專利名稱：少齒數(shù)圓柱齒輪減速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于可變速比傳送旋轉(zhuǎn)運動或使旋轉(zhuǎn)運動換向的齒輪傳動裝置，是一種新型的通用圓柱齒輪減速器，它主要包括齒輪箱體6、箱蓋、軸2、軸承3和5，以及變位齒輪副。
在化學(xué)工業(yè)出版社出版的《機(jī)械設(shè)計手冊》中冊(該書于1982年10月北京第二版，1985年5月第三次印)中，敘述并規(guī)定了單級、雙級漸開線和圓弧齒形的圓柱齒輪減速器，它們設(shè)計的傳動比最大值為單級iD＝10，雙級iL＝60，對于壓力角為20°的標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪，要求其齒數(shù)Z＞16，對于短齒漸開線齒輪要求其齒數(shù)Z＞13，圓弧齒輪齒數(shù)原則上可做到很少，但考慮到傳動平穩(wěn)，齒輪的強(qiáng)度、剛度等諸多因素，所以仍對其齒數(shù)有所限制。對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動要求其齒數(shù)和(Z1＋Z2)≥2Zmin。目前國內(nèi)齒輪傳動中，通過合理的設(shè)計，滿足傳動要求的齒輪副中，其最小齒輪齒數(shù)僅能做到Z＝8，由于最小齒輪齒數(shù)的限制，要想獲得大的傳動比，就需要增加齒輪副的對數(shù)，機(jī)構(gòu)尺寸隨之增大，重量增加，同時成本也相應(yīng)增加。
本實用新型的目的在于避免上述減速器存在的不足之處，設(shè)計并研制兩種齒型的少齒數(shù)(漸開線和圓弧形)的單級和雙級圓柱齒輪減速器系列產(chǎn)品，較大幅度的提高傳動比，減少重量，降低成本，同時保證了原有的性能。
本實用新型的目的可以通過如下措施來達(dá)到少齒數(shù)圓柱齒輪減速器，包括齒輪箱體、箱蓋、軸、軸承及變位齒輪副等其它零件，其主要特征在于一對齒輪副中小齒輪的齒數(shù)為Z＝2，3，4……6，7，齒輪副中輪齒的齒廓線是漸開線形，或者是圓弧形。其中少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪是通過大變位齒輪副設(shè)計，在普通滾齒機(jī)上加工而得到，其齒數(shù)雖減少但不產(chǎn)生根切。而少齒數(shù)圓弧齒輪則采用通常設(shè)計方法設(shè)計，同時用合理的齒輪寬度來彌補(bǔ)端面重合度的不足，使齒輪副得到連續(xù)、平穩(wěn)的傳動，并采用節(jié)點外嚙合或改變壓力角的幾何特點和運動特性來提高齒輪副的承載能力、壽命以及傳動效率。這里所說的少齒數(shù)圓柱齒輪是指斜齒、人字齒，并適合于齒輪與齒條嚙合及內(nèi)外嚙合。該減速器中的齒輪副，其齒數(shù)和小于現(xiàn)有的值，并且齒輪副是單級或是雙級。
附圖的圖面說明如下


圖1是齒數(shù)為3的圓弧斜齒圓柱齒輪端面圖。d－節(jié)圓直徑，da－頂圓直徑。
圖2至圖4是漸開線斜齒圓柱齒輪端面圖。d－分度圓直徑，mn－法面模數(shù)，da－理論齒頂圓直徑，xn－法面變位系數(shù)，dka－實際齒頂圓直徑，Z－齒輪的齒數(shù)，df－齒根圓直徑。
圖5是單級漸開線少齒數(shù)圓柱齒輪減速器的剖面圖；1－大齒輪，2－軸，3－大齒輪軸承，4－小齒輪軸，5－小齒輪軸承，6－箱體。
本實用新型將結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述
圖1是圓弧形三齒數(shù)圓柱斜齒輪圖，其材料可采用普通的40cr、45號、35siMn中碳鋼等，它的主要加工工藝是下料－粗車－調(diào)質(zhì)熱處理－精車－粗滾－精滾，加工設(shè)備可選用普通的滾齒機(jī)，刀具采用標(biāo)準(zhǔn)的滾刀，測量手段與目前的普通齒輪測量一樣，其在設(shè)計上有專用的一套計算公式，以
圖1齒輪為例，設(shè)齒數(shù)Z＝3，法面模數(shù)mn＝5，螺旋角β＝20.3641°，則節(jié)圓直徑d＝mnZ／cosβ＝16(mm)，頂圓直徑da＝d＋2ha＝30(mm)，根圓直徑df＝d－2hf＝16(mm) 注ha和hf都是少齒數(shù)齒輪設(shè)計專用參數(shù)。
軸向重合度εβ＝bsinβ／πmn＝1.329承載能力Ft≤uμε mnd(6H／ZEZβZΩ)2／kAKVKβ(u＋1)(N)以上式中ha－齒頂高，hf－齒根高，b－齒寬(取b＝60)u－齒數(shù)比Z2／Z1，6H－接觸應(yīng)力，με－重合度的整數(shù)部分，Z 材料彈性系數(shù)，Zβ－接觸強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)，KV－動載荷系數(shù)，ZΩ－精度系數(shù)，Kβ－載荷分布系數(shù)，KA－工況系數(shù)，mm－毫米，N－牛頓。
考慮到齒輪強(qiáng)度、剛度的緒多因素，在某些參數(shù)的選擇上并非按普通齒輪的標(biāo)準(zhǔn)公式計算，而是作了一定的調(diào)整，在齒輪加工中采取有效措施，使齒輪達(dá)到設(shè)計和使用要求。
圖2是2齒數(shù)漸開線斜齒輪端面圖，其漸開線齒形是在齒輪范成儀上畫出；其法面模數(shù)為mn＝18；變位系數(shù)為x＝1.1；理論齒頂圓直徑da均大于實際齒頂圓直徑dka，由于少齒數(shù)必須采用較大的正變位，使之齒頂變尖，齒根增厚，圓角半徑增大，齒輪抗彎強(qiáng)度提高，它們的加工工藝與目前齒輪加工工藝基本一樣。
圖3是3齒數(shù)漸開線斜齒輪端面圖，其法面模數(shù)為mn＝5，變位系數(shù)為x＝1.15。
圖4是4齒數(shù)漸開線斜齒輪端面圖，其法面模數(shù)為mn＝18，變位系數(shù)為x＝1.05。
圖5是單級漸開線少齒數(shù)的圓柱斜齒減速器剖面圖，套在軸2上的大齒輪1為從動輪，與之相嚙合的小齒輪軸4為主動輪，小齒輪伸出端與電機(jī)相連，軸2和小齒輪軸4分別通過軸承3和5裝配在箱體6內(nèi)，其它零部件及裝配關(guān)系與普通減速箱中的零部件所起的作用及裝配工藝都一樣，下面將齒輪的設(shè)計作為簡單敘述，設(shè)小齒輪軸的齒數(shù)Z1＝3，大齒輪的齒數(shù)Z2＝41，mn＝5，兩齒輪的中心距a＝120mm；根據(jù)漸開線圓柱齒輪嚙合方程式，并考慮到少齒數(shù)齒輪副的特點，取螺旋角β＝15°，端面變位系數(shù)分別為Xt1＝1.15，Xt2＝0.088；小齒輪軸的幾何參數(shù)是實際齒頂圓直徑dka1＝mnZ1COSα／COSβCOSαka1＝31.451(mm)，式中嚙合角αt＝27°22′16″，實際齒頂壓力角αka1＝62°28′52″；節(jié)圓d1＝mnZ1／COSβ＝15.529(mm)，齒根園df1＝d1－2(h＊an＋C＊n)mn＋Xt1mt＝14.935(mm)，式中法面齒頂高系數(shù)h＊an和法面經(jīng)向間隙系數(shù)C＊n均為少齒數(shù)設(shè)計的專用數(shù)。
齒頂高h(yuǎn)a1＝(da1－d1)＝7.936(mm)齒根高h(yuǎn)f1＝(d1－df1)／2＝0.297(mm)端面周節(jié)pt＝πmt＝16.262(mm)端面齒厚st1＝πmt／2＋2xt1mttgat＝12.617(mm)端面齒槽寬et1＝pt－st1＝3.645(mm)大齒輪的幾何參數(shù)計算是齒頂圓直徑da2＝222.1(mm)節(jié)園直徑d2＝mnZ2／COSβ＝212.232(mm)齒根圓直徑df2＝d2－2(h＊an＋C＊n)mn＋2xt2mt＝200.643(mm)齒頂高h(yuǎn)a2＝(da2－d2)／2＝4.934(mm)齒根高h(yuǎn)f2＝(d2－df)／2＝5.795(mm)全齒高h(yuǎn)2＝ha2＋hf2＝10.729(mm)
端面齒厚St2＝πmt／2＋2xtmttgat＝8.474(mm)端面齒槽寬et2＝Pt－St2＝7.788(mm)關(guān)于減速箱中的齒輪副嚙合干涉驗算是由齒輪的幾何參數(shù)得知，只可能在大齒輪齒頂與小齒輪齒根嚙合時發(fā)生干涉，小齒輪漸開線起始壓力角tgatB2＝tgat－4(h＊at－xt1)／Z1sin2at＝0.7487，即atB2＝36°49′23″(式中h＊at－端面齒頂高系數(shù))，大齒輪齒頂與小齒輪齒根嚙合點的小齒輪漸開線壓力角 tgatB2′＝tgat′－Z2(tgata2－tgat′)／Z1＝0.7507 即atB2′＝36°53′44″(式中at′－端面壓力角，ata2－大齒頂壓力角)可見atB2＞atB2，故不會發(fā)生干涉。
關(guān)于重合度計算齒輪的軸向齒距Pba＝Pbt／tgβb＝60.691(mm)，(式中Pbt－齒輪的端面基圓周節(jié)，βb－基圓上輪齒螺旋角)取小齒輪齒寬b1＝70(mm)，大齒輪齒寬b2＝65(mm)，軸向重合度εa＝b2sinβ／πmn＝1.071，端面重合度εα＝Z1(tgaa1－tgatB2′)／2π＝0.558，總的重合度εγ＝εa＋εα＝1.629。
關(guān)于承載能力計算大齒輪材質(zhì)采用35SiMn鋼調(diào)質(zhì)處理，小齒輪材質(zhì)采用40Cr鋼調(diào)質(zhì)處理，按軟齒面?zhèn)鲃咏佑|強(qiáng)度設(shè)計，取許用應(yīng)力［6H］＝600(MN／m2)，設(shè)安全系數(shù)SH＝1，壽命系數(shù) ZH＝1，硬化系數(shù)Zn＝1，其余因素暫不考慮。
以圓周力表示的承載能力為Ft≤LCOSβbCOSat(1／E1＋1／E2)［6H］2／0.35ξ(1／ρ1＋1／ρ2)(N)式中Ft－作用在齒輪計算點的圓周力(N)、ξ－載荷分配系數(shù)，ξ＝1。
L－接觸線長度L＝34.797mmρ1，ρ2－小，大齒輪在計算點的齒廓曲率半徑，ρ1＝9.986mm，ρ2＝45.484mmE1，E2－小，大齒輪材料的彈性模量E1＝E2＝2.06×10(MN／m2)結(jié)論為Ft＜2596.6N。
計算點小齒輪半徑re1＝12.850mm，算出齒輪副可能傳遞的最大功率Nmax＝5KW，該減速器的額定功率取N＝3.5KW，相應(yīng)的圓周力為Ft＝1804.3N，接觸應(yīng)力6H＝497MN／m2＜［6H］＝600MN／m2減速箱中少齒數(shù)齒輪副，采用軟齒面，齒輪按8－8－7精度(JB178－83)加工，其主要制作工藝過程是下料－粗車－調(diào)質(zhì)－精車－粗滾－精滾，大齒輪的加工、測量與普通齒輪一樣，故不再贅述。小齒輪軸選用普通的Y3150E／Ⅱ型滾齒機(jī)加工，刀具采用標(biāo)準(zhǔn)滾刀，其壓力角αn＝20°，法面齒頂高系數(shù)h＊an＝1.0，法面齒頂間隙系數(shù)C＊n＝0.25，法面模數(shù)mn＝5。
本實用新型比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點1、由于采用了少齒數(shù)的齒輪，所以可將單級減速器的傳動比擴(kuò)充到原來的雙級傳動比范圍，同理，雙級減速器傳動比可擴(kuò)充到原來三級減速器的傳動比范圍，并且在同樣的輸入功率和轉(zhuǎn)速下減少相應(yīng)的零部件和重量。
2、單級漸開線減速器與目前雙級減速器效率相當(dāng)，η＝0.94。
3、這種少齒數(shù)減速器可節(jié)約大量原材料，能源，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，實踐已證明，具有性能優(yōu)越的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求1.一種少齒數(shù)圓柱齒輪減速器，屬于齒輪傳動裝置，包括齒輪箱體6、箱蓋、軸2、軸承3和5及變位齒輪副，其特征在于一對變位齒輪副中的小齒輪4是少齒數(shù)圓柱齒輪軸，其齒輪的齒數(shù)是2，3，……6，7，其齒廓曲線是漸開線。
2.一種少齒數(shù)圓柱齒輪減速器，包括齒輪箱體6、箱蓋、軸2、軸承3和5及變位齒輪副，其特征在于一對變位齒輪副中的小齒輪4是少齒數(shù)圓柱齒輪軸，其齒輪的齒數(shù)是2，3，……6，7，其齒廓曲線是圓弧線。
專利摘要少齒數(shù)圓柱齒輪減速器，屬于可變速比傳送旋轉(zhuǎn)運動或使旋轉(zhuǎn)運動換向的齒輪傳動裝置，是一種新型的齒輪傳動裝置，減速器中齒輪齒廓曲線是漸開線或者是圓弧線，小齒輪齒數(shù)可為Z＝2，3，……6，7；其齒輪副的齒數(shù)和小于現(xiàn)有的值，且這種減速器可以是單級或雙級的；不僅擴(kuò)大了傳動比范圍，在同樣的輸入功率和轉(zhuǎn)速下，該單級減速器與目前雙級減速器效率相當(dāng)，而且減速機(jī)減少了零部件和重量，降低了成本。該機(jī)已經(jīng)過機(jī)械電子工業(yè)部部級鑒定，實踐已證明具有性能優(yōu)越的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號F16H1/06GK2046565SQ8822142
公開日1989年10月25日 申請日期1988年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月20日
發(fā)明者蔣學(xué)全, 高平, 王寧俠, 張帆 申請人:陜西工學(xué)院, 西安減速機(jī)廠