技术领域
背景技术
[0002]
齿轮传动是机械传动中的主要形式之一，由于它具有速比范围大、功率范围广、结构紧凑可靠等优点，已广泛应用于各种机械设备和仪器仪表中，成为现有机械产品中所占比重最大的一种传动。现有的圆柱齿轮传动有直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和人字齿圆柱齿轮三种形式，但由于结构上的原因，上述圆柱齿轮存在一定的
缺陷（见萍乡高等专科学校学报.2001(4):17-21——拱弧齿圆柱齿轮[J]），为此越来越多的齿轮传动中采用弧齿圆柱齿轮，其主要特征是圆柱体上的
轮齿呈弧形，传统的弧齿圆柱齿轮的齿廓与普通圆柱齿轮一样，既可以是渐开线齿廓，也可以是圆弧曲线齿廓，且弧齿圆柱齿轮具有
啮合性能好、重叠系数大、轴向
力相互抵消、传动效率高、抗弯强度大、
齿面接触强度好等优点，弧齿圆柱齿轮具有优越的传动特性，在大多数应用环境下可以代替直齿、斜齿及人字齿圆柱齿轮的应用，同时具有传动平稳、传动噪声低、效率高、使用寿命长、使用与安全要求低等特征，具有广阔的应用前景，但由于人们对弧齿圆柱齿轮的结构参数及其传动特性不明确，从而制约了弧齿圆柱齿轮的应用。
[0003] 中国
专利文献200910064288.8公开的一种弧螺旋圆柱齿轮及弧齿条，见图1至图4所示，该弧螺旋圆柱齿轮由圆柱状的基体11及其外周上设置的轮齿构成，轮齿由凸齿面14、凹齿面15、齿顶面16和齿根面13围成，该轮齿在在平行于端面的剖面内齿廓为渐开线、在圆柱剖面内的齿面展开线为圆弧，且轮齿的凸齿面14在分度圆柱面12上的展开齿线和凹齿面15在分度圆柱面12上的展开齿线为等径圆弧，即凹面齿线16的圆弧半径Ri1=凸面齿线17的圆弧半径Re1，以在理想状态下，该齿轮分度圆柱面12曲弧螺旋啮合轨迹严密精确，即相互啮合的凹齿面15在分度圆柱面12上的展开齿线——凹面齿线16的圆心Oi1和凸齿面14在分度圆柱面12上的展开齿线——凸面齿线17的圆心Oe1重合，凹齿面15顶弧等于凸齿面14根弧、且大于凸齿面14顶弧和凹齿面15根弧，形成100%接触面，使轮副在啮入和脱离的重叠系数内凹齿面15、凸齿面14上任意点都能够产生
载荷，接触面积高于同比齿面宽度的任何齿轮和齿条，以提高承载能力和使用寿命。但在实际作业中，受齿轮、齿条自身加工
精度及齿轮和齿条间的装配精度影响，凹面齿线16的圆心Oi1和凸面齿线17的圆心Oe1之间存在一定的偏差，这就会造成本应吻合啮合的凹齿面15展开齿线和凸齿面14展开齿线仅端面齿尖接触、其余部分所对应的的齿面分离的现象，以致啮合副的
质量严重下降，啮合副的承载能力、传动平稳性大大降低，使用寿命也随之大大缩短。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种弧齿轮，旨在解决
现有技术中弧齿轮的轮齿受加工误差和装配误差的影响啮合质量差的问题。本发明的另一目的是提供一种弧齿条，旨在解决现有技术中弧齿条的齿牙受加工误差和装配误差的影响啮合质量差的问题。
[0005] 为了实现以上目的，本发明中弧齿轮的技术方案如下：
[0006] 弧齿轮，包括轮盘状的基体及其外周设置的轮齿，轮齿的相背两侧的弧形齿面分别为凸齿面、凹齿面，并定义凸齿面在分度圆柱面上的展开齿线为凸面齿线、凹齿面在分度圆柱面上的展开齿线为凹面齿线，凸面齿线的最大
曲率半径小于凹面齿线的最小
曲率半径。
[0007] 凸面齿线和/或凹面齿线为圆弧线。
[0008] 凸面齿线和凹面齿线均为圆弧线，凸面齿线的最大曲率半径和凹面齿线的最小曲率半径分别为对应圆弧线的圆弧半径，凸面齿线和凹面齿线之间的轮齿厚度尺寸沿齿宽方向从中间向两端减小。
[0009] 凸面齿线的圆弧半径比凹面齿线的圆弧半径小1.2mm以下。
[0010] 轮齿的齿廓为渐开线齿廓。
[0011] 本发明中弧齿条的技术方案如下：
[0012] 弧齿条，包括条
块状的基体及其侧面上设置的齿牙，齿牙的相背两侧的弧形齿面分别为凸齿面、凹齿面，并定义凸齿面在分度圆柱面上的展开齿线为凸面齿线、凹齿面在分度圆柱面上的展开齿线为凹面齿线，凸面齿线的最大曲率半径小于凹面齿线的最小曲率半径。
[0013] 凸面齿线和/或凹面齿线为圆弧线。
[0014] 凸面齿线和凹面齿线均为圆弧线，凸面齿线的最大曲率半径和凹面齿线的最小曲率半径分别为对应圆弧线的圆弧半径，凸面齿线和凹面齿线之间的齿牙厚度尺寸沿齿宽方向从中间向两端减小。
[0015] 凸面齿线的圆弧半径比凹面齿线的圆弧半径小1.2mm以下。
[0016] 轮齿的齿廓为渐开线齿廓。
[0017] 本发明中凸面齿线的最大曲率半径小于凹面齿线的最小曲率半径，这就使得相互啮合的两齿轮或齿轮和齿条在啮合装配后，在分度圆柱面内，相互啮合的两轮齿或轮齿和齿牙的凸面齿线将处于凹面齿线内，且凸面齿线的弯曲程度比凹面齿线的弯曲程度大，这就使得在理想状况下，凸面齿线和凹面齿线间将以点接触的方式进行啮合，而在实际使用中，开始啮合阶段，凸面齿线和凹面齿线之间仍然以点接触的方式进行啮合，区别仅在于点接触的
位置不同，即凸面齿线和凹面齿线间仅作瞬时啮合，随后经轮齿之间或轮齿和齿牙之间不断磨合，实际上凹面齿线和凸面齿线会有相当长的一段线接触，使得啮合传动的两部件经跑合后，凹面齿线和凸面齿线间以线接触的方式啮合，因此本发明中弧齿轮和弧齿条具有以下优点：凹面齿线和凸面齿线沿拟合方向的
滚动速度很大，以在凹面齿线和凸面齿线之间形成油膜，传动效率更高；凹面齿线和凸面齿线间沿接触迹线方向磨损均匀，且容易炮合；无根切现象，这样可减少齿轮的齿数；降低装配过程中对中心距、
螺旋角等误差敏感性的要求，使得啮合传动的两部件更加容易装配，从而解决了现有技术中弧齿轮的轮齿和弧齿条的齿牙受加工误差和装配误差的影响啮合质量差的问题。
附图说明
[0018] 图1是现有技术中圆弧齿圆柱齿轮的立体结构示意图；
[0019] 图2是图1中圆弧齿圆柱齿轮沿分度圆柱面剖面展开图；
[0020] 图3是图1中圆弧齿圆柱齿轮在理想啮合状况下的接触迹线示意图；
[0021] 图4是图1中圆弧齿圆柱齿轮在实际啮合状况下的接触接线示意图；
[0022] 图5是本发明的弧齿轮的
实施例中圆弧齿圆柱齿轮沿分度圆柱面剖面展开图。
[0023] 图6是图5中圆弧齿圆柱齿轮在理想啮合状况下的接触迹线示意图；
[0024] 图7是图5中圆弧齿圆柱齿轮在实际啮合状况下的接触迹线示意图。
具体实施方式
[0025] 本发明中弧齿轮的实施例：如图5至图7所示，该弧齿轮是一种不等径圆弧齿圆柱齿轮，由轮盘状的基体及其外周上沿周向间隔均布的轮齿，轮齿的齿廓曲线为渐开线，轮齿的相背两侧的弧形齿面分别为凹齿面和凸齿面，其中凸齿面在分度圆柱面上的展开齿线为圆弧形的凸面齿线22，凹齿面在分度圆柱面上的展开齿线为圆弧形的凹面齿线21，凸面齿线22和凹面齿线21的圆心处于分度圆柱面展开面的对称中线上，凸面齿线22的圆弧半径Re小于凹面齿线21的圆弧半径Ri。在保持现有轮齿的等齿厚的情况下，凸面齿线22的圆心Oe和凹面齿线21的圆心Oi之间的间隔距离大于对应轮齿的齿厚，并使得凸面齿线22和凹面齿线21之间的轮齿厚度尺寸沿齿宽方向从中间向两端减小。
[0026] 本实施例中轮齿在装配后，理论状况下，该不等径圆弧齿圆柱齿轮的啮合情况时点接触啮合，且接触点处于凸面齿线22和凹面齿线21的中心部位，凸面齿线22和凹面齿线21之间的间隙从中心向两端逐渐增大，在达到轮齿的端面时凸面齿线22和凹面齿线21之间的间隙将达到最大，此时的不等径圆弧齿圆柱齿轮理论啮合端面间隙δ可用下式计算：
[0027] ，
[0028] 其中 ，
[0029] 举例：当已知凸面齿线22的圆弧半径Re=100mm，凹面齿线21的圆弧半径Ri=100.4mm，轮齿的齿宽B=20mm时，啮合端面间隙δ=0.002mm，在实际齿轮传动时，由于轮齿受力
变形，所以如此小的啮合端面间隙可保证凹面齿线21和凸面齿线22，可以达到95% 接触。
[0030] 不同圆弧半径差时不等径圆弧齿圆柱齿轮啮合接触率的实验结果如下：
[0031] 设定凸面齿线的圆弧半径Re=100mm，齿宽B=20mm时，不同的凹面齿线和凸面齿线的半径差差Ri-Re情况下的齿侧最大端面间隙及啮合接触率的实验结果
[0032]
[0033] 从上表数据可以看出，当Ri-Re≤0.4mm时，接触率可控制在95%以上，尤其当0.4mm＜Ri-Re≤1.2mm时，接触率可控制在90%以上。
[0034] 但在实际安装中，受加工误差和装配误差的影响，常常会出现凸面齿线22和凹面齿线21在轮齿宽度B的中截面上相错的情况，如在安装误差的影响下，凸面齿线22的圆心Oe或凹面齿线21的圆心Oi偏离轮齿宽度B的中截面时，不等径圆弧齿圆柱齿轮的啮合仍然是点接触啮合，只是啮合点稍稍偏离轮齿宽度B的中截面，这种啮合情况显然要比传统圆弧齿圆柱齿轮在装配误差影响下的齿尖接触的啮合情况要好的多，即不等径圆弧齿圆柱齿轮在装配误差的影响下，经齿轮传动的跑合，凸面齿线22和凹面齿线21的接触率也可以达到95%，这就使得在实际齿轮传动时，由于受力变形，不等径圆弧齿圆柱齿轮啮合接触率要比传统（等径）圆弧齿圆柱齿轮啮合接触率高得多，因而承载能力、工作寿命、工作平稳性都将得到显著的提高。
[0035] 本发明中弧齿条的实施例：该弧齿条是一种不等径圆弧齿齿条，由条块状的基体及其侧面上等距间隔排布的齿牙构成，齿牙的齿廓曲线为渐开线，齿牙的相背两侧的弧形齿面分别为凹齿面和凸齿面，其中凸齿面在分度圆柱面上的展开齿线为圆弧形的凸面齿线，凹齿面在分度圆柱面上的展开齿线为圆弧形的凹面齿线，凸面齿线和凹面齿线的圆心处于分度圆柱面展开面的对称中线上，凸面齿线的圆弧半径小于凹面齿线的圆弧半径。在保持现有齿牙的等齿厚的情况下，凸面齿线的圆心和凹面齿线的圆心之间的间隔距离大于对应齿牙的齿厚，并使得凸面齿线和凹面齿线之间的齿牙厚度尺寸沿齿宽方向从中间向两端减小。
[0036] 本实施例中齿牙在装配后，理论状况下，该不等径圆弧齿齿条的啮合情况时点接触啮合，且接触点处于凸面齿线和凹面齿线的中心部位，凸面齿线和凹面齿线之间的间隙从中心向两端逐渐增大，在达到齿牙的端面时凸面齿线和凹面直线之间的间隙将达到最大，此时的不等径圆弧齿齿条理论啮合端面间隙δ可用下式计算：
[0037] ，
[0038] 其中 ，
[0039] 举例：当已知凸面齿线的圆弧半径Re=100mm，凹面齿线的圆弧半径Ri=100.4mm，齿牙的齿宽B=20mm时，啮合端面间隙δ=0.002mm，在实际齿轮传动时，由于齿牙受力变形，所以如此小的啮合端面间隙可保证凹面齿线和凸面齿线，可以达到95% 接触。
