CN103195909A

CN103195909A - 锥面同步啮合齿轮

Info

Publication number: CN103195909A
Application number: CN 201310129296
Authority: CN
Inventors: 邹吉武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明涉及一种锥面同步啮合齿轮，特别是提供了一种利用齿轮锥型圆周面的摩擦力，使啮合齿轮组在分离状态转换为啮合状态过程中的转速接近同步后变换位置完成齿轮之间的啮合传动。由于齿轮的啮合是通过锥型圆周面自动完成，使变换挡位的操控机构简化。采用本发明的锥面同步啮合齿轮用于变速装置，可简化变速装置的设计和制造，提高变速装置的可靠性和提高动力传输效率。本发明的锥面同步啮合齿轮用于连轴器使用时具有动力传输的高效率并可简化其结构。

Description

锥面同步啮合齿轮

技术领域

本发明涉及一种锥面同步啮合齿轮，特别是提供了一种利用锥面齿轮锥型圆周面的摩擦力，使啮合齿轮组在分离状态转换为啮合状态过程中的转速接近同步后变换位置完成齿轮之间的啮合传动，适合在变速器和离合器中使用。

背景技术

动力输出装置需要将适合的旋转速度和转矩传递到负载侧，例如汽车等交通工具，广泛使用齿轮及其他传动装置改变转速和转矩，各种变速装置被广泛使用。其中齿轮传动被公认为传动效率高，装置体积小且结构简单。采用齿轮变速的装置存在变换挡位时需要同步啮合的问题，目前采用的各种同步锁定装置都需要采用单独的执行机构完成，增加了装置的成本同时也降低了可靠性。

近年来在变速器设计和应用领域受到人们的关注，先后公开了许多发明创造，如中国发明专利201220018764等。这些发明创造普遍存在的难题是结构复杂，动力传输效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种锥面同步啮合齿轮，该齿轮利用齿轮锥型圆周面的摩擦力使啮合齿轮组的转速接近同步后变换位置完成齿轮之间的啮合传动。齿轮啮合的过程在外力推动下自动完成。

本发明的锥面同步啮合齿轮，是在圆柱齿轮一侧端面从齿根圆至齿顶圆之间加工有锥型圆周面，两个具有相同圆锥角锥型圆周面和齿宽以及齿轮啮合参数的齿轮构成啮合齿轮组，两个齿轮的锥型圆周面布置在齿轮组从分离后重新啮合运动方向相对的一侧，外力推动这组齿轮进入啮合状态过程中相对的锥型圆周面先接触进入摩擦传动，当传动齿轮组中的两个齿轮接近同步转速时外力推动齿轮组到达完全啮合位置并锁定。啮合齿轮组中的两个齿轮除使用一体齿轮外还可以用分体齿轮，采用分体齿轮至少包含一个齿轮是由柔性材料制作的锥型圆周面齿轮与同样模数和齿数的刚性材料齿轮锁定并夹紧为同体的齿轮，另一个齿轮可使用具有同样结构的齿轮，也可以使用具有相同圆锥角锥型圆周面和相同齿宽以及齿轮啮合参数的钢质刚性齿轮构成啮合齿轮组，采用后一种组合的情况下带有柔性材料的同体齿轮适合用于主动轮，降低由于摩擦引起的柔性齿轮锥型圆周面上不对称的磨损。啮合齿轮组中每个齿轮的锥型圆周面的位置在两个齿轮进入啮合状态相对应一侧的齿顶圆至齿根圆的整个圆周上。为了这个锥型圆周面的完整，应使这个圆周面超出齿根圆直径的范围，对于外齿圆柱齿轮，超出范围的直径应小于齿根圆直径2mm至3mm；对于圆柱内齿轮，超出范围的直径应大于齿根圆直径2mm至3mm。齿轮锥型圆周面圆锥角的大小可在5°至160°之间选择，最佳的圆锥角在30°至120°之间。圆锥角越小，传动齿轮组之间锥型圆周面的接触面积越大，产生的摩擦力也越大，但齿轮的齿宽增加，变换挡位的行程也相应增加，不利于变速装置整体的小型化。

选择用一体齿轮作为啮合齿轮组时，可以选择全部使用钢质材料，但齿轮锥型圆周面之间的摩擦力小，只适用于变速装置具有分断动力传输离合器的场合。如果选择钢质齿轮与铸铁齿轮可增加锥型圆周面间的摩擦力，选择铜基合金齿轮与铸铁齿轮则摩擦力又能提高。选择分体齿轮可在齿轮啮合前提供较大的摩擦力，并且齿轮锥型圆周面接触时冲击力能够得到缓冲，正常运行时由钢质齿轮啮合传动，提高变速装置的运行效率和使用寿命。柔性材料制作的锥型圆周面齿轮的材料可以使用硬橡胶、工程塑料、铸铁、低硬度合金和高分子弹性材料等相对钢质刚性齿轮摩擦性能好并具有弹性和耐磨性的材料制造。由于柔性材料锥型圆周面齿轮可以更换，便于变速装置的维护。例如在有润滑油的齿轮箱体中，可采用铜基合金制造锥型圆周面齿轮，与之配对的圆周面齿轮则可以用铸铁制造。控制齿轮组分离与啮合可采用电动和液压控制，在齿轮组进入啮合状态过程中提供恒定的锥型圆周面之间合适的压力，采用挡位方式机械控制可用缓冲弹簧均衡这个压力。

啮合齿轮组中的齿轮可采用圆柱齿轮与圆柱内齿轮构成，增大齿轮组间摩擦锥型圆周面的接触面积和摩擦力。啮合齿轮组中的齿轮若采用相同齿数和模数的圆柱齿轮与圆柱内齿轮构成，齿轮组之间锥型圆周面的接触面积和摩擦力最大，构成摩擦同步啮合后等速传动的离合器。

啮合齿轮组中形成锥型圆周面处的不完全齿轮齿牙与圆周面的交界边沿采用边倒圆角加工，可避免锥型圆周面的摩擦损伤。倒圆角的半径不能过大，一般在1mm以下为宜，否则会减少锥型圆周面的面积。对于啮合齿轮组中全部采用刚柔同体锥面同步啮合齿轮传动的组合，刚性齿轮与柔性齿轮结合面处的钢质齿轮齿牙边缘需采用倒斜角处理，防止啮合过程中由于柔性齿轮的受力变形导致钢质齿轮齿牙间的轴向顶死。

附图说明

图1.是本发明的锥面同步啮合齿轮的结构和工作原理示意图；

图2.是本发明的锥面同步啮合齿轮使用分体齿轮的结构示意图；

图3.是采用分体齿轮与一体齿轮构成齿轮组的工作原理示意图；

图4.是使用机械挡位式操控机构的缓冲装置结构图

图5.是采用圆柱齿轮与圆柱内齿轮构成啮合齿轮组的传动示意图；

图6.是采用等齿数圆柱齿轮与圆柱内齿轮组成离合器的结构图。

具体实施方式

结合图1，圆柱齿轮2的一侧加工成锥型圆周面，构成本发明的锥面同步啮合齿轮。齿轮2安装在可自由滑动的花键轴1上，同样结构的锥型圆周面齿轮3为一体加工齿轮轴。两个齿轮具有相同的锥型圆周面圆锥角，图1中4是圆锥角α的标注。在外力作用下齿轮2沿方向5运动到达图中标志为L1的距离时，两个齿轮的锥型圆周面相接触，在外力持续作用下锥型圆周面之间的摩擦力使主动轮与从动轮转速趋于同步。两个齿轮转速接近同步后外力推动齿轮2运动到达L的距离并定位，齿轮组处于完全啮合状态。需要分离时齿轮2反向运动L的距离即可进入空档位置。齿轮组中两个齿轮的锥型圆周面上不完全齿轮齿牙与圆周面的交界边沿采用倒圆角处理，防止圆锥面接触摩擦时的损伤。

图2中，柔性材料锥面齿轮6和刚性材料齿轮8的模数和齿数相同，两个齿轮的齿牙对齐后用压盖9和紧固螺杆7压紧形成同体齿轮，构成刚柔同体锥面同步啮合齿轮。柔性材料齿轮的一侧加工出锥型圆周面，圆周面从齿顶圆覆盖至齿根圆。锥型圆周面上的不完全齿轮齿牙与圆周面的相交边沿采用边倒圆角处理。钢质材料的刚性齿轮内孔开出与花键轴滑动配合的花键槽，便于控制装置使其在花键轴上移动。图3中花键轴10上安装有刚柔同体锥面同步啮合齿轮，钢质的锥型圆周面齿轮3采用齿轮与轴一体的工艺制作，花键轴10与钢质锥面齿轮轴3相距两个啮合齿轮节圆半径之和的距离平行安装，构成一对传动齿轮组。

由于齿轮从分离到啮合的过程中需要提供一个合适的恒定轴向推力，采用液压或电动驱动装置容易实现这样的要求。如果采用机械式位置操纵控制装置则需使用弹性元件来均衡这个推力。图4是采用缓冲弹簧实现这个目的的操控装置示意图。图4中刚柔同体齿轮安装在可滑动的花键轴15上，弹簧11安装在钢质齿轮连体的圆筒上，13是压紧弹簧的推力轴承，14是操控拨叉，需要齿轮进入啮合状态时拨叉沿方向12运动达到齿轮组完成啮合的距离，通过可在钢质齿轮连体的圆筒上滑动的推力轴承13将弹簧压紧，由弹簧推动刚柔同体锥面同步啮合齿轮运动并在齿轮组啮合前提供一个均衡的锥型圆周面之间的压力，齿轮组转速接近同步后再由弹簧11推动刚柔一体锥面同步啮合齿轮换位于刚性齿轮的啮合状态。

图5是采用圆柱齿轮与圆柱内齿轮构成啮合齿轮组的传动示意图，图中的钢质圆柱内齿轮17与柔性材料制作的锥型圆周面内齿轮16通过锁定销18和压盖19锁定并压紧后构成同体齿轮，与采用齿轮与轴一体的工艺制作钢质锥型圆周面齿轮3构成传动齿轮组。当这两个齿轮的锥型圆周面相接触时由于圆周面曲率方向相同，接触面积增加，可以传递较大的同步牵引摩擦力。图6中采用等齿数圆柱齿轮与圆柱内齿轮组成传动齿轮组，钢质齿轮21通过花键孔安装在花键轴24上，由铜基合金制作的锥型圆周面齿轮22与钢质齿轮21用螺杆定位并紧固构成同体齿轮。由铸铁制作的锥型圆周面内齿轮25同钢质圆柱内齿轮26用销钉18定位并由压紧盖27紧固构成同体锥型圆周面圆柱内齿轮。上述的两个齿轮组成等齿数的同体锥型圆周面传动齿轮组，摩擦传动由铜基合金材料与铸铁材料的锥型圆周面完成，可获得较大的摩擦力。带锥型圆周面的齿轮22和钢质齿轮21组成的同体齿轮在外力作用下沿方向23运动，推动齿轮进入啮合状态。由于铜基合金和铸铁材料的耐油性能好，不影响刚性齿轮的润滑，当摩擦传动的转矩较大时，这两种材料又能快速散发摩擦产生的热量。齿数相等的圆柱齿轮与圆柱内齿轮的锥型圆周面接触面积最大，可以传递较大的转动力矩。当这个齿轮组完成摩擦同步进入刚性啮合状态后两个齿轮轴的转速相等，构成一个传动离合器。由于这种离合器正常运行时为刚性齿轮传动，动力损失小，效率高，并兼有结构简单的特点。

Claims

1.一种锥面同步啮合齿轮，其特征是在圆柱齿轮一侧端面从齿根圆至齿顶圆之间加工有锥型圆周面，两个具有相同圆锥角锥型圆周面和齿宽以及齿轮啮合参数的齿轮构成啮合齿轮组，两个齿轮的锥型圆周面布置在齿轮组从分离后重新啮合运动方向相对的一侧，外力推动这组齿轮进入啮合状态过程中相对的锥型圆周面先接触进入摩擦传动，当传动齿轮组中的两个齿轮接近同步转速时外力推动齿轮组到达完全啮合位置并锁定。

2.根据权利要求1的锥面同步啮合齿轮，其特征在于啮合齿轮组中的两个齿轮除使用一体齿轮外还可以用分体齿轮，采用分体齿轮至少包含一个齿轮是由柔性材料制作的锥型圆周面齿轮与同样模数和齿数的刚性材料齿轮锁定并夹紧为同体的齿轮，另一个齿轮可使用具有同样结构的齿轮，也可以使用具有相同圆锥角锥型圆周面和相同齿宽以及齿轮啮合参数的刚性齿轮构成啮合齿轮组，采用后一种组合的情况下带有柔性材料的齿轮适合用于主动轮。

3.根据权利要求1和2的锥面同步啮合齿轮，其特征在于啮合齿轮组中的两个齿轮根据耐磨性和摩擦性以及弹性通过配对使用不同的金属和非金属材料，分体齿轮中的柔性材料可选择硬橡胶，工程塑料，合成材料以及铸铁和铜基合金。

4.根据权利要求1的锥面同步啮合齿轮，其特征在于齿轮锥型圆周面圆锥角的大小可在5°至160°之间选择，最佳的圆锥角在30°至120°之间。

5.根据权力要求1的锥面同步啮合齿轮，其特征是控制齿轮组分离与啮合可采用电动和液压控制，在齿轮组进入啮合状态过程中提供恒定的锥型圆周面之间合适的压力，采用挡位方式机械控制可用缓冲弹簧均衡这个压力。

6.根据权利要求1的锥面同步啮合齿轮，其特征是啮合齿轮组中的齿轮可采用圆柱齿轮与圆柱内齿轮构成，增大齿轮组之间锥型圆周面的接触面积和摩擦力。

7.根据权利要求1的锥面同步啮合齿轮，其特征是啮合齿轮组中的齿轮若采用相同齿数和模数的圆柱齿轮与圆柱内齿轮构成，齿轮组间摩擦锥型圆周面的接触面积和摩擦力最大，构成摩擦同步啮合后等速传动的离合器。

8.根据权利要求1的锥面同步啮合齿轮，其特征是形成锥型圆周面处的不完全齿轮齿牙与圆周面的交界边沿采用边倒圆角加工。