自由曲面齒輪制造技術

本發明專利技術的目的在于提供一種變速器用齒輪，可制作齒面不限于漸開線曲面，齒底面不限于余擺線曲面，而使上述面為自由曲面的齒輪，通過降低齒面的嚙合點附近的赫氏應力，提高表面壓力疲勞強度，通過降低齒底面的齒根附近的彎曲應力提高彎曲疲勞強度，抑制齒輪噪音的產生。其特征在于，齒面由使嚙合節點附近的最小曲率半徑為極大的自由曲面構成，且齒底面由使齒根附近的最小曲率半徑為極大的自由曲面構成。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】自由曲面齒輪
本專利技術涉及一種用于汽車、建筑機械、工業機械等的變速器用的齒輪，特別是直齒輪或斜齒輪的齒面形狀。直齒輪的情況，其齒面由擺線曲面、余擺線曲面、外旋曲面、外擺曲面、圓弧曲面、渦旋曲面的各單獨曲面構成，或者由使這些包含漸開線曲面中選擇的曲面進行組合的的多個曲面構成。斜齒輪的情況下，其齒面由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐標曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面的各單獨曲面構成，或者由使這些包含漸開線螺旋曲面中選擇的曲面進行組合的多個曲面構成。另一方面，齒面的TIF(之后描述)以下的齒底面由擺線曲面、余擺線曲面、外旋曲面、外擺曲面、圓弧曲面、渦旋曲面的各單獨曲面構成。以下統稱構成這些齒面或齒底的單獨的曲面，或復合曲面為自由曲面。本專利技術申請是，自由曲面通過熱鍛或冷鍛形成，首先，齒面的嚙合節圓附近的最小曲率半徑極大使表面壓力疲勞強度提高的同時，齒根附近的最小曲率半徑極大化從而提高彎曲疲勞強度的變速器用的齒輪。參照圖12說明上述齒輪用語。放大齒廓并用立體圖表示，定義各部位的名稱如下。斜齒1包括：符號A～A’之間的齒頂面11；在其左右，符號A～B之間的齒面12；符號B～B’之間的齒底面13；以及齒端面14和齒根16。在這里，符號A、A’為齒輪彼此嚙合的終點，是齒面12和齒頂面11的邊界點；符號B、B’為齒輪彼此相互嚙合的起始點，相當于齒根16，是齒面12和齒底面13的邊界點。嚙合節點P位于齒面的符號A～B之間，連結各齒廓的嚙合節點P的圓弧為嚙合節圓徑(MatingPichCircleDia)，以下稱作PCD。齒底面13的符號B、B’之間的最低點標為符號D，將連續連結各齒廓的符號D點的圓弧稱為齒底徑R。連續連結各齒根的符號B、B’的圓弧為最小嚙合漸開線徑(TrueInvoluteFilletDia)，以下稱作TIF。其他還有類似稱為分度圓徑的用語，其為齒輪固有特征，是將齒輪單體的齒數乘以垂直于軸的模數得到的，與另一配合齒輪無關。與此不同，PCD為連續地連結將嚙合的一對齒輪的中心距以齒數比的反比分配的點的線，在該PCD的嚙合節點P處，齒輪彼此嚙合，做滾動運動，從而可視為一對齒輪相互滾動而不產生滑動運動。當該一對齒輪在該嚙合節點P處嚙合時，表面壓力最大，會產生微小的剝離損傷(pitching)等，從而縮短齒輪的壽命。另外，所謂最小曲率半徑是指，在嚙合節點P的附近處的多個曲面中，曲率半徑最小者。其余，稱齒根的符號B和齒底的符號D之間的曲面為齒根附近。
技術介紹
在現有技術中，使用切削加工法形成齒廓，最初，在傳動機構領域采用的齒輪，其具有基于惠更斯鐘擺時鐘專利技術的旋轉角度誤差小的擺線曲面。但是，雖然該擺線齒輪具有旋轉角度誤差小，適合于鐘表齒輪的優點，但其曲面復雜導致切削工具的形狀復雜，且切削每個齒時都需要耗時多。隨著時代的發展，在產業革命中需要大量的用于傳動的齒輪，因而不具有量產性的擺線齒輪隨之消失。因此開發了適于量產的基于直線切削方法的齒切削技術，得到齒面為漸開線曲面，齒底為余擺線曲面的齒輪。圖13為該齒輪的垂直于軸的截面圖。目前，已實用的大部分齒輪都是基于該方法加工而成的，由于工具為簡單的直線狀的齒條插刀，因此其加工的齒面限于漸開線曲面，齒底限于余擺線曲面，而不能制得其他的曲面。現有的基于直線刀具切削加工法來制造齒輪的方法整理如下，通過調整刀具的切入量可以簡單的改變齒厚并能控制齒根的強度。利用容易制作的直線狀的齒條插刀可以加工漸開線曲面。即使如上得到的上述漸開線齒輪與組合齒輪的中心距存在差異，也可以使得齒輪間隙保持一定，以緩解震動、聲音的沖擊。而且，只要法線間隔相同，則對齒輪規格沒有限制可以自由組合。由于由漸開線曲面形成的齒輪在使用時可能發生移位，而通過稍微改變齒輪的軸間距就可以使得相鄰齒輪正確嚙合，因此漸開線曲面齒輪具有上述等的優點。但是，由于漸開線曲面齒輪在彼此嚙合時，在旋轉運動中存在滾動和滑動，當在旋轉時有滑動的情形下會產生旋轉角度誤差，并因漸開線曲面彼此滑動而產生噪音。由于齒面是漸開線曲面，則不能使嚙合點附近的赫氏應力極小，存在表面壓力疲勞強度弱等的問題。其余，由于通過直線刀具切削方法在制作漸開線齒輪時，齒底限于余擺線曲面，因此在幾何學上難以增大齒根附近的曲率半徑。尤其是，汽車用變速器的齒輪，由于對齒根強度要求高，且該齒根部的應力集中，因此用直線刀具切削方法制得的齒輪難以實現變速器的小型化、輕量化。另一方面，即使現代NC加工技術有了長足的進展，也難以制作可用于加工漸開線或余擺線以外的曲面的剔齒工具。如果將觀點改變為通過鍛造成型形成齒廓，則隨著NC加工技術的進步可生產具有任何形狀的模具，通過使用該模具進行鍛造成型，可以得到漸開線曲面或余擺線曲面以外的自由曲面、或三維曲面。另外，鐘表用的齒輪的齒面、齒底均由擺線曲面形成。還有，泵用的齒輪的齒面、齒底均由余擺線曲面形成。以基于現代NC技術的模具制作技術進步為背景，為提高齒輪的強度，對齒面或齒底的形狀進行改進提出了以下的方案。例如，漸開線齒輪中，不損害其旋轉傳導功能而提高其齒的強度，將各齒面的整體區域按照，包括相鄰齒面的接觸點的軌跡沿其伸展的帶狀的接觸區域，和位于其外側位置的非接觸區域分開。以漸開線螺旋線形成接觸區域，作用于相對于對方齒輪的齒面的齒的表面上。非接觸區域為，具有不與對方齒輪的齒面接觸的形狀，對于上述整體區域以漸開線螺旋線形成時的基本齒面形狀賦予該漸開線齒輪的齒的強度直接或間接的朝向上方被變更的形狀。例如，對于齒寬方向的兩側的基本齒頂形狀，使齒頂下降的同時，相對于齒寬方向的兩側的基本齒底形狀，使齒底隆起(參照專利文獻1)。另外對于其他的齒底形狀提出如下方案。以提供齒根部分的強度優化的高強度齒輪為目的，其第一要點為，漸開線齒輪等中，齒根部分的形狀形成為不是基于齒廓制成理論形狀的齒廓。第二要點為，齒底形成為，通過齒廓制成理論外的齒底曲面避免應力集中而得到的齒底面。第三要點為，在經過鍛造加工法之后，還要通過壓造加工法、精整加工法等形成上述齒廓。第四要點為，所述齒廓對于齒廓中心或齒底中心左右非對稱形成。第五要點為，對于齒廓中心或齒底中心，齒底形成左右不同的形狀。第六要點為，在所述齒廓內部，通過所述鍛造加工法、壓造加工法、精整加工法等形成連續的纖維流程(纖維組織)(參照專利文獻2)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：日本專利技術專利公開第2004-360877號公報專利文獻2：日本專利技術專利公開第平8-105513號公報綜上所述，總的來說現有的齒輪存在以下問題。將視線轉向漸開線齒輪的齒面，相鄰齒輪相互嚙合時，相鄰的漸開線齒面邊滑動邊旋轉從而產生旋轉角度誤差的同時，由于相鄰的漸開線齒面的滑動而容易產生噪音，或容易產生磨損。由于齒面為漸開線曲面，曲率半徑不能增大而嚙合點附近的赫氏應力極大化，導致表面壓力疲勞強度較低等的問題。另一方面，將視線轉向漸開線齒輪的齒底，由于是余擺線曲面，齒底部的曲率半徑增大具有幾何學的極限，因為在齒根部應力集中所以降低了彎曲疲勞強度。由于以上兩個理由，使用直線刀具制成切削加工法的漸開線齒輪難以應對的變速器的小型化、輕量化，而且難以應對齒輪噪音的降低。
技術實現思路
本專利技術著眼于以上的問題，其目的在于提供一種變速器本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.21 JP 2010-1405651.一種變速器用齒輪，其特征在于，齒面由使嚙合節點附近處的曲率半徑中最小曲率半徑為極大的曲面構成，且齒底面由使齒根附近處的曲率半徑為極大的圓弧曲面構成。2.根據權利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于，由所述齒面構成直齒輪或斜齒輪。3.根據權利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于，所述齒面，由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐標曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面各單獨曲面構成，或由擺線螺旋曲面、余擺線螺旋曲面、圓弧螺旋曲面、渦旋螺線曲面、三維坐標曲面、外旋螺旋曲面、外擺螺旋曲面及漸開線螺旋曲面中的任意3種組合而成的復合曲面構成。4.根據權利要求1所述的變速器用齒輪，其特征在于，所述齒面，由擺線曲面、余擺線曲面、外旋線曲面、外擺線曲面、圓弧曲面或渦旋線曲面各單獨曲面構成，或由擺線曲面、余擺線曲面、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：大岡三茂，川崎芳樹，下村滿彥，
申請(專利權)人：大岡技研株式會社，
類型：
國別省市：