技术领域
[0001] 本
发明涉及曲齿圆锥齿轮及曲齿圆锥
齿轮传动结构。
背景技术
[0002]
现有技术中两种典型的曲齿圆锥齿轮传动结构分别如图1和图2所示，包括主动轮910和从动轮920，主动轮910和从动轮920，区别在于齿轮副
轮齿宽度和大小端的几何形状。其中图1中主动轮910的齿宽B1大于从动轮920的齿宽B2，图2中主动轮910的齿宽B1等于从动轮920的齿宽B2。上述曲齿圆锥齿轮传动结构以其减速比大、承载能
力强、体积小等优点而被广泛应用于许多场合，例如用于
汽车的
驱动桥作为主减速传动。国内的汽车驱动桥曲齿圆锥齿轮的制造因其轮齿几何形状的复杂性目前仍然采用传统的铣齿工艺为主，采用传统工艺加工的轮齿表面会留下刀痕，在
齿面和齿根部位形成
应力集中，易形成疲劳源，大大减少了齿轮的使用寿命。汽车驱动桥曲齿圆锥齿轮易断齿失效、可靠性差等因素已经严重影响着国产汽车的竞争力和信誉度，因此对曲齿圆锥齿轮进行抗疲劳制造技术和高强度轮齿结构设计方面的研究尤为重要。
[0003] 精密
锻造成形工艺作为一种先进制造技术，是在传统
模锻工艺的
基础上逐步发展起来的。精密锻造成形工艺目前被普遍接受的定义是“至少锻件的部分表面尺寸
精度和形状精度达到可直接用于装配或仅需磨削加工即可装配的程度”。这种工艺克服了切削加工材料利用率低、生产效率低以及切断了金属
纤维流线而造成的弯曲强度降低等缺点，符合高效、精密、绿色清洁的21世纪先进制造技术的发展趋势，是未来齿轮加工变革的主要途径之一，国外针对曲齿圆锥齿轮的精密锻造成形技术于20世纪70年代就进行了研究，由最初的
热锻发展到冷温锻，锻造出来的齿轮
质量有了很大的提高，相关的技术已经在国外获得应用，尤以美国、德国和日本在这方面的研究比较领先，国内对此技术的研究仍处于小批量试制研究阶段。目前美国德纳集团旗下的福建台亚汽车工业有限公司采用国外
近净成形出齿形的曲齿圆锥齿轮毛坯进行
热处理前的齿面精加工。
[0004] 采用粉末
冶金压制成形小模数曲齿圆锥齿轮从动轮的技术已经广泛应用于电动工具、摩托车等领域，使用这种方法压制成形的从动轮齿面不再加工，主动轮的加工方法主要采用
铣削加工。
粉末冶金压制成形齿轮的
缺陷在于其轮齿强度比锻造成形的要低，使用过程中轮齿断裂是其主要失效方式。1998年，美国AGMA粉末冶金齿轮委员会发布实施了“粉末冶金齿轮规范”国家标准6008-A98，规范中详细描述了
螺旋齿轮和直齿锥齿轮轮齿的几何形状规范，对曲齿圆锥齿轮的几何形状规范未见涉及。
专利201020278043.3提供了一种曲齿圆锥齿轮滚轧及精整齿形的设备，此设备的出现，为小模数曲齿圆锥齿轮滚轧成形提供了技术参考。但是，无论是采用传统的铣齿工艺，还是采用精密锻造成形、粉末冶金压制成形等工艺，现有技术中曲齿圆锥齿轮轮齿的结构在齿轮副使用过程中容易出现轮齿断裂失效的现象。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种抗弯强度高的曲齿圆锥齿轮，同时，本发明还提供了一种使用该曲齿圆锥齿轮的曲齿圆锥齿轮传动结构。
[0006] 本发明中曲齿圆锥齿轮采用的技术方案是：曲齿圆锥齿轮，其轮齿靠近轴线的一端为小端，远离轴线的一端为大端，所述大端对应的齿根处和/或所述小端对应的齿根处设置有加强筋。
[0007] 所述大端对应的齿根处设置有加强筋，所述加强筋的截面为“』”形，包括沿所述曲齿圆锥齿轮的周向延伸的加强条和设置在加强条朝向小端的一侧的加强凸部，所述加强凸部设置在加强条的底部与曲齿圆锥齿轮
齿槽的槽底之间。
[0008] 所述加强筋延伸方向的两端分别与两相邻的轮齿连接为一体且所述加强筋的底部与曲齿圆锥齿轮齿槽的槽底连接为一体。
[0009] 所述加强筋的加强条沿背锥方向的高度不超过节锥线。
[0010] 所述加强筋的截面为三
角形，其背向其所在的大端或小端的一侧具有斜面，所述斜面的顶部向加强筋所在的大端或小端倾斜。
[0011] 所述斜面与相应轮齿齿根之间的夹角不大于30°。
[0012] 本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构采用的技术方案是：曲齿圆锥齿轮传动结构，包括曲齿圆锥齿轮形式的主动轮和从动轮，所述主动轮的齿宽为B1，所述从动轮的齿宽为B2，所述主动轮与所述从动轮中的至少一个的大端齿根处和/或小端齿根处设置有加强筋。
[0013] 所述加强筋分为仅用于设置在曲齿圆锥齿轮的大端的第一加强筋和用于设置在曲齿圆锥齿轮的大端和/或小端的第二加强筋，第一加强筋的截面为“』”形，包括沿所述曲齿圆锥齿轮的周向延伸的加强条和设置在加强条朝向小端的一侧的加强凸部，所述加强凸部设置在加强条的底部与曲齿圆锥齿轮齿槽的槽底之间；第二加强筋的截面为三角形，其背向其所在的大端或小端的一侧具有斜面，所述斜面的顶部向第二加强筋所在的大端或小端倾斜。
[0014] 所述主动轮和从动轮通过精密锻造成形、摆辗成形或粉末冶金压制成形；所述主动轮的齿宽B1＞从动轮的齿宽B2并且仅主动轮的大端设有所述第一加强筋，或者所述主动轮的齿宽B1=从动轮的齿宽B2并且主动轮仅在大端设有所述第一加强筋或第二加强筋、从动轮的大端和小端均设有所述第二加强筋。
[0015] 所述主动轮通过滚轧成形；所述主动轮的齿宽B1＞从动轮的齿宽B2并且主动轮的大端和小端均设有所述第二加强筋，或者所述主动轮的齿宽B1=从动轮的齿宽B2并且主动轮和从动轮在各自的大端和小端均设有所述第二加强筋。
[0016] 本发明采用上述技术方案，曲齿锥齿轮所述大端对应的齿根处和/或所述小端对应的齿根处设置有加强筋，通过设置上述加强筋，能够对轮齿起到
支撑作用，将轮齿受到的作用力的一部分通过加强筋承受，从而减小轮齿齿根的受力，提高轮齿的抗弯强度，增强承载力，延长服役寿命。
附图说明
[0017] 图1是现有技术中曲齿圆锥齿轮副的装配形式一的示意图（主动轮的齿宽B1大于从动轮的齿宽B2）；图2是现有技术中曲齿圆锥齿轮副的装配形式二的示意图（主动轮的齿宽B1等于从动轮的齿宽B2）。
[0018] 图中各附图标记对应的名称为：910主动轮，920从动轮。
[0019] 图3是本发明中曲齿圆锥齿轮的第一加强筋的结构示意图；图4是本发明中曲齿圆锥齿轮的第二加强筋的结构示意图；
图5是本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的
实施例一的结构示意图，也即曲齿圆锥齿轮采用精密锻造成形、摆辗成形或粉末冶金压制成形工艺加工，并且主动轮的齿宽B1大于从动轮的齿宽B2时加强筋的设置形式示意图；
图6是本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的实施例二的结构示意图，也即曲齿圆锥齿轮采用精密锻造成形、摆辗成形或粉末冶金压制成形工艺加工，并且主动轮的齿宽B1等于从动轮的齿宽B2时加强筋的第一种设置形式示意图；
图7是本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的实施例三的结构示意图，也即曲齿圆锥齿轮采用精密锻造成形、摆辗成形或粉末冶金压制成形工艺加工，并且主动轮的齿宽B1等于从动轮的齿宽B2时加强筋的第二种设置形式示意图；
图8是本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的实施例四的结构示意图，也即主动轮采用滚轧成形工艺加工，并且主动轮的齿宽B1大于从动轮的齿宽B2时加强筋的第一种设置形式示意图；
图9是本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的实施例五的结构示意图，也即主动轮采用滚轧成形工艺加工，并且主动轮的齿宽B1大于从动轮的齿宽B2时加强筋的第二种设置形式示意图。
[0020] 图中各附图标记对应的名称为：10主动轮，20从动轮，30第一加强筋，31加强条，32加强凸部，40第二加强筋，41斜面，50轮齿。
具体实施方式
[0021] 下面结合具体的实施例说明本发明的技术方案。
[0022] 本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的实施例一如图5所示，包括主动轮10和从动轮20，主动轮10和从动轮20均采用精密锻造成形工艺加工，均具有大端、小端和呈螺旋形状设置的轮齿50，并且主动轮10的齿宽B1大于从动轮20的齿宽B2。其中从动轮20的结构与现有技术相同，此处不再详细说明。主动轮10的大端设有同时与曲齿圆锥齿轮的齿槽的槽底和相邻的两轮齿50连成一体的第一加强筋30，第一加强筋30的结构如图3所示，横截面形状为“』”形，即
水平翻转后的L形，包括沿所述曲齿圆锥齿轮的周向延伸的加强条31和设置在加强条31朝向小端的一侧的加强凸部32，所述加强凸部32平滑设置在加强条31的底部与曲齿圆锥齿轮齿槽的槽底之间，与加强条31共同形成连皮，在轮齿50的大端自齿根部沿背锥方向形成半封闭腔，背锥方向即背离轮齿50所在锥面的方向，也即轮齿50的高度方向。加强条31沿背锥方向的高度不超过主动轮10的节锥线，以避免影响到轮齿
接触区域。加强条31的厚度不超过5mm，在保证结构强度的情况下减轻整体重量，同时能够提高材料利用率。主动轮10仅在大端设置上述第一加强筋30，能够方便出模，便于采用精密锻造成形工艺加工，同时不会影响到齿轮副的正常
啮合。
[0023] 主动轮10的大端设置的第一加强筋30在曲齿圆锥齿轮传动结构啮合传动时，能够有效提高主动轮10轮齿50的抗弯强度，增强承载力。
[0024] 本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的实施例二如图6所示，与实施例一的不同之处仅在于：本实施例中主动轮10的齿宽B1等于从动轮20的齿宽B2，并且从动轮20的大端和小端均设有所述第二加强筋40。第二加强筋40的结构如图4所示，其横截面形状为“⊿”形，其背向其所在的大端或小端的一侧具有斜面41，所述斜面41的顶部向第二加强筋40所在的大端或小端倾斜，且与相应轮齿50齿根之间的夹角不大于30°，以避免影响到轮齿接触区域。特别对于节锥角大于75°的从动轮20，采用设置第二加强筋40的形式能够有效避免设置加强筋对装配的影响，保证齿轮副的正常啮合。
[0025] 本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的实施例三如图7所示，与实施例一的不同之处仅在于：本实施例中主动轮10的大端设置的加强筋为第一加强筋30。
[0026] 在实施例一至实施例三中，主动轮10和从动轮20均采用精密锻造成形工艺加工，在其他实施例中，主动轮10和从动轮20也可以采用摆辗成形或粉末冶金压制成形，同样可以方便地加工出对应形式的加强筋。
[0027] 对于滚轧成形工艺而言，曲齿圆锥齿轮主动轮10可通过两个滚轧轮的摆动滚挤将齿形完全共轭出来，考虑到轮齿50接触区的
位置和形状，可以将滚轧轮的齿形进行修形。曲齿圆锥齿轮从动轮20则可以通过精密锻造成形的工艺近净成形出来。在考虑装配的情况下，主动轮10和从动轮20均可以在轮齿50大端和小端同时设置加强筋。
[0028] 本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的实施例四如图8所示，本实施例中主动轮10的齿宽B1大于从动轮20的齿宽B2，其中主动轮10采用滚轧成形工艺加工，其大端和小端均设有如图4所示的第二加强筋40。从动轮20通过精密锻造成形的工艺近净成形出来，结构与现有技术中从动轮20的结构相同。
[0029] 本发明中曲齿圆锥齿轮传动结构的实施例五如图9所示，与实施例四的不同之处仅在于：本实施例中主动轮10的齿宽B1等于从动轮20的齿宽B2，主动轮10和从动轮20均在各自的大端和小端设有所述第二加强筋40。
[0030] 上述实施例中，主动轮10的齿宽B1大于从动轮20的齿宽B2的曲齿圆锥齿轮传动结构常应用于车辆、轮船以及大型载重设备等领域，主动轮10的齿宽B1等于从动轮20的齿宽B2的曲齿圆锥齿轮传动结构常应用于机床、电动工具及摩托车等领域。
[0031] 本发明中曲齿圆锥齿轮的实施例即上述曲齿圆锥齿轮传动结构中的主动齿轮或从动齿轮，具体结构此处不再赘述。
[0032] 本发明中曲齿圆锥齿轮的结构设置结合了近净成形加工方法的特点，遵循从改变几何外形结构来提高曲齿圆锥齿轮轮齿50的抗弯强度的思路，提出在轮齿50的大小端齿根处分别增添加强筋的设计方案，并根据具体精密成形加工方式的不同，提出了不同的主、从动轮增添加强筋的组合方案，能够方便地适用于曲齿圆锥齿轮的近净成形加工，同时达到提高曲齿圆锥齿轮抗弯强度的目的。
[0033] 在上述实施例中，加强筋包括两种形式，一种形式的截面是“』”形，另一种形式的截面是“⊿”形。在本发明的其他实施例中，加强筋的截面形状还可以为其它不干涉曲齿锥齿轮传动的任意形状，例如将第一加强筋30中的加强凸部32省去，仅设置加强条31，即可形成截面为长方形的加强筋；再如，将第二加强筋40的截面设置成非直角的三角形，同样能够起到加强作用。另外，上述实施例中加强筋同时与曲齿圆锥齿轮齿槽的槽底和相邻的两轮齿50成为一体，在其他实施例中，加强筋也可以同时与单个轮齿50和曲齿圆锥齿轮齿槽的槽底成为一体，还可以仅同时与相邻的两轮齿50成为一体而与曲齿圆锥齿轮齿槽的槽底分离。
