CN1031363C - 一种少齿差齿轮副及其传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种少齿差齿轮副，它是一种渐开线内啮合齿轮副，分度圆螺旋角β＞0，齿线重合度ε_β＞0，齿顶高系数h_a ^*小于0.55，端面重合度ε_a＜1，总重合度ε_β≥0.7，并且其内外齿轮的齿数差Zd、变位系数差X=X₂-X₁及齿顶高系数，h_a ^*之间符合下列关系：

Description

一种少齿差齿轮副及其传动机构

本发明涉及一种少齿差齿轮副，它是一种渐开线内啮合齿轮副，其分度圆螺旋角β＞0，齿线重合度ε_β＞0。

GB1198737公开了一种齿顶高修正的渐开线内齿轮，为改善齿轮效率，该专利提出了内齿轮的变位系数和外齿轮的变位系数应满足公式：(0.0002α_c ²－0.025α_c＋1.52)h_x＋0.8x₁≥x₂≥Kh_x＋x₁……(1)

式中，α_c是标准压力角，h_x是齿顶高系数，而K为K＝1(当齿数差为1时)或K＝f(α_c)(当齿数差为2时)。

但是，在本发明以前的先有技术(包括GB1198737)中，在解决渐开线少齿差的内啮合齿轮副的重合度与干涉现象的矛盾中，都只考虑了端面重合度ε_α，没有考虑齿线重合度ε_β，因而要求ε_α≥1，但ε_α是与齿顶高系数密切相关的，ε_β则与h_a ^*元关。只ε_α≥1就不能大幅度降低h_a ^*，因而要用较大的变位系数差X＝X₂－X₁来弥补，而X大，就造成啮合角大，使齿轮啮合效率及轴承损失都大为变劣。

少齿差类行星传动有体积小、速比大的优点，但要克服效率偏低、载能力不足的弱点。本发明从降低行星轴承损失、提高齿轮的啮合效率入手，来解决上述问题。

本发明的目的是，在解决渐开线少齿差的内啮合齿轮副的重合度与干涉现象的矛盾时，仍能保持齿轮的啮合效率高及轴承损失小。

本发明打破了先有技术对渐开线少齿差内啮合齿轮副受ε_α≥1的限制，提出可以使端面重合ε_α＞0，从而使总重合度ε_γ＝ε_α＋ε_β≥1即可，甚至ε_γ≥0.7即可，由于齿线重合度只与分度圆螺旋角β、齿宽B及模数M有关，而与齿顶高系数h_a ^*无关，因而加大ε_β不影响对h_a ^*的减小，从而可大大减少h_a ^*，直到h_a ^*＝0.06到0.2(在齿数差Zd＝1时)。这样就解决了干涉问题。而无须增大变位系数差X，而允许｜X｜≤0.1，甚至X＝0。从而大大提高了啮合效率和传动效率及减少了轴承损失。

发明为实现上述发明目的提供一种少齿差齿轮副，它是一种渐开线内啮合齿轮副，分度圆螺旋角β＞0，齿线重合度ε_β＞0，齿顶高系数h_a ^*小于0.55，端面重合度ε_α＜1，总重合度ε_γ≥0.7，并且其内外齿轮的齿数差Zd、变位系数差X＝X₂－X₁及齿顶高系数，h_a ^*之间符合下列关系：

Zd	X	ha *
			123或4	｜X｜≤0.1｜X｜≤0.1｜X｜≤0.1	0.06到0.2≤0.35≤0.5

总重合度ε_γ≥1；所述齿轮副的变位系数差X＝0，内外齿轮的变位系数差分别为X₂≥0，X₁≥0；所述齿轮副的齿轮是斜齿轮，分度圆螺旋角β＝1°到14°；所述齿轮副的齿轮是人字齿轮，分度圆螺旋角β＝25°到60°；所述齿轮副的齿形角α还符合下列关系：

             内外齿轮的齿数差    齿形角

                 Zd                α

                 1               14°到25°

                 ≥2             6°到14°

本发明还提出将上述的少齿差轮副用于下述的传动机构，该机构包括左机壳和右机壳，和一个整体的由两个同轴线的外齿轮齿环在径向上形成的双层环形结构的双层齿轮，其中一个齿环位于另一齿环的外面，该双层齿轮通过轴承套装在偏心轴的偏心部位上，该双层齿轮的两个齿轮环分别与插制在机壳上的固定的定轴线内齿轮以及通过低速轴承装在右机壳上的可转动的定轴线内齿轮相啮合，而偏心轴则通过高速轴承装在机壳上，如此形成两齿轮副，所述的两齿轮副中至少一对具有齿顶高系数h_a ^*小于0.55.端面重合度ε_α＜1，总重合度ε_γ＝ε_α＋ε_β≥0.7，其内外齿轮的齿数差Zd，变位系数X＝X₂－X₁及齿顶高系数h_a ^*之间符合下列关系：

Zd	X	ha *
			123或4	｜X｜≤0.1｜X｜≤0.1｜X｜≤0.1	0.06到0.2≤0.35≤0.5

下面将结合附图以具体实施例的形式对本发明进行详细描述。其中：

图1是根据本发明的少齿差齿轮副的一种双层齿轮的剖视图；

图2是图1的侧视图；

图3是示意地表示采用了根据本发明的在图1中曾予以表示的双层齿轮的一种传动机构。

本发明提出一种齿轮结构形式一双层齿轮，它可以是由两个齿环和一个侧板同轴线地构成的，其基本结构如图1所示。双层齿轮是由齿环1在径向上同轴线地位于齿环2的外面，因而具有环形的双层结构，两个齿环以轴向上的同一侧与侧板3的同一个侧面同轴线地固连而成，它们的共同轴线就是双层齿轮的轴线。4是连接螺钉，也可用其它方法固连，其中一个齿环可与侧板制成一体以简化工艺，若制齿工艺允许，也可两个齿环都与侧板制成一体。双层齿轮的两个同轴线的齿环的齿宽中线在双层齿轮轴线上的垂直投影应重合为一个点，即两个同轴线齿环的齿宽中线在双层齿轮轴向上的距离应为零。实际制造时，该距离如不为零，亦不应超过同一双层齿轮上的最小齿宽的1/4，最好是不超过1/10。同一双层齿轮的两个齿环应都是外齿轮，或都是内齿轮，都是外齿轮时易于减小体积。如果构成双层齿轮的两个齿环不是如上述那样用侧板连接，而是用其它方法连接，那么只要连接的结果能符合上述双层齿轮的特点，都是可行的。

双层齿轮主要适用于NN型传动机构，它是一个基本结构如图3所示。双层齿轮(图中简为一体的)5行星轴承8a、8b套装在偏心轴7的偏心部位上，这里的双层齿轮的两个齿轮都是外齿轮，外层的一个与插制在左机壳11上的固定定轴线齿轮内齿轮11b相啮合，内层的一个和与低速轴6a一体的或装配的可转动定轴线齿轮内齿轮6b相啮合，低速轴6a经低速轴承10a、10b架持在右机壳12上，而偏心轴7则通过高速轴承9a、9b架持在左机壳11a和低速轴6a上，14、15是油封，13是紧固螺栓。平衡重块及其它一些通常装有的但在这里无特别意义的零件在图3中未予表示。该机构的运动学原理同少齿差NN型传动是相同的；当偏心轴7快速转动，带动双层齿轮5保持与内齿轮11b及6b啮合并做行星运动，内齿轮6b带动低速轴6a缓慢转动。要注意图2所示的位置是双层齿轮5运动达最上端的位置，设计时应使双层齿轮外层齿轮内径与内层齿环相啮合的定轴线齿轮外径间的距离即偏心指向上的图3中b所指示距离大于2倍的偏心距a。内齿轮11b也可以是单制成后装配在左机壳11a之上的。NN型传动的速比及效率的计算方法是公知的，在本发明中并无例外。

现行公式的少齿差传动中，行星轴承所受负荷包括着啮合付分度圆上的圆周力(啮合力的切向分力，下同)，而在使用双层齿轮的NN型传动中，由于双层齿轮的内层齿轮与外层齿轮所受的圆周力是相互反向的，仅其差值与啮合力的径向分力一起作用于行星轴承上，行星轴承所受负荷相对大为减轻。因此轴承寿命可提高一至十数倍，轴承损失减小，传动机构的负载能力增加。

为了减少行星轴承负荷，少齿差传动的渐开线齿形的内啮合可采用数值较小的齿形角α。由于是内啮合、少齿差、较多齿数及有多对齿同时接触的情况，齿轮强度常不成问题。为了展宽发生根切、齿廓干涉及强度对减小α角的限制，可以较大幅度降低齿顶高系数h_a ^*(一般降至0.55以下)及适当采用正变位高变位，当然也可以令内外齿轮的变位系数都为零。齿形角α可减至20°以下，直至6°，特别是6—14°的范围较为重要。α角减小，行星轴承所受啮合力之径向分力随之减小，重合度提高，啮合效率亦提高。在使用双层齿轮的NN型传动中，行星轴承受力主要成分是啮合力径向分力，因此使用上述的小齿形角特别有意义。

为了提高齿轮传动特别是少齿差传动和双层齿轮传动的啮合效率，可采用“斜齿——超超短齿”渐开线齿轮。斜齿轮的总重合度ε_γ＝端面重合度ε_α＋齿线重合度ε_β，当保证内啮合的内齿轮变位系数X₂与外齿轮变位系数X₁之差X为零或其绝对值不大于0.1时，降低ε_α通常可以提高啮合效率。降低ε_α后，加大斜齿轮的ε_β，使ε_γ≥1(一般等于1)即可。特殊情况下，考虑到内啮合少齿差多齿接触对加大ε_α的影响，可取ε_γ≥0.7。此处所述方法对于提高外啮合渐开线齿轮付的啮合效率同样是有意义的，对于外啮合付，降低h_a ^*到0.5以下直至0.1，使ε_α降低，同时加大ε_β(如加大β和齿宽，减小模数等)，使ε_γ≥1，下面着重分析内啮合付。ε_α及ε_β的计算方法是公知的。降低ε_α，可用降低齿顶高系数h_a ^*的方法，同时也避免了内、外齿轮的齿数差Zd很小时可能发生的齿廓干涉。最佳参数在下述范围内选择：

｜X｜≤0.1，最好是X＝X₂－X₁＝0，X₁≥0，X₂≥0，分度圆螺旋角β＝1—14°(斜齿轮)，及β＝25—60°(人字齿轮)；当齿数差Zd＝1时，h_a ^*＝0.06－0.2；当Zd＝2时，h_a ^*＝0.2－0.35，也可小于0.2；Zd为3或4时，h_a ^*也一般不大于0.5；齿形角α如前述可减小，但在一齿差时仍用14°—25°为好。h_a ^*降低后，制造精度要相应提高。

无论是否使用双层齿轮，在NN型传动中使用斜齿轮，两级内啮齿付的旋向应相同，或都是左旋，或都是右旋，以抵消行星轴承所受的轴向力，使用直齿轮时，最佳齿数差是4、5、6，h_a ^*取0.35—0.6，变位系数满足｜X｜≤0.05，最好是X＝0。

对于少齿差内啮合付的设计计算，已有大量文献作了介绍，这里不赘述。需要指出的是，以往的方法为取得少齿差特别是一、二齿差下能够同时满足齿廓干涉和重合两项主要条件，都采用X较大的角度变位，这样设计出的少齿差内啮合付的啮合效率不容易提高。使用本发明的参数优化方法，能够在满足各限制条件前提下实现非角度变位的一、二齿差的啮合，从而获得高的啮合效率。例如，取齿形角α＝14.5°，β＝6°，外齿轮齿数Z₁＝87，内齿轮齿数Z₂＝89，X₁＝X₂＝0，h_a ^*＝0.1，齿宽b＝80mm，模数m＝3.5，按现行公知的计算方法可得出：ε_α＝0.26，ε_β＝0.76，ε_γ＝1.02，齿廓重迭干涉指标参数值GS＝0.0172，用于减速比1＝1,000的NN型减速机其损耗仅为使用角度变位方式的9％，该啮合付的啮合效率约为0.9916。

双层齿轮NN传动的前面再加一级前置减速级形成的组合传动，可以实现二者分用所不能具有的新的技术进步，二者各自的啮合损失、轴承损失及液力损失都减小，强度条件改善因而承载能力提高，温升、振动及噪音下降，体积可相对减小，这是因为，少齿差传动具有高速构件(轴承等)承受输出端大扭矩作用力的特点，而且双层齿轮NN型传动一般情况下是单偏心的，动平衡不易做得很好，油池液面也较高而液力损失较大，这种情况下，降低输入转速对于提高效率及传动质量有事半功倍的益处。少齿差传动具有的大速比特点，可使前置级的速比与体积、强度、效率间的矛盾在很程度上缓解，最佳的传动组合方式是，前置级用NGW型(可以是行星架固定、内齿轮输出的变型)，主减速级用双层齿轮NN型，在其它少齿差传动形式前加入前置减速级特别是NGB型前置减速级，也会收到很好的效果。

Claims (7)

1.一种少齿差齿轮副，它是一种渐开线内啮合齿轮副，分度圆螺旋角β＞0，齿线重合度ε_β＞0，其特征是：齿顶高系数h_a ^*小于0.55，端面重合度ε_α＜1，总重合度ε_γ≥0.7，并且其内外齿轮的齿数差Zd、变位系数差X＝X₂－X₁及齿顶高系数，h_a ^*之间符合下列关系： Zd  X  h_a ^* 123或4 ｜X｜≤0.1｜X｜≤0.1｜X｜≤0.1  0.06到0.2≤0.35≤0.5

2.按照权利要求1所述的齿轮副，其特征是：总重合度ε_γ≥1。

3.按照权利要求2所述的齿轮副，其特征是：所述齿轮副的变位系数差X＝0，内外齿轮的变位系数差分别为X₂≥0，X₁≥0。

4.按照权利要求2所述的齿轮副，其特征是：所述齿轮副的齿轮是斜齿轮，分度圆螺旋角β＝1°到14°。

5.按照权利要求2所述的齿轮副，其特征是：所述齿轮副的齿轮是人字齿轮，分度圆螺旋角β＝25°到60°。

6.按照权利要求2所述的齿轮副，其特征是：所述齿轮副的齿形角α还符合下列关系： 内外齿轮的齿数差Zd 齿形角α 1≥2 14°至25°6°到14°

7.一种采用权利要求1少齿差齿轮副的传动机构，该机构包括：在机壳(11a)和右机壳(12)，和一个整体的由两个同轴线的外齿轮齿环(1，2)在径向上形成的双层环形结构的双层齿轮(5)，其中一个齿环(1)位于另一齿环(2)的外面，该双层齿轮(5)通过轴承(8a，8b)套装在偏心轴(7)的偏心部位上，该双层齿轮(5)的两个齿轮环(1，2)分别与插制在机壳(11a)上的固定的定轴线内齿轮(11b)以及通过低速轴承(10a，10b)装有右机壳(12)上的可转动的定轴线内齿轮(6b)相啮合，而偏心轴(7)则通过高速轴承(9a，9b)装在机壳(11a)上，如此形成两齿轮副(1，11b和1，6b)，该两齿轮副中至少一个齿轮副是一种渐开线内啮合齿轮副，分度圆螺旋角β＞0，齿线重合度ε_β＞0，其特征是：齿顶高系数h₀小于0.55，端面重合度：ε_α＞1，总重合度ε_γ≥0.7，并且其内外齿轮的齿数差Zd、变位系数差X＝X₂－X₁及齿顶高系数，h_a ^*之间符合下列关系：     Zd      X     h_a ^*     123或4     ｜X｜≤0.1｜X｜≤0.1｜X｜≤0.1     0.06到0.2≤0.35≤0.5

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