螺线齿形齿轮的结构
阅读：123发布：2020-05-12
专利汇可以提供螺线齿形齿轮的结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供螺线齿形 齿轮 的结构。本发明的课题在于解决以下问题点： 齿面 容易损耗，齿面的 接触 面压 力 较大从而容易产生损耗或凹陷，容易产生因高负载和冲击导致的齿根的折损，在齿根处发生根切，难以进行顺畅的 啮合 旋转运动，因齿的振动和齿隙等导致的运转时的噪音较大。本发明的螺线齿形齿轮1的啮合时的接触面为，基于凹面(1a)和凸面(1b)相互的面接触。这是因为螺线是 曲率 的变化率一定的连续的曲线，因此在接触点处，凸面(1b)的 曲率半径 与凹面(1a)的曲率半径大致相等，由此，产生面接触，从而接触点处的面压力 应力 下降，从而获得损耗减少且低噪音的齿轮。，下面是螺线齿形齿轮的结构专利的具体信息内容。
1.一种螺线齿形齿轮的结构，该螺线齿形齿轮与对方的齿形齿轮啮合而传递动力，该螺线齿形齿轮的结构的特征在于，
齿形曲线的整个轨迹或者一部分轨迹由螺线构成，并且，在以齿形齿轮的节点作为起点的齿的规定齿距区域内，构成所述齿形曲线的整个轨迹或者一部分轨迹的螺线是连续的单一螺线。
2.根据权利要求1所述的螺线齿形齿轮的结构，其特征在于，
设定了如下变形螺线，该变形螺线是通过使所使用的螺线在X轴方向和Y轴方向上伸缩而得到的。
3.根据权利要求1所述的螺线齿形齿轮的结构，其特征在于，
设定了如下变形螺线，该变形螺线是通过使所使用的螺线在X轴方向或Y轴方向上伸缩而得到的。
4.根据权利要求1所述的螺线齿形齿轮的结构，其特征在于，
将所述螺线齿形齿轮的齿顶设为水平线，将齿底设为圆弧，将啮合的范围设为螺线。
螺线齿形齿轮的结构
技术领域
背景技术
[0003] 在现有技术中，作为迄今为止已知的齿轮泵的齿轮，为了增大比容量和有效功率并且减小滑动率，考虑如下齿形来作为齿条刀具的齿形，该齿形最大限度地利用节点中心的圆弧，并将两个圆弧的连接部分用直线或者正弦曲线连续地结合。具有由有着该齿形的齿条刀具所唯一确定的齿轮齿形的齿轮泵具备，接近作为迄今为止已知的齿轮泵用齿轮而言最高性能的性能。然而，在与齿条齿形曲线的连接部对应的齿轮齿面上，滑动率不连续，其结果是，如图9所示那样，损耗较为显著。为了克服该缺点，迄今为止尝试了多种结构，考虑预先使齿条的外形曲线为一条齿形曲线，但是所尝试的结构全都无法将容量与有效功率均提高得比上述齿轮高。
[0004] 专利文献1：日本特公昭55-38541号专利公报
[0005] 现有技术的结构和作用如上述，因此存在以下课题。
[0006] 即，根据上述的现有技术，作为目前未解决的问题而列举有以下几点。即，在使用时齿面的滑动率较大，齿面容易损耗；另外，由于齿轮的凸面与凸面相啮合，因此齿面的接触面压力较大，容易产生损耗和凹陷；另外，基于齿轮的齿根形状的、齿根应力较大，容易产生因高负载或冲击导致的齿根的折损；另外，在滚刀加工中，当在某齿数以下时，在齿根处会产生根切；另外，如果没有齿隙，则很难进行顺畅的啮合旋转运动。本发明的课题还在于，通过齿形的改善来解决因齿的振动和齿隙等而导致的运转时的噪音较大的问题。
发明内容
[0007] 本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的特别在于，防止齿面的损耗，在凸面与凸面的啮合中，防止损耗和凹陷的发生，或者，即使施加高负载或冲击，也不会产生齿根的折损，并且即使在滚刀加工中在齿根处也不会产生根切，从而可以理想地实现齿轮的顺畅的啮合旋转运动，并且即使产生齿的振动和齿隙等也会大幅度降低运转时的噪音。本发明是通过以下这样的结构和手段得到的。
[0008] 即，根据第一方式所述的发明，一种螺线齿形齿轮的结构，该螺线齿形齿轮与对方的齿形齿轮啮合并传递动力，该螺线齿形齿轮的结构的特征在于，齿形曲线的整个轨迹或者一部分轨迹构由螺线构成，并且，在以齿形齿轮的节点为起点的齿的规定齿距区域内，构成所述齿形曲线的整个轨迹或者一部分轨迹的螺线是连续的单一螺线。根据第二方面所述的发明，第一方面所述的螺线齿形齿轮的结构的特征在于，设定了如下变形螺线，该变形螺线是通过使所使用的螺线在X轴方向和Y轴方向上伸缩而得到的。根据第三方面所述的发明，第一方面所述的螺线齿形齿轮的结构的特征在于，设定了如下变形螺线，该变形螺线是通过使所使用的螺线在X轴方向或Y轴方向上伸缩而得到的。并且，根据第四方面所述的发明，第一方面所述的螺线齿形齿轮的结构的特征在于，将所述螺线齿形齿轮的齿顶设为水平线，将齿底设为圆弧，针对啮合的范围设定螺线。
[0009] 本发明的螺线齿形齿轮的结构由于具有上述结构，因此具有以下效果。
[0010] 即，根据第一方式所述的发明，提供一种螺线齿形齿轮的结构，该螺线齿形齿轮与对方的齿形齿轮啮合并传递动力，该螺线齿形齿轮的结构的特征在于，齿形曲线的整个轨迹或者一部分轨迹构由螺线构成，并且，在以齿形齿轮的节点为起点的齿的规定齿距区域内，构成所述齿形曲线的整个轨迹或者一部分轨迹的螺线是连续的单一螺线。根据第二方面所述的发明，第一方面所述的螺线齿形齿轮的结构的特征在于，设定了如下变形螺线，该变形螺线是通过使所使用的螺线在X轴方向和Y轴方向上伸缩而得到的。根据第三方面所述的发明，第一方面所述的螺线齿形齿轮的结构的特征在于，设定了如下变形螺线，该变形螺线是通过使所使用的螺线在X轴方向或Y轴方向上伸缩而得到的。并且，根据第四方面所述的发明，第一方面所述的螺线齿形齿轮的结构的特征在于，将所述螺线齿形齿轮的齿顶设为水平线，将齿底设为圆弧，针对啮合的范围设定螺线。
[0011] 由于采用了这样的结构，因此具有以下效果：防止齿面的损耗，在凸面与凸面的啮合中防止损耗和凹陷的发生，或者，即使施加了高负载或冲击也不会产生齿根的折损，即使在滚刀加工中在齿根处也不会产生根切，因此可以理想地实现齿轮的顺畅的啮合旋转运动，并且即使产生齿的振动和齿隙等也会大幅度降低运转时的噪音。附图说明
[0012] 图1是在本发明的螺线齿形齿轮的结构中被用作齿形的螺线的说明图。
[0013] 图2是示出根据本发明的螺线制作齿形曲线的过程的说明图。
[0014] 图3是示出根据本发明的螺线，制作将基轴整体以原点0为旋转中心沿逆时针方向旋转后的齿形曲线的过程的说明图。
[0015] 图4是示出仅以螺线来构成本发明的一个实施例的齿形曲线的整个轨迹所得到的基本螺线齿形的说明图。
[0016] 图5是示出本发明的变形螺线的其他实施例的说明图。
[0017] 图6是示出本发明的基本螺线齿形齿轮的一个实施例的齿根形状的截面图。
[0018] 图7是示出本发明的螺线的相似性的说明图。
[0019] 图8是示出本发明的一个实施例的基本螺线齿形齿轮的啮合状态的说明图。
[0020] 图9是示出现有技术中的齿轮的损耗状态的说明图。
[0021] 标号说明
[0022] 1：螺线齿形齿轮；1a：螺线齿形齿轮的凹面；1b：螺线齿形齿轮的凸面；1c：螺线齿形齿轮的齿根；Ro：点Pn处的内接于曲线的圆的半径；C：点Pn处的内接于曲线的圆的中心点；Ln：从原点0到点Pn的曲线的弧长(mm)；P：螺线齿形齿轮的齿顶；Q：螺线齿形齿轮的齿底。
具体实施方式
[0023] 以下，根据附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。
[0024] 使用图1～图4，对描绘本发明的螺线齿形齿轮的螺线而获得齿形曲线的结构进行说明。首先，在图1中，在螺线上，通过以下的数式(1)和(2)来提供螺线的任意一点P的X坐标、Y坐标的值。
[0025]
[0026]
[0027] 这里，如果设
[0028] A为由LR＝A2定义的螺线的参数(长度)(mm)，
[0029] L为从原点0到P点的曲线的弧长(mm)，
[0030] R为P点处的曲率半径(mm)
[0031] τ为P点处的切线与X轴所形成的角度(弧度)，
[0032] 则能够通过根据螺线的数式(1)和数式(2)来计算X、Y的坐标值，实现基于数值控制的机械加工。即，在齿轮制造加工用的滚刀刀具的制造中，一开始便能够通过多工序自动数控机床、电火花线切割放电加工机等目前实际使用的齿轮加工设备，来毫无障碍地低价且通用地制造齿轮。
[0033] 接着，使用图2、图3以及图4，对根据螺线获得齿形曲线的步骤详细地进行说明。以下，包括坐标值在内，长度的单位都是(mm)。另外，数式中的角度的单位都是(弧度)。
[0034] 这里，在步骤1中，将图2所示的螺线上的一点Pn的坐标设为Xn、Yn，将在点Pn处与曲线内接的圆的半径设为R0，将中心点设为C。将此时的坐标轴X0、Y0称为螺线基轴。这里，在步骤2中，如果将在Pn点处与螺线内接的圆的中心点C的坐标设为Xc、Yc，则Xc、Yc的值是通过以下的数式(3)、(4)而获得的。
[0035] Xc＝Xn-R0×sinτ∧∧ (3)
[0036] Yc＝Yn+R0×cosτ∧∧ (4)
[0037] 这里，在步骤3中，确定要求解的基本齿形的模数，预测要完成的齿形的齿顶高并赋予临时值R0和Yc。并且，在确定临时值时采用坐标图。这里，在步骤4中，采用上述的数式(1)和(2)，求出图2中的螺线的A和τ的值。这里，在步骤5中，如果将从原点0到点Pn的曲线的弧长设为Ln，并将Ln分割为N个(N为整数值)后所得到的单位长度设为s，则Ln和s可以根据以下的数式(5)、(6)来求出。
[0038] Ln＝2τ×R0∧∧ (5)
[0039] s＝Ln/N∧∧(6)
[0040] 这里，在步骤6中，在接下来根据以下的数式(7)求出从原点0到点Pn的螺线的N个点的各自的τj。
[0041]
[0042] 其中j＝1，2，3，∧，N
[0043] 这里，在步骤7中，将以此方式而获得的A、τj的值代入上述的数式(1)、(2)中，从而获得螺线上的各点的X0坐标值、Y0坐标值。将各点以圆滑的曲线连接从而完成螺线。
[0044] 这里，接下来在步骤8中，使用j＝N时的X0坐标值Xn和τn，根据以下的数式(8)求出Xc的值。
[0045] Xc＝Xn-R0×sinτn∧∧ (8)
[0046] 这里，在步骤9中，将以此方式获得的图形和螺线基轴的整体以原点0为旋转中心逆时针方向旋转α(°)。然后再次穿过原点0来设置水平、垂直的坐标轴X、Y，从而获得图3。这里，轴Y0与轴Y所成的角度α(°)是齿形上的压力角。该新坐标上的点C的坐标值Xcc、Ycc通过以下的数式(9)和(10)的坐标转换式获得。
[0047] Xcc＝Xc×cosα-Yc×sinα∧∧ (9)
[0048] Ycc＝Xc×sinα+Yc×cosα∧∧ (10)
[0049] 这里，接下来在步骤10中，重复进行顺序3～顺序10的计算，直到在图3中，螺线的X坐标值成为最大值时的Y坐标值Ycc成为极度接近πm/4的值。此时，优选的是，设R0为固定值，设Ycc为变量，并且满足以下的数式(11)。
[0050]
[0051] 这里，在步骤11中，使根据上述步骤所获得的螺线穿过原点0且以与X轴成45°的倾斜轴为旋转轴进行翻转。以此方式所获得的螺线是图4所示的基本螺线齿形曲线。即，在从原点0到齿顶P之间形成了基本螺线齿形的规定齿距，例如1/4齿距。
[0052] 在图4中，为了将所获得的曲线用作齿形曲线，需要同时满足以下2个关系的几何学条件。首先，第一，内接于齿顶P的半径R0的圆的中心C的Y坐标值是E。其次，第二，中心C的X坐标值是πm/4。这里，m是齿形的模数，并且可以任意进行选择。如果将内接的圆的中心点C距螺线基轴的距离设为Xc、Yc，则E可以根据上述2个几何学的条件，通过以下数式(12)而给出。
[0053]
[0054] 在本发明中，按照上述步骤求出螺线齿形曲线的规定齿距例如1/4齿距的量，并且将螺线的参数A直接置换为齿形的模数m。然后赋予压力角α，从而获得由以点P为齿顶，以点Q为齿底的基本螺线(图4所示的曲线)构成的、作为一个实施例的基本齿形图形。并且，通过赋予模数m和压力角α、而由基本螺线构成的齿形是由1条曲线确定的。这表示，各模数m不只提供1个压力角为α的基本螺线齿形，与以往的渐开线齿形齿轮完全相同，能够通过模数m对齿形进行标准化并进行管理。
[0055] 由于如上所述那样，螺线是直线与圆弧相连接的平缓曲线，因此即使直线具有角度，也能够与特定位置的圆弧平滑地连接。因此，对于压力角而言，能够按照齿轮的使用目的任意地选择最佳的角度。在本发明中，根据对使压力角在较广的范围内进行变化而获得的齿形图形进行评价所得到的结果，明确了如下内容。即，当压力角α变小时，齿顶P、齿底Q的形状变得尖锐，例如如果小于10°，则在该状态下不会形成齿形，此外，当压力角变得特别大时，相反地，齿顶P和齿底Q过于平坦，从而减弱了齿形的功能。
[0056] 在本发明中，提高了螺线齿形的设计上的自由度，其结果是，还能够将通过使各常数乘以螺线的X坐标值和Y坐标值而得到的变形螺线用作齿形曲线。即，能够在选择的某一模数、压力角α、Ro以及Yc的条件下，通过对变形的比率进行选择，使齿顶P与齿底Q之间的顶部间隙和齿顶高最优化。变形的比率能够根据齿轮的大小和用途以及所要求的性能和特性自由选择，在图5中示出了该变形螺线的实施例。
[0057] 并且，在通过任意选择模数和压力角α而获得的基本螺线或其他螺线的齿顶的X坐标值例如不是πm/4的情况下，可以将与X坐标值为πm/4的Y轴平行的垂直线上的任意点作为其中心，使与该曲线内接的圆和该曲线通过该接点相连接从而构成齿形曲线。这样，构成了由螺线和其他曲线构成的齿形曲线。
[0058] 【实施例】
[0059] 接着，对本发明的实施例详细地进行说明。
[0060] 以此方式而获得的本发明的螺线齿形的第1特征是，如图6所示，螺线齿形齿轮1的啮合时的接触面成为由凹面1a和凸面1b相互进行的面接触。这是因为螺线是曲率的变化率一定的连续的曲线。即，在接触点处，凸面1b的曲率半径与凹面1a的曲率半径大致相等。由此，产生面接触，接触点处的面压力应力下降，从而获得损耗减少且低噪音的齿轮。与之对比，可以明确，在渐开线齿形齿轮中，凸面1b与凸面1a进行的是点接触，从而接触点的面压力应力较高。
[0061] 本发明的螺线齿形的第2特征是，根据图1，螺线是将直线与圆弧极度平滑地连接的平缓曲线。因此，在图4的0点附近是极度接近直线的形状，在齿顶P点附件是极度接近圆弧的形状。这样，在齿形曲线中，节点附近呈接近直线的形状，齿顶P和齿底Q成为接近圆弧的形状。即，即使对于在螺线齿形齿轮1的齿轮啮合中产生的因加工、组装误差等所导致的齿轮的芯间距离的些许偏差，也能够进行与渐开线齿形齿轮同等程度的顺畅的啮合。另外，在齿根1c处，与渐开线齿形齿轮相比，如图6所示，即使是齿根1c的R尺寸较大并且齿数较少的螺线齿形齿轮1，也能构成不会发生因制造加工所导致的根切的齿底Q形状。由此，传动载荷导致的应力集中较少，从而成为齿根1c的弯曲强度较高的齿轮。图6是示出本发明的基本螺线齿形齿轮的一个实施例的齿根形状的截面图。
[0062] 本发明的螺线齿形的第3特征是，螺线与抛物线或椭圆不同，都是相似的。即，即使在不同的条件下描绘螺线，只是图形的大小不同，它们是完全相似的形状。该情况在图7中示出。由于该特征，因此在螺线齿形齿轮1中，也能够利用与渐开线齿形齿轮相同的概念来使用模数对齿的形状尺寸进行确定和标准化，并且在切齿加工中，也能够利用模数来管理滚刀刀具。根据这一点，可以说螺线齿形齿轮1是利用度较高的技术。
[0063] 在将根据上述结构得到的螺线齿形齿轮1的齿形用作动力传递用齿轮时，多数情况是需要顶隙的，这一点无论是在基本螺线齿形中，还是在由螺线和圆弧或直线构成的齿形中都是相同的。在顶隙设计中，针对齿顶P或齿底Q中的某一方，将与其内接的圆弧的半径R0稍微增大或减小并与螺线平滑地连接，并且用水平线将没有参与啮合的齿顶P的顶部切下。
[0064] 另外，在渐开线齿形齿轮中，为了增大齿轮的啮合率，相比于正齿轮而言，会选择斜齿轮。根据这一点，在本发明的螺线齿形齿轮1中也同样，能够没有任何障碍地制造正齿轮和斜齿轮。通过设为斜齿轮，能够获得弯曲强度较大的低噪音的齿轮。
[0065] 一般来讲，在齿轮的啮合运转时产生噪音的主要原因之一在于，驱动侧齿轮的齿根部与从动侧齿轮的齿顶部之间的啮合起点处的双方的形状的配合，根据本发明，通过与上述的基本螺线齿形齿轮1相同的模数和齿数，且通过相同的材质和加工方法而构成了，齿形发生了多种变化的螺线齿形齿轮1和渐开线齿形齿轮，从而实现了低噪音化。
[0066] 本发明是螺线齿形齿轮的结构，其能够减轻齿轮的厚度即重量，从而实现轻量化，不仅能够进行模数管理，即使针对特定的模数，也能够自由设定压力角、螺线齿形齿轮的形状、以及齿高，从而制作出具有最适合用途的齿形的齿轮，只要恰当地设定齿形和齿高就能够使齿隙完全消失从而顺畅地旋转，因此本发明能够广泛地应用于各种设备上，从而为产业的发展作出贡献。
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