軸）所夾的銳角（即壓力角）為θ。以齒底切 點(diǎn)A為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系xAy，并標(biāo)記已知切點(diǎn)D的位置坐標(biāo)為（xD，yD)，假設(shè)所求圓心仏坐 標(biāo)為（X1,Y1)，圓心O2的坐標(biāo)為（X2,yd，切點(diǎn)B坐標(biāo)為（xB,yB)，切點(diǎn)C坐標(biāo)為（X。yc)。
[0027] 根據(jù)第一圓弧與齒底相切，可知第一圓弧圓心位于坐標(biāo)系y軸上，第一圓弧半徑 為R1，則O1坐標(biāo)為：

【權(quán)利要求】
1. 一種圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)，所述圓弧端齒包括相互嚙合的凸齒件（1)和凹齒件 (2)，所述凸齒件（1)和凹齒件（2)均包括有端齒、端齒槽以及壓力承載面（3)，所述端齒基 本齒條的法向輪廓構(gòu)成圓弧端齒的基本齒廓，所述凸齒件（1)的端齒槽和凹齒件（2)的端 齒在軸向預(yù)緊力的作用下相互壓緊于壓力承載面（3)，所述端齒槽包括齒底（10)，其特征 在于：所述齒根過渡結(jié)構(gòu)位于端齒槽的齒底（10)和壓力承載面（3)之間，所述圓弧端齒基 本齒廓中，齒根過渡結(jié)構(gòu)由與齒底（10)相切連接的第一圓?。?)、作為壓力承載面延長部 分的直線段（7)以及與直線段（7)相切連接的第二圓?。?)組成，所述第一圓弧（5)和第 二圓?。?)相切連接于一起。
2. 如權(quán)利要求1所述的圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述圓弧端齒基本齒 廓中端齒槽的齒底（10)與壓力承載面（3)之間的倒角過渡圓弧形成了傳統(tǒng)單圓?。?)，所 述第一圓弧（5)的半徑大于傳統(tǒng)單圓?。?)半徑，所述第二圓?。?)的半徑小于傳統(tǒng)單圓 ?、鹊陌霃健?br> 3. 如權(quán)利要求2所述的圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述圓弧端齒基本齒 廓中第一圓?。?)與齒底（10)的連接切點(diǎn)為傳統(tǒng)單圓?。?)與齒底（10)的切點(diǎn)，所述直 線段（7)與壓力承載面（3)的連接切點(diǎn)為傳統(tǒng)單圓?。?)與壓力承載面（3)的切點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求3所述的圓弧端齒的齒根過渡結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述圓弧端齒基本齒 廓中第一圓?。?)的圓心X軸坐標(biāo)與傳統(tǒng)單圓?、葓A心的X軸坐標(biāo)相同。
【文檔編號(hào)】F16H55/08GK204201000SQ201420609967
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】崔海濤, 李愛民, 李奇璇, 黃發(fā) 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)